国立防災科学技術センター研究報告第19号

1979年3月

551．32

陸屋根上の積雪の断面観測とその積雪底部での融解
中

村

勉＊．阿部

修＊

国立防災科学技術センター新庄支所

Observatio皿so皿y6rtica1Pro血1es
andMlelting

at伽eofth6SnowCo▼er

Botωmof肚e

Smw

and

Osamu

Abeon

Roofs

C0▽6r

By

Tsutom11Nakamura

8〃ψBr〃κん，Wα伽伽1ル∫ωrcんCθ〃θブ∫o・〃∫州ぴP閉肌〃・・
1Vo．1400，Tα尾α6α〃，To是α㎜αc〃，8〃ηゴo＿5〃，γα肌αgα地＿是εη996，Jαクα〃Abstmct

Observations

di舟erenttionalresults

wereRelativeof

theon

buildings

vertical

pro引esofof

Branchwere

thiscomparedpositionsincrease

ofof

thewith

the

snow

cover

is shown in Fig，2．
Comparison of these four

snow

cover

on

Hat

ground，andagranular

These

facts

now

twothroughThethawing正ate

Branchreachedof23calheater
athat

the

theon

theof

thevalueamount

snow

cover

pointsarethat

the1ayered

upper
at

snow

cover

melts

bui1dings

at
or

cover

on

the

perdaywhich

infa11oftheThe

rate

daiIy

new

structure

of

the

the

snow

cover

on

the

bottom

of

each

snow

cover−

toitsbottomdue

throughthegroundroof

thIeeofpartthesnowofFig．1．

revealed

observed

thegromd．

in

theof

observa−

the

to

the

the

on

due

toflatエoofs

shown

groundwasof

nearlyJanuaryユ3．1977andof2．9mm

shown
roofs

was130and190kgf

considerable

eachceilings

on

the

the

resu1ts

cover

on

of

on

similarsnow1ayer

cm−2day■1as

Snow1oadismeaneither

is

snow

made

observational

snow

roofs

that

theof

the

ma1n

corresponds

thebui1ding

toheatsurface．

theof

the

heat

now

Tab1e1．
storehousewithoutanym−2，respective1y，and

this

di冊erenceof60kgfm■2

ofofbuikling

snow

the

main

in

the

buiiding

anddesigningthetheconstruction．

Snow cover on the ground me1ted by O．61mm day−1due to the heat now
groun〔1surface，and the amount of the heat necessary to me1t the snow
corresponds to4．9ca1cm−2day−1． On the other hand，the measurements of theheat刊ow from the ground in the observationa1丘e1d of the Branch showed thatthroughtheamountperiod

from

ca1culatedofheat，6．4ca1cm−2day−1，came

Dec．9．1976toresult，4．9cal

Jan．13．1977，andup

thisthroughamountthegroundin

thenearly

equalstothecm−2day■1．

はじめ1こ
屋根雪処理に関する研究は古くから多くあるが， 屋根雪， 特に陸屋根上の積雪内部の性状＊雪害防災研究室
一219一

国立防災科学技術センター研究報告第19号

1978年3月についての観察は乏しい．屋根雪荷重の問題を考える場合には，重量だけに関する知識で良いが，屋根雪に手を加えて処理する方法を考察する時には，その内部を知っていることが重要となる．

筆者は今年の冬（1976年から1977年の冬期）に，陸屋根上の積雪のいわゆる断面観測をわずか一回ではあるが行ったので，報告するものである．

N＼庁舎
器初庫

平地積雪観測点［コ□「一一一一■1

1

1

1
1

11L＿＿＿＿＿」
市

除雪実験用道路図1屋根雪およぴ平地横雪観測点平面図
Fig．1

Relative

positionsofthethreebuildings

andtheground，wheresnowcoverobservationsweremade．

100
帝

HN

ヨHSの（CH）

深さ50

1012凹161820222426283013579111315
DEC，1976

J州．1977

図2降雪と横雪（斜線をほどこした値が降雪深）
Fig．2

Depthso止thedaily

newsnow

and

一220一

thesnow

coverontheground．

陸屋根上の積雪の断面観測とその積雪底部での融解一中村（勉）・1；可部

1．観測日と場所

1977年1月13目に，当センターの三つの建物上の屋根雪について断面観測を行った．その三つの建物，即ち当センター庁舎，観測室および器材庫の相対的位置関係は，図1に示した如くである．同図からわかる

ように，器材庫は冬の季節風の庁舎の風下側に位置している．庁舎および器材庫それに観測室の屋根面の最大高さは，それぞれ地上高9．7m，5．7mおよび3．8mであり，勾配はそれぞれ8／100（いわゆる0．8寸勾配，以下同様），4／100．2／100である．図1には下り勾配方向を矢印の向きで表わしてある．屋根材は，庁舎と器材庫が長尺カラー鉄板であり，観測室はコンクリートで，モルタル仕上げである．

観測方法は地上での積雪断面観測法と同じである．断面の向きは屋根勾配と直角にとった．

2．観測結果図3積雪の層構造
1平地

2：器材庫屋上

Fig．3

Layeエedstructuretheground，

2：on

recordingroom，4：on

3：翻則室屋上
ofthethethesnow

storehouse，main

4：庁舎屋上cover（1：on
3：on

thebui1ding）．

観測目の1月13目の2目後までの日毎σ）降雪強度および積雪深の増加の様子を図2に示した．1月の目最大降雪深は約30cmであり，この程度の降雪は12月9目から1月13目までの間に4目出現している．積雪深は12月下旬から次第に増加しているが，観測目の13目前後にはさしたる降雪はなく，この頃は積雪深はほぼ一定の時期であった．

図3に上記の三個所および平地での積雪断面の層構造を示す．平地での測定結果は当観測目の翌14目の値〔東浦他（私信）による．以下平地での積雪の断面観測結果も同様〕である．

これらの断面写真をみると，積雪は大まかに二ないし三層から成りたっている様子がうかがえるが，これらの詳細は図4から図7に示されている．

この図4から図7までには，層構造以外の諾物理量も示されている、粒径，雪温，雪の一221一

国立防災科学技術センター研究報告

1978年3月第］9号

70積

雪HS

IG＝0．21I

深（CM）

300129I

00．2

0．40

2G（・．・・一3）

1・。R（C．G．S．）

一密度

碩度

粒度雪の種類

4

図4庁舎の屋根雪の断面観測結果（記号は国際記号4））Fi＆4

Vert1calpro丘1ebuilding（afteIof

thesnowco▽er

ontheエoofo丘themain

intemationa1symbo1s）．

大∠墜」
dcbaI00
HS
（CM）

T50÷

十8480＋＋ペペ000，II5I1−λ74−73

IG10．205

0，29Ib，c

一4一2T（℃

●I、

◎00．2

G（9．㎝3）0．4

021・gR（C．G．S．）

図5観測室の屋根雪の断面観測結果（Tは雪温，他は図4と同じ）
Fig． 5 Vertica1pro刷e of the snow cover on the roof of the recording room．

一222一4陸屋根上の積雪σ）断面翻則とその積雪底部での融解一一中村（勉）・阿部

I00

0．130U．1）U

94・
I百j0．2271

HS十十b

I百j0．227（CM）

III

ペペa1I・

50

1 0．250I■1◎Oa、1・I●●◎b0．3〔0．302I□100．40

0．2

G（9．・・一3）2止1←36㎝→

1・gR（C．GlS．）

図6器材庫の屋根雪の断面観測結果（記号は図4に同じ）
Fig．6

Verticalproileof

thesnow

cover

on

0．087

I00

theroofof

thestorehouse

197111＝・I・1・十十HS

0b（㎝）

I611

ぺx
50

a0．28

OO
0．322

b

○O

一20T（。C）

00．2

0I40

G（9．・・一3）

Vertica1pro丘1eof

thesnow｝223一＿

cover

4

1ogR（C．G．S．）

図7平地積雪の断面翻則結果（記号は図4に同じ）
Fig．7

2on

thegIound．

国立防災科学技術センター研究報告第19号

1978年3月◎平地＋＋＋＋97cM
8く一一

人

一一5I

7377

＾一＾一5I

一一ぺ一83ぺx×●観測室

20△庁舎

■0X

十十一L．G．＿一
人

十十十十＋（Cト1）628＾

g4＋（HS）

X器材庫

9ペペ＼︑・、＼．一一■i・OOOOOOO 0O・A

み一50て＝●O0．．勿．m一．．

一6
平地0■、■

〃．
0

一器材庫

観測室

庁舎

24

109R（C．G，S．）

図8 三つの屋根雪と平地積雪との比較（記号は図4に同じ）
HSに（）をつけたのは基準面を積雪表面下11cmとしたからである．
Fig．8

Comparisonof

thefourdifferent

typesofsmw

cover．

層の順序，平均密度については四者ともほぼ同じであるが，硬度と積雪深には違いがみられる．図8にこれらの比較を示す．幸いに積雪はいずれも表面下10cmほどの所に薄いざらめ雪層（こσ）層をG層と名付ける）があるので，これを比較の基準位置として図8を作成してある．平地での積雪深は1月14目の値であるので，13目から14目までの降雪の深さを除去した値としての88cmを13目の平地での積雪深とみなして，今後の比較対象とする．
積雪深は器材庫上の屋根雪が一番厚い．今，これを基準とすると，積雪深は庁舎屋上では32cm，観測室では10cm，平地では6cmとそれぞれ器材庫での値よりも小さいことになる．

図8の右側に示してある硬度の比較図も，上に述べた方法と同じく，ざらめ雪層（G層）を基準として作成してある．硬度の実測値の詳細は付録に示してある．観測室屋上の一部の値を除けば，屋根雪の硬度は平地での値よりもやや大き目である。これは，地上高の増加と共に風速も大となるから屋根雪は風による硬化作用を地上の雪よりもより大きく受けていることを示しているのかも知れない．

3．積雪底部での融出器材庫では暖房は行なわず，観測室では時々，庁舎では，日曜・祭日を除く毎目昼間は暖一224一

陸屋根上の積雪の断面観測とその積雪底部での融解一中村（勉）・阿部

IOO

97HS

6 十十（CM）

十十人ぺ

ぺぺ50

◎OO◎

I9＋＋＝I0〈〈＿■

●●■●◎

0◎

●●
DEC．16

DEC．25

JAN．5

1976

JAN．141977

図9平地での積雪層の経時変化（記号は図4に同じ）
Fig．9

Metamorphoses

andincreaseinthedepthof

thesnow

coveronthegro㎜d．

房を行っていた．平地には多少の地熱流がある．12月9目からこの観測目の1月13目までの間では，この地熱流は一定値の6．4cal

cm2daゾ1であった＊．それ故，前節で述べた四個所での積雪深の差の原因は，大半が積雪底面からの融出のために違いない．雪の最下層部にわずかのざらめ雪があるのは，その一つの証拠である．

平地での積雪，特に地面付近での積雪の時間的変化の様子を知るために作成したのが図9である（東浦他による）．同図からも接地面付近では，わずかながら雪は融け去っている様子が窺がえる、それゆえ，1月13目までの積雪底部での融出量を考えてみよう．その前に一般論として，今，ある期間の積雪量の収支を考える．Qπを収入分，Qoを支出分とすると，その差△Qが残となる．即ち，△Q＝Q。一Qo（1）

今，Q・については降雪のみが，Q。については融出だけがあり，これ以外の現象はないものと考えると，（1）式は次式のように書ける．

・・一∫伽・・1一帥一加）＊この値は当支所の気象観測露場での，熱流板を用いた実測値である．

一225一（2）国立防災科学技術センター研究報告＿．項

目＿第19号

ユ978年3月．．一■■■二■■■■■■■■■一一一一一一一一一観損！点平地器材庫観測室庁舎

1
1月13目の積雪深，H8（cm）
2同目の積雪の平均密度・δ（…一3）

88948462 ■・．・1・．・．… 。．。。。。．。ユ13積雪相当水量・1Q一（珊）・δ（・・）

1・1．・・。。．。

。。。．。。。。．。

4全融出量・235・5＊一Q（・・）・・、・。。．。

。。．。1。。．。

5目平均融雪速度（㎜d・ザ1）

1、・・．・。…

。．。

。．。

1蝋瓢㌘平均融解熱量㎏1㎝一2由ザ㌧2：ll■1・㌦f二1ill二18目平均相対融雪速度（・…ザ1）・．…

9上竺熱及び屋根を通過トた熱（・・1・・一2・・ザ1）。．。1。．。

1・．・・。．。ユ。．。

・二薫忽鳩蝋1㍑噸㌫註月・■1・時までの降水量の繍＊＊＊雛燃主顯こ主姦諮気か1受けた熱一ネルギーの総和の1ち・積雪の融解に用い
但し…：1目の降雪量・クー：・目の平均融出量，1：時間である．簡単のために，降雪量は水に換算した値を以後用いることにする．

（2）式中σ）・1は時間1の関数であ／・その形を決めるのは難しいけれども，その積分値は・毎目の降雪量の測定値を合計することによ1求められる．即ち，1・月・目以降は平地では連続積雪状態であ一たかいを・・月・目一を・月・・目として，（・）式右辺の第＿項
を雨雪量計を用いた測定値から求めると・それ1ま…．…となる．これは1。。。年。。月

9目0時から1977年1月13目12時までの35．5目問の値である．
他方・（2）式の第二項は各観測点の測定値△Qと上記の第一項との差として求められる．

ここで△Qは積雪相当水量であ／・積雪深と雪の密度との積で求められる．この結果は表。に示してある．

各観測点での目融雪速度は・庁舎屋上では…㎜もあ1，観測室屋上，器材庫屋上，平地ではそれぞれ1・8・・・・・・…㎜と算出された．これらの値に相当する積雪量をとかすために必要な熱量は表1の第6番目の項目に掲げてある．この熱量の計算時には，積雪を0℃にまで昇温させるために必要な熱量は無視してある．

上記の融雪量が，勾配のゆるい屋根面を伝わって流出していたことになる．
ところで，器材庫には暖房が無いから，この屋根雪の融解は，建物が吸収した目射エネノレギ』と大気から受けとった熱エネルギー1こよると考えられる．それぞれの建物が受けるこの

熱エネ／レギーは，建物面積，表面材質，方位によって異なる．しかし今仮りに，三つの建物とも同じ量だけ受けたとすると・表1の第7番目の項目に示したように，器材庫での融出量を零とおくことによって・平地にあっては地熱だけの，観測室と庁舎にあつては暖房熱の余
一226一

陸屋根上の積雪の断面観測とその積雪底部での融解一中村（勉）・阿部

表2各種の熱源を用いた時の屋根雪の融雪量比較（暖気導入式，電気ヒーター，温水バイプ方式による測定結果は新庄での測定結果であり，詳細は文献（2）を参照されたい）
Table2Thawing

熱源とratesofthesnowcover

暖房余熱

on正oofs

bydifferent

melting

電気ヒーター；自然のまま・室温20．C．暖気導入式1敷込み式

methods．

温水バイプ

上乗せ式

1

循環方式

方式■｝舎扇測三齪。・℃■。。。W．。一・1。。。W．r・。。一。。℃の温水
融雪量

Z・m−2・d・ザ1

2．4

：

1，2

1

7，5

24〜36

22〜29■

12〜38

熱流入だけによる融出量（これを相対融出量と呼ぶ）が算出される．

これらの値に相当する積雪をとかすためには熱が必要であったわけで，平地では4．9ca1cm■2day−1の地熱流が，観測室と庁舎にあっては，それぞれ9．6と18．4cal

cm一・day一・の天井から屋根面を通過した熱流束があったことになる．この計算方法で求まった地熱流
4・9ca1cm−2day−1は，先に述べた当支所構内での測定値（6．4ca1cm2day−1）と良く一致する（誤差23％）．

庁舎および観測室屋上で融ける雪の量は，電気ヒーターや温水バイプ方式によって融ける量の約1／10〜1／20の程度であるが，暖気導入方式によって融ける量とオーダーは同じである．表2には各種の熱源による屋根雪の融雪量の比較を示してある．
まとめ今冬（1976〜1977年冬期），三種類の陸屋根上の雪のいわゆる断面観測を行い，これらの結果と平地での測定値との比較をした．

屋根雪の積雪層の構造は，平地での積雪層の上層部と似ているが，積雪深にはかなりの違いがあった．いずれの観測点においても，積雪底面にはざらめ雪が見出された．即ち多少の差はあれ，建物の屋上から出る熱のために積雪の接地部では融解がおこり，人間が昼間住んでいる建物（庁舎）では，35目問の平均値ではあるが，毎目約3mm（水柱換算値）もの融雪があり，これだけの量を融かすために必要な熱量は23ca1cm−2daゾ1となる．この融解した水は屋根面を伝わって流出していたことになる．

一方，小島（1976）は北海道札幌市内にある大学の建物の一寸勾配のコンクリート製屋根上での融雪量として，1976年1月27目から2月12目までの17目間で3．1gcm−2の値を，これに引き続く13目から3月1目までの18目間で6．6gcm■2の値を求めている．これから算出された目平均融雪量はそれぞれ1，8と3．7mmd・y−1であり，これらの値は本稿の観測室および庁舎屋上の屋根雪について得られた値，2．9と1．8mm

daゾ1と同じ程度である．

昼間常時暖房のある建物（庁舎）とない建物（器材庫）とでは，屋根雪の融雪速度に2．3mmdaゾ1の差がある．今これを，家屋の耐荷重性という観点からとらえてみると，1月13目現一227一

国立防災科学技術センター研究報告第19号

1978年3月

在器材庫では1m・あたり210kg重余りもの積雪荷重があるのに対して・融解流出の激しい庁舎にあっては，その約6割位の荷重の130kg重しかない・即ち屋根雪荷重としては・80kg重m一・の差が生じていたことになるから，この値は建築物設計時に考慮されねばならぬ値と考えられる．

この冬期の12月から1月中旬までの，平地積雪底部での融出量は平地積雪断面観測結果から約0．62mm

day■1（水柱値）と算出された．この融雪は全て地熱による結果であるとみなして，その地熱流を計算すると，その値は4．9ca1cm■2day−1であり・実測値の6−4ca1cm■2day11に良く合致した．

三つの屋根雪の間で，積雪の平均密度を比べてみると，一番大きいのが庁舎の風下側にある器材庫上の値で0，227g

cm−3，次いで一番風上側の庁舎屋上の雪の値の0，211，一番密度がノ」、さいのは屋根の高さが一番低い観測室屋上の雪の値（0，205）であった．平地での値は0，218で，庁舎又は器材庫での値により近い．このように四者の密度には大差なく，それらはO．21〜0．23g

cm■3の範囲にあった．

風による硬化作用のためか，屋根雪は，平地の雪よりも多少硬度が大きかった．
参考文献ユ）東浦将夫他：（私信）新庄における気象および平地積雪断面観測，1976年〜1977年冬期．防災科学技術研究資料に印刷予定．
2）科学技術庁研究調整局（1975）：都市の雪害防止に関する総合研究報告書．184頁，144〜147頁参照．
3）小島賢治（1976）1無落雪屋根上の積雪とその融解一目本雪氷学会秋季大会予稿集（221番）．

4）UNESCO（1970）：SeasonalSnowCove「．PP．1〜38。

（1977年12月26目原稿受理）

付録 積雪の硬度（屋根雪の値は，四手井式硬度計で測定した数値を木下式硬度計での値に較正表1）で換算したもの．平地積雪の値は木下式硬度計による・）
Appendix

庁A屋上

Hardnessofthe観測室屋上

snowcover．

器材庫屋上■｝∫・1・・…H・、・い・・…那平地

上・1・・1・・那．・1・…R（・・）（・・f…一・）（・・・…）「（・・）■（・・f…■2）．（・・・…）（・・）（・・f…一2）（・・G・S・）（・・）l！・fcm■里）芒1G・2

41

54

1．7

65

50

1．7

73

64

1，898．

5−40−73

42

35

1．5

52

130

2．1

61

240

2．4

90

15

41
40

82 1，9 37．5 700 2．9 50 1200 3，1 80＝ 27 1・4
94 2．0 30 3000 3．5 37 4300 3．6 70 100 2・0

29
28

330
240

2．5
2．4・・．・．・・O

24
18

1500 3．2 28
52 1．7 18・一・…

800

2500
1900・・・・・3，4
3．3…027 290 2．5
10 2400 3．411．52000 3．3！2 2900 3．5．
12．5

2700

備考

H8：積雪深，

3・240

530

2・02・52・730 1370 3・1
20 1430 3・2
14 2050 3・3
7 610 2・8

3．4

R：硬度，

60■10750 300

1・2

使用した四手井式硬度計は101号器

一228・一