土木学会第68回年次学術講演会(平成25年9月)

Ⅱ‑126

分布型流出モデルを用いた熊野川における既往最大級の洪水の再現性の分析

1

はじめに

京都大学大学院工学研究科

学生員

°檜山航平

京都大学大学院工学研究科

正員

立川康人

京都大学大学院工学研究科

正員

京都大学大学院工学研究科

正員

Kim Sunmin
萬 和明

京都大学名誉教授

正員

椎葉充晴

平成 23 年台風 12 号の影響により熊野川流域に記録的大洪水が発生し、甚大な被害をもたらした。今後も同様の大洪水が発生する可能性は十分に

表1

パラメータ同定に用いる既往洪水データ

流域
風屋規模
特大
大中小
特大
大中小

考えられるため、既往洪水で同定したシミュレーションモデルを用いて大洪水の再現性の評価を行い、洪水池原予測などの治水対策の向上につとめる必要がある。そこで本研究では熊野川流域の風屋ダム、池原ダムそれ発生年
2011 年
1997 年
2001 年
1990 年
2011 年
1997 年
2004 年
2001 年

期間8/30-9/5
7/24-7/30
8/19-8/26
9/29-10/5
8/30-9/5
7/24-7/30
6/20-6/27
9/9-9/15

ピーク流入量4,896 m3 /s
2,836
1,384.2
751.4
4,113.4
3,856.2
2,074.7629.6

ぞれの上流域を対象として、分布型流出モデルを用い数年間の既往洪水データごとにモデルパラメータを同定した。次に同定したモデルパラメータを種々の既往洪水に適用して流出計算を行い、実績流量と比較しての大洪水の再現可能性を分析した。

2

対象洪水

4.1

パラメータの同定

既往洪水の再現を行うにあたり、まず風屋、池原両ダムの既往洪水を各規模ごとにそれぞれ 1 つずつ選定し、分布型流出モデルのパラメータ同定を行った。選定した既往洪水データを表 1

大小さまざまな規模の異なる既往洪水を用いてモデルパラメータを同定して、得られたモデルパラメータを用いて洪水を再現し、その再現性を分析する。1990 年、1993 年、1994 年、1997 年、2001 年、2003 年、2004 年の 7 年を対象とし、各ダム上流域で発生した洪水データを用いた。計算対象の洪水は風屋ダム上流域で 29 個、池原ダム上流域で 26 個である。洪
水データは、流入量のピークが 300m3 /s を超えた時間を含む 5〜7 日間を基本とし、ピーク流入量によって洪に示す。降雨データは同流域内の電源開発 (株) による地点雨量を基に作成した 5km 分解能のメッシュデータを用い、風屋ダムおよび池原ダムの実績流入量に適合するようにモデルパラメータを同定した。パラメータ4)の同定には SCE-UA 法

4.2を用いた。

既往洪水の再現と結果の考察同定したパラメータを用いて他の既往洪水を再現した場合の分布型流出モデルの再現性を評価するため、風屋、池原各ダム流域につき 4 セットずつ求めたパラメータを、2.

水の規模を大 (2,500m3 /s 以上)、中 (1,000〜2,500m3 /s)、で示した既往洪水全て (風屋ダム上流域 29 個、池原ダ小 (1,000m3 /s 以下) に分類した。また平成 23 年台風 12

ム上流域 26 個) に適用し流出計算を行った。再現性の号による洪水はそれらよりさらに大きい規模であった

評価には NASH 指標を用いた。この指標は 0.7 以上で精度が高いとされる。実績ピーク流量を横軸、NASHため、特大規模とした。

指標を縦軸にとり、計算に適用したパラメータごとのモデルの構築

斜面部には飽和・不飽和流れを考

既往洪水の再現性を表したグラフを図 1 と図 2 に示す。

慮した kinematic wave モデルを、河道部には地表面流両 流 域 と も に 、流 量 の 大 き な 洪 水 は パ ラ メ ー タ にの kinematic wave モデルを適用して構成された分布型

よらず総じて再現性が高く、小さくなると洪水ごとで3流出モデル1, 2)を 使 用 し た 。流 域 地 形 情 報 デ ー タ は 、NASH 指標がばらつくという結果が得られた。図 3 に流域地形情報を基盤とした水文モデル構築システム

2011 年 9 月の台風 12 号による風屋ダム上流域の洪水の2, 3)

GeoHyMoSを用いて作成されたものを使用した。

再現結果を示す。どのパラメータを用いても再現性は高い。これは、大規模洪水は土層厚のパラメータ値に4

既往洪水の再現と分析対する影響が小規模な洪水と比べて小さいためと考え

キーワード

熊野川，既往最大洪水，分布型流出モデル，平成 23 年台風 12 号

連絡先

〒 615-8540 京都市西京区京都大学桂 C クラスター C1 棟‑251‑土木学会第68回年次学術講演会(平成25年9月)

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図1

ピーク流量と Nash 指標の関係 (風屋ダム流域)

図2

6000

ピーク流量と Nash 指標の関係 (池原ダム流域)

800
Obs
Calc(2011)
Calc(1997)
Calc(2001)
Calc(1990)

5000

Obs
Calc(2011)
Calc(1997)
Calc(2001)
Calc(1990)

700

600

500

Discharge(m3/s)

Discharge(m3/s)

4000

3000

400

300

2000
200
1000
100

000100000

2000003000004000005000006000000100000

200000Time(s)

図3300000

400000500000600000Time(s)2011 年 8 月 30 日〜9 月 5 日 (風屋ダム流域)

図42004 年 12 月 4 日〜10 日 (風屋ダム流域)

られる。また、どのパラメータ値を適用しても NASH応できる汎用性の高いパラメータセットが存在する可指標が小さい値となった 2004 年 12 月洪水の風屋ダムの能性を分析すること、様々な規模の洪水に対応できる実績流量と計算流量のハイドログラフを、図 4 に示す。

モデル構造に関して分析を進めることがある。

風屋ダムの既往洪水は、計算流量が観測流量よりも小さく算出される傾向がある。また適用するパラメータ謝辞：本研究で用いた観測データは電源開発 (株) から提供された。ここに謝意を示します。

値による計算結果の差はあまり見られなかったが、全体として池原ダムの既往洪水の再現精度は風屋ダムの参考文献
1) 市川温，村上将道，立川康人，椎葉充晴：流域地形の新た既往洪水のそれよりも高い結果となった。

な数理表現形式に基づく流域流出系シミュレーションシ

ま た 、池 原 ダ ム 上 流 域 の 2004 年 の 中 洪 水 で 同 定 しステムの開発，土木学会論文集，No.691/II-57，pp.43-52，

たパラメータを適用し計算した NASH 指標は、他のパラメータを適用した時と比べ、すべての洪水に対して2001．
2) 椎葉充晴, 立川康人, 市川温：水文学・水工計画学, 京都大学学術出版会, 2013.

高い再現結果が得られた。この洪水は初期流量が少ない状況で急激な降雨によって発生した単峰のハイドロ

3) 京 都 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 社 会 基 盤 工 学 専 攻 水 文・水 資 源 学 分 野：流 域 地 形 情 報 を 基 盤 と し た 水 文 モ デグラフであり、このような形状の洪水で同定したパラル 構 築 シ ス テ ム GeoHyMoS，http://hywr.kuciv.kyoto-

メータ値は、汎用性が高くなる可能性が示唆された。

5

結論異なる規模の洪水すべてを高い精度で再現

u.ac.jp/geohymos/geohymos.html
4) Duan, Q., Sorooshian, S. and Gupta, V.K.: Optimal useof the SCE-UA global optimization method for calibrating

するということはできなかったが、最大級の洪水再現

watershed models, Journal of Hydrology, Vol. 158,pp.265-については概ね高い精度で再現することができること

284, 1994.

がわかった。今後の課題として、洪水ごとの再現性がばらつく原因を分析すること、様々な規模の洪水に対‑252‑