2019年06月12日

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2019年度河川技術に関するシンポジウム



北海道大学大学院 工学研究院

本研究の一部は、文部科学省si-cat(気候変動適応技術社会実装プログラム)および地球シミュレータ特別推進課題の支援を受けて実施された。
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

山田朋人

2

２０１６年８月の台風による豪雨災害

8月中旬から1週間の間に3個の台風(台風７, 11, 9号)が北海道に上陸し，下旬には4個目の台風(台風10号)が接近して各地に大雨を降らせ，激甚な災害をもたらした．気象庁が1951年に台風の統計を開始以来，北海道に台風が3個上陸したことは無く，また台風10号は太平洋側から東北地方へ上陸するという初めてのコースをとった．

2016年8月に北海道を上陸もしくは周辺を通過した台風の経路．気象庁GPV MSMの海面更正気圧の低圧部を1時間おきにトラッキングし算出した．発生・温帯低気圧化はデジタル台風を参考にした．図中☆印は台風発生地点，○印は温帯低気圧化した地点．

2016年8月16日から9月1日までの台風ごとの積算降雨量．Cバンドレーダより算出．（a）2016年8月16日00時から8月18日00時までの積算降雨量（b）2016年8月19日00時から8月22日00時までの積算降雨量（c）2016年から8月22日00時から8月24日00時までの積算降雨量（d）2016年8月29日00時から9月1日00時までの積算降雨量

観測位置によって変化する雨量の認識
観測位置による累積雨量の認識のばらつきを定量化
空間分布をもつレーダ雨量を仮に降雨として以下の試行を実施．

地上雨量計
国土交通省2258,
気象庁1305

平均累積雨量229mm
標準偏差44.5mm
変動係数0.19

平均累積雨量223mm
標準偏差22.5mm
変動係数0.10
解析雨量による累積雨量（空知川上流域、台風１０号時）

雨量計の位置によって台風10号時の空知川では取りうる流域平均雨量が180〜270mm、札内川では200〜250mmの幅をもつ。
3

観測密度の変化に伴う雨量の認識の揺らぎ(3日雨量)

変動係数
l 異なる降雨イベント・流域をプロットした．
概ね同様の傾向をもつ
l 観測密度0-0.005[/km2]の範囲にあるとき、現存の雨量計の数を保存させた、流域内のあ雨量計の増減が雨量の認識のばらつきに与えらゆる位置の流域総降雨量の変動係数。235る影響が急激に変化する
流域・過去上位10降雨イベントについて観測密度0.001ごとにグルーピングし、平均と標準偏差を求めた。

観測密度[/km2]

4



aprt

!6= 7(6) + 8′(6, #)!#eprtk!6 # = 7 6 # , # !#+2 6 # , # !5,-(6, #),7 6 - 6, #=−,#,60 ,1 21 -(6, #)+1,61c-akk SonP klk

F!"= %"& (' # − " + %"& (′!#!" = %"& (' # − " !#+2 34 !5,-(") ,%"& (' # − " -(")+,#,"
0 ,1 (%"& 2 34 )1 -(")
=1,"15  新豊根ダム（天竜川水系大入川）；草木ダム（利根川水系渡良瀬川）；野村ダム（肘川水系）；岩尾内ダム（天塩川水系）
相俣ダム（利根川水系赤谷川）；下久保ダム（利根川水系神流川）

Sintoyone
Kusaki
Nomura400.00

Iwaonai
AimataShimokubo

200.000.00
0.00

200.00600.00uncertainty of rainfall distribution (m3/s)

uncertainty of rainfall distribution (m3/s)b)

Uncertainty of peak runoff associated with 20%a) 降雨強度の揺らぎ：10%；b) 降雨強度の揺らぎ：15%a) 600.00

Uncertainty of peak runoff associated with 10%6400.00

Uncertainty of peak runoff associated withuncertainty of water holding capacity (m3/s)

600.00400.00Sintoyone
Kusaki
Nomura200.00

Iwaonai
AimataShimokubo

0.00
0.00

200.00400.00

Uncertainty of peak runoff associated withuncertainty of water holding capacity (m3/s)

600.008  

n ダウンスケーリング結果の5kmメッシュ時間雨量から、十勝川水系・常呂川水系の流域平均時間雨量を算出する。各水系の計画降雨継続時間で整理し、60年分の年最大流域平均雨量をメンバ毎に算出する。
n 年最大流域平均雨量を確率紙にプロットし、過去実験における超過確率雨量を算出する。

m001

m002m003

・・・

60年分データによる
確率分布

過去実験
50メンバ

m090

9
国土交通省(北海道開発局)・北海道 北海道地方における気候変動予測（水分野）技術検討委員会関連資料

d4PDF
領域モデル実験（20kmへの力学的ダウンスケーリング）

気象研究所非静力学地域気候モデルNHRCMによる日本域をカバーする水平解像度20kmの力学的ダウンスケーリング
過去実験：1950年9月から2011年8月までの観測された海面水温などが境界条件
2℃上昇実験：産業革命以前から全球平均気温が2℃上昇した条件
4℃上昇実験：産業革命以前から全球平均気温が4℃上昇した条件

アンサンブル数※2℃上昇実験、4℃上昇実験はトレンド成分を除いており、温暖化の程度は時間変化しない（温室効果ガス濃度は2℃上昇実験、4℃上昇実
験でそれぞれRCP8.5シナリオの2040年、2090年の値を設定）

過去実験：60(年)x50(アンサンブル)=3000(年)２℃上昇実験：60(年)x6(SST)x9(アンサンブル)=3240(年)４℃上昇実験：60(年)x6(SST)x15(アンサンブル)=5400(年)10d4PDFの実験デザイン（http://www.miroc-gcm.jp/~pub/d4PDF/design.html）



11

ダウンスケーリング前後の降水量の頻度分布
十勝川帯広基準地点集水域

相対度数

d4PDF(20x20km)
DS(5x5km)
実績雨量

ダウンスケーリング後は計画規模の大雨の頻度が実績値に近づく

流域平均3日降水量(mm)

累積相対度数分布

過去実験3000年分、実績値60年分

ダウンスケーリングにより計画規模の大雨の頻度が実績!X
12
値に近い値となる 

99パーセンタイル以上に着目した年最大降水量の頻度分布

・常呂川北見基準地点集水域

相対頻度

相対頻度

・十勝川帯広基準地点集水域

実績の最大値は284mm

72時間降雨量(mm)実績の最大値は167mm

24時間降雨量(mm)・石狩川水系豊平川雁来基準地点集水域

相対頻度

・石狩川石狩大橋基準地点集水域

相対頻度

実績の最大値は282mm※石狩川石狩大橋基準地点集水域での年最大降雨イベントから算出

72時間降雨量(mm)

72時間降雨量(mm)いずれの流域でも、過去<2℃上昇<4℃上昇の関係に99パーセンタイル値

過去実験

2℃上昇実験

4℃上昇実験

倍率（2℃上昇/過去）

倍率（4℃上昇/過去）

十勝川帯広基準地点集水域

235.8

268.4

317.1

1.14

1.34

常呂川北見基準地点集水域

156.3

182.2

217.6

1.17

1.39

石狩川石狩大橋地点集水域

196.1

209.9

228.4

1.07

1.16

豊平川雁来基準地点集水域

240.9

273.6

321.8

1.14

1.34

'

+

%

13, ,: $*#!, "()-, &24, 391-396, 2018.

ダウンスケーリング前後の1時間降雨強度の頻度
十勝川帯広基準地点集水域

d4PDF(20x20km)
DS(5x5km)

相対頻度

レーダーアメダス解析雨量

強い雨の頻度が実績値に近づく

降雨強度(mm/hr)

力学的ダウンスケーリングによる5km解像度の方が20km!X
14
解像度のものより観測値に近い値を有する

1 



十勝川帯広基準地点集水域



5kmDSの降水量での比較

過去実験は3000イベント、2℃上昇実験は3240イベント、4℃上昇実験は5400イベントが対象

年最大72時間降雨の発生期間で流域内の全格子点上の降水強度を抽出し、頻度分布を作成

相対頻度

過去実験における45mm/hrの降雨の発生
頻度は2℃上昇実験での55mm/hr、4℃上昇実験での65mm/hrの発生頻度に相当 1グリッド/(72(hr)x110(グリッド)x1.25(イベント))

1グリッド/(72(hr)x110(グリッド)x12.5(イベント))
1グリッド/(72(hr)x110(グリッド)x125(イベント))

降雨強度(mm/hr)

温暖化の進行度合いに応じて強度の高い雨の頻度が増加
'

+

%

15, ,: $*#!, "()-, &24, 391-396, 2018.



十勝川帯広基準地点集水域

・d4PDF領域実験(20x20km)（過去実験3000事例の中央値）

対象

面積(km)

2間時象)(hr対
・15日DS(5x5km)（過去実験3000事例の中央値）
累積降雨量(mm)

累積降雨量(mm)

累積降雨量(mm)・レーダーアメダス解析雨量(2006-2016の中央値)

対象面積(hr)(時間km 2)・レーダーアメダス解析雨量とd4PDF領域実験との比較(d4PDF領域実験-レーダーアメダス解析雨量)/レーダーアメダス解析雨量

対象

対象

面積

15日DSで過大評価0に近いほど解析
雨量の降雨の特徴と近い領域実験で過小評価

対象面積(km2)

対象(15日DS-レーダーアメダス解析雨量)/レーダーアメダス解析雨量

対象時間(hr)

対象時間(hr)
時空間的に集中した大雨が過小評価される傾向)

2hr)(時間・レーダーアメダス解析雨量と15日DSとの比較領域実験で過大評価

0に近いほど解析雨量の降雨の特徴と近い(km15日DSで過小評価

対象面積(km2)

20x20km以下の面積5x5kmへのダウンスケーリングにより、解析雨量の時空間特性に近い大雨情報を得ることができることを確認
16

結果の一部は 星野剛, 山田朋人: 大量アンサンブル気候予測データを用いた年最大降雨の時空間特性の将来変化の把握~十勝川流域を対象として~, 土木学会論文集G(環境), Vol. 74, I̲25-I̲31, 2018.

大雨の時空間的な特徴の変化

十勝川帯広基準集水域を対象

200
180・4℃上昇実験/過去実験
200(a) 過去実験のDS後降雨 (中央値)

)
(hr

間時対象)
(hr(a) 過去実験のDS後降雨 (中央値)1801.870160

1008060402001.6300

250
200
150

1.5401.430 300

1.3201.2

過去実験
過去実験約1.3-1.8倍
2504℃上昇実験
4℃上昇実験

雨量 (mm)

120

1.750

対象時間 (hr)

雨量 (mm)累積降雨量 (mm)140•

101.1150

1.0
2000

1600

60

対象
面積 対象(km面積2) (km 2)

40

時間対象)

(hr20r)(h間0時
象対(b) 4℃上昇実験のDS後降雨 (中央値)(b) 4℃上昇実験のDS後降雨 (中央値)

累積降雨量 (mm)80

対象時間 (hr)

100

120
40100
3080
2060
40 1020 02400(c) 累1200800

対象面積(km2)

4000

は将来気候で約1.2倍であったが、短時間・局所的な大雨の倍率はよの時空間的な集中度の変化の時空間的な集中度のり高い領域実験（水平解像度20領域実験（水平解像度
大雨の短時間・局所化の傾向にリングを実施した降雨デー
リングを実施した降雨

20002400

12014050

72時間かつ流域全体の総降雨量
図–9 図
降雨の時空間的集中度（過去実験・4 ℃上昇実験の比較）–9 降雨の時空間的集中度（過去実験・4 ℃上昇実験の約1.2倍

6014016060

累積降雨量 (mm)

累積降雨量 (mm)

累積降雨量 (mm)
間時
対象

18070

・4℃上昇実験5400イベントの中央値160

累積降雨量 (mm)

累積降雨量 (mm)・過去実験3000イベントの中央値

対象
面積 対象
(km面積2) (km 2)

200!X
17

績値とを比較し，力学的ダ績値とを比較し，力異なる流域での洪水外力の変化

過去実験、4℃上昇実験の降雨量の比較

・計画降雨継続時間における流域平均降雨量（99%ile値）
十勝川(72時間)
常呂川(24時間)
石狩川(72時間)
筑後川(48時間)

過去実験

4℃上昇実験

倍率

235.8
156.3
196.1
379.0

317.1
217.6
228.4511.9

1.341.39
1.16
1.35(mm)(mm)

降雨の時空間特性の比較（過去実験、4℃上昇実験間での倍率）

1.2-1.5倍
対象面積(km2)

約1.0倍

1.2-1.7倍!X2)
対象面積(km

筑後川(350-400mmの降雨)

対象時間(hr)

約1.0倍

石狩川(200-250mmの降雨)

対象時間(hr)

対象時間(hr)

常呂川(150-200mmの降雨)

約1.0倍
1.2-1.7倍

対象面積(km2)

18
いずれの流域においても将来気候の大雨は短時間・局所化の傾向





・気温と99パーセンタイル降水強度との関係性（観測結果）

Yamada et al. 2014

・気温と99パーセンタイル降水強度との関係性(d4PDF,5km)
過去実験 99%ile
過去実験 99%ile
4℃上昇実験 99%ile
4℃上昇実験 99%ile
CC• 99パーセンタイル降水強度は地表面気温と飽和水蒸気圧の関係式(ClausiusClapeyron関係)に従うことが観測より確認されている。

• 5kmへの力学的DS結果においても、同様の関係に従うことを確認した。

※暫定版の結果

19

過去・4度上昇実験における99パーセンタ"!#= % #( !#)( *( + % !#( #)( *( + % !#( !#)( *('''イル１時間降水強度の特徴(十勝川上流域)&'&'

各気温での降水強度が上位1パーセンタイル
以上の降水時の平均降水強度と降水強度と気温の散布図
過去実験 99%ile
過去実験 99%ile
4℃上昇実験 99%ile
4℃上昇実験 99%ile
CC&'

各気温での降水強度が上位1パーセンタイル
以上の降水時の降水強度変化と各影響

過去実験 99%ile
過去実験 99%ile
4℃上昇実験 99%ile
4℃上昇実験 99%ile
CC

過去実験・4℃上昇実験ともにCC関係に従っており、かつ観測結果と整合的99%パーセンタイル１時間降水強度の増加分は熱力学効果と一部は力学的効果との!X共分散項で占められるとの結果が得られた．
20
Yamada et al (in prep.)

、帯広基準地点の年最大72時間雨量は、256mmから353mmへと1.38倍増加する。
実験の95%信頼区間は199mm～286mmとなった。
vs将来実験
バイアス補正ありは降雨が大きくなる傾向がみられた。
分布と将来実験の分布が重なっており、気候変動への対応は、現在気候でも生じる中央値以上の降雨に対しても験の95%信頼区間は186mm～357mmとなった。一。

計画対象降雨の評価

降雨が大きくなる傾向がみられた。

GEV分布の値
1415※第2回委員会時点※第2回委員会時点

31

同一の確率規模での大雨による被害は浸水面積1.4倍、想定死者数2.3倍 21• 計画規模の降雨は増大（中央値で1.38倍）• 信頼区間の幅を定量化可能に（95%信頼区間の幅は170mm, 260mm）• 信頼区間は一部、重複しており、信頼区間の上限への対応は将来の洪水対策に繋がる!X21「北海道地方における気候変動予測（水分野）技術検討委員会」資料より

01



%/-

降雨流出モデル

空間的な集中度の高い降雨事例

空間的な集中度の低い降雨事例

大量アンサンブルデータを用いる
ことで降雨パターンの違いの影響を踏まえたピーク流量の確率的な評価が可能に
十勝川流域において計画規模の確率雨量による洪水ピーク流量は温暖化後には1.5~1.7倍程度に（降雨量は1.3-1.4倍）

22(3 &,! #'2$.3)"*+1!

Observation
Observation•年最大降雨量は温暖化の進行度合いに応じて増加（過去実験＜2℃
2上昇実験＜4℃上昇実験）•強い降雨強度の頻度および計画規模降雨の時空間的な集中度も同様の関係に（過去実験＜2℃上昇実験＜4℃上昇実験）•台風が流域に接近する際の降雨強度が増大（流域ごとに影響の大きさは異なる）•降雨パターンの違いがもたらすピーク流量の振れ幅が明らかに•洪水リスク(発生確率x被害)を定量化
23