チャンネルネットワークの自己形成機構に関する理論的・実験的研究 -地下水湧出による侵食に着目した線形安定論-

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断層によって生じた崖や河岸部の脚部において生じた湧水は,その湧出面を侵食しガリを形成する.このガリは,更なる侵食の進展によって水路へと発達していく.本研究では,ガリ(初期水路)の形成メカニズムを解明するために,室内実験および理論解析を行った.それによって以下の諸点が明らかとなった.1.一次元模型と非粘着性の砂を用いた室内実験によって,湧水によって斜面が侵食され後退していく過程が観察された.湧出面上の土砂が湧水によって剥離され,引き続いてその上部の土砂が崩落することによって,斜面は上流側へと後退していく.この斜面の後退速度は,湧出量と相関があることが明らかとなった.2.二次元模型と石炭粉を用いた室内実験によって,湧水侵食は横断方向に不安定であり,ある一定の間隔でガリが生じることが示された.また,ガリの間隔はガリの発達に伴って広くなっていくことが観察された.これは実際の水路形成の過程でも観察される現象であり,室内実験によっても水路形成の基本的なメカニズムを再現できることが示された.3.斜面の後退速度を湧出量と関係づけ,地下水流の方程式と組み合わせることによって,湧水による斜面侵食を記述する方程式を得た.この方程式をperturbationとinstability analysisの手法を用いて解析することによって,擾乱の発達初期において最大の発達率を有する波長(卓越波長)が求められた.この波長が,実現するガリの間隔に相当していると考えられる.得られた卓越波長は実験によって得られた波長とおおむね一致した.