底質負荷

河川システムの負荷に含まれる3つの要素は、溶解負荷、ウォッシュ負荷、河床物質負荷です。河床物質負荷は、河床に由来する物質を含む、河川によって運搬される堆積物の部分です。^[1]河床物質負荷は通常、すべての河床負荷と、河床堆積物に含まれる懸濁負荷の割合で構成されます。これは通常、0.062 mmより粗い粒子で構成され、主な発生源は河床です。その重要な点は、その構成が河床と同じであり、運搬中の物質が河床と積極的に交換される可能性があることです。このため、河床物質負荷は河道の形状を制御します。河床負荷とウォッシュ負荷（流れの中で高く浮遊し、そこから無視できない運動量を抽出しない堆積物）を合わせて、河川の堆積物の総負荷を構成します。^[2]負荷の3つの要素（溶解物、洗浄物、底質）が考慮される順序は、輸送速度が徐々に遅くなるため、どのイベントでも負荷のピークが流量のピークからどんどん遅れるという進行と考えることができます。^[3]

河床物質負荷は、他のどの負荷よりも大きな粒子で構成されています。粒子が移動する速度は、流れの輸送能力に依存します。粒子は、周囲の流れよりも遅い速度で、転がり、滑り、または跳躍（粒子の跳ね返りまたは跳躍）によって移動します。転がりは砂利河床の河川の主な輸送モードですが、粒子が一連の低い軌道で河床を飛び越える跳躍は、主に砂と小さな砂利に限定されています。^[3]堆積物が河川システムを通じて輸送される速度を推定するために、さまざまな方程式が使用されます。河床物質流出方程式は、通常、方程式が導出された流れ条件と堆積物サイズの範囲内でのみ適用できます。^[4] Kumar (2012) によって説明されている河床物質負荷輸送を特徴付けるために使用される変数は次のとおりです。^[5]

–チャネル形状: b (チャネルの幅)、y (流れの深さ)、BF (チャネルの河床形状)

–動的特性: Q\ (流路流量)、Sf (摩擦/エネルギー勾配)、τb (河床せん断応力)、τc (臨界せん断応力またはシールドせん断応力)

–堆積物の特性: d (堆積物の平均サイズ)、σ (堆積物粒子の粒度係数)、Gs (比重)

–流体特性: ν (粘度)

河床物質の負荷輸送（C）は上記のすべてのパラメータの関数であり、すなわち、

C = f (b、y、 BF 、Q、Sf、τ b 、τ c 、d、σ、Gs、ν)

堆積物の輸送に関する知識は、河川の修復、生態系の保護、航行、インフラ管理などの取り組みにとって重要です。^[6]

河床材料を測定するには、直接法と間接法という 2 つの方法があります。直接測定は、物理的トラップを使用して行われます。装置を河床に接触させて、「底質として運ばれた堆積物を一定時間サンプラー内に蓄積（または閉じ込め）させ、その後サンプラーを地表に持ち上げて材料を空にし、重量を量って単位時間あたりの運搬重量を決定します。」^[6]直接サンプラーには、ボックスまたはバスケット、パンまたはトレイ、および Hubbell (1964) が説明した圧力差の 3 つのタイプがあります。^[7]底質流出量の測定はまれであり、多くの場合、精度が不明です。これは、広範囲の水力条件で徹底的にテストおよび較正された底質サンプラーがないためです。^[4]ボックスサンプラーには堆積物が入り込む開口部があり、パンまたはトレイサンプラーはボックスの開いた前面の前に配置され、圧力差サンプラーはノズルの端で圧力降下を生じさせるように作られています。正確なフィールド測定は非常に難しく、誤差は主に測定装置自体と極端な圧力差に関連しています。輸送速度の一時的な変動は、河床物質の移動の特徴である。^{[8] [9]}間接測定は、トレーサー、繰り返しチャネル調査、ベッドフォーム速度測定、または速度測定によって実行できます。完全に満足できる方法はありませんが、間接チャネル調査は、流域スケールで十分に詳細であれば、信頼性の高い結果を生み出すことができ、流れへの乱れが最小限で、輸送速度の短期的な変動を平均化する時間積分サンプリングの利点があります。^[10]

河床物質は河道の形状を制御します。沖積河川における河床物質の荷重輸送は、河川水理と河川形状を結ぶ主要なリンクであり^[11]、河道形状の構築と維持に関与しています。^[12]