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令和４年度砂防学会研究発表会概要集

森林の表層崩壊防止機能の評価検討事例
国際航業株式会社 ○笠原拓造，小泉和也，朴哉炫，三浦元気
河合貴之，清水幹輝，渡辺隆吉，西川友章，堀大一郎
奈良県県土マネジメント部砂防・災害対策課（現 水循環・森林・景観環境部景観・自然環境課） 愛須未紀
1. はじめに奈良県吉野郡下北山村にある池郷川流域（図 1，新宮川水系，流域面積 32km2）では，平成 16年の台風第 10 号・11 号により，多量の土砂流出があり，谷出口付近で河床上昇が生じた（堆積池郷川流域。近年は減少
土砂量約 10 万 m3）
図 2 森林伐採後の荒廃状況の変化（池郷川流域）傾向にあるが，平成 16 年から令和元年までの約 15 年間に約 30万 m3 が下流河道に堆積している
図 1 検討対象流域（河川測量成果より推定）。
本流域は急峻で狭隘な地形や土地利用等の制約のため，新たな砂防設備の設置が難しいこともあり，奈良県による土砂撤去が継続実施されている。そこで，県では森林の土砂流出抑制効果に着目し，効果検証及び総合土砂管理への活用を目指している。
本報告は，池郷川流域をモデル流域として，航空
図 3 植栽からの経過年数と崩壊面積率の関係
レーザー測量成果を用いた森林解析結果及び令和 2～3 年の 2 ヵ年で実施した水文観測成果等を用いて，樹木の根系を考慮した斜面の安定性の評価方法を検討し，森林の土砂流出抑制効果について定量化を試みた事例を報告する。
2. 土砂流出に対する森林の効果
一般に森林の土砂流出抑制効果として，根系の緊縛力により表層崩壊を防ぐ効果があると考えられている。池郷川流域における森林状況と崩壊の関係について実態を整理した。
・植栽からの経過年数が 15 年未満の幼齢林は根系の
図 5 植栽からの年数と樹高の関係（針葉樹）
緊縛力が弱く崩れやすい（図 2，3）。
・根系の発達とともに崩壊は減少・崩れにくくなり，30～50 年程度で斜面崩壊防止効果が最大となる。以後その効果は継続する（図 3）。
・ただし，全く崩壊がなくなることはない（図 3）。
これは，成長に伴う自重の増加が崩れやすくなる方向へ作用するものと考えられる。
これらより，森林の表層崩壊抑制効果は一定ではなく，樹木の成長に伴う根系の発達や自重の増加等により時間の経過とともに変化することがわかる。

3. 樹木の根系を考慮した斜面の安定性評価方法
3-1. 樹木の効果を考慮した斜面安定解析モデル
樹木の表層崩壊防止効果として，土塊が移動する際に発生する引張亀裂の面に作用する根系の水平方向の粘着力増分と樹木の自重による上載荷重の増分が作用すると考えた。ここで，樹木根系の粘着力増分を考慮した無限斜面安定計算式 1) 図 4 無限斜面安定計算
式(1)～(3)の模式図

図 6 降雨流出解析モデルの模式図

図 7 降雨流出解析モデルによる予測と実測のハイドロの比較（2021 年 8 月 12 日-23 日降雨）

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を式(1)～(3)に，模式図を図 4 に示す。解析メッシ
ュの大きさは現地の崩壊地の大きさを考慮し 10mメッシュとした。

4. 森林の表層崩壊抑制効果の試算
3 章で作成したモデルを用いて年超過確率規模
100 年の降雨が，現時点で襲来した場合と 50 年後に襲来した場合の崩壊土砂量を比較した（表 2）。
崩壊土砂量は，計算安全率が 1 を下回る 10m メッ
シュに現地の実績の平均崩壊深（1m）と平均崩壊幅（約 21m）を乗じて算出した（図 8）。
池郷川における森林の 50 年の成長に伴う表層崩壊抑制効果は，1km2 当りの崩壊土砂量であらわすと 29,800m3/km2 から 24,500m3/km2 へと 5,300m3/km2（約 18%）の低減効果が見込まれた。
表 2 森林の斜面崩壊抑制効果の試算

表土層厚（H）----斜面勾配と表土層厚の関係を把握（簡易貫入試験）
地下水位（h) -----地下水の推定モデルを作成(3-3 参照）
土の飽和単位体積重量（ɤsat）----地質を考慮した一般値
飽和土の水中単位体積重量（ɤ）---地質を考慮した一般値
土の粘着力（C)---崩壊，非崩壊実績より推定（検証のため現地試験）
土の内部摩擦角（φ）-------------地質を考慮した一般値
樹木による上載荷重---------------立木の荷重を推定（3-2 参照）
根系による粘着力の増分（CrH）--立木の粘着力増分を推定(3-2 参照)
根系による粘着力の増分（CrV）--今回は 0,現地状況より根系がすべり面より深くに達していないと想定
すべり面（z）----今回は 0（表土層厚の基盤面に一致と想定）

3-2. レーザー測量成果を用いた森林解析
令和 2 年(2020)冬季撮影の 0.5mDEM（DigitalElevation Model）と平成 30 年(2018)夏季撮影の0.5mDSM（Digital Surface Model）を用いて国土地理院の航空レーザー測量データを用いた樹高等のデータ作成方法 2)を参考に立木の樹高（図 5）と粗密度データを作成した。現地コドラート調査よる樹高と胸高直径の関係からレーザー測量で求めた樹高から胸高直径を推定し，根系による粘着力増分(CrH)を(4)式で推定した 3)。また，材積量に密度を乗じて樹木の上載荷重を算定した。樹種別の回帰係数 a,b は，現地状況より針葉樹はスギ，広葉樹はコナラと想定した（表 1）。樹木からの水平距離(L)はレーザー測量成果による粗密度データより求めた。

表 1 樹種別の回帰係数 林野庁資料 3)より林齢により樹高は変化する（図 5）ことから，それに合わせて根系による粘着力増分(CrH)と上載荷重も変化することがわかる。
3-3. 地下水位の推定モデル
斜面安定解析に用いる地下水位(h)は，令和 2 年～3 年の 2 ヵ年で実施した水文観測成果 4)から，表層 1 層，地下 3 層の分布型の降雨流出解析モデル（10m メッシュ）を作成した（図 6）。地下 3 層の層厚の比率と透水係数については，実測の降水量（ハイエト）をモデルへ入力し，計算による予測と実測の流量（ハイドロ）が整合するよう感度分析的に求めた（図 7）。降雨流出解析モデルの過程で計算される地下水位（地下水位 A と B の合計）を 3-1の斜面安定解析モデルへ入力することで崩壊予測を行う。

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図 8 50 年後の森林に年超過確率規模 100 年の降雨が襲来した場合の崩壊予測結果

5. 今後の課題
今回，森林の成長に伴い時間とともに変化する表層崩壊防止効果について定量化することを試みた。
これは，総合土砂管理において，人工林の間伐（密度管理）や樹種の転換等の森林施業を流砂系一貫とした土砂の生産抑制対策のひとつとして評価できることから，効果的で実現性のある計画立案に役立つともの考えられる。一方，今回の検討では，針葉樹はスギ，広葉樹はコナラとして一律の樹種を想定した。特に天然林では多様な樹種が生育しており，同じ樹種でも斜面の傾斜や表土層の状況によって根の張り具合が違うと考えられる。今後の精度向上においては，現地の植生状況や根系の強度等を広域に精度良く把握する手法の開発が必要と考えられる。
参考文献
1)鳥居宣之ほか：豪雨を起因とする表層崩壊危険度評価手法の予測精度向上化の検討～樹木根系の効果を考慮して～，第23回高専シンポジウム in Kobe 講演要旨集，D-026，2017．
2)国土交通省国土地理院：航空レーザ測量データを用いた樹高等のデータ作成，最終更新日：2015年2月1日(https://www.gsi.go.jp/chirijoho/chirijoho40069.html）
3)林野庁：森林整備部 森林整備課 造林間伐対策室 平成26年度土
砂流出防止のための森林施業方法に関する調査委託事業報告書，2015.
4）朴ほか：池郷川流域における土砂動態の推定，令和3年度砂防学会研究発表会概要集，2021．

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