堤防

堤防（れいわ、 / ˈ l ɛ v i /または/ ˈ l ɛ v eɪ /）、^{[a] [1]} 堤防（アメリカ英語）、堤防（イギリス英語、綴りの違いを参照）、堤防、防堤（しせつばん）は、川の岸に沿った高くなった自然または人工の尾根で、川に隣接する地域の洪水を防ぐことを目的としています。通常は土でできており、川の氾濫原で川の流れと平行に走っているか、低地の海岸線に沿って走っていることがよくあります。^[2]

自然に発生する堤防は、洪水後に河川の氾濫原に堆積物や沖積層が堆積して堆積し、尾根を形成して河川の容量を増やすことで形成されます。また、堤防は水位を調節するために埋め立て土から人工的に建設されることもあります。状況によっては、人工堤防が環境に悪影響を及ぼすこともあります。^[3]

インダス文明、古代エジプト、メソポタミア、中国の古代文明では、いずれも堤防が築かれていました。今日、堤防は世界中に存在し、浸食などの原因で堤防が決壊すると、大きな災害を引き起こす可能性があります。^{[4] 2005年に}ハリケーン・カトリーナの影響でニューオーリンズ都市圏で発生した壊滅的な堤防決壊がその例です。

アメリカ英語を話す人は、フランス語のlevée （フランス語の動詞lever「上げる」の女性過去分詞）から派生したleveeという単語を使用します。これは、1718年にニューオーリンズが設立されてから数年後にニューオーリンズで生まれ、後に英語を話す人々に採用されました。 ^[5]この名前は、堤防の尾根が水路と周囲の氾濫原の両方よりも高くなっている特徴に由来しています。

現代の「堤防」または「ダイク」という語は、おそらくオランダ語の「dijk」に由来しており、堤防の建設は11世紀にはすでによく記録されている。1250年に完成した全長126キロメートル（78マイル）のウェストフリーゼ・オムリングダイクは、既存の古い堤防をつなげて形成された。ローマの年代記作者タキトゥスは、反乱を起こしたバタヴィが自分たちの土地を洪水で満たし、退却地を守るために堤防を突破したと述べている（ 西暦70年）。^[6] dijkという語は、もともと溝と堤防の両方を指していた。これは英語の動詞「掘る」とよく似ている。^[7]

アングロサクソン語では、 dic という単語がすでに存在し、イングランド北部ではdick 、南部ではditchと発音されていました。オランダ語と同様に、英語のこの単語の語源は、溝を掘り、掘り返した土をその脇の土手として形成することにあります。この慣習により、この名前は掘削部分と土手のどちらにも付けられるようになりました。したがって、Offa's Dykeは複合構造であり、Car Dykeは溝です (ただし、かつては土手も作られていました)。イングランド中部と東アングリア、およびアメリカ合衆国では、dike はイングランド南部のditchのように、土地の境界を示す標識または排水路を指します。水が流れる場所では、 Rippingale Running Dikeのように、running dike と呼ばれることがあります。Rippingale Running Dike は、集水排水路であるCar Dyke からリンカンシャーの South Forty Foot Drain (TF1427)に水を導いています。ウィアー・ダイクは、リンカンシャー州、トゥエンティの近く、グレン川沿いのボーン・ノース・フェンにある防潮堤である。ノーフォーク・ブローズとサフォーク・ブローズでは、堤防は排水溝、またはアクセスや係留のために川やブローズから離れた狭い人工水路のことがあり、長い堤防にはキャンドル・ダイクなどの名前が付けられている。^[8]

英国の一部、特にスコットランドとイングランド北部では、堤防は一般に乾式石積みで作られた畑の壁である場合があります。

人工堤防の主な目的は、隣接する田園地帯の洪水を防ぎ、水路の自然な流れの変化を遅らせて、長期にわたって海上貿易のための信頼できる航路を確保することです。また、堤防は川の流れを制限するため、水の流れがより多く速くなっていきます。堤防は主に、砂丘が十分に強くない海沿い、大洪水から守るための川沿い、湖沿い、または干拓地沿いに見られます。さらに、堤防は、浸水防止の目的で、または浸水地域の境界として建設されてきました。後者は、軍隊による制御された浸水、または堤防に囲まれたより広い地域の浸水を防ぐ手段である可能性があります。堤防は、畑の境界や軍事防御として建設されたこともあります。このタイプの堤防の詳細については、石積み壁の記事をご覧ください。

堤防は恒久的な土塁である場合もあれば、洪水の緊急事態の際に急いで建設される 緊急構造物（多くの場合、土嚢で作られる）である場合もあります。

最も古い堤防のいくつかは、インダス文明（紀元前 2600年頃からパキスタンと北インドで）によって建設され、ハラッパー人の農耕生活はそれに依存していました。^{[9]堤防は3000年以上前に}古代エジプトでも建設され、ナイル川の左岸に沿って1000キロメートル（600マイル）以上にわたって堤防システムが構築され、現在のアスワンから地中海沿岸のナイルデルタまで伸びていました。メソポタミア文明と古代中国でも大規模な堤防システムが構築されました。^[10]堤防の強度は最も弱い部分で決まるため、高さと建設基準は全長にわたって一貫している必要があります。一部の専門家は、これには作業を指導する強力な統治機関が必要であり、初期文明における統治システムの発展のきっかけになった可能性があると主張しています。しかし、統治が今ほど中央集権化されていなかった先 王朝エジプトのスコーピオン王の時代以前に遡る、運河や堤防などの大規模な治水土工の証拠を指摘する者もいる。

成長を続ける都市国家メキシコ・テノチティトランと隣の都市トラテロルコを守る歴史的な堤防のもう一つの例は、1400年代初頭に、アルテペトル・テスココのトラトアニであるネサワルコヨトルの監督のもとで建設されたものです。その役割は、集落に供給される新鮮な飲料水から、テスココ湖の汽水（チナミトル農業技術に最適）を分離することでした。しかし、ヨーロッパ人がテノチティトランを破壊した後、堤防も破壊され、洪水が大きな問題となり、17世紀に湖の大部分の水が干上がりました。

堤防は通常、整地した平らな面に土を積み上げて造られる。堤防の底部は広く、上部は平らになるにつれて細くなっており、その上に仮設の盛土や土嚢を置くことができる。両岸の堤防では洪水流量が増加するため、また沈泥が堆積して川床の高さが上昇するため、計画と補助的な対策が不可欠である。堤防の一部は川から後退させて幅の広い水路を形成することが多く、洪水谷の流域は複数の堤防で区切られ、1 回の決壊で広い範囲が浸水するのを防ぐ。石を水平に並べ、その間に薄い芝を敷いた堤防はスペッチェルと呼ばれる。

人工堤防には、かなりの工学的技術が必要です。堤防の表面は浸食から保護する必要があるため、土をつなぎ合わせるためにバミューダグラスなどの植物が植えられます。高い堤防の陸側には、別の浸食防止策として、バンケットと呼ばれる低い台地が追加されることがよくあります。川側では、強い波や流れによる浸食が堤防の完全性にさらに大きな脅威をもたらします。浸食の影響は、適切な植物を植えたり、石、玉石、重り付きマット、またはコンクリート護岸を設置したりすることで対処されます。基礎が浸水しないように、別の溝や排水タイルが建設されます。

著名な堤防システムが、米国のミシシッピ川とサクラメント川、ポー川、ライン川、マース川、ローヌ川、ロワール川、ヴィスワ川、オランダのライン川、マース川/マース川、スヘルデ川で形成されたデルタ、ヨーロッパのドナウ川沿いに建設されました。中国の戦国時代には、水資源保全と洪水制御プロジェクトとして秦によって都江堰灌漑システムが建設されました。このシステムのインフラストラクチャは、中国四川省の揚子江の最長の支流である岷江にあります。

ミシシッピ川の堤防システムは、世界でも最大級のシステムである。ミシシッピ川沿いにミズーリ州ケープジラードからミシシッピ川デルタまで、全長5,600キロメートル（3,500マイル）を超える堤防が約1,000キロメートル（620マイル）にわたって延びている。この堤防は、 18世紀にルイジアナ州に移住したフランス人によって、ニューオーリンズ市を守るために建設が開始された。^[11]ルイジアナ州で最初に建設された堤防は高さ約90センチメートル（3フィート）で、川沿いに約80キロメートル（50マイル）にわたっていた。^{[11]アメリカ陸軍工兵隊は、ミシシッピ川委員会と共同で、1882年から堤防システムを拡張し}、イリノイ州カイロからルイジアナ州のミシシッピ川デルタ河口までの川岸をカバーした。^[11] 1980年代半ばまでに、堤防は現在の範囲に達し、平均高さは7.3メートル（24フィート）でした。ミシシッピ州の堤防の中には、高さが15メートル（50フィート）に達するものもあります。ミシシッピ州の堤防には、世界でも最長の連続堤防もいくつかあります。そのような堤防の1つは、アーカンソー州パインブラフから南に約610キロメートル（380マイル）の距離にわたって伸びています。ミシシッピ州の堤防の範囲と規模は、しばしば万里の長城と比較されます。^[12]

アメリカ陸軍工兵隊（USACE）は、最良の管理方法として、セルラー封じ込め技術（ジオセル）を推奨し、支持しています。 ^{[13]特に、表面侵食、}越流防止、堤防の天端と下流斜面の保護に重点が置かれています。ジオセルによる補強により、土壌に張力が加わり、不安定性に対する抵抗力が高まります。

人工堤防は、時間の経過とともに自然の川床を上昇させる可能性があります。これが起こるかどうか、またどのくらいの速さで起こるかは、さまざまな要因によって決まりますが、その 1 つが河川の掃流砂の量と種類です。堆積物が大量に堆積する沖積河川では、このような現象が起きる傾向があります。人工堤防によって川床が上昇し、堤防の背後の隣接する地表よりも川床が高くなる川の例としては、中国の黄河や米国の ミシシッピ川が挙げられます。

カナダのニューブランズウィック州とノバスコシア州のファンディ湾に面した湿地帯では、堤防が非常に一般的です。この地域の堤防の多くは、肥沃な潮汐湿地帯を耕作するために作られたもので、その地域に定住したアカディア人が最初に建設したと言われています。これらの堤防はダイクと呼ばれています。それらは蝶番式の水門で作られており、干潮時には開いて農業用湿地帯から真水を排出し、満潮時には閉じて海水が堤防の後ろに入るのを防ぎます。これらの水門は「アボイトー」と呼ばれています。ブリティッシュコロンビア州バンクーバー市周辺のローワーメインランドには、フレーザー川デルタ、特にルル島のリッチモンド市の低地を保護するための堤防（地元ではダイクと呼ばれ、「シーウォール」とも呼ばれる）があります。ピット川やその他の支流 に隣接するピット・ポルダーなど、過去に洪水が発生した他の場所を保護するための堤防もあります。

沿岸の洪水防止堤防は、ワッデン海の背後の内陸海岸沿いにも一般的であり、この地域は多くの歴史的な洪水によって荒廃しています。^[14]そのため、人々や政府は、暴風雨による洪水の際にも海を止めるために、ますます大規模で複雑な洪水防止堤防システムを建設してきました。これらの最大のものはオランダの巨大な堤防であり、洪水に対する防御にとどまらず、平均海面より低い土地を積極的に奪還してきました。^[15]

これらは通常、浸食を防ぐために人工的に作られた水理構造物です。これらは通常、河川の水路や護岸の岸に垂直または斜めに配置され、 [ ^16]海岸線に沿って広く使用されています。突堤には、建設に使用される材料に応じて、透水性と不透水性の2つの一般的なタイプがあります。

自然の堤防は、一般的に人間の介入なしに低地の河川や小川の周囲に形成されます。自然の堤防は、川の氾濫原の切土堤防のすぐ隣に形成される泥やシルトの細長い尾根です。人工堤防と同様に、自然の堤防は氾濫原の浸水の可能性を減らす役割を果たします。

堤防の堆積は、細砂、シルト、泥などの懸濁堆積物の多い蛇行河川の洪水の自然な結果である。河川の収容力は部分的にその深さに依存するため、水路の洪水した岸の上にある水中の堆積物は、主要な谷底と同じ量の細粒堆積物を懸濁状態に保つことができなくなる。そのため、余分な細粒堆積物は、水路に最も近い氾濫原の部分にすぐに沈殿する。かなりの数の洪水が続くと、最終的にこれらの場所に尾根が形成され、さらなる洪水や堤防建設の可能性が減る。^[17]

主水路で堆積が続くと、再び堤防の越水が起きやすくなり、堤防がさらに厚くなる可能性がある。場合によっては、水路床が最終的に周囲の氾濫原より高くなり、周囲の堤防で囲まれた状態になることもある。中国の海に近い黄河がその例で、外洋船は高くなった川の上を平野より高く航行しているように見える。^[18]

堤防は、浮遊堆積物の割合が高い川では一般的であり、したがって蛇行した水路と密接に関係しています。また、河川が大量の浮遊堆積物を運ぶ場所では、堤防が発生する可能性が高くなります。同様の理由から、堤防は、潮の満ち引き​​によって大量の沿岸シルトや泥が運ばれる潮汐の入り江でもよく見られます。春の高潮は洪水を引き起こし、堤防の構築につながります。

天然の堤防も人工の堤防も、さまざまな原因で決壊する可能性があります。堤防決壊の原因には、越水、浸食、構造的破損、堤防の飽和などがあります。最も頻繁で危険なのは、堤防の決壊です。堤防の一部が実際に決壊するか浸食されて、本来は堤防で保護されている土地が水で浸水する大きな開口部が残ります。決壊は突然の決壊または徐々に起こるもので、表面浸食または堤防の地下の弱さによって引き起こされます。決壊により、クレバスの広がりと呼ばれる、決壊箇所から放射状に広がる扇形の堆積物が残ることがあります。天然の堤防では、決壊が発生すると、堤防の隙間は、堤防建設プロセスによって再び埋められるまでそのまま残ります。これにより、将来同じ場所で決壊が発生する可能性が高くなります。川の流れの方向が隙間によって恒久的に変更される場合、 決壊箇所は蛇行遮断の位置になる可能性があります。

堤防の頂上から水が溢れると堤防が決壊すると言われることがあります。これにより氾濫原で洪水が発生しますが、堤防が損傷しないため、将来の洪水への影響は少なくなります。

堤防決壊を引き起こすさまざまな破壊メカニズムの中で、土壌侵食は最も重要な要因の1つであることがわかっています。越水が発生したときに土壌侵食と洗掘の発生を予測することは、安定した堤防と防潮堤を設計するために重要です。土壌の侵食性を調査する研究は数多く行われてきました。Briaudら(2008) ^[19]は、土壌の侵食性を測定するためにErosion Function Apparatus (EFA)テストを使用し、その後、Chen 3Dソフトウェアを使用して堤防の数値シミュレーションを実行し、越水が堤防に衝突したときに越水内の速度ベクトルと発生する洗掘を調べました。EFAテストの結果を分析することにより、土壌の侵食性を分類する侵食チャートが開発されました。ヒューズとナダルは2009年に^[20]、波の越流と高潮の越流の組み合わせが堤防の侵食と洗掘の発生に与える影響を研究した。この研究では、洗掘の発達を分析するために、水理パラメータと流れの特性（流れの厚さ、波の間隔、堤防天端上の高潮レベルなど）が含まれていた。室内試験によると、平均越流流量に関連する経験的相関関係が、侵食に対する堤防の抵抗を分析するために導出された。これらの式は、実験試験と同様に、状況にのみ適合するが、他の条件に適用すると合理的な推定値を与えることができる。

Osouli et al. (2014)とKarimpour et al. (2015)は、堤防の越水によるさまざまな堤防のスコア特性を評価するために、実験室規模の堤防の物理モデリングを実施しました。^{[21] [22]}

堤防の決壊を防ぐために適用されるもう一つのアプローチは、電気抵抗トモグラフィー（ERT）です。この非破壊的な地球物理学的手法は、堤防の危険な飽和領域を事前に検出することができます。したがって、ERTは土構造物の浸透現象の監視に使用でき、堤防や盛土の危険な部分での早期警報システムとして機能します。^[23]

自然のプロセスを変更するように設計された大規模な構造物には、必然的に何らかの欠点や悪影響が伴います。

堤防は、季節的な洪水の条件下で発達した氾濫原の生態系を遮断します。^[24]多くの場合、その影響は2倍であり、洪水の再発が減少することで、森林の氾濫原から農地への土地利用の変化も促進されます。

自然の流域では、洪水は地形に広がり、ゆっくりと川に戻ります。下流では、洪水地域からの水の供給は時間的に分散されます。堤防が洪水を狭い水路内に留めておくと、水はより短い期間で下流に供給されます。同じ量の水がより短い時間間隔で供給されるということは、川の水位（高さ）が上昇することを意味します。上流に堤防が建設されるほど、川の高水位事象の再発間隔が長くなり、多くの場合、堤防の高さを高くする必要があります。^[25]

自然洪水では、堤防から溢れた水はゆっくりと上昇します。堤防が決壊すると、堤防にせき止められていた水の壁が突然、ダム決壊のように地面に流れ出します。決壊箇所から遠く離れた被災地では自然災害と同様の洪水が発生する可能性があり、決壊箇所付近の被害は壊滅的となり、近くの地面に深い穴や溝が掘られることもあります。^[26]

自然条件では、水位が下がると洪水はすぐに川の水路に戻ります。堤防が決壊すると、水は氾濫原に流れ出し、斜面を下って川に戻るのを阻止されます。このような地域では洪水が長引くため、洪水がゆっくりと浸透して蒸発するのを待ちます。

自然の洪水は氾濫原に堆積層を加える。何世紀にもわたってこのような層の重みが加わり、地殻はマントルの奥深くに沈んでいく。これは、浮かんでいる木のブロックの上に板をもう一枚乗せると、さらに深く水中に沈んでいくのとよく似ている。下向きの動きの勢いは、新しい堆積層が追加されなくなってもすぐには止まらず、地盤沈下（地表の沈下）を引き起こす。^[27]沿岸地域では、この結果、陸地が海面より下に沈み、海が内陸に移動し、塩水が淡水帯水層に侵入する。^[28]

大きな川が海に流れ込むと、水流の速度が急激に遅くなり、砂やシルトを運ぶ能力が低下します。堆積物が沈殿し始め、最終的にデルタを形成し、海岸線まで海に向かって広がります。その後の洪水では、水路から流れ出た水は海へのより短い経路を見つけ、新しいデルタを形成し始めます。波の作用と海流は堆積物の一部を再分配し、海岸沿いにビーチを形成します。堤防が海まで建設されると、洪水による堆積物は遮断され、川は移動せず、川の速度が上昇すると堆積物は波の作用と海流が再分配できない深海に運ばれます。自然なくさび形のデルタが形成される代わりに、「鳥の足デルタ」が海にまで広がります。周囲の土地には、ビーチの枯渇、地盤沈下、塩水の侵入、土地の喪失などの結果がもたらされます。^[29]

ウィキメディア・コモンズには、 Dikesに関連するメディアがあります。

• 「井戸掘りのトリック」、1951年6月、ポピュラーサイエンス誌の記事。洪水制御技術者が、浸水による堤防の崩壊を防ぐために、川沿いの堤防を古い方法で守っていたことを紹介している。
• 「堤防の設計と建設」米国陸軍技術者マニュアル EM-1110-2-1913
• 国際堤防ハンドブック