1

流木流出の一連の過程に基づく、流木流出統合物理モデルの構築
2016年東北・北海道豪雨
岩手県小本川での調査

4

研究背景
u 主な流木の発生源
ü 河岸侵⾷ü 森林施業ü 枯死

芳賀ら（2006）

生物的・物理的・人為的要因

ü 斜⾯崩壊複合的に作⽤ü ⾵倒u日本の森林の現状

流⽊が発⽣

今井（2006）

2022/05/25

小森 大輔

令和4年度研究助成 成果報告会

災害事例 〜近年における全国の流木被害〜

3

沙流川・厚別川流域
2003年台風10号

S 流木の発生S 森林内における流木の堆積・再移動
S 河川からの流木の流出

2000
10000

研究目的という一連のプロセスを通じた理解が重要

5
S 発生要因・流出過程に関する研究
例：Montgomery and Buffington (1993), West et al. (2011), Ruiz-Villanueva et al.
(2014a), Thapthai and Komori et al. (2018), Scheip and Wegmann (2021)

各流域の流木流出特性の把握

長野県裾花ダム
洪水吐ゲートの障害

例：Prescott et al. (2002), Yan et al. (2006)，Seo et al.（2008）

S 流木の堆積に関する研究
例：清水（2009）, Seo et al. (2012), Seo et al. (2015), 助川・小森 (2017)

流木被害を想定した流域管理が必要

福岡県寺内ダム2017年九州北部豪雨
貯水池への大量の流木流入

今後，流木が発生しやすくなる？

3000

S 生態系に与える影響の研究

広島県広島市安佐北区
2018年7月西日本豪雨

http://www.bo-sai.co.jp/

S 土石流の発生に伴う流木流出が災害を拡大

4000

u既往研究

近年における全国の流木被害

u地球温暖化に伴う大雨の激化

5000

S41
S46
S51
S61
H2
H7
H14

東北大学大学院工学研究科

森林蓄積量（×106m3）

S 森林資源量は安定＆森林蓄積量は増加
S 林業の衰退等から森林の荒廃が進行

S 台風や豪雨により発生した流木のモニタリング
例：Murakami et al. (2008), Steeb et al. (2017) , Rickli et al. (2018)

http://www.mlit.go.jp/

岩手県岩泉町2016年台風10号

ü 流木天然ダムの量的変化を調査し，森林内における流木の堆積・再移動をモデル化する研究はない
Ø 堆積流木の今後の流出が懸念されることからも，流木の堆積・再移動に関する研究は重要
ü 通常時の発生流木量に関する研究が少ない

Ø流木流出の一連のプロセスのモデル化
http://mizu.bosai.go.jp/

http://www.mlit.go.jp/(Ruiz-Villanueva, 2016)

S 現地調査を実施し、流木流出メカニズムを明らかにするS 北上川水系および筑後川水系を対象に、モデルを構築する

6

流木流出実態の現地調査
2) Sartsin PHAKDIMEK, Masashi NAKAMURA, Yuta ABE and Daisuke KOMORIThe Influence of Spatial Variation Soil Thickness and Rainfall on Shallow
Landslide Triggering Patterns
土木学会論文集G(環境), 投稿中.

対象地域

樹齢
立木

7

S 倒木は立木よりも平均樹齢で約10歳若く、平均胸高直径で8 cm小さかった．
T 岩手県小本川周辺における調査と同様な結果
T 樹齢が若く，胸高直径が小さい個体は流出しやすく流木天然ダムの形成に寄与することが示唆された．

T 調査地点とその上流域の植生は概ね，スギ・ヒノキ植林地．
T チャートや砂岩が主となる秩父帯である．土質は工学礫質砂．
S 立木および倒木のサンプル例と流木天然ダムの高さと幅の計測部位

9

流木天然ダムの大きさ

S 砂防堰堤や道路などの人為改変が行われていない地点を選定し，調査を実施

S

胸高直径

倒木1) 合田明弘, 小森大輔, 横山光, 山本道, 森田陽, 板倉健太, 山田正
肘川流域の山地渓流における流木の堆積特性に関する研究.
河川技術論文集, 26, 2020, 557-562.

2018年西日本豪雨にて斜面崩壊や土石流に伴う大量の流木流出が見られた愛媛県西予市を流れる
肱川に流入する山地渓流

8

サンプル：

樹齢・胸高直径 立木91本（内、針葉樹85本）、倒木63本（ 内、 針葉樹52本）の計154本

愛媛県肱川

岩手県小本川高さ

成長錘を用いた樹齢の計測

幅S巻尺を用いた強硬直径の計測

S 約30 %が2 mを超える大規模な流木天然ダム（写真）を形成
T 岩手県小本川周辺における調査と同様な結果
T これらの流木天然ダムの後ろには，大量の流木や土砂が堆積しており，大規模な流木天然ダムは流木流出に大きな影響を与えることが示唆された．

愛媛県
肱川

TYPE

説明

割合

a.

側岸の斜面崩壊から供給された倒木と土砂が直下の流路を閉塞し，その場にダムを形成したタイプ

10.9%

流路を移動した流木が途中で集積して流路を閉塞し，ダムを形成したタイプ

7.3%

側岸から流出した流木や上流から流下した流木が，流路脇の立木に堆積してダムを形成したタイプ

81.8%

b.

c.

既往研究・現地調査で得られた知見を踏まえて， 12

岩手県
小本川

8%

研究成果 流木流出の一連のプロセスのモデル化（小森ら, 2019; Komori et al. 2021） ．
人工衛星画像を用いて斜面崩壊域を抽出

1092%

S 流路上の流木天然ダムは豪雨によって流され，流路脇のダムの多くが残存．
T この堆積特性は，Seo et al. （2015）が指摘しているように，南日本では豪雨の頻度が高いため，北日本に比較して流木堆積量が少ないことに関係していることを示唆している．

勾配，土質，植生，立木密度などの現地調査

流木天然ダムの形成要因

降水量

降水量データの整備（50m空間解像度・１時間解像度）

斜面

斜面崩壊モデルを用いた発生流木量推定モデル（50m空間解像度）

検証

発生流木量!
"
#$%
&'()

流域

流木流出の鉛直過程（Thapthai and Komori, 2017;
Thapthai and Komori et al., 2018)

流木の堆積・再移動-流出を表す
流域スケールのタンクモデルの開発
モデ化 ル

流木の流出発生流木量
大規模な土石流に伴う早い流出流木量

堆積流木量
流木の再移動ダム貯水池の捕捉流木量（助川・小森, 2017）

堆積流木量

流域内に堆積された流木が流出する
遅い流出流木量

流木
流
出の水平
過程検証

11

流木流出統合モデルの構築3) 小森大輔，助川友斗，Thapthai CHAITHONG，風間聡
流域スケールでの流出流木量の推計モデルの構築．
河川技術論文集，25，2019, 639-644.

24時間降水量

5) Komori, D., Sukegawa, Y., Chaithong, T., Kazama, S.
Modelling of large wood export at a watershed scale.
Earth Surface Processes and Landforms, 2021, 1–9.

DEM（10mメッシュ）

+

浸透速度

傾斜度（50mメッシュ）
Green-Ampt式

地下水位

土質パラメータ4) 横山光，小森大輔，Thapthai Chaithong
平成29年九州北部豪雨における寺内ダム流域の流木流出メカニズムの解明．
土木学会論文集B1(水工学), 75, 4, 2019, I_169-I_174.

13発生流木量推定モデル（計算手順）（Thapthai and Komori, 2017）

森林密度+FS（安全率）

発生流木量

流
木流
出
$一連
$'()
*$+,化

14

発生流木量推定モデル（Thapthai and Komori et al., 2018）

16

対象流域
u 北上川流域（Komori et al., 2021）

u 筑後川流域（横山・小森ら, 2019）

表：現地調査より作成した土質パラメータ

FS =c ! + cosβ" ) m +#$% + , − 1 ) +% tanφ′cosβ ) sinβ ) m ) +#$% ) +% + , − 1 ) +%パラメータ

Thapthai and Komori（2017）

m：地下水位，+#$% ：飽和単位堆積重量+% ：湿潤単位体積重量，φ′：内部摩擦角c ! ：有効粘着力，β：傾斜度，,：地盤高さ

FS（安全率）＜ 1
斜面崩壊が発生している

数値

単位

effective porosity

0.501

-

Soil suction head

16.68

cm

Hydraulic conductivity

0.65

cm/hr

volumetric water content deficit

0.486

-

Area of catchment

2500

cm

Channel width
Cohesion of soil
Friction angle
Saturated soil unit weight

500
10.30
28.70
15.20

cm
kPa
degreeTotal soil unit weight

14.80

kN/m

Water unit weight
Soil depth

9.81
5.00

kN/mm

四十四田ダム

福岡県

2

御所ダム

寺内ダム

3kN/m

33

湯田ダム

田瀬ダム

GISにより流域内の流路を抽出

朝倉アメダス
観測所

単位森林面積当たりの発生量×

斜面崩壊発生箇所

流路総延長 × 流路幅

×森林密度（現地調査）
Ø 過剰に算出している

流路周辺で発生した流木流出することを表現

流木流出モデル（小森ら，2019）

15

石淵ダム

v 現地調査を行った2016年北海道・東北豪雨で大規模流木流出が発生した小本川流域に隣接v 寺内ダムにおいて過去最大クラスの流木が流れ込む被害

17

結果①（御所ダム） （小森ら, 2019）
NS = 0.852

・御所ダム
・湯田ダム
・石淵ダム
・田瀬ダム

NS = 0.7 以上
再現性：ありØ 2002年, 2007年
観測値 ：増加
発生流木量：増加
空隙率 ：減少
Ø 2013年
観測期間中最大の観測値
発生流木量は2007年の半分以下

7

空隙率：S1 （1段目の貯留量）/ Z （タンクの容量）× 100

空隙率：小発生流木量：小流出流木量：大18

結果②（石淵ダム） （小森ら, 2019）20

結果④ （北上川水系と筑後川水系の比較）

NS = 0.829

観測値 ：増加
発生流木量：増加
空隙率 ：減少Ø 全体の傾向
流木発生量を記録：空隙率減少
流木発生量なし ：空隙率増加→ 次回の降水イベントの許容量を把握可能

異なる2つの流域特性を組み合わせる

Number of spin-up (times)

01

2

3

Ens

0.828

0.711

0.694

0.687

A(km2)Z(m3)

Z/A(m3/km2)

b(-)

寺内

51

4700

92.2

1.0×10-4

御所

635

91200

143.6

1.0×10-1

湯田

583

22800

39.1

1.0

石淵154

32900

213.6

9.0×10-2田瀬740

79100

106.9

1.0×10-2%

S1

Plots of P, qsim, qobs, and the Nash–Sutcliffe efficiency coefficient (Ens) for annual large wood (LW) export simulation at theT A B L E 2 The Nash–Sutcliffe efficiency coefficient (Ens) in each
空隙率：SZ （タンクの容量）× 100
1 （1段目の貯留量）/
spin-ups
at the Ishibuchi dam reservoir

1段目→2段目の輸送しやすさ

流域面積

1段目のタンク容量

P

計算値と観測値の傾向が一致
FIGURE 4
study sites（横山・小森ら, 2019）

パラメータの比較

Ø 2007年%

As a case of unsatisfactory result, at the Shijushida dam reser-流出流木量を表現可能

voir (Figure 4e), the maximum qobs was recorded in 2004; however,q1
Z
Pinf = b･S1

S2

the increase in qsim could not be reproduced in 2004. One of theconceivable reasons was small P in 2004. The values of（Komoriet atal.,2021）
24h_rainfall
the Shijushida dam reservoir in 2002, 2004, andq2

北上川

寺内ダムではパラメータ b の値が他のダム流域と比較して小さい寺内
1段目の流木が2段目に輸送されにくく，連続して流木が発生すると大規模流木流出しやすい

max

2007 which were adopted for calculating P were 145.9 mm,
initial condition of S1 has almost no effect on the accuracy of the123.4 mm, and 164.3 mm, respectively. In 2002, the 24h_rainfallmax

model. However, further verification is needed to determine whether

was observed when Typhoon Chataan hit the east coast of thesuch characteristics are common in other dam watersheds.

Tohoku region of Japan on 11 July. In 2007, the 24h_rainfallmax was

As a case of satisfactory result, the maximum qobs was recorded

observed when an extratropical cyclone subsided Typhoon Nari hit

in 2013 at the Gosho dam reservoir (Figure 4a), although P in 2013

the west mountainous terrain of the Tohoku region of Japan on

was not larger than P in 2002 and 2007. Similarly, the maximum qobs

17 September. However, in 2004, two typhoons Chaba and Meari

結果③（寺内ダム） （横山・小森ら, 2019）was recorded in 2007 at the other three dam reservoirs (Figure 4b,c,

hit the Tohoku region, and the 24h_rainfallmax was observed whend), although large P was recorded in 2002 before 2007. These wereTyphoon Meari passed from west to east of the Tohoku region ofcaused by storing LW at the first vessel, namely changes in LW stor-Japan on 30 September. Namely, qsim could not be reproduced forage resulted in the magnitude of LW export.

qobs which included LW caused by not only Typhoon Meari but also

H24

貯留関数モデル適応結果
Nash係数=0.963

H29

発生流木量
5&（大規模）5& + 5' （大規模＋基底）
観測流出流木量19（横山・小森ら, 2019）
2段目（基底流木流出）の比較%
基底流木流出率＝2段目の流出流木量
2段目の貯留流木量

H24年九州北部豪雨時に発生した流木がH27年九州北部豪雨に発生したものと共に流出%を算出%

基底流木流出特性の違いに着目

u H24年に流木が多量に発生
大規模流木流出量は小さいが，第１タンクの空隙が大きく減少
u タンクの空隙が回復しないまま，H29年に多量の流木が投入→ 大規模流木流出としてほぼ流出

第１タンクの空隙率21

結果⑤ （北上川水系と筑後川水系の比較）

流出流木量

…

貯留流木量

1996～2013までの18年間の基底流出率の平均値

九州

御所ダム 湯田ダム 石淵ダム 田瀬ダム 寺内ダム
岩手0.600.13

3.024.60

北上川10.06

低い

高い

北上川水系のダム流域は基底流木流出しにくい

寺内ダム流域は基底流木流出しやすい

寺内

まとめ

22

S 現地調査を実施し、流木流出メカニズムを明らかにするT 樹齢が若く，胸高直径が小さい個体は流出しやすく流木天然ダムの形成に寄与する
T 大規模な流木天然ダムの背後には大量の流木や土砂が堆積しており，大規模な流木天然ダム（流木の堆積）は流木流出に与える影響が大きい
T 流木天然ダムの形成要因について，既往研究（北海道と岩手県）に比べて，流路上に形成されるダムが少なかった
Ø Seo et al.（2015）が指摘している通り，南日本と北日本における豪雨の発生頻度の違いが流木天然ダムの形成要因に影響を与えていることが示唆された．

T 流路脇タイプの流木天然ダムは，急斜面で多く形成されていた

S 北上川水系および筑後川水系を対象に、モデルを構築する
T 四十四田ダム以外のダムにおいて，早い流出特性と遅い流出特性の2つの異なる流出特性を組み合わせたタンクモデルより，流出流木量に関する高い再現性を得た
Ø 流木の流出には，降水イベント時に山間部において発生した流木や堆積していた流木が土石流等により速やかに流出する早い流出特性と、新たな流木の発生を伴わずに堆積していた流木が流出する遅い流出特性（基底流木流出）が存在することが証明された．

T 寺内ダム流域は北上川水系に比べ、大規模流木流出が起きやすく、堆積した流木は基底流木流出として流出しやすいことが推察された