Rainstorm-induced flood is one of the most challenging issues in the world. The management of flood disasters necessitates a clear understanding on associated flow characteristics and drainage mechanisms. This paper presents a field survey on the stormwater flows in a urban drainage system, focusing on the flow properties in a sewer pipe and a receiving stream. In particular, the influences of precipitation patterns, tide levels and drainage discharges from the pumping station have been analyzed. According to the results, the water level changes in the receiving stream are strongly dependent on the hyetograph. Classifying the precipitation patterns into intermittent rain, rain shower and continuous rain, the differences in the sewer flow responses are clarified. The pressurized flows, backflows from sewer pipes to open canals and backwater effects from downstream pipes and the pumping station are confirmed, which are important mechanisms of pluvial floods. The drainage discharge from the pumping station leads to an increase of water levels in the receiving stream both upstream and downstream, which may increase fluvial flood risks. The findings are of great meaning for integrated management of sewer-river systems to prevent/mitigate flood disasters.

　近年の豪雨災害において，流木発生に伴う河道内やその周辺のインフラ施設（橋梁など）への被害が多発している．古くから橋脚の局所洗堀に関する研究がなされているが，流木捕捉時を考慮した研究は限定的である．本研究では，小型模型実験を行い流木捕捉条件（設置高さと流木密度）を変えて橋脚周辺の局所洗掘・堆積に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする．その結果，流木設置高さが底面付近かつ流木密度が大きい条件時には洗堀抑制効果を発揮することが分かった．また，本研究では新たな洗堀対策工として流木捕捉状況を応用した“環状捨て石工”を提案した．本対策工は橋脚周辺の洗堀を大幅に抑制すると共に，従来の対策工よりも施工範囲を狭めており，効率的で高い耐洗堀性が確認された．

　超過洪水による堤防の決壊や氾濫に与える河川流量の規模や継続時間の影響を評価することを目的として，鬼怒川の破堤事例を対象に，河道・堤防・堤内地の水理・土砂移動・地形変化の一体解析を行った．破堤幅，破堤深さ，侵食・堆積地形や浸水深等を良好に再現し，本モデルの適用性を検証した．二つの河川の破堤時の推定流量を基準に，流量波形を系統的に変化させた解析を行い，最終的な破堤口の幅や深さは流量規模や流量継続時間により大きく変化した．家屋倒壊等氾濫想定区域と流量波形との関係から，総流量よりもピーク流量の変化が，破堤点付近の家屋被害の範囲に与える影響が大きいことを示した．

　堰状構造物が水路底面上の人体の流下を阻止する過程とその際の条件について数値解析を基に検討した．流動とそれによる人体の姿勢変化を連立した人体−流動連成数値モデルを使用し，全幅堰を持つ平坦直線水路について異なる水深，流速，堰高を想定した複数の解析を実施した．人体が堰を越えて下流へ流下する形態には，水中に上昇し堰を越える浮遊形態と，堰に衝突した後に堰を越える転動形態の2種類があった．浮遊形態は堰高に関わらず凡そ1m/s以上の流速で生じ，流れによる抗力が人体の水中重量を超えると生じた．転動形態は比較的遅い流速0.5m/s以上で生じたが，腕や脚など体の一部が主流域に引き出されることが必要で，堰高が凡そ70cmより高く堰前面の渦に人体の全てが含まれる場合には同形態で堰を越えることは無かった．

　著者らは，これまで流入管が1本あるいは2本と流出管が接続する2方向及び3方向接合円形マンホールにおけるエネルギー損失係数に関して定式化を図ってきた．しかし，十字路交差点における4方向接合円形マンホールにおいては考慮すべき変数が多いため，定式化を難しくしている．そこで著者らは，まず手始めに4方向接合円形マンホールを対象に2本の対向する横流入管の流量を同一にした条件下で定式化を図ってきた．本論文では，管径の異なる3本の流入管の平面的な配置を変え，さらに3本の流入管への流入量を種々変化させることで4方向接合円形マンホールのエネルギー損失特性を明らかにした。主要な結果の一つとして直管の流量が少ない場合, 横流入量の変化に伴い横流入管に関する損失係数は直管に関する損失係数よりも大きく変化することを示した．

　水力発電所の取水設備では空気吸込渦が発生し，発電出力の低下などが懸念されている．水力発電所の取水設備の形式には，取水管の設置位置により，主に鉛直取水と水平取水がある．既往の研究では，鉛直取水については，空気吸込渦の発生要因などの知見が得られているが，水平取水については，一般的に十分な知見が得られていない．本研究では，水力発電所の水平取水設備に着目した．模型実験において，流量，水深，水平管の被り水深を一定に保った状態で，水平管の内径を変化させ，吸込流速による流れ場の変化について検討した．その結果，空気吸込渦の発生要因には，水平管の吸込流速のほかに，水平管上端から水面までの距離が関係することなどがわかった．

　本研究では，漏水部からの反射波及び最適化手法を利用した漏水検知法を多点漏水や管固有の構造を持つ管路に適用し，その有効性について調査した．数値シミュレーションでは，管径が異なる管が連結した管について検討を行い，管径変化点からの反射波を利用した解析手法を提案した．らせん構造を有する模型管路実験において，本手法を用いて漏水検知を行ったところすべてのケースにおいて2％以下の高精度で漏水位置を推定することができた．本手法は，管構造由来の高周波成分（あるいは反射波）が含まれる圧力波形に対しても，有効であることが明らかになった．

　水力発電所余水路や雨水排水システムなどでは，連行された多量の空気が水槽等で排出される際，激しい水噴出と騒音・振動を伴うエアハンマー現象がしばしば観察される．実機においてエアハンマー現象を評価し，対策を検討する手法のひとつとして，数値流体解析の利用が考えられる．本研究では，三次元数値流体解析によるエアハンマー現象を伴う水平管内気液二相スラグ流の定量的評価や水路構造物の水理設計に資するため，空気塊の大きさや速度，エネルギー損失，管内圧力変動量に及ぼす計算格子サイズなどの影響を調べた．さらに，比較的広い流量範囲で既往実験結果と比較検討を行い，適切な計算格子サイズにすることで定量的に評価可能であることを明らかにした．

　スルースゲートの下部から放出される高速流の減勢をする際，下流水位の変化に伴い被りの大きな潜り跳水が形成され，条件によっては主流が底面から水面に向かって上昇する段階で，周期的かつ不規則に偏向する．このような偏向流況が形成される場合，流れを感知した水生生物が偏向した流れに影響されて迷入し，魚道が設置されているにもかかわらず遡上経路を見失う可能性がある．

　本研究では，バッフルブロックを設置することによる潜り跳水中の偏向流況の制御について，流入条件，バッフルブロックの設置条件を変化させ，時間平均流速特性と流速の変動特性に着目して実験的検討を行った．その結果，流れが水路中央に寄るようにバッフルブロックを斜めに設置することで，主流が水面に向かって上昇しやすくなり，偏向流況を制御できる可能性を示した．

　落差部下流側での河床低下対策について様々な検討がされているが，洗掘現象を引き起こす潜り込み流れを改善させる提案が少ない．最近，落差部下流側で主流を水面付近に向かわせる流況を形成させ，河床への負荷を軽減させる石組み粗礫斜路式減勢工を提案している．本研究では，限界水深に対する落差高さが小さい低落差部を対象に，落差部直下で跳水を形成させた場合，石組み粗礫斜路を落差部に設置した場合，および石組み粗礫斜路と護床ブロックを併用して落差部に設置した場合で，射流から常流へ遷移する流れを対象に落差部下流側の流速特性について比較検討を行った．その結果，主流の位置や底面流速の減衰状況などから，粗度を有する斜路を用いた減勢方法では，跳水式減勢法と比べ河床保護に対して効果的であることを示した．

　段落ち下流に形成される組織構造の特徴を流れの可視化法およびDPTV(Dye streak pattern Particle Tracking Velocimetry)を用いて検討し，流速分布特性との相互関係を検討した．その結果，段落ち下流に形成される縦渦構造は高せん断層に起因する回転が顕著であり，流下方向にその規模の増大とその傾斜角が大きくなることが明らかとなった．また，流れ場の底壁面付近には縦渦構造がほとんど生成されないことも明らかとなった．さらに，縦渦構造は瞬時レイノルズ応力(-uv)に直接寄与し，それらの存在様式やスケールがレイノルズ応力の長時間平均分布の特徴に強く影響していることが推察された．

　河川側岸にワンド状の入り江を設けて流木を捕捉・堆積させ，河道から除去する流木捕捉工周辺の流木挙動とその再現性について，流れ場と流木挙動の双方を三次元的に表す3D-3D型の数値解析モデルにより検討を行った．今回対象とする広葉樹は流木化すると比重が１を超え，沈降して河床付近を移動するため，河床と流木の摩擦項を導入し，流木の転がり移動を考慮するため，流木軸方向と横断方向の摩擦係数を変化させた摩擦力異方性モデルを導入した．流木同士の衝突については個別要素法により衝突力を考慮した．数値解析モデルを加藤らによる既往の実験に適用し，その再現性を検討した結果，本モデルは捕捉工周辺の流木挙動を概ね良好に再現できることが確認された．

　近年，上流からの土砂供給の減少等により河床低下が進行している河川は少なくない．河床低下が進行すると，堰や床止めなどの河川横断構造物の劣化や損傷を引き起こす．そのような状況下において大きな洪水が発生すると，河川横断構造物の下流で局所洗掘が発生し護床工が一気に流失するなどの急激な破壊が危惧される．本研究では，堰や床止めなどの河川横断構造物下流の局所洗掘及び護床ブロックの流出を対象とした鉛直二次元数値解析を行う．局所洗掘及び護床ブロックの流出は流況と土砂，護床ブロックが相互に作用しながら進行する複雑な現象である．そこで，本研究は，粒子法（Moving Particle Simulation）の一つであるE-MPS（Explicit-MPS）法と個別要素法（Discrete Element Method）を用いた液相・固相・剛体の混相流数値解析モデルを構築した．本モデルの床止め下流の局所洗掘現象及び護床ブロックの流出現象の再現性を確認するため，対応する移動床水理模型実験との比較を行った．その結果，経時変化の再現性に課題を残すものの，それらの現象について本モデルを用いて概ね再現できることを示した．

　微小粒子混相流の数値予測法として利用が広まっている Point-particle DNS (PP-DNS)は，精度検証に供するデータの取得が非常に困難であるため，その信頼性については不確かな部分が多い．本研究では，近年実施されたParticle-resolved DNS (PR-DNS)データベースを利用してPP-DNSの基本性能評価，および微小粒子の乱流中でのクラスタ特性に対する2-wayカップリングの影響評価を行った．粒子混入に因る乱流変調が顕著なケースに対するPP-DNSの再現性は定性的なレベルに留まること，および，PP-DNS結果によれば粒子のクラスタ特性は粒子混入に因る乱流変調の影響をあまり受けないことが確認された．

　平成30年7月豪雨時，岡山県の旭川では大規模な洪水が発生し，分流部では改修後初めて固定堰を超える流れが観測された．設計時点での堰の分流量は実験や解析により検討されているが，洪水の影響で堰周辺では河床変動等が生じ，実際の分流量は想定と異なる可能性がある．また，固定堰周辺の流れは非常に複雑なため，通常の平面2次元解析では流動や河床変動を精度よく扱うことは困難と考えられた．そこで本研究では，新たな試みとして平成30年7月豪雨前後のALBデータを用い，3次元的な植生分布を考慮したポーラスモデルに基づく3次元流数値解析モデルを構築し，洪水流解析を行った．その結果，平面2次元解析や現地観測結果と比較して流況の再現性が良好であることが確認でき，また，現状の植生分布状況であれば計画相当の分流量となる可能性を示した．

　近年頻発している洪水災害を契機として流量観測の高度化が進められており，既存ストックである河川モニタリングカメラを活用可能な画像計測法への関心が高まっている．画像計測法の中でもSTIVは計測精度の高さや計測の頑健さから有力手法として継続的な開発が進められてきた．しかし荒天時などの撮影条件によっては，従来の自動解析方法では異常値を出力するケースが依然として存在し，リアルタイム計測システム実現に向けた課題となっている．そこで，本研究ではSTIVによる完全自動解析を念頭に，近年画像解析の分野で成果をあげている深層学習手法をSTIVに組み込み，これらの課題の改善を試みた．その結果，従来手法では異常値が出力された多くのケースにおいて，良好な結果が得られることを明らかにした．

　セマンティックセグメンテーション手法の一種であるU-Netを用いて，定点カメラ画像から河川浮遊物（スカム）を定量判別するモデルを構築し，水面被覆率に関するRMSE，見逃し率，誤認識率に基づいて性能を評価した．判別モデルは，少量（100枚程度）の画像データを学習させることで見逃し率を十分に低下させることが可能である一方，誤認識率を低下させるためにはより多くの画像を学習させる必要があった．また，判別モデルは多くの地点で撮影された画像に対して適用可能であったが，判別精度はカメラの画角や学習データの質に大きく依存することがわかった．さらに，転移学習を適用することで，通常の学習よりも少ないデータの学習で比較的高い判別精度を有するモデルを構築することが可能であった．

　河道の地被分類は河川の治水や水環境の研究や実務において重要な基礎資料である．近年では豪雨による河川災害が危惧され，特に，地先単位の洪水疎通能力の評価において河積や，河道内の植生の高さおよび密生度が必要となり，例えば航空レーザー測深(ALB)データの更なる利用が期待される．本研究では岡山県旭川下流の国管理の約4.5kmの区間を対象に，ALB計測時に撮影される航空写真を活用し，ALB点群データから得られる植生高とレーザー点数を組み合わせることで新たな深層学習による地被分類方法を開発した．解析の結果，航空写真だけよりもALB点群データを併用することで，竹林・樹木と草本の分類性能が向上した．しかし，時期の異なるデータセットを相互に学習や推論に用いると，落葉などの影響で樹木と草本の分類性能が低下することが分かった．

　河川近傍に設置した地下水観測孔において電気伝導度を年間を通じて高密度に連続観測し，観測孔内電気伝導度の時空間変動特性を調査した．観測結果から，同一孔内であっても電気伝導度が空間的に周囲と異なる値を示す深度帯が存在すること，またその局所的な電気伝導度の変化帯において，電気伝導度が一定の値を示さず時系列的に常時変動し続ける現象が確認された．現地における河川伏流水の流況特性の考察および室内実験による検証の結果，観測孔内における電気伝導度の変動現象は，他深度帯とは異なる電気伝導度を有する地下水が局所的に流入することによって発生している可能性が高いことが明らかとなった．

　本研究の目的は，ADCP観測において，最も普及率が高いRiverboatに最適化した流速値ノイズ除去アルゴリズムを提案することである．アンサンブル偏差流速Δ𝑣𝑙を用い，反射強度やCorrelationに関する感度分析することで最適な閾値を求めることができた．特にΔ𝑣𝑙が0.4m/sの場合において有効流速値が既往手法を上回り，かつ，有効流速値の頻度分布の偏りが少なかった．本提案アルゴリズムにより有効流速値が増加することから，ADCP観測の不確実性の解明に貢献することができる．本提案アルゴリズムはRiverboatに最適化していることから，我が国における急流河川での利用が可能である．

　掃流砂間接計測では，掃流砂が河床へ衝突する際に発生する音響や振動を計測・解析することで，掃流砂量や粒径を推定する．取得信号を流砂量・粒径に変換する解析手法は多く提案されているが，信号処理としての扱いが少なく，数多く存在する信号処理技術を適用する余地が残っている．また，従来の回帰は河川ごとに実験・決定した係数に依存する例も多く，一般性を持つモデルが少ない．信号処理では，ノイズ除去，特徴量抽出，解析の3段階でそれぞれ適切な技術を選択することが重要である．本研究では，特に解析の精度と一般性の向上を目的とする．ここで，既往の流砂観測に関する力学的知見を加味しつつ，高い表現力を実現する手法としてガウス過程回帰を選択した．水路実験データに基づき設計したモデルは，取得信号，流速，水位という情報のみから，高い精度で現地実験の流砂量・粒径を推定することができた．

　地下水の流動は「トレーサー試験」によって把握するのが一般的である．本研究ではDNAを利用した新たなトレーサーを開発することを目的として，DNAトレーサーの作製とその有効性に関して基礎的な実験を行った．水中などの環境中のDNA分析ではフィルタリングしたものからDNAを抽出して，リアルタイム定量PCR分析をかけるため，むき出しのプラスミドDNAはトレーサーとして利用できないことがわかった．しかし，DNAをリポソームに封入した場合にはフィルターでのトラップが容易となり，DNAが96時間程度分解されないことが明らかとなった．また，このリポソーム封入DNAを用いて，1mの珪砂入り管路での地下水浸透実験を実施したところ，塩分とほぼ同様の動態を示し，地下水動態のトレーサーとして利用可能であることが示された．

　本研究は，湖沼におけるUAV・SfM-MVSを用いた水面下地形測量の有効性を検討することを目的として，島根県の宍道湖の浅水域を対象に，水面屈折補正係数を適用したUAV写真測量と実際の横断測量で得られた地形データおよび土砂収支を比較した．その結果，外れ値除去後，DSMの水域部の値を水面屈折補正係数で補正しなかった場合の誤差は，全点で0.165m，補正した場合の誤差は，全点で0.059mであった．また，土砂収支の差は2～7％で，堆積・侵食の傾向は両手法でおおむね一致していた．これらのことから，UAV写真測量は湖沼の浅水域における土砂動態のモニタリングに有効であることが明らかとなった．

　海面養殖の現場では，貧酸素水塊，低塩分水，水温上昇，赤潮等の問題が顕在化することがあり，養殖魚介の斃死・生育不良の事例が数多く報告されている．しかし現地での水質情報を詳細に知る術は少ないのが現状である．著者等は四胴型の自動航行船という計測システムを導入し，自動の水質計測を試みてきた．四胴型の自動航行船は風の中でも定点保持が出来る等，従来にないシステムであり，この四胴型自動航行船の持つ自動制御方法，航行性能を明らかにする．また，石川県七尾西湾のカキの養殖場において，この四胴型自動航行船により高密度・高頻度自動水質計測を試みた．計測によって明らかになった貧酸素水塊の消滅の過程および水温の季節変動を本報で明らかにする．

　木曽川における深掘れの発生と維持機構を明らかにすることを目的として，複数の出水時にADCPにより計測された流況データを分析した．局所洗掘の進行によって相互作用的に平面渦が顕在化し，その平面渦が深掘れ内部に流れを集中させることが確認された．また，深掘れを常態化させる平面渦を評価するための水理指標として渦度に着目し，種々の対策の効果について数値シミュレーションにより検討し，深掘れの拡大を防ぐため，この渦度を低減させる効率的な埋め戻し対策方法を立案した．

　本研究では流木速度には高解像度の高速度カメラを用い，表面流速にはPIV(Particle Image Velocimetry)およびPTV(Particle Tracking Velocimetry)を適用した．流木と表面流速の相対速度に与える水路勾配，流木長，流木の形状について流木の運動方程式を基に検討した．円柱状の流木は，偏流角が小さい場合には水路勾配および流木長の増大に伴って表面流速より大きくなり，流木長と水路勾配の積が流木速度と表面流速の速度差の二乗に比例することが分かった．

　本研究は二次元角柱粗度を有する開水路流れにおいて高濃度土砂が乱流構造，大規模渦の発生機構に与える影響を明らかにすることを目的とする．そのため，高濃度土砂流の模擬流体としてPSA溶液を用い，流速の計測にはPIV(Particle Image Velocimetry)を適用し，速度勾配テンソルの第2不変量であるQ定義法により大規模渦を同定し，その動特性を清水流との比較を通して詳細に検討した．解析結果から，高濃度土砂流では土砂濃度の増大により大規模渦の強度が弱まり，発生周期は長く，粗度頂部の剥離渦を抑制することが認められた．

　急流河川では，洪水時に水面波が急峻な三角状となる三角状水面波列が発生することが報告されている．この大振幅の水面波列は河川構造物等へ損傷を与えることが懸念されている．東川ら(2019)は三角状水面波列がソリトン共鳴により発生する可能性が極めて高いことを指摘した．この検討ではソリトン共鳴の伝播方向が流れ方向に対し傾いていると仮定し，修正されたMilesの解を用いた．本論文ではこの仮定を修正することにより，桟粗度流れで発生するソリトンに対する解を導出することを目的とした．結果，新しく導いた解は東川(2019)よりも実験値とよく一致した．また，三角状水面波列がソリトン共鳴により発生していることを確認した．

　本研究は，局所的に縮流区間を設けることで加速開水路流を発生させて，その再層流化現象に注目した．水路実験を行い乱流構造を計測し，代表速度でスケーリングしたレイノルズ応力や乱れ強度が加速後に減少することを確認した．さらに再層流化のメカニズムを乱れエネルギー生成の観点から詳しく考察した．加速区間では主流の流下勾配に起因する乱れ生成項が負となり，乱れ生成が抑制され再層流化につながる．さらに乱れエネルギー生成項と乱れエネルギー散逸項の収支を定量評価して，この収支特性からも再層流化機構を説明した．

　本研究では，まず，観測水面形による樹木群を有する複断面水路での流量ハイドログラフ，横断流速分布，低水路粗度係数の準二次元推定法を新たに構築した．同推定法では，観測水面形に基づく流量と合成粗度係数の時・空間推定と分割断面の運動方程式により横断方向流速分布や低水路粗度係数が推定される．次に，複断面水路及び低水路に沿った樹木群を有する複断面水路での不定流実験を行い，水位・流量ハイドログラフと粗度係数の実験データを取得した．最後に，本推定法の推定結果と実験結果とを比較することで，本推定法の予測精度を検証した．その結果，本準二次元推定法は，複断面水路実験での流量ハイドログラフ，低水路粗度係数，流速分布を十分な精度で再現できることが確認された．

　不透過型水制と透過型水制を組み合わせることで，下流に多様な流れ場を与えることができると考えられる．このタイプの水制をハイブリッド水制と呼ぶことにする．本研究では両者を鉛直方向に組み合わせた鉛直型ハイブリッド水制の水理的機能について実験的に検討した．上部透過および下部透過の2種類について，不透過部と透過部の割合を変化させ，水制下流の流れ構造を明らかにするとともに，背後への浮遊砂の堆積状況を調べた．水制下流では，直前の高さの透過・不透過形態に対応した流れが，鉛直混合と横断渦によって変化し3次元的な流れ構造となる．しかし，水制長の3倍程度下流では鉛直方向に一様化し，透過部分の割合に応じた減速を示した．水制下流の土砂堆積は流れ構造によく対応した形態となった．

　アスペクト比(b/h=0.36~1.38)と相対水深(h/r=3.63~12.00)の異なる開水路粗面乱流の数値実験を実施した．粗面開水路では，粗度要素を乗り越える流れが隣接する粗度要素に衝突し，粗度要素の前面で圧力が増加する．レイノルズ方程式の重力加速度と圧力勾配項の和は，粗度要素の前面の谷底に近い断面では谷部に向けて働き，潜り込む流れを駆動し，粗度要素前面の粗度頂部に近い断面では上向きに力を及ぼし，粗度要素を乗り越える流れを駆動する．これら鉛直方向流れとouter secondary flowやbottom secondary flowが重なり合うことにより，二次流は縦横断的に変化する．

　本研究は，豪雨に伴う崩壊の予測，崩土の移動，河道堆積土砂及び崩土の移動過程において形成される河道貯留土砂が洪水流により侵食されて流出する一連の過程をシミュレートするモデルを構築するとともに，2018年7月豪雨における総頭川上流域に適用して，土砂の生産・流出の解析を行ったものである．それによれば，崩壊発生直後には河道貯留土砂や河道堆積土砂の移動による土砂の堆積領域は2次河道から4次河道にみられ，降雨終了後には4次河道にみられた．これは，崩壊の発生に伴う崩土の大部分は河道に停止して貯留土砂を形成し，その後，河道堆積土砂とともに洪水流による侵食により流出したことを示している．

 Prediction of erosion and sedimentation in ungauged basins at the northern coast of Peru is a critical issue to mitigate flood disasters. In this paper we developed a spatially-distributed integrated hydrological and sediment model based on kinematic wave equations to carry out sediment transport simulations using spatially distributed satellite rainfall data. We compared our simulation results against the collected field sediment samples from the 2016 flood at Tumbes River, Peru. The results show that our integrated model performs with robust convergence at 500 m and 1,000 m resolutions and successfully reproduced a hysteresis discharge-sediment concentration relationship according to historical time series analysis. Afterwards, the influence of topographic resolution on sediment parameters was assessed. We identified the most sensitive parameters and its effects on sediment concentration and sediment yield output. For a comprehensive analysis of DEM resolution dependence, we discuss how settling velocity and particle diameter drive the results convergence.

　多様な粒度構成をもつ土石流に対応した先頭部大粒子集積機構を検証するため，混合する砂礫径，混合割合，流下距離および水路勾配を変化させた条件下で水路実験を行った．その結果，流下距離が長く，実験砂の初期体積平均径が大きく，水路勾配が緩いほど，土石流先頭部の大粒子集積が顕著になる傾向が見られた．この結果から，多様な粒度構成条件に対応した当該現象の主要機構は，「小粒子の流動層下層への落ち込み」であると考えられた．これらの機構を土石流一次元計算モデルに組み込み，土石流先頭部の大粒子集積を表現可能とする数値計算モデルを構築した．構築モデルによる上記実験の再現計算より，構築モデルが様々な条件下で土石流先頭部の大粒子集積状況を再現可能であることが示された．

　浮遊砂の解析法として，成層密度流の連行速度を用いることが一つの可能性として考えられる．本研究は，連行速度に関する研究成果を浮遊砂の解析に適用する方法を提案し，提案した式を過去の浮遊砂に関する研究成果と比較した．また，その妥当性について検討するために微細土砂を用いた水理実験を行っている．その結果，連行係数は概ねリチャードソン数に依存することが確認されたものの，特に粒径が細かい場合には，粘着力が強く作用するために浮遊砂の浮上量が抑制されていた．そこで粘着力の影響を考慮する手法を提案した．修正リチャードソン数を用いることで連行速度を用いて浮遊砂の浮上量を評価できることが示され，本研究で提案する手法が微細土砂で構成される河床の浮遊砂の解析に適用可能であることが示された．

　本研究は実河川の計測結果を用いて基準面浮遊砂濃度算定式を検証するものである．検証した算定式は芦田・道上式，Lane & Karenske式，原田らの式である．観測結果はブラマプトラ川でADCPや流砂観測から得られたものである．実河川の浮遊砂の挙動は平衡と非平衡が混在している．一方でこれらの算定式は平衡状態を仮定して構築されている．本稿は平衡状態を満たしていると考えられる計測結果を採用した．

　流砂の採取結果からウオッシュロードと浮遊砂を河床材料から分類し，河床近傍の土砂濃度を2.8×10^-4[m³/m³]と定義した．得られた水理量と浮遊砂モデルで予測した結果，原田らによるモデルが最も観測結果に近い値を示したが，それでも観測結果と両者の差は10倍程度の違いがあった．

　本研究は，掃流砂流，浮遊砂流，泥流など，流砂を伴う流れとそれらの遷移機構について考察したものである．まず，掃流砂層の形成機構に関する従来の知見に基づいて，掃流砂層と浮遊砂層の層厚比は河床勾配と上層の浮遊砂濃度によって定まることを定式化し，それぞれの領域における流速分布を導いた．次いで，連行速度を用いて，砂粒子の下層から上層への取り込み，および上層の浮遊砂の平衡濃度の形成機構を定式化している．さらに，これらに基づいて非粘着性の砂粒子からなる泥流，あるいは高濃度流れの形成機構を論じ，1990年代に行われた実験データを用いて，これらの妥当性を検討している．

　掃流砂，浮遊砂を含めた河床変動解析は，近年実用化されつつある．しかし，そのほとんどは1990年代までに蓄積された知見を用いており，それを援用した解析が多く見られる．また，三次元解析となると，本来は組み込まれるべき境界条件が二次元解析とほぼ同様であり，精緻に流れを解いても河床変動解析の精度は上がっていない．そこで，未だ解決していない課題と三次元解析などで流砂が及ぼす流れへの影響が組み込まれていない点に着目し，実験により考慮すべき機構について検討した．

　本研究では，思考実験により跳躍高さを決める要素，跳躍時の速度変化などを示した．あわせて，固定床上に砂を流す水路実験を行いPIVにより速度分布，レイノルズ応力を算出し，流砂が流れに影響を及ぼす範囲を明示し，間接的に上層へも影響を及ぼすことを示した．あわせて流砂の粒径と底面に固定された粒径が異なる場合，流砂の量によって底面粗度の影響が受けることなども明らかにした．

　石礫河川の河床材料は幅の広い粒度分布，多様な粒子形状を有している．洪水時に石礫粒子は個々の粒子が間欠的に非平衡性的に運動する為，粒子形状と粒径が与える効果が大きい．本研究では，同一体積で異なる形状を持つ粒径集団からなる石礫群を用いた数値移動床実験を実施し，移動開始時と跳躍時の運動に及ぼす粒子形状の影響を調べた．その結果，跳躍運動に及ぼす粒子形状の影響は大きくなく，むしろ移動開始時に形の影響が現れる．河床表層の粒子の姿勢や配置が粒子の離脱に違いをもたらしており，粒子運動に及ぼす粒子形状の効果を明確にした．

　本論文では，流水によって移動しない大礫が露出するような河床を対象に移動床実験を行った．河床を構成する材料は移動形態によって，移動しない大礫（L粒子），掃流砂として移動する砂礫（M粒子），浮遊砂として移動する細砂・シルト（S粒子）の三つに分類できる．河床を移動する材料が二粒径粒子からなる条件下で実験を行い，大きな掃流砂礫が及ぼす遮蔽効果によって小さな粒子に作用する掃流力がどの程度低減されるかについて表す関係式を導いた．また，移動する河床材料が三種類の粒径からなる条件下で実験を行い，掃流砂礫が複数粒径からなる場合に中程度の粒径粒子が及ぼす遮蔽効果について調べた．その結果，小さな粒子に作用する掃流力の算定には，掃流される砂礫の中で最大粒径の粒子による遮蔽効果のみを考慮して算定しても問題ないということが示唆された．

　河床材料が幅広い粒度を持つ礫床河川に細粒分を選択的に供給する場合，河床変動は礫間への細粒分の充填や移動しない材料による流れの遮蔽効果を受けたものとなる．ダムから下流河川への土砂還元のような対策では，生物生息環境を含む河床変動への影響をあらかじめ評価することが重要であり，そのためには，このような土砂移動を表現できるモデルが不可欠となる．本研究では，露出した河床材料による遮蔽効果と空隙率変化を考慮した河床変動モデルを交換層厚の移動を伴う河床変動を表現できるように拡張した上で，そのモデルを矢作川で実施された土砂供給実験に適用し，その有用性を確認したものである．

　実河川では粘土が固結した土丹層が露出し浸食されることで河川管理上問題となっている. 粘着性河床を対象とした研究は少なく粘土河床の変動プロセスは未解明である．本研究では直線水路と一様湾曲水路を用いて粘土河床上に掃流砂が輸送されてくる条件下で行った実験をもとに，河床変動プロセスの解明を目的とした．これまでの研究では，掃流砂が輸送される条件下において，砂礫が粘土河床に入り込み砂礫と粘土からなる混合層を形成することが確認されている．そこで本研究ではこの混合層を対象に直線水路を用いて，流量や給砂量を変えることで形成プロセスや形状に違いは現れるのかについて検討を行った．併せて，一様湾曲水路を用いた実験との比較を行い二次流が存在する条件下での違いや類似性についても取りまとめた．

　2018年9月，北海道胆振東部地震により厚真川流域では多数の斜面崩壊が発生した．厚真川の中・下流域は比較的勾配が緩やかな交互砂州が発達する河川であり，今後，降雨に伴い多量のシルト成分を含む土砂が厚真川へ流入することで砂州形状およびシシャモ産卵場に与える影響が懸念されている．そこで，本研究では水路実験にて非粘着性河床材料で構成される交互砂州にシルト成分が多量に流入した場合を想定し，シルトが砂州形状に与える影響および砂州へのシルトの堆積特性について検討した．その結果，交互砂州では平衡掃流砂量に対してシルトが10％以上増加した場合，その波長と波高に影響を与え，30％以上で砂州が減衰することが確認された．また，交互砂州へのシルトの堆積は局在しており，砂州の上への堆積は少なく，主に平水時の主流路となる低水路の深みに堆積することが明らかとなった．これは，シルトは水路内を浮遊状態で輸送されるが，砂州前縁から低水路に水が流れ落ちる場所では，掃流砂に巻き込まれるようにシルト成分も一緒に砂州へと取り込まれるためである．

　2019年台風 19号時に都幾川の破堤地点では，粘土層が露出し下方侵食が妨げられていたことが確認された．こうした層化した難侵食層の露出は，上流方向への侵食を助長し破堤までの時間を早める可能性がある．そこで，本研究では，難侵食層が堤体侵食に与える影響を水理模型実験により明らかにした．

　実験の結果，難侵食層の鉛直位置が1/4ZWO(ZWOは難侵食層が無い場合の裏法尻地点の残留土砂高)と2/4ZWOのケースでは，無次元越流水深h1/H(h1:越流水深，H:堤防高)が0.175の時にZi/ZWOが極小値をとる一方で，3/4ZWOでは単調減少となることを明らかにした．このことは，難侵食層の鉛直位置によっては，法尻付近の洗掘規模とその後の発達に対して危険となる越流条件があることを示唆している．

　近年，気象の極端化の影響により記録的な豪雨が相次いでおり，全国各地で甚大な浸水被害が発生している．河川堤防決壊は，2019年10月に発生した台風19号の事例のように，甚大な浸水被害をもたらす災害の一つである．そのため，堤防決壊のメカニズムについて解明していくことは防災・減災上重要であると言える．著者らはこれまで，粘土・砂・礫より構成された模擬堤防を対象に，河川に貯水する基礎的な実験によって検討を行ってきた．その際，それぞれの含有比率を変化させることで，粘土と礫が決壊メカニズムに与える影響について検討してきた．本研究では，河川流れを再現した模擬堤防の決壊実験を行うことで，堤防の決壊プロセスに与える河川の流れの影響について検討している．

　本研究では上流側に凸型となる鋼製フレームを持つ砂防堰堤を提案した．この新しい砂防堰堤の土石流の捕捉効果を確認するため，流木を含む土石流と鋼製フレームを持つ砂防堰堤の相互作用を考察できる新しい数値解析法を開発した．不透過構造，堤軸上に鋼製フレームが配置された構造，及び上流側に凸形状の鋼製フレームをもつ構造の3つのタイプの砂防堰堤を数値的に構築し，2014年に広島で発生した土石流がこれらの堰堤に衝突する数値実験を実施した．その結果，上流側に凸形状となる鋼製フレームを持つ砂防堰堤は，不透過型の砂防堰堤と比較し約30%も多くの土石流を捕捉できており，効果的な構造であることが確認された．

　迅速に天然ダム決壊のリスクを評価するには，決壊により生じる洪水流の規模が大きくなる条件を理解しておく必要がある．本研究では，数値計算モデルを用いて，天然ダムすべり破壊により生じる洪水流の規模について検討を行った．その結果，そのピーク流量は，すべり破壊発生時の湛水量が大きい方が大きくなり，ダム材料の侵食抵抗性が小さい方が大きくなることを示した．また，すべり土塊が長く滑動することが必ずしもピーク流量の増大に結びつくとは限らないことを示した．ダム材料の侵食抵抗性が大きい場合に，すべり土塊が長く滑動することはピーク流量を増大させる傾向にあり，この場合に天然ダムすべり破壊を考慮せずに洪水流の規模を推定すると，ピーク流量を過小評価する危険があることが考えられた．

　根固め材の周辺に土砂が堆積する例が多いが，堆積箇所に植生が繁茂することで，生物の生育場所を提供するばかりでなく，流水に対する根固め材の抵抗力が増加する効果も期待できる．本研究では，根固めブロック周辺の浮遊砂堆積現象を，水理実験と数値計算にて解析した．さらに，数値計算を利用して，根固めブロック周辺の浮遊砂堆積を促す効果的な配置方法について検討した．

　検討の結果，根固めブロックを延長方向に連続配置するよりも，間隔を空けて配置する方が，広範囲に土砂堆積を促すことが可能であること，間隔を広げすぎると効果が弱くなることなどが分かった．また曲線河道においても，ブロック配置により堆積状況が異なり，対岸にも影響を及ぼすことが分かった．

　本研究では，開口部を有する固定堰が従来の連続固定堰に較べて土砂の流動性を高めることに着目し，開口部深さを系統的に変化させて堰上流に堆積した土砂の排砂機能および堰下流の河床変動について検討した．実験結果は，開口部を有する堰が、堰上流の掃流力を高め，河床を低下させることを示した．堰上流の洗掘は、堰から離れたところでは漸変流区間と堰近傍で洗堀孔の顕著な局所流区間に分けられる．漸変流区間では，水位と河床の低下量は開口部の深さが増大するにつれて直線的に増加した．更に、局所流区間では堰直上流および下流の洗堀孔をそれぞれの代表的長さスケールで無次元化することで相似形であること、極大洗堀深が開口部深さに比例することが示された。