geomorphology of bedrock rivers

waterfalls, knickpoints, knickzones / 滝，遷急点，遷急区間

河床遷急区間の分布

河床遷急区間（河川縦断面形において部分的に急勾配で、侵食が活発な区間：峡谷や滝など）は、岩盤河川地形において重要な地形要素であるが、その広範囲にわたる分布についてはこれまでほとんど調べらてこなかった。本研究では、日本列島の山地岩盤河川における河床遷急区間の分布を、DEM（デジタル標高モデル）に基づくGISを用いた河床勾配計測により明らかにした。遷急区間は河川の上流域、河床勾配が急になっている部分、また主要河川どうしの合流点付近により多く存在し、これらは遷急区間が河川の水理的な作用により形成されていることを示唆する。さらに、遷急区間の出現頻度に典型的な値があることも明らかになった。一方、地質の遷急区間形成に対する影響は限られていることが示唆された。

• Hayakawa, Y.S., Oguchi, T. (2014) Spatial correspondence of knickzones and stream confluences along bedrock rivers in Japan: Implications for hydraulic formation of knickzones. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography, 96 (1), 9–19. doi:10.1111/geoa.12024
• Hayakawa, Y.S., Oguchi, T. (2009) GIS analysis of fluvial knickzone distribution in Japanese mountain watersheds. Geomorphology, 111, 27–37. doi:10.1016/j.geomorph.2007.11.016
• Hayakawa, Y.S., Oguchi, T. (2006) DEM-based identification of fluvial knickzones and its application to Japanese mountain rivers. Geomorphology, 78, 90–106. doi:10.1016/j.geomorph.2006.01.018

滝の後退メカニズム

岩盤河川における滝や遷急点の後退は河川地形の発達において重要なプロセスの一つである。しかし、その詳細なメカニズムについては実は不明な部分も多い。典型的によく知られているのは、滝のキャップロック構造とその侵食モデルである。これは、「固い岩盤が滝を形作っている」という前提で、固い層の下位にある比較的軟らかい層が先に削られることにより、滝の後退が生じるといった考えである。ところが、その力学的な妥当性について、このキャップロックモデルのもととなったナイアガラフォールズで検証したところ、１）岩盤強度は新鮮な場合それほど差がないこと、２）滝面下部の実際の凹みに対して崖面は頑丈であり、キャップロックモデルであらわされるような突発的で大規模な崩落は生じにくいこと、すなわち、岩盤の風化と水流による侵食により、滝面の岩石が少しずつ剥離されていくことによりこの滝の後退が進行することがわかった。これは、滝の侵食メカニズムに関して新たな知見をもたらしたものである。

• Hayakawa, Y.S., Matsukura, Y. (2010) Stability analysis of waterfall cliff face at Niagara Falls: An implication to erosional mechanism of waterfall. Engineering Geology, 116 (1–2), 178–183. 10.1016/j.enggeo.2010.08.004

滝の後退速度

滝の後退速度とその規定要因について、千葉県房総半島における滝について調査した（Hayakawa and Matsukura, 2003）。房総半島は、日本の中でも大きな隆起速度と侵食速度が観察される地域であり、滝の侵食速度も年間数cmから数10 cmと大きい。一方、滝の後退速度に影響する主要因は河川の侵食力と岩盤の抵抗力と考えられ、それぞれを表す計測可能なパラメータを現地または図上計測により取得し、これらから次元解析に基づいて導いた無次元パラメータと滝の後退速度との間には高い相関関係がみられた。これにより、滝の後退速度を推定する経験式が得られた。続いて、この式の妥当性や限界を、その他の多くの地域において検証を進めた。調査した滝は、華厳滝や称名滝といった日本国内の著名・無名な滝から、台湾、北米（コロラド、ナイアガラ）、スイスアルプスといった様々な地域にわたる。

• 早川裕弌・松多信尚・前門　晃・松倉公憲 (2013) 集集地震により生じた台湾中西部における滝の地震後10年間の後退速度とその変化. 地形, 34 (1), 21–36. [ CiNii ]
• Hayakawa, Y.S. (2011) Postglacial recession rates of waterfalls in alpine glacial valleys. Transactions, Japanese Geomorphological Union, 32 (2), 179-184. [Fulltext PDF: CiNii]
• Hayakawa, Y.S., Matsukura, Y. (2009) Factors influencing the recession rate of Niagara Falls since the 19th century. Geomorphology, 110, 212–216. doi:10.1016/j.geomorph.2009.04.011
• Hayakawa, Y.S., Matsuta, N., Matsukura, Y. (2009) Rapid recession of fault-scarp waterfalls: Six-year changes following 921 Chi-Chi Earthquake in Taiwan. Transactions, Japanese Geomorphological Union, 30 (1), 1–13. [Fulltext PDF: CiNii]
• Hayakawa, Y.S., Yokoyama, S., Matsukura, Y. (2008) Erosion rates of waterfalls in post-volcanic fluvial systems around Aso volcano, southwestern Japan. Earth Surface Processes and Landforms, 33 (5), 801–812. doi:10.1002/esp.1615
• Hayakawa, Y.S., Obanawa, H., Matsukura, Y. (2008) Post-volcanic erosion rates of Shomyo Falls in Tateyama, central Japan. Geografiska Annaler, 90A (1), 65–74. doi:10.1111/j.1468-0459.2008.00334.x
• 早川裕一, 横山勝三, 松倉公憲 (2005) 阿蘇火山・立野峡谷付近における滝の後退速度. 地形, 26 (4), 439-449. [Fulltext PDF: CiNii]
• Hayakawa, Y.S., Wohl, E.E. (2005) Recession rate of Poudre Falls in Rocky Mountain Front Range, Colorado, USA. Geographical Review of Japan, 78 (12), 853–858. [Fulltext PDF: Journal @rcive]
• Hayakawa, Y. (2005) Reexamination of a predictive equation of waterfall recession rates in Boso Peninsula, Chiba Prefecture, Japan. Geographical Review of Japan, 78 (5), 265–275. [Fulltext PDF: Journal @rcive]
• 早川裕一, 松倉公憲 (2003) 日光，華厳滝の後退速度. 地学雑誌, 112 (4), 521–530. [Fulltext PDF: 地学雑誌]
• Hayakawa, Y., Matsukura, Y. (2003) Recession rates of waterfalls in Boso Peninsula, Japan, and a predictive equation. Earth Surface Processes and Landforms, 28 (6), 675–684. doi:10.1002/esp.519

channel sinuosity / 岩盤河川の蛇行度

「地形」は我々の足元をなす地球表層の重要な要素であり、地殻変動や地質、気候などさまざまな条件によって侵食・堆積を繰り返しつつ変化する。岩盤河川は山地の侵食地形を代表する一つであるが、本研究ではこの岩盤河川地形の平面形に対する気候、とくに台風による豪雨頻度の影響を空間定量的に解明した。

対象とした岩盤河川は日本列島および台湾、フィリピン等を含む、西太平洋地域の低緯度から中緯度まで広範囲にわたる。まずはスペースシャトルによりレーダー計測された全球数値地形モデルに基づき、地理情報システム（GIS）を用いて穿入蛇行する山地岩盤河川の蛇行度の定量化を行った。次に日本列島において詳細な地質区分と、日雨量50-mm以上の豪雨頻度との対応をみると、強度の低い岩石であるほど河川の穿入蛇行は大きくなるものの、どの地質区分においても、豪雨頻度が高くなるほど蛇行度も大きくなる傾向がみられた。さらに地理空間的に平均した蛇行度は、南北方向に比較すると亜熱帯地方で最大値を示し、赤道および中緯度に向けてそれぞれ減少することがわかった。これは、台風の経路データからもたらされる台風襲来頻度と一致する傾向であり、地形と気候との相関が空間定量的に示されたといえる。

• Stark, C.P., Barbour, J.R., Hayakawa, Y.S., Hattanji, T., Hovius, N., Chen, H., Lin, C-W., Horng M-J., Xu K-Q., Fukahata, Y. (2010) The climatic signature of incised river meanders. Science, 327 (5972), 1497–1501. doi:10.1126/science.1184406