気候変動と将来の水害展望
ならびにその対策
東北大学 土木工学専攻
風間聡

2017/10/26

1

本日の話題1. 気候変動の展望
2. 被害額の推定
3. 水害はなぜ起こる
4. 適応策の考察
5. 補足：洪水氾濫モデル

2017/10/26

2

本日の話題１．気候変動の展望
1. 豪雨の変化
2. RCPシナリオとGCM
3. 将来被害額の推定

2017/10/26

3

最近の雨の降り方

豪雨は 過去 増えている． 但し見方に注意．
2017/10/26

4

将来の雨の降り方

2017/10/26

5どうやって将来の雨を知るのか？
• キーワード– ＧＣＭ– 数値計算，シミュレーション– シナリオ

2017/10/26

6

7

最高速コンピュータを使うと．．．

左 シミュレーション 右 ひまわり画像

IPCC-AR5-WG1より２１世紀の気温上昇量の予測 Temperature increase

全球平均地表面気温上昇（℃）

放射強制力（W/m2）

大気海洋大循環モデルによる地表面気温の変化予測
RCP8.5

2016-2035

2081-21008.5

RCP6.0
RCP4.5
RCP2.66.0

121086420

RCP8.5
RCP6.0年

RCP4.5
RCP2.64.5

2.6

1986～2005年を基準とした、2081～2100年における世界平均地上気温の変化は、RCP2.6シナリオでは0.3～1.7℃、RCP4.5シナリオでは1.1～2.6℃、RCP6.0シナリオでは1.4～3.1℃、RCP8.5シナリオでは2.6～4.8℃の範囲に入る可能性が高い。
出典：AR5-WG1 SPM

２．被害額の推定
２．被害額の推定
1. 洪水，斜面災害，高潮，侵食の将来
2. 日本全域推定
キーワード：再現期間

2017/10/26

9

Q1 再現期間とは？
1/100の雨とか100年の雨とは，100年に1回位生じる強い雨
この期間を再現期間
確率を再現確率
超過確率なので1/200や1/1000も含むことに注意
2017/10/2610

水災害被害額の将来推定 洪水
入力： GCM+気候シナリオ
対象： 現在，近未来，将来未来
解像度： 1km
モデル： ２次元不等流モデル
土地利用による流れの摩擦を表現
被害額推定： 治水経済マニュアル（国交省）
解析手法：
確率洪水流量と確率降雨の関係式
浸水深と期間を計算
土地利用に応じた被害係数
治水レベル1/50とした場合の被害額
一般資産被害額のみ
過去３０年の平均を現在被害額に補正

水災害被害額の推定 洪水
入力： GCM+気候シナリオの組み合わせ
ＧＣＭ： ４種類 機関によって異なる
MIROC （東大，国立環境研究所，JAMSTEC）
MRI (気象研)
HadGEM （イギリスハドレーセンター）
GFD （アメリカ、地球物理流体力学研究所(GFDL)）
シナリオRepresentative Concentration Pathways
放射強制力の変化をシナリオ化： RCP2.6，RCP4.5，RCP8.5
RCP2.6: 2100年までにピークを迎えその後減少する低位安定化シナリオ
RCP8.5: 2100年以降も放射強制力の上昇が続く
高位参照シナリオ
RCP4.5: 中位安定化シナリオ

洪水のシミュレーション
氾濫シミュレーション
土地利用区分 粗度係数

水深

田・畑地・森林0.060

幹線交通用地0.047

WD 0.0m, 0.5m, 1.0m
WD 1.5m, 2.0m, 2.5m

その他の用地0.050

建物用地
河川地・湖沼
海浜・海水域

0.050
0.020

洪水の適応策
日本全域解析結果（再現期間100年）

最大浸水深の分布0m1m

降雨極値の分布0(mm/day)700

水災害被害額の推定 洪水

単位：億円／年

増加額

現在値

2050年

2100年

影響関数を用いたマルチGCM推定

水災害被害額の推定 洪水
MIROC MRI HadGEM GFD
治水レベル
５０年洪水
（現状）

MIROC ◆MRI■
HadGEM ●GFD
▲
治水レベル
７０年洪水
（適応後）

水災害被害額の推定 斜面災害
入力： GCMシナリオ
対象： 現在，近未来，将来未来
解像度： 1kmモデル： ロジスティック関数確率モデル
地質，起伏量，土壌特性に応じた地下水勾配
被害額推定： 治水経済マニュアル（国交省）
解析手法：
確率降雨による地下水計算
斜面崩壊実績から求めた確率モデル
土地利用に応じた資産価値
資産価値×確率一般資産被害額のみ

発生確率モデル

多重ロジスティック回帰分析を利用(甚大な被害をもたらした災害事例をモデル化)
降雨評価 →平成14年7月 新潟県栃尾市

1発生確率Pモデル式
1  exp  0   h hydYh   r reliefYr 
ここでP：崩壊発生確率 β0:切片 βh:動水勾配の係数βr:起伏量の係数
hydYh:動水勾配値 reliefYr:起伏量

地質毎にモデル化崩積土0-100の関係を
第三系堆積岩
ロジスティック
新第三系堆積岩 曲線で連結
花崗岩

発生確率P

崩壊発生→100%

崩壊非発生→0%

動水勾配hyd

ロジスティック曲線模式図

起伏量relief

斜面災害リスクの拡大●発生確率が高い傾向を示す地域・太平洋沿岸南海地方（降雨の影響大）・山地山頂部
（降雨・起伏量の影響大）・海岸に近接し山地の存在する地域（降雨・地質・土壌

Probability(%)

起伏量の影響有り）

再現期間30年による斜面災害の発生確率

水災害被害額の推定 斜面災害
0.30

単位：億円/年
0.25
0.20

増加額
0.15
0.10
Total（基準年補正）

0.05
現在値
0.00

2050年

2100年
マルチGCM推定

水災害被害額の推定 斜面災害

水災害被害額の推定 高潮
入力： GCMシナリオによる海面上昇
対象： 現在，近未来，将来未来
解像度： 1km
モデル： 越流モデル，遡上計算
土地利用による流れの摩擦を表現
被害額推定： 治水経済マニュアル（国交省）
解析手法：
台風の数，強度の変化は考慮しない
海面上昇に従った高潮氾濫
土地利用に応じた被害係数
実際の海岸堤防を考慮
津波の被害は考慮しない
一般資産被害額のみ
過去の２０年の平均被害額を現在値に補正

水災害被害額の推定 高潮水災害被害額の推定 砂浜侵食（昨日の発表，有働ら）
入力： GCMシナリオ
対象： 現在，近未来，将来未来
解像度： 1km
モデル： ブルン則 砂浜の平衡勾配
被害額推定： 旅行費用法による原単位を利用（名城大 大野ら）
解析手法：
海面上昇のみを考慮
砂浜と干潟に分けて推算

水災害被害額の推定 砂浜侵食

まとめ
現在の治水レベル（防御レベル）では100年後に年4000億円程度増加する
治水レベルをさらに20年に1回の洪水を防御できるようにすれば現在と同等の被害額となる．（50年に1回の洪水を防御できる堤防であれば70年に1回まで強化する）
GCMやシナリオによるばらつきが大きい．
 損をする場合がある？

温暖化への対策費用の算出のための仮定を行う基礎となる考え方

これが現在ある資産価値に適応するための対策費用であったと考える温暖化への対策費用の算出のための仮定を行う基礎となる考え方

対策費用
便益ともいう．便益と費用の比（B/C）が重要

降雨極値の増加に伴う対策費用の算出
温暖化(降雨極値の増加)

現在

対策費用

新たに対応を考えなければならない部分
すでに治水整備によって対応済み

再現期間100年-

再現期間50年=対策費用

治水整備によって，本来守られている分から，降雨極値の増加によって，新たに対応が必要となる増加分の定量化＊１級河川では30年から150年位の治水レベル．2級河川では10年から50年の治水レベル．この平均と思われる50年を採択．

洪水の適応策
1） 標高データ

3） 確率降雨データ

2） 土地利用データ

氾濫シミュレーション
 2次元不等流モデル

11(m)( mm / day )1）田 2）畑地 3）森林 4）荒地 5）建物用地
土地利用番号： 6）幹線交通用地 7）その他の用地 8）河川地及び湖沼
9）海浜 10）海水域 11）ゴルフ場

洪水の適応策
日本全域解析結果（再現期間100年）

最大浸水深の分布
0m1m

降雨極値の分布0(mm/day)700

再現期間ごとの年平均被害額（期待値）
再現期間ごとの年平均被害額（単位：億円）

再現期間
区間平均
年平均被害 年平均被害
区間確率
年平均超過確率 被害額(単位：年)
被害額
期待額 期待額の累計
50.20
387,03310
0.10
548,238 467,636 0.100 46,764
46,76430
0.03
769,600 658,919 0.067 43,928
90,69150
0.02
908,923 839,262 0.013 11,190
101,882100
0.01
112,051
1,124,994 1,016,959 0.010 10,170
治水経済調査マニュアルの年平均被害軽減期待額算定手法
50年の治水対策が備わっているとすると…
100年降雨の年期待被害額は1兆円．河川局予算の1年分．

年平均被害額（期待値）の分布
３大都市圏，都市域と地方との差が大き
い．
低平地に大きな被害→都市が多い→

僻地

被害小億円/km2

被害額推定の検証
Name (daily rainfall, RTN period)

138°

139°
Maki （109mm，15）

Teradomari(194mm，175)

Niitsu （101mm，10）

38°

Sanjyo （208mm，155）
Ave.
Returnperiod：113
yrs
Ngaoka （225mm，175）
Tochio （421mm，530）
Oguni （127mm，20）

elevation[m]37°

Tokamachi（88mm，2）
Koide （136mm，25）
Tsunami （121mm，25）
34

平成16年新潟豪雨の災害実績と降雨極値の増加に伴う算出被害額との比較 （単位：億円）
実績被害額 （出典：平成16年度水害統計）
1/113年

再現期間

概ね再現できている
100 年
50 年

被害額

15,2832017/10/26

13,346

地球環境研究総合推進費

2,395
100-50 年
1,937

35本日の話題３．水害はなぜ起こる？
1. 川の構造
2. 洪水の確率
3. 亡くなる理由

2017/10/26

洪水の場合

36

洪水被害はなぜ起こる• 川の構造• 洪水の確率• 亡くなる理由

洪水被害はなぜ起こる：川の構造
Question!の漢字一文字は何？

河川生態ナレッジデータベースより大きな川の断面図 堤防に囲まれた水路
小さな川はこうなっていない

コンクリート3面張り：掘込河川

洪水被害はなぜ起こる：川の構造

http://www.cbr.mlit.go.jp/kawatomizu/2‐f/saigai.htm

http://bylines.news.yahoo.co.jp/masanoatsuko/20151230‐00052968/

パイピング
パイプinghttps://www.mlit.go.jp/river/pamphlet_jirei/bousai/saigai/kiroku/suigai2004/tohoku.html

洪水氾濫は，１．溢れる，２．堤防が壊れる，３．漏れる ４．流れない洪水被害はなぜ起こる：川の構造

内水氾濫という．．．
Question! 内水（ないすい）って？

洪水氾濫は，１．溢れる，２．堤防が壊れる，３．漏れる ４．流れない洪水の確率• 業界では1/5とか1/100とかいう．．．．何？
• 1級河川（宮城県内は阿武隈川，名取川，鳴瀬川，もうひとつは何？） 国が管理する川• 1/15～1/50程度

利根川の目標1/200• 2級河川 七北田川とか砂押川とか 県が管理
• 1/3～1/15程度（将来的には1/30）• 準用河川 綱木川とか斉勝川とか1/3～1/5程度

洪水の確率• 溢れて当たり前• 大きい堤防のほうが被害が大きい• 年期待被害額（年平均被害額）は小さい堤防のほうが大きい福島市荒川• 霞堤（かすみてい）が近頃人気

Question! 日本は年間どれ位の水害被害？
Question! 一人亡くなるといくら？

http://www.hrr.mlit.go.jp/kanazawa/mb2_jigyo/river/dobokuisan/dobokuisan.html

亡くなる理由• 犠牲者はなぜ出る？
• 受動的犠牲者と能動的犠牲者• 家にいて亡くなる人と川を見にいって亡くなる人• 車はなお危ない
H26年東北豪雨
迫川，熊川ともに運転手が亡くなる• 足元がみえない• 情報が大事

Question! 夜の避難勧告逃げる？ 家に居る？
どっち？？？
http://www.sankei.com/affairs/photos/150910/afr1509100036‐p5.html

本日の話題４．適応策の考察
1. 適応の限界
2. 防御，緩和，撤退に分類（Klein, 1999）
3. 洪水の適応オプション

2017/10/26

44

水害の対策• 将来の洪水に対する対策→変化に順じて対策する→「適応策」という言葉が使われる

水害だけでなく，農業や健康についても使う
2017/10/26

45

適応の「限界」の概念
極めて頻繁

IPCC-AR5WG2-新知見

悪影響の頻度

我慢できないリスク

極めてまれ

我慢できるリスク

許容可能なリスク
無視できる程度

悪影響の強さ・規模

壊滅的・適応はリスクを「我慢できる」範囲に抑えておくことを目的としてとられる努力である・適応の「機会」および「制約」は、主体がリスクをその範囲にとどめておく能力に影響する。
国環研，高橋ら資料

出典：IPCC第5次評価報告書第2作業部会第16章に基づき作成

適応の限界: 動植物の例

IPCC-AR5WG2-新知見・21世紀に予測される気候変化速度と種の最大移動可能速度のどちらが大きいか。
・最大移動可能速度は適応の限界の一種と考えることができる。

020

種の最大移動可能速度(km/10年)

4060

80100

樹木
草本植物
偶蹄類
肉小動物
齧歯動物
霊長目
植食性昆虫

上限
中央値
下限

淡水軟体動物
RCP2.6 RCP4.5 RCP6.0
平地及び 平地
平地
世界平均 RCP8.5
世界平均RCP8.5
平地

2050-2090の平均気候速度

陸域・淡水域の生物種の大部分は、21世紀中及びそれ以降に予測される気候変化の下で絶滅リスクの増加に面する。
これは、生息地の改変、乱獲、汚染、侵入種といったその他ストレス因子と気候変化が相互作用する場合には、特にいえることである。（高い確信度）
全てのRCPシナリオ下で絶滅リスクは増加し、そのリスクは気候変化の大きさ・速度とともに増加する。多くの種が、中～高程度の気候変化速度（すなわちRCP4.5、6.0、8.5）の下では、21世紀中に、生育に適した気候を追って移動することが出来ないであろう。低程度の気候変化速度（すなわちRCP2.6）の場合、この問題は軽減される。

国環研，高橋ら資料

出典：IPCC第5次評価報告書第2作業部会政策決定者向け要約に基づき作成

適応策（対策）過程

48

日本夏

What do you do?

南半球

When will you do?

訪問先の情報が必要
影響研究は情報を提供してくれる
49

REVIEW

 IPCC第三次報告書の分類 (Third AR)◦ システム 自然システム ⇔ 人間システム
 自然システムは自律的適応◦ 適応意図Intention
 自律的 ⇔ 計画的 公共機関は自律的に適応しない 公共事業は計画的適応◦ 実行時期
 事後 ⇔ 事前

政府や民間は計画的かつ事前的適応を好むが，実際はそうなっていない．
50

 3つの適応策◦ 防御，受容，撤退．(Klein，1999)
 受容量の増加は持続的な開発につながる（Kubota，2006）
 頑健な構造物は気候変動に対して脆弱性を減少させる.
L：protection
R：Toleration
MOE51

適応オプション（国土交通省）
・ ハードウェア：
ダムの設置，既存ダムの有効活用，遊水地，放水路，河道掘削，引堤，堤防嵩上げ，河道内樹木伐採，決壊しない堤防，決壊しづらい堤防，高規格堤防，排水機場，雨水貯留施設，雨水浸透施設，遊水機能の保全，部分的に低い堤防の存置，霞堤，輪中，二線堤
樹林帯，宅地嵩上げ，水田保全，森林保全
・ ソフトウェア：
土地利用規制，予測情報の提供，法律の整備
水害保険，早期警戒システム，ハザードマップの配布，

適応オプション（国土交通省）
・ 既往の洪水対策と変わらない・ 複数を組み合わせることが多い
総合治水
・ 渇水，環境，文化なども勘案
・ 経済効率だけでオプションは決められない
地域性，政治性，歴史性

本日のまとめ
1. 気候変動の展望
2. 被害額の推定
3. 水害はなぜ起こる
4. 適応策の考察
5. 補足：洪水氾濫モデル

2017/10/26

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