P2 - 54

令和４年度砂防学会研究発表会概要集

池郷川流域における土砂動態の推定（２）国際航業株式会社 ○三浦元気，小泉和也，朴哉炫，笠原拓造，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

3. 林床の被覆状況

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
土砂量約 10 万 m3）。近年は減少傾向にあるが，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 研究対象流域（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。
本研究では，朴ほか（2021）1）に引き続き，水文・土砂流出観測を実施し，森林の土砂流出抑制効果を検討した。既往研究で課題とされていた夏期の観測データの追加，林床の被覆状況や林内・林外の雨量の違いによる土砂流出状況の比較，表面侵食土砂量の推定結果について報告する。

土砂捕捉装置を設置している観測箇所①～④での林床の被覆状況を整理するため，代表的な斜面で 1m×1m の範囲を写真撮影（図 3上）し，下層植生とリターの割合を整理した（表 2）。
下層植生は初ほか（2010）2）
での Photoshop を用いた同一色調の部分を抽出する方法を用いて割合を算出した（図 3 中）。リターは，色調で土壌との区別ができなかった（図 3 下）ため，土壌の割合を目視で求めて（5％刻み），下層植生と土壌の割合から算出した。
全ての観測箇所で 50%以上リターに覆われており，特に③では全面がリターで覆われていて土壌は露出していない。

林床状況

下層植生

リター

図 3 林床状況（①）
表 2 林床被覆率（％）

2. 水文・土砂流出観測
既往の令和 2 年 9 月~11 月（秋期）に加えて，令和 3 年 6 月~10 月（夏期）の観測を実施した。観測箇所・項目を図 2・表 1 に示す。土砂捕捉装置による流出土砂の捕捉は，上記に加え，令和 2 年 12 月～令和 3 年 4 月（凍結融解に伴う土砂流出）を追加した。

観測箇所

①②③④

下層植生

17.7

9.3

0.5

1.4

リター

57.3

75.7

99.568.6

土壌25.015.00.030.0

計100.0100.0

100.0100.0

4. 林内雨量と林外雨量

上流雨量観測所③針葉樹－花崗岩②広葉樹－花崗岩

裸地

池郷川谷出口観測所
谷出口雨量観測所④広葉樹－砂岩泥岩互層

北山川①針葉樹－砂岩泥岩互層

図 2 流域内の観測箇所
表 1 観測項目
水位計・濁度計

林外雨量計

林内雨量計

流出土砂捕捉装置①針葉樹ー砂岩泥岩互層

〇ー

〇

〇

②広葉樹ー花崗岩ーー〇〇③針葉樹ー花崗岩〇ー〇〇④広葉樹ー砂岩泥岩互層

〇ー

〇

〇

池郷川谷出口観測所〇ーーー

上流雨量観測所ー〇ーー

谷出口雨量観測所

ー〇ーー

観測箇所①～④では，林内雨量として樹幹流（写真１上），直達水・飛散水・滴下水（写真 1 下）の観測を実施した。観測においては，樹樹幹流
幹流では土砂捕捉装置近隣の代表的な樹木にシートを巻いて観測し，直達水・飛散水・滴下水では，1m×1m のシー
トで雨水を集めて観測した。また，林外雨量
直達水・飛散水・滴下水の観測として上流と谷
写真 1 林内雨量計
出口に雨量観測所を設けた（図 2）。加えて,土砂は地表流により運搬されるため（表面侵食），土砂捕捉装置にインターバルカメラを設置して，地表流の発生状況を観測した。
代表的な降雨イベントにおける林内と林外での雨－ 611 －の降り始めまでの時間差，表面流発生までの時間・林内雨量を整理した（表 3）。
イベントⅠ；降り始めの時間差は 10～160 分と観測箇所で差があるが，林内降り始めまでの林外雨量は0.5～1.5mm と差が小さい。②と④で表面流を確認でき累積 55mm 程度で発生した。
イベントⅡ；降り始めの時間差はいずれも 0 分である。降り始めの降雨強度が強かったことから，時間差が生じなかったものと推定される。
イベントⅢ；降り始めの時間差は 0～30 分であり，林内降り始めまでの林外雨量は 0～0.5mm である。
④で表面流を確認でき累積 290mm 程度で発生した。
表面流を確認したイベントⅠとⅢに着目すると，土壌が占める割合が高い（＝下層植生・リターが少ない）④で，表面流が発生する回数が多い（＝土壌が侵食されやすい）結果となった。
表 3 林外と林内雨量の比較（時間，雨量）
観測箇所

①②③④

林外と林内の降り始めの時間差

160分

20分

20分

令和2年

林内降り始めまでに観測した林外雨量

1.5㎜

1㎜

1㎜

0.5㎜

台風第14号

降り始めから表面流発生までの時間

-

24時間

-

24時間
58㎜

イベントⅠ

R2.10/7～10/10

10分

降り始めから表面流発生までの林内雨量

-

52㎜

-

林外と林内の降り始めの時間差

0分

0分

0分

0分

令和3年

林内降り始めまでに観測した林外雨量

0㎜

0㎜

0㎜

0㎜

梅雨前線

降り始めから表面流発生までの時間

イベントⅡ----

R3.6/30~7/3

降り始めから表面流発生までの林内雨量

----

イベントⅢ

林外と林内の降り始めの時間差

0分

0分

30分

20分

令和3年

林内降り始めまでに観測した林外雨量

0㎜

0㎜

0.5㎜

0.5㎜

秋雨前線

降り始めから表面流発生までの時間

---

75時間

降り始めから表面流発生までの林内雨量

---

288㎜

R3.8/12~21※「-」は表面流発生が認められなかったことを示す。

5. 表面侵食土砂量の推定

USLE 式のパラメータを設定した。

2）USLE 式の適用範囲
朴ほか（2021）1）では，流域下端での水文観測結果から表面流出土砂の流出率を推定したが，今回の報告では表面侵食以外の土砂量（崩壊，河床変動等）を極力排除することとし，土砂捕捉装置の直下に水文観測機器を設置した①と④において（小渓流単位），観測結果から推定した浮遊砂量との比較により，USLE 式の適用範囲（渓流からの幅）を設定した。設定幅は河道から 10m の範囲とした。

3）過去 10 年間における表面侵食量の推定1)，2)の設定条件による USLE 式を用いて，平成22 年～令和 2 年（大規模出水である紀伊半島大水害が発生した平成 23 年を除く 10 年間）での流域全体の表面侵食量を推定した。その結果，過去 10 年間の表面侵食量は 34,813m3 と算出された。

4）森林による土砂流出抑制効果
図 4 に示す C（作物係数）に着目すると，針葉樹や広葉樹の樹種・地質による差異は大きくないが，流域内の裸地における C と比較すると，1000 倍程度の差が生じる結果となった。
土砂流出（表面侵食）に対しては，森林（下層植生やリター）の種類による差異は小さいものの，裸地か森林かによる差異が極めて大きい。土砂流出を減少させるためには，裸地（出水後の崩壊地等）をそのまま放置せず，速やかに森林（地表面の被覆）を回復させることが重要であると示唆される。
裸地水文・土砂流出観測結果から，USLE 式（Universal Soil Loss Equation）を用いて，表面侵食土砂量を推定した。USLE 式とは，米国農務省土地保全局が開発した土壌侵食量の推定方法であり，朴ほか（2021）1）で当時の観測成果を基にパラメータを設定している。

1）USLE 式のパラメータの更新
土砂捕捉装置（写真 2）の設置後は現場が攪乱されている懸念があることから，今回の報告においては,設置年の観測値は使用せず，令和 3 年 4 月～10 月の観測値（A）と降雨係数（R），観測箇所の与条件として文献値 4)や地形要素により，USLE 式に 写真 2 土砂捕捉装置適用するパラメータ（表 4）を更新した。裸地では土砂捕捉装置を設置できなかったため，ハンドヘルド
レーザ測量による時期差分から流出土砂量を求めて
表 4 USLE 式のパラメータ
USLE式；A＝R・K・S・L・C・P
パラメータ

検討方法

A ：単位面積当たりの流出土砂 土砂捕捉装置の観測結果（R3.4～10）
R ：降雨係数

流域内の観測雨量と解析雨量から設定
4)

S ：傾斜係数

文献 よりK=0.227とした。
裸地では、文献3)よりK=0.105とした。
流出土砂観測装置の上方の遷急線までの範囲で算出

L ：斜面長係数

流出土砂観測装置の上方の遷急線までの範囲で算出

C ：作物係数（被覆係数）

A、R、K、S、L、Pから方程式で求めた。

P ：保全係数

文献4)よりP=1.0とした。

K ：土壌係数①針葉樹－砂岩泥岩互層②広葉樹－花崗岩③針葉樹－花崗岩④広葉樹－砂岩泥岩互層

樹種や地質による差が見られない。
裸地と比較すると，1000 倍程度
C の値が小さい。

0.0E+00 1.0E-02 2.0E-02 3.0E-02 4.0E-02 5.0E-02 6.0E-02

作物（植被）係数

図 4 C（作物係数）の算出結果

6. 今後の課題
・土砂流出に対する森林の効果として，降雨の降り始めまでの時間差を発生させることや林床の被覆状況による表面流発生の影響の可能性を見いだしたが，事例数が少ないため，観測の蓄積が望まれる。
・土砂捕捉装置で捉えた土砂移動は，小斜面でのサンプルデータであるため，流域の樹種－地質別の特徴を十分に代表できていない可能性がある。今回の報告では，渓流単位での浮遊砂観測結果との比較による表面侵食量の推定を試みているが，他流域での観測・研究成果の蓄積等も踏まえながら，検討手法の精度向上に取り組みたい。

参考文献
1）朴ほか（2021），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
2）初ほか（2010），丹沢堂平地区のシカによる林床植生
衰退地における林床合計被覆率と土壌侵食量の関係，
日林誌，92(5)3）小林ほか（2004），風化花崗岩地帯における崩壊地の表面侵食と USLE によるその解析，日林誌，86(4)4）山瀬ほか（2010），間伐木を利用した筋工による森林
表土の流亡抑制，日緑工誌，36(1)－ 612 －