R2-22
土石流ピーク流量の特性に関する考察(一財)砂防・地すべり技術センター ○池田暁彦
政策研究大学院大学 水山高久
国土交通省国土技術政策総合研究所 桜井 亘 内田太郎
国立研究開発法人土木研究所 水野秀明（現 九州大学農学研究院）

１．緒 論
土石流災害を防ぐために実施する砂防事業において，土石流ピーク流量は最も重要な要素の一つである．一般に，土石流ピーク流量は，a) 土石流の発生・流動・堆積メカニズムに基づく理論式と数値シミュレーションや水理模型実験，b) 土石流動態観測によって計測される土石流の流速と流下断面積，c) 土石流発生後の土石流の流下痕跡調査に基づき推定した土石流の流速と流下断面積，d) 降雨量に基づき合理式によって推定した
清水ピーク流量と土砂濃度，e) 土石流ピーク流量と総流出量の関係などに基づき推定されている例えば，1),2),3),4),5),6)．
土石流対策における土石流ピーク流量の算出方法として「土石流対策技術指針（案）」（建設省，1989）において d)の手法に基づき，式(1)が示された．
.........(1)Qsp  Q p ， Qsp  C* Q p
C*  Cd
ここで，Qsp：土石流ピーク流量，Qp：計画規模の降雨量に対する水のみの対象流量（清水ピーク流量），Cd：土石流濃度（高橋（1977）に基づき算出），C*：堆積土砂の容積濃度である．その後，d)の手法（理論式：式(1)）と e)の手法（経験式：式(2)）が国土交通省（2000）に示され，土石流ピーク流量は両手法の算出結果の大きい方を採用することとした．
Qsp  0.01   Q ，  Q  V  C* .........(2)Cd
ここで，ΣQ：土石流総流量，V：流出土砂量（空隙込み）である．国土交通省（2007,2016）では，e)の手法（経験式：式(2)）により，1 波の土石流の流出土砂量（Vdqp）に基づき算出することとしている．
C V Q  * dqpCd
国土交通省（2000, 2007,2016）における土石流ピーク
流量と総流出量の関係式（式(1),(2)）は水山（1990），関係図は欧ら（1991）に基づいている．水山（1990）における土石流ピーク流量と総流出量の関係は桜島野尻川と焼岳上々堀沢の 2 流域における観測データによって式(3)のように示されている．このため，水山は本式が一般的なものである保証はなく，合理的な説明が望まれるとしている．
Qp  1.0 102  Q .........(3)ここで，Qp：土石流ピーク流量，ΣQ：総流量（原著では QT）である．
欧ら（1991）では水山（1990）の観測データに桜島，滑川北股沢とともに海外における観測データを加え，土石流ピーク流量と総流出量の関係図を作成している．本- 112 -

図に基づき，欧らは土石流の発生頻度と土石流流体の特性に着目して，土石流ピーク流量と総流出量の関係式（回帰式）を示している．また，Mizuyama et.al.（1992）
では欧ら（1990）の成果を用いて，泥分の含有量が多いもの，石礫の含有量が多い土石流に対する土石流ピーク流量と総流出量の関係を示した．
Qp  0.0188  Q0.790 ....(4) ，Q p  0.135  Q 0.780 ....(5)一方，上述に示した観測データに基づく土石流ピーク
流量と総流出量の関係に対して，武澤ら（2009）や Ikeda
et.al.（2015）は，c)の手法により土石流発生後の流下痕跡調査に基づき推定した土石流の流速と流下断面積を用いて算出した土石流ピーク流量と，現地調査やLiDAR などの測量成果に基づき算出した流出土砂量の関係を検証している．武澤ら（2009）は深層崩壊に起因する土石流について分析し，Ikeda et.al.（2015）は欧ら（1991）における観測データに国土交通省および各都道府県が近年の土石流災害発生後に実施した現地調査成果（特に土石流の流下痕跡調査）や観測データを加え，発生・流動形態・流域面積・河床勾配および地質に着目して，土石流ピーク流量と総流出量の関係式（回帰式）を分析している．
このように，土石流ピーク流量と総流出量の関係に基づく土石流ピーク流量の推定手法が示されているが，水山（1990），欧ら（1991）以降の土石流観測データや土石流発生後の現地調査成果を反映するには至っていな
い．そこで，本研究では土石流ピーク流量の推定精度の向上や解析手法の統一を図るために，最新の土石流観測データおよび国土交通省や都道府県が実施してきた土石流発生後の現地調査成果を既往研究成果に加え，土石流ピーク流量と総流出量の関係等の土石流ピーク流量の特性について考察した．

２．土石流観測データ・現地調査成果の概要(1) 土石流観測データ
水山（1990），欧ら（1991）以降の土石流観測データについては，土石流の発生頻度が高く，国土交通省によって観測体制が整備されている桜島野尻川・有村川 13)
および滑川北股沢のデータを用いた．
土石流ピーク流量は CCTV カメラ等の映像により計測した土石流の流下断面積と流速を乗じて算出し，総流出量は土石流ハイドログラフの時間積分値を用いた．
(2) 現地調査成果
現地調査成果については，土石流の流下痕跡が明瞭であること，調査断面上流の流出土砂量（生産土砂量）が算出されていること，複数の支川が流入していない断面が存在することを条件として，国内外の土石流災害のデータを用いた．
土石流ピーク流量の算出方法は(1)と同様に流下断面積に流速を乗じて算出した．流下痕跡により正確な流下断面積を推定することは困難であるため，両岸の流下痕跡を結んだ直線と土石流発生後河床に囲まれる範囲を流下断面と仮定した．流速は最深河床と流下痕跡を結んだ直線までの高さ（長さ）と流下断面積によって平均川幅を算出し，上流 200m 区間の平均河床勾配によりマニングの平均流速公式（粗度係数 n=0.10 m･s 系）を用いて算出した．総流出量は調査断面上流の流出土砂量（生産土砂量）に基づき国土交通省（2016）の手法により算出した．なお，過去に土石流ピーク流量および総流出量が試算されていても，各成果の調査手法が異なるため，上記の調査手法で統一して再算出した．

３．土石流ピーク流量の特性
図－１に欧ら（1991）および上記データに基づく土石流ピーク流量と総流出量の関係を示す．ここで，土石流濃度が静止堆積濃度に近い河床勾配（θ=20～22°），すなわち土石流発生源付近において渓床堆積土砂が全て土石流に取り込まれる領域では，次元解析的にみると土石流流量が総流量（総体積）の 5/6（=0.833）乗に比例することを踏まえ，図中に係数α=1.0～0.001（m1/2/s）とした式(6)を示した．なお，同式のべき乗則は，経験的手法 7)においても支持されている．
Qsp     Q 0.833 .........(6)各値はα=1.0～0.001 の範囲に広く分布し，α=0.1～0.01 の範囲に集中している．観測データに着目すると，土石流発生源に近い地点で観測している上々堀沢，野尻川，雲仙水無川，渾水溝，蔣家溝，カナダなどの値は5/6 乗線に近似している．泥分の含有量が多い野尻川はα=0.1～0.01，渾水溝・蔣家溝はα=0.01，石礫の含有量が多い上々堀沢，滑川北股沢ではα=0.1 とした 5/6 乗線に近似する傾向があり，式(4)，(5)を裏付けている．現地調査データも 5/6 乗線に近似しているが，総じて同程度の総流出量であっても観測データよりも土石流ピーク流量が大きくなる傾向を示す．特に 1999 年広島豪雨災害，2004 年愛媛・香川豪雨災害では総流出量が相対的に小さいものの土石流ピーク流量が大きくなる傾向がみられる．

４．今後の課題
本研究では最新の観測・現地調査データを加えた土石流ピーク流量と総流出量について考察したにとどまっている．今後は Ikeda et.al.（2015）と同様に流域特性について検討する予定である．また，現地調査データ（特に流下断面）の精度向上を図るための調査手法を確立することも重要である．今後の土石流ピーク流量のより正確な土石流ピーク流量の推定に向けて，引き続き研究を進める予定である．
最後に，本研究の実施にあたり，国土交通省中部地方整備局多治見砂防国道事務所および九州地方整備局大隅河川国道事務所より土石流調査・観測データをご提供いただきました．ここに記して感謝致します．
参考文献
1) 高橋(1977)：京都大学防災研究所年報，第 20 号 B-2，2)
水山(1990)：土石流の発生及び規模の予測に関する研究，
3)高橋ら(1991)：砂防学会誌（新砂防），Vol.44，No.3，4) 欧ら(1991)：砂防学会誌（新砂防），Vol.44，No.4，5) Mizuyamaet.al.(1992)：Proc. Int. Symp. Interpraevent，6) Rickenmann(1999)：Natural Hazards 19，7) 建設省(1989)：土石流対策技術指針（案），8) 建設省(2000)：土石流対策技術指針（案），9) 国土交通省(2007)：国土技術政策総合研究所資料，No.364，10) 国土交通省(2016)：国土技術政策総合研究所
資料，No.904，11) 武澤ら(2009)：砂防学会誌，Vol.62，No.2，
12) Ikeda et.al(2015)：Proc. of 6th International Conferenceon Debris-Flow Hazards Mitigation (DFHM6). 13) 大坂ら(2013)：砂防学会誌，Vol.65，No.6

図－１ 土石流ピーク流量と総流出量の関係- 113 -