国立防災科学技術セソター研究報告第22号

1979年10月

556．16：556．53（521．27）

都市化による洪水流出の変化
石神井川流域の例（第1報）
岸井徳雄＊

国立防災科学技術セソター

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1ま じめ1こ

山林

原野等を主とした土地利用が行なわれていた白然流域に人工的改変が加えられ，開＊第1研究部風水害防災研究室

一27一

国立防災科学技術セソター研究報告第22号

1979年10月

発の進行とともに宅地等の占める面積が増大し，その過程において洪水流出がどの程度の変化をするのか，いわゆる都市化に伴う洪水流出が変化するのかは，水文学上の問題にとどまらず水防災上においても重要である．

しかし，都市化に伴って洪水流出がどの程度変化するのか，あるいは顕著な変化がないのかを流出モデルを使っての検証はできず，現実のデータで実証的に解明する方法しかない．このため水文観測の期問がある程度必要である．すなわち，流域の都市化を追跡して行くには，一般に長年月を要し，数多い洪水の発生をも合めて，都市化と洪水資料両方の資料の蓄積を得るには数十年という観測が維続されねばならず，また，数年という短期問に都市化が完了した場合，たとえば大規模団地の開発が数年で完成したとしても，この期問の都市化と洪水流出との関係を見出すには短期間にかなりの数の洪水の実測が必要とされる．また，都市化以前の白然流域で洪水時の水文観測が行なわれていることはまれであり，このことが一層都市化によって洪水流出が変わるのかを検討することを困難にしている．

これらの難点を解決する方法として，異なる流域間の白然流域と都市流域を比較し，問接的に都市化による洪水流出の変化を推定することも行なわれた（岸井・青木，1979）．

しかし，本報告の対象流域である石神井流域は，1958年（昭和33年）以後，水文観測が継続されており，我が国においてこれ程長期間にわたり，同一の流域で洪水資料が得られている都市流域は数少なく，直接的に都市化と洪水流出の変化との関係を明らかにできる貴重な流域である．

本報告は，この流域で得られた水文観測資料をもとに，ほぼ20年間にわたる本流域の都市化の状態を述べ，洪水流出特性を調査したものである．

この結果，洪水流出率および合理式の流出係数は経年的に大きく変化したとは言い難く，一方，洪水到達時間は，ほぼ1／2に短縮され，そのため石神井川流域においては，ピーク流量は増大の傾向にあるといえる．
2・流域の概要

2．1流域の諸元
石神井川は東京都の北部をほぼ国鉄中央線に平行に西から東へ流れ，下流で左支川の田柄（たがら）川を合わせ荒川の派川隅剛11に入る都市河川である．その流域面積は60km2，河川延長30kmであり，流路勾配は1／400〜1／500である．
本報告で対象とした流域は，その一部であり，隅田川との合流点約6km上流の根村橋より上流の流域で流域面積47．98km2，河川延長19kmに達する（図1）．
本流域を行政区域の一部として合む関係区市は，上流から順に小平市，小金井市，田無市，武蔵野市，保谷市，練馬区および板橋区の5市・2区にわたる．

一28一

都市化による洪水流出の変fヒー岸井o㍗

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Goug1ng三1ol1on

図1石神井川流域図（図中の数字，アルファベットは表2の記号に対応）
Fig．1

LocationnumeralsofShakujii

Riverandalphabets

correspondBasin，raingage
tothoseandin

gagingstations（Arabic

Table2）2．2＊地形および表層地質

石神井川は武蔵野台地面を浸食して流下し，河道の両側に最大幅700mに達する谷底平野（氾濫原）を形成している．この谷底平野と台地面との比高は上下流とも7〜8m程度であり，台地面の標高は，下流で30m，上流で70m程度を示す．
台地を被う表層地質はいわゆるr関東ローム」に属する武蔵野ローム・立川ロームであり，その層厚は平均7〜8mとなっている．谷底平野においては武蔵野礫層の上に薄い沖積層が被っている．そして関東ロームは火山灰層の一種でありこの結果，本対象流域は浸透性が高く，著者ら（岸井・青木，1978）が用いた分類の区分に従えぱ浸透流域に属し，洪水流出率，合理式の流出係数ともに小さいと推定される．

2．3都市

化

都市化に伴って洪水流出が変化するかどうかを考察する場合に水文学的に意味のある都市化の指標が必要とされる．一つの考え方として表層地質が大きな意味を持っており，都市化という人工的な土地利用の変化は二次的な意味しか持たない（岸井・青木，1979）ということが報告されている．一般的に考えられている都市化を水文因子に限定し，それが洪水流出に影響を与える効果を述べる（木下，1867）．

まず水文因子を流域に影響を及ぼすものと河道に影響を及ぼすものとに大別すると，前者として不浸透域の増大，表面粗度の減少，湛水域の減少等があり，後者には，河道粗度の減少，河道貯留の減少等の因子がある．これらの結果ハイドログラフパラメータは次のように＊本節の記述は（官田，1966）に拠る所が大きい．

一29一

国立防災科学技術セ1■ター研究報告第22号

1979年10月

変化するとされている．

洪水流出率は不浸透域の増大によって増加し，ピーク流量は粗度の減少および湛水域の減少によって増大し，洪水流下速度も粗度の減少および河道貯留の滅少によって増加する．また，下水道の普及は河道の影響に含まれると考えられる．

以上のような水文因子を完全に定量化することは困難であるが，以下，流域に影響する因子として不浸透域（毛地）の推移について，また河道に影響する因子として河道改修，下水道の普及の推移について述べる．

2．3．1

宅地面積の推移

宅地面積の増加は水文因子でいうと不浸透域の増加に相当し，洪水流出に影響を及ぼす重要な因子である．本流域に関し，この宅地面積の経年変化を調べた．

本流域は前述のごとく5市・2区の行政区域の一部をそれぞれ含み，1955年（昭和30年）以後，急速に都市化が進み，流域内人口の10年ごとの推移は，・1955年（昭和30年）20．8万人（人口密度4．3千人／km・）

1965年（昭和40年）46．o万人（人口密度g．6千人／km2）

1975年（昭和50年）58．8万人（人口密度12千人／km2）と20年問に3倍程度に増加し，特に1955年からの10年間の伸びがめざましい．
一方，宅地面積の調査結果は次のようである．宅地面積は，人口と同じく各市・区の統計値をもとに各市・区が本流域に占める割合で比例配分して求めたものである．ここでいうr宅地」とは，各市区の固定資産税台帳に記載されている課税対象宅地と非課税対象の学校・病院等公共用建物の敷地との合計値をr宅地面積」と定義したものである．1955年（昭和30年）以後1975年（昭和50年）までの5年ごとの宅地面積の推移を図2に●印で示した．
この図から，1955年（昭和30年）から20年間に宅地面積は11．66km・から26．42km・と127％増加し，年平均4．2％程度の高率で増加したことがわかる．宅地面積率で表わす

30一／α5一E

20

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1955

1S601965

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図2宅地面積の推移
Fig．2

Changeof

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一30一ofShakujii

RiverBasin都市化による洪水流出の変化一岸井と0・243からO・551と増加し流域の55％が宅地化されたことになる．
さらにここで定義した宅地面積と水文因子である不浸透域の面積との比較をするため，水越ら（水越・尊田，1967）の定義に従い，家屋・建築物の密集している区域は一括して，不浸透域として扱って本流域の不浸透域の面積を求めた値（宮田，1969）を図2中○印で示す．

この値は，1955年（昭和30年）および1966年の空中写真を用いて求められたものである．

この結果，1955年において固定資産税台帳から求めた宅地面積率はO．24であり，空中写真から求めた不浸透域の面積率のO．21と同程度である．さらに1966年においては宅地面積率（1965年と1970年の内そう値）は0．42で不浸透面積率と一致する．
2．3．2

下水道の普及本流域において本格的に下水処理区域が拡大したのは1973年（昭和48年）以後であり，1976年（昭和51年）現在で下水処理区域面積普及率は区分によって異なるが20％から50％に変化した（表1＊）．本流域の全面積に対しては同じく12％から33％の下水処理区域面積普及率である．各区分の境界を図3に示す．

本流域の下水道幹線は1976年4月現在下流域のみ埋設されており，田柄川幹線，練馬幹
表1石神井川流域下水道普及率推移（面積普及率，単位％）
Table1

Change

流域区分

年

ofsewer！965

coverage

1966

rateineach19671968

34567892000000300000040000004000000

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0000sub−basin

19691970

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theShakujii

132836005ユ4182630
0001ユ11ユ822
113ユ215571012』mぺ

図3下水道普及率の流域区分
Subbasins

corresponding

5022334，・

Fig．3

1976

4601624324247
01520263539
01519253539

68Basin19711972ユ97319741975
7ザ

9Rivertothesewer＊建設省土木研究所都市河川研究室の資料による．

一31一

coverageratetable（Table1）

3

国立防災科学技術セソター研究報告第22号

1979年10月

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図4下水道斡線系統
Fig．4

Trunksewersystems

線および石神井川幹線の3系統からなる．その下水の流下状況は環状8号線より上流域では汚水・雨水とも石神井川へ落しており，それより下流域では田柄川および練馬斡線は汚水のみを受け雨水は石神井川に入る．石神井川幹線では晴天時汚水量の2倍までの雨水は流域外へ流去し，その雨水を越える分は，石神井川にはいる（図4）．
2．3．3

河川改修の進捗

石神井川の河道改修は1958年（昭和33年），22号台風（狩野川台風）を契機に着工され，1979年（昭和54年）を目標として30mm／hr対

表2雨量観測所および流量観測所一覧

応河道の改修を目ざしており，上流では護岸は完成し河道堀削を残すのみとなっている（土木研究所，1978）

根村橋観測所における河道断面は，

Lヨst of raingage andg．gi㎎。t．ti。。。

雨量観測所

1968年河幅12．5mx高さ3m断面積37．5m2

1975年河幅17m×高さ5m断面積85m2となっており，河道断面積は，ほぼ2．3倍に増大した．

3．

Tab1e2

洪水流出特性3・1水文資料
本章で用いる洪水資料はr石神井川流域水文観測資料（建設省土木研究所，1972）およびr石神井川流域

記号

観測所名

資料収集期間（年）123456東京（気象庁）

1958
1958
1958

10上石神井

調
布淀橋
成駿
石神井支所
桜台
無7 旧島
8 豊
9 練馬区役所

橋
橋

A 根 村 橘B 上石神井

1968〜1977

11板
根村

12行予定）」に拠る．

流量観測所

1に示すとおりであり，その一覧が表2である．流量一32一

1965〜1968
1965〜1968
1965〜19701966

1968〜1970
1970〜1977
1969〜1970
1973〜1977

水文観測資料（その2）（建設省土木研究所，1979刊対象となる雨量観測所および流量観測所の位置は図1958H1968！958〜1977都市化による洪水流出の変化一岸井観測所の内本報で対象としたのは根村橋観測所であり，水位から流量への換算は浮子による流量観測から作成された水位流量曲線によっている．

対象とした資料の期間の内1958年（昭和33年）から1970年（昭和45年）までは，雨量，流量とも時間単位の資料であり，1971年（昭和46年）以後は1977年（昭和52年）までは10分間単位の資料である．その内1959年から1964年までは観測記録が十分でな
く，1967年，1971年および1972年は根村橋観測所付近の河川改修により流量観測ができず水位記録のみであり，今回の解析対象から除外した．
3．2

洪水流出率

洪水流出率（以下，流出率とする）は次のようにして求めた．

まず，テイーセソ法により各雨量地点のウエイトを求め流域平均の総雨量舟（mm）を算出する．次に総有効流出高伽（mm）は，ハイドログラフの立ち上がり点での流量ρ包の時
点からやや右上りの線を引き，この線の下側を基底流量とみなし引き去り，ハイドログラフとこの線とで囲まれる部分を総有効流出高とした．なお，ハドログラフの減水部と右上りの線の交点での流量はほぼ1．1Q1である．その結果，流出率介は，
ρ㌘∫・：万（・）として求めた．

このようにして，1958年から1977年までの計79洪水の流出率の経年変化を示したのが
図5である．

この図をみると1958年および1966年に流出率がO．5以上の例がある．これはそれぞれ台風22号（狩野川台風）および台風4号によるものである．これら2例を除くと流出率O．5以上の洪水はなく，ほぼ20年間にわたり流出率は全体的には増加していない．

この2大台風時の例を除き各年の流出率の算術平均値を計算しさらに，同規模の洪水のみ

o．5〜・

日一ΣlOOo

50くR■く100

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＾

庄』ムoO．O19ε51966

1967

図5Fig．5

Secular

196日

1969

1970

19フ1

19フ2

1973

1974

流出率の経年変化（＆は総雨量（mm））
changeofruno冊ratio（R一33一：tota1rainfau（mm））

1975

1ヨ76

197フ

国立防災科学技術セ1／ター研究報告第22号

1979年10月

表3流出率の経年変化
Table3

Secularchangeofruno任rat…o

全平均0．2860．2900．1760．1360．2000．1980．1510．1400．0850，217
総雨量50〜100mmの洪水

0．290

0．143

0．203

0．339

0．ユ47

0．178

0．053

0．235

を比較するため総雨量50mmから100mmまでの例を選びそれの算術平均値を計算した．
これらをまとめたのが表3である．

この表から，台風22号，台風4号時の流出率を除くと1968年以後，流出率の顕著な増加はみられず高々0．2程度の平均値を示す．

一方，下水道の普及によって流域外に雨水が流下することも考えられる．本流域では石神井川幹線（図4）が雨水を流域外へ流下させ，その流量は東京都下水道局によると1．45m3／sとされ，この量を本流域の流出高に換算すると0．1mm／hr程度であり，ハイド1コグラフの基底長を10hrとするとこの時間に対応する下水道流量は1mm程度である．一例として

総雨量50mmでその時総有効流出高10mmとすると総有効流出高は10−1＝9mmとなり流出率は，0．2からO．18と10％程度の影響しか持たない．さらに大洪水においては下水道の影響はより小さくなる、

以上のように流出率に大きな変化がみられない原因として本流域の地質は関東ロームという火山灰の一種で被われており，雨水を多量に浸透させることにより，不浸透域面積率が増加してもそれ程流出率に影響がないと推定される．たとえば，1975年の不浸透面積率0．5を対象としてみると，関東ロームの土層は1mにつき300mm程度の保水能力がある（青木，1971）と見積もることができそのO．5すなわち1mにつき150mm程度の有効保水能力を都市化しても持っていることになる．いいかえれば都市化によって不浸透面積率がo・5となった場合，流域の1／2全両がすべて白然流域で，残り1／2全面がすべて不浸透域という状態ではない．実際は建物の回りの敷地は依然白然流域に近い状態であり，屋根・道路面からの表面流はその周囲の敷地等に浸透し，このような流出率の小さい範囲の洪水では都市化によって流出率は変化しないといえる．
3−3

洪水到違時間流出率と同じように1958年から1977年までの90洪水の洪水到達時間の変化を図6に示す．（流出率の場合より洪水例が多いのは，ピーク付近の流量データが得られているがその前後のデータが得られていない場合があるからである．）

ここで，洪水到達時間は各洪水ごとにピーク雨量の測定時間間隔の中央から流量ピーク時までの遅れ時間ちの2倍を洪水到達時間あ，すなわちチF2fσ

（2）
一34一・

都市化による洪水流出の変化一岸井

12

＾

r≧20
10≦rく20
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19フ4、 ＾ 坐心㌔。
18751976

浄1∋77

図6洪水到達時間の経年変化（7は洪水到達時間内平均降雨強度（mm／hr））
Fig．6

Seculartimeofchangeoftimeof

concentration（7：average

rainfallintensity

withinconcentration（mm／hr））と定義したものである．たとえば，2時から3時にかけ雨量が最大で，流量ピークが5時とすると，遅れ時問は2．5時間となるので，この場合の洪水到達時間は5時間とした．

図6から1958年から1977年の間に明らかに洪水到達時間は短縮している傾向がある．
このことを流出率と同じように各年の単純平均値で整理したのが表4である．

表4洪水到達時間の経年変化
Table4

Secularchangeoftimeof

concentration

1・・・・・・・・…1・・・・…1…l1…1・…！・・・・…

年

洪水到達時間（・・）・・・・・・・・・・・・・・・・…

1l・・・・・・…

この表から，洪水到達時間は1958年から1970年までは2．5時間から5．O時間程度であり，それ以後はほぼ2時間程度となって，ほぼ1／2に短縮している．

以上のことは，2．3−1〜2．3．3で述べたように，本流域の都市化による流域粗度の減少および河川改修による河道粗度の減少，下水道の普及に伴う側溝の整備等によって洪水流下速度が増加し，その結果洪水到達時間が短縮されたとみることができる．
3．4

合理式の流出係数

合理式の流出係数（以下，流出係数とする）は，周知のように下水道や中小河川のピーク流量の推算に使われ，

1ρρ＝3．6∫〃λ（3）

で表わされる．ここで，ρρ：ピーク流量（m3／・），∫・：流出係数，7：洪水到達時間内平均降雨強度（mm／hr），λ：流域面積（km2）．

ここで問題となるのは洪水到達時問内平均降雨強度（7）であるが，洪水到達時間としては前節3．3で求めた各年の平均値を用いて洪水到達時問内平均降雨強度を計算した．

90洪水を対象にして，以上のようにして求めた流出係数の各年値をプロツトしたのが図7−35一

国立防災科学技術セソター研究事皮告第22号

1979年10月rΣ201o≦rく2orく10o．5

古公o●小ぜ皇＾。。。

＾左全ρ

。

O．O

1965

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1967

1968

1969

1970

1971

19フ21973

1974

1975

1976

1S77

図7流出係数の経年変化（7は洪水到達時間内平均降雨強度（mm／h・））Fig．7

Secularchangeofmnoffcoe舶cientof

Rationa1Formu1a（7：averagerainfall（mm））

である．

この図から，流出係数の各年の最大値は増加傾向にある．つぎに，流出率と同様に各年の算術平均値および洪水到達時間内平均降雨強度（7）が10mm／hrから20mm／hrまでの洪水のみを対象とした各年算術平均値を一覧表にしたのが表5である．この表から流出係数は必ずしも増加傾向はみられず，むしろほぼ一定で，全平均で0．2程度，7が10〜20mm／hrを対象にした場合で0．35となり，流出係数の小さい範囲では，一定値を示す．

表5流出係数の経年変化
Table5

Secularchangeof

mnoH

coe冊cientof

Rational

Formula

全平均0．2760．3830．2420．1880．3840．2570．1960．2040．1220，303
洪水到達時間内平均降雨強度10〜20mm／hr

o．350

0．3230．1530．353

0．36g以上のことから，各年の流出係数の最大値のみを対象とすればその増加傾向は認められなくもないが全体的にみれば，流出係数は本流域では都市化とともに大きく変化すると断定す
ることは糞廷しい．

このように都市化によって流出係数が変化しない原因としては次のようなことが考えられる．

河川改修により一般には湛水域の滅少，河道貯留の減少が考えられている．しかし，本流域の河川改修のように河幅が拡幅され，河道の堀削も行なわれると，河道断面積は以前に比較し2倍以上となり，河道貯留の増大等が原因となって流出係数の増大が抑制される方向に作用し，一方河道粗度の減少により洪水到達時問は短縮され，洪水到達時間内平均降雨強度（7）は増加し，ピーク流量は増加する方向に作用する．これらの逆方向の作用により，相殺され，流出係数としては，それ程変化しないことも考えられる．

一36一

都市化による洪水流出の変化一岸井

もう一つの考えは洪水到達時間が短縮し，そのために洪水到達時間内平均降雨強度（7）は大きい値となり，流出係数はそれ程変わらない．このことを（3）式にあてはめれば石神井川

においては1958年から1977年までの間においてピーク流量は，洪水到達時問内平均降雨強度（7）が増加した分と同程度に増加傾向にあると認められる．たとえば，1958年の台風22号時の降雨波形について洪水到達時問内平均降雨強度（7）を求める．その結果，洪水到達時問を4時間とし，ピーク雨量を中央に挾んで4時間の平均降雨強度は31．4（mm／hr）となる．さらに洪水到達時間が1／2に短縮され2時間として，同様に平均降雨強度を求めると，38．1（mm／hr）となり，洪水到達時間が1／2に短縮されると洪水到達時間内平均降雨強度は20％増加し，その程度のピーク流量の増大があり，この結果，ピーク流量と洪水到達時間内平均降雨強度との比，すなわち流出係数はそれ程変化しないことになる．
4．

まとめ

都市化の推移および洪水流出特性の経年的な推移を石神井川流域を対象として追跡調査した．

この結果，洪水到達時問は都市化とともに短縮する傾向が明らかに認められる．流出率については，1977年までの観測結果から得た小さい値の範囲では都市化に伴う有意な傾向は認められない．これは，浸透性の高い表層地質の影響が都市化という人工的改変に卓越する効果をもっからである．流出係数についても流出率と同様都市化による有意な傾向は認められないが，これは洪水到達時間の短縮による洪水到達時問内の平均降雨強度の増大と同程度のピーク流量の増大による効果が大きいと考えられる．

謝

辞

本研究に際し，石神井川流域に関する資料などの便宜を計って頂いた建設省木土研究所水文研究室長石崎勝義氏，同研究室長谷川正技官，同都市河川研究室の益倉克成氏，東京都建設局・下水道局ならびに石神井川の水文観測にあたられた土木研究所水文研究室の諸先輩の方々に深く謝意を表します．

参考文献

1）青木佑久（1972）：山地流域における洪水流出の追跡．建設省土木研究所鰍告，第143号，18．
2）

建設省土木研究所（1972）：石神井川流域水文観測資料（昭和33年〜昭和46年）．

3）建設省土木研究所（1979刊行予定）：石神井」l1流域水文観測資料（その2）（昭和46〜昭和52年）
4）建設省土木研究所都市河」■1研究室（1976）：治水計画の評価に関する石神井ケース・スタディ調査報
告，59．

5）木下武雄（1968）：都市化による流出の変化．土木技術資料，9−9，12．

6）岸井徳雄・青木佑久（1979）：白然流域と都市流域の洪水流出特性の比較．国立防災科学技術セソ

ター研究報告，第21号，1−33．

一37一

国立防災科学技術セソター研究報告7︶

宮旧42−10，第22号

1979年10月

正（1969）：石神井川流域の都市化による流出変化と水害の傾向に関する考察．地理学評論，
667−672．

8︶水越三郎・尊田継明（1966）：急速に都市化していく地域の流出に関する調査．建設省土木研究所
資料．201−2，5．

（1979年6月11目

一38一

原稿受理）