道路防雪林の活用条件に関する考察
Study on the Use Condition of Roadside Snowbreak Forest
福澤義文

廣瀬哲司

加治屋

2001 年４月

北海道開発土木研究所
防災雪氷研究室安彦

報文

道路防雪林の活用条件に関する考察
Study on the Use Condition of Roadside Snowbreak Forest
福澤義文*

廣瀬哲司**

加治屋

安彦***

Yoshifumi FUKUZAWA, Tetuji HIROSE and Yasuhiko KAJIYA
狭帯防雪林の防雪効果を明らかにするため、間伐材を用いた現地での試験調査と、数値シミュレーションによって検討し、狭帯防雪林の適切な規模を選定する活用条件
を 一 試 案 と し て 示 し た 。 そ の 手 法 は 、 １ )植 樹 条 件 ・ 樹 高 と 防 雪 効 果 、 ２ )吹 雪 を 抑 制
す る 目 標 値 の 設 定 、 ３ )視 程 ・ 風 速 階 級 別 累 積 頻 度 分 布 、 ４ )気 象 条 件 と 植 樹 条 件 、５ )狭 帯 防 雪 林 の 活 用 条 件 、 の 手 順 で 検 討 を 行 い 、 対 象 地 域 の 最 大 風 速 と 視 程 200m 未満の視程障害発生頻度を知ることで、狭帯防雪林の活用条件が求まることを示した。
例えば、 最大風 速が 14m/s、視程 200m 未満の視程 障害発 生頻 度 40 日の地 域では 、狭帯
防 雪 林 の 規 模 と し て 、樹 高 6m 程 度 で 3 条 林 植 栽 が 適 切 で あ る こ と な ど を 明 ら か に し た 。
《キーワード：狭帯防雪林、吹雪、視程障害、吹雪対策、防雪林》

There is little conventional research and study on the effects of narrow snow breaktree lines. Authors made a numerical simulation test and a field test along a road bystaking trees that were thinned from afforested pinewoods to promote healthy growth of
the non‑thinned trees. From the result, we propose a method to select appropriate scaleof narrow snowbreak woods. The procedure for both tests were as follows: 1) planting
condition of and height of trees and snowbreak effects; 2) setting target value of thewind velocity and the frequency of poor visibility,whichbothcontrol blowing snow;3) calmative histograms of visibility distance and wind velocity by category; 4) weather
conditions and tree planting conditions; 5) utilization condition of narrow snowbreakwoods. Consequently, we were able to indicate that the appropriate scale of snowbreakwoods can be obtained from the maximum, wind velocity and frequency of extreme poor
visibility occurrence. For example, at a site with a maximum wind velocity of 14 m/s
and extremepoor visibility occurring 40 days/winter, the appropriate scale of snowbreakis three‑rows of trees with a height of about 6 m.

Keywords: narrowsnowbreakforest, blowing snow, poor visibility, measures against

blowing snow, snowbreak forest.

２

北海道開発土木研究所月報No.575

2001 年４月

１．はじめに
道路防雪林は、吹雪の一部を風上に吹き止め道路への吹き込みを減らす防雪効果を有していることを、一般国道 12 号(昭和 55 年)岩見沢で初めて実測で確認された 1）。道路防雪林（以下、防雪林という）は比較的規模が小さくても防雪効果を有していることが明らかになった。この調査結果をきっかけとして、北海道の一般国道や高速道路の各地域で、防雪対策として防雪林の整備が積極的に行われてきた。防雪林は吹きだま

図−１

間伐材の配置り防止や視程障害緩和効果に優れており、防雪林整備は完成した時点では道路を広範囲に地吹雪から防ぐことができる。加えて、景観的にも美しく、自然環境を保全していく上からも優れた対策である。
しかし最近は、１）防雪林整備のための十分な道路用地確保が難しい、２）建設事業のコスト縮減が求められている、など防雪林を整備していく上での課題が多い。このため、道路防雪林の一層の整備を図るために、狭帯防雪林の視程障害緩和などの防雪効果を明らかにすることが求められている。しかし、狭い道路用

写真１

間伐材による狭帯防雪林の設置状況

地向けの防雪林整備については、吹雪対策マニュアル・
防雪林編 2） に示されていない上、狭帯防雪林の防雪効

２．２

果に関わる調査・研究は余り行われていない。

２．２．１

狭帯防雪林の視程障害緩和効果
視程障害緩和効果

本文では、現地における試験調査と数値シミュレー

狭帯防雪林の視程障害緩和効果を把握するため、視ションによって狭帯防雪林の防雪効果を明らかにする

程が 300m 未満、風速 10m/s 未満の条件での視程緩和率

とともに、活用条件について検討し、一試案として示す。

を示したのが図 2 である。ここで基準点の位置は、狭なお、狭帯防雪林とは林帯幅が 10m 未満のものをいう。

帯防雪林の中央から主風向方向（北北西）に 35m 離れ

２．現地調査による狭帯防雪林の防雪効果
２．１

調査方法

一般国道 337 号当別バイパスの道路用地で調査を行った。実験力所の周辺は樹木や民家が少なく強い吹雪の多発地帯である。ここで樹高 3.5m の間伐材を表１、図１、及び、写真 1 のように設置し、異なる林帯幅にる防雪効果を調査した。視程や風速観測などは視程計を搭載した視程障害移動観測車で行った。
狭帯防雪林の２条林、３条林とは樹木を道路に並行して植栽する２列植、３列植のことである。

図２

視程緩和率階級別出現率

た位置である。また、視程障害緩和率とは基準点の視程と狭帯防雪林区間の道路上の視程との比で、（％）で表１

間伐材の仕様と設置方法示す。３条林の場合、視程緩和率 150 以上の出現率が約 70％であるが、視程緩和率 130 未満の出現はみられない。２条林では、視程緩和率 100 未満が約 10％出現し、100〜130 の階級の出現率が高い。視程障害緩和率150%以上の２条林での出現率は、３条林のそれに比べて半減していて、３条林の視程障害緩和効果が高いことがわかる。

北海道開発土木研究所月報

No.5752001 年４月

３視程障害緩和効果の影響範囲を把握するため、視程と密接に関係する飛雪量の水平分布を植裁条件別に比較した（図３）。風下側の吹雪量比にバラつきはあるが、基準点でのそれに比べて小さい値を示している。
道路上に相当する３Ｈでの吹雪景比は２条林と３条林で同程度であるものの、その影響範囲は３条林の効果が遠くまで及んでいる。

図３

飛雪量の水平分布

表２には、視程 100m 程度の強い吹雪時の視程障害緩和効果を視程緩和率の平均値で示した。林帯幅が広図４いほど視程障害緩和効果が増大し、３条林での視程改防雪林内と基準点の風速の分布比較善効果は 169%と大きく改善している 3) 。 この結果は、石本ら 1) が、一般国道 12 号岩見沢で行った、狭い林帯減風効果は小さい傾向を示しているが、これは樹高、幅の防雪林による視程障害緩和調査の結果と同程度の林帯幅の違いによるためである。

視程改善効果である。さらに石本らは、吹雪が強まる

また、風速の高度分布を２条林、３条林について比ほど視程改善効果が増大することを観測データで確認

較したのが図５である。高倍距離は観測点高度（Ｙ）、している。これらの調査結果を勘案すると、観測時と樹高（Ｈ）とするとＹ／Ｈである。２条林より３条林

同程度の気象条件下での視程障害対策として、３条林の方が減風効果が大きい。高倍距離が大きいと風速比の植栽条件で十分に対応可能であると考えられる。

は小さくなり、高倍距離が 0.5 以上では、風速比は 0.6以上となり減風効果が期待できなくなる。つまり、無表２

植栽条件による視程緩和効果
植栽条件による視程緩和効果

積雪時は樹高が十分でも、積雪や除雪の影響で防雪林周辺の積雪が増加し、一定の樹高確保が困難な場合は十分な減風効果を得ることが難しいことを示唆している。

２．２．２

減風効果

狭帯防雪林内の風速と基準点での風速との散布図を図４に示す。さらに、林帯幅 10m の道路防雪林による観測結果を比較して示した。２条林、３条林ともに減風効果を有している。とくに、３条林での回帰式の勾配は 2 条林のそれより小さく、風速の増大に伴い減風効果が高まる傾向が明らかである。 これと林帯幅 10m

図５

風速比と高倍距離の関係の道路防雪林による結果を比較すると、狭帯防雪林の１

北海道開発土木研究所月報

N0.5752001 年４月

３．狭帯防雪林の活用条件の検討
狭帯防雪林の活用条件を検討する場合、樹木の生長過程に応じた視程障害緩和機能の把握が重要になる。
樹木は生長に伴い樹高や枝張りが大きくなり、葉面積密度も高まるため防雪効果が除々に増大する。しかし、現地実験で成長過程に応じた防雪効果調査を行うことは非常に難しい。このため、数値シミュレーションなどによって活用条件を検討する。
３．１

狭帯防雪林の活用条件の検討手法

狭帯防雪林の活用条件の検討を図６のフローに示す手法で行う。

１）数値シミュレーションによる植樹条件・樹高別の防雪効果の算出
数値シミュレーションにより、植樹条件・樹高別の視程障害緩和、減風効果などについて検討する。
２）視程障害緩和と風速抑制の目標値の設定
吹雪を抑制する目標値を設定する。視程 200m 未満の視程障害発生日数を、目標値として 10 日間に抑制する。また、風速を地吹雪発生の臨界風速 5m/s 以下
図６に抑制する。

狭林帯防雪林の活用条件検討フロー

３）吹雪対策の強弱別視程と風速階級別の累積頻度分
布、及び、吹雪を目標値以下に抑制したと判断する

めた植樹条件・樹高別の視程改善率と減風率の結果

視程改善率と風連比の検討を考慮して、適切な気象条件と植樹条件・樹高の関

過去の気象データから、吹雪対策の強弱により視程と風速の累積頻度分布を算出する。そして、吹雪係を求める。
４）狭帯防雪林の活用条件の整理を目標値以下に抑制したと判断する視程改善率と減３）の検討で得られた気象条件と植樹条件・樹高と風率を求める。これと、数値シミュレーションで求の関係から、狭帯防雪林の活用範囲図を作成する。

表３

No.5752001 年４月

５北海道開発土木研究所月報

数値モデルの概要

３．２

数値シミュレーションによる植樹条件・樹高

３．２．２と防雪効果の検討（ 1 ）地形条件

３．２．１

計算条件

数値シミュレーションの概要

計算地形は平坦として 2 次元の数値計算を行った。

吹雪・吹きだまりの数値モデルの概要を表３に、数

また、雪堤の高さは試験防雪林付近で現地観測実施時

値計算フローを図７に示す。の高さを参考にして 1.0m とした。また、防雪林の設本計算は平坦地形であるため、直交座標系を用いた。

置位置は、間伐材による試験防雪林設置方法と同様に、気流場は連続の式・レイノルズ方程式から求め、乱流路側から 8.0m とした。

モデルは一般的に用いられているＫ−εモデルを採用（ 2 ）気象条件した。防雪林の扱いは Liu et al.(1996) 4) に従い、葉面気象条件は実際に出現した激しい吹雪を想定した。

積密度に相当する抵抗・乱流エネルギーなどを与えた。

移動気象観測による観測視程が 100m 程度（一般国道吹雪・吹きだまりモデルは Uematsu(1991) 6) を基本

図７275 号当別）であった 2000 年 1 月 11 日の吹雪を想定する。

数値計算フローとしたモデルを採用した。本モデルの特徴は、跳躍に風速を 12.0m/s とし、雪堤の高さは、間伐材の試験防よる雪の移動を考慮している点である。雪面に最も近雪林区間で 0.93〜0.96m であるため 1.0m とした。

い格子こおいて、沈着速度および侵食速度が求められ、これらの差によって吹きだまり速度が求められる。
また、浮遊による雪の移動は、移流拡散方程式によって求めた。

３．２．３

狭帯防雪林の条件計算に用いた防雪林の条件を表 4 に示す。高さは3.5m を基本とし、狭帯防雪林の生長に伴う防雪効果の変化を把握するため、樹高 5.0m、7.0m の計算も実施した。

６北海道 開発 土木研 究所 月報

N0.5 7 5200 1 年 ４月

３．４

吹雪を抑制する風速と視程障害発生頻度の目抑制には風速比 30％以下の植栽方法を選択する必要が標値の設定ある。

狭帯防雪林の適正規模の検討にあたって、吹雪発生の主要なファクターである風速と視程障害発生頻度を明らかにする。そのため、目標値を定めて吹雪の発生を抑制する必要がある。
目標値設定の考え方としては、①地吹雪発生の臨界風速が 5m/s であるため、風速を同程度まで抑制する。

３．５．２

視程の累積頻度分布

図 10 はアメダス観測データから推定算出した日最低視程の累積出現頻度分布である。対策無しの状態で視程 1000m 以下の出現頻度を 100 とし、対策による累積発生頻度の変化をみた。対策により 1.2 倍に視程が改善された場合、視程 200m 未満の視程障害の出現率は、②吹雪・降雪によって視界状況が、かなり不良に無対策の場合の 60％に減少する。また、視程が 2.0 倍なる視程は平均 200m 未満 8) であるため、視程の改善率では、視程 200m 未満の出現率が無対策の場200m 未満の発生頻度を 10 日間まで抑制する。

合の 23％になる。つまり、視程改善率 2.0 倍の映帯防である。

雪林を植裁することで、視程障害発生頻度を約 1/4 倍吹雪抑制の目標値を示したことで、対応する視程改(23%)に抑制できるということになる。これらをま善率と減風効果を求める必要がある。

とめると図 11 となり、この関係から表６の植裁条件・次に吹雪対策の強弱別の階級別累積頻度分布について検討する。

３．５

吹雪対策の強弱による視程・風速階級別累積頻度分布の比較

３．５．１

最大風速の累積頻度分布

石狩地方は北海道でも有数の強い吹雪の多発地帯である。ここでの日最大風速の累積出現頻度分布をアメダス観測データから求めて図９に示した。過去 23 冬期のデータを使用している。
無対策では、地吹雪発生の臨界風速である 5.0m/s より風速が低い日の出現頻度が約 30％と低く、日常的に雪堤からの飛雪による視程障害が発生していると推測される｡しかし､防雪林などで風速を 30％減少させること（風速比 70％）で、風速 5m/s 以上の出現頻度を約50％に抑制できることがこの図からわかる。また、風速を 70％減少させた（風速比 30％）場合、風速 m/s

図 10

対策の強弱による視程の累積出現頻度の比較

図 11

対策による視程障害改善率（視程）と視程 200m 未満出現率の低減率との関係

以上の出現がほぼなくなり吹雪の発生を抑制できると考えられる。このことから、地吹雪による視程障害の

図９８

吹雪対策の強弱による風速の累積出現頻度分布の比較

北海道開発土木研究所月報

No.5752001 年４月

表４

計算に用いた防雪林の条件布を把握し、対策後に目標とする地吹雪発生臨界風速5 m/s の以下の風速出現率を定めることで、選択可能な映帯防雪林の植栽条件を決定できる。
表５

狭帯防雪林による減風効果の比較

なお、雪堤の高さを 1.0m としたため計算上有効な狭帯防雪林の高さは 1.0m 低くなる。
防雪林の葉面積密度（PAD）は、同樹種であれば単位面積当たりの植栽密度に比例すると仮定し、佐藤ら 7)が千歳市のアカエゾマツ防風林で観測した結果との比例関係から、0.94m2/m3 とした。

３．３．２

植栽条件・樹高による視程障害緩和効果

植栽条件・樹高による視程障害緩和効果を求めたの

また、形状に注目すると、高さによる枝の長さの違が表６である。地吹雪の発達する風速 12m/s、降水量

いや枝下の空隙など、１本の防雪林においても枝葉の1.0 ㎜/hr の条件による視程比を示した。視程比とは、疎密がみられる。

ここでは、枝下高（H=0.1m）まで数値シミュレーションで求める対策前の視程を 1.0 との葉面積密度を０とした。また、樹冠層の形状がほぼして、対策後の視程との比をいう。つまり、視程改善円錐形であることから、図 8 に示すＰＡＤ鉛直分布、率を示していることになる。

つまり防雪林の先端で PAD=O とし、1/2 の高さ

樹高 3.5m の２条林、３条林での視程比を、視程障（H=1.8m）ではＰＡＤが平均葉面積密度と等しくなる

害緩和率で現すと 112%､131%となり、約 10％〜30％視よ程が改善されることになる。この結果は、表２に示すうにし、葉の抵抗係数は Oj とした。

間伐材による現地試験結果に比べて低い視程障害緩和実施した計算は狭帯防雪林の無い状態を含め中程度率であるが、これは、風速 12m/s の強風条件で計算をの吹雪の場合と激しい吹雪の場合の計算をしたので、行っためで、中程度の吹雪として計算した風速 6 m/sの場合では、現地試験結果とほぼ同程度の視程障害緩和効果が得られたため、狭い林帯幅の防雪林でも高い視程障害緩和効果を得られるものと考えられる。

表６

図８３．３

狭帯防雪林による視程障害緩和効果の比較

葉面積密度の鉛直分布

数値シミュレーションによる防雪効果

３．３．１

植栽条件・樹高による減風効果

数値シミュレーションで得られた対策後の風連比を示しだのが表５である。この結果から、現地の風速分
北海道開発土木研究所月報

No.5752001 年 ４ 月

７樹高別の視程比（視程改善率）に対応する、視程 200効果とを対比し、狭帯防雪林の選択可能な活用条件をm 未満の視程障害出現率の改善率を求められる（表７）。

図 12 に示した。

例えば、視程 200m 未満の視程障害の発生が年間 30

Ｘ輔は対策前の視程 200m 未満の視程障害発生日数で日の対象地域では、防雪対策を施すことで視程障害発あり、Ｙ軸の風速は、目標とする 5 m/s 以下の風速発

生日数を 10 日にする場合、視程障害発生率が 29％の３生頻度に対応する対策前の最大風速である。この関係

栗林（樹高５ｍ）の狭帯防雪林で対応するのが適切でから､対象地域の視程 200m 未満の視程障害発生日数とあるということである。

最大風速を知ることで適切な狭帯防雪林の植栽方法を決定できる。

表７ 視程改善率
視程改善率((視程比)視程比)と視程障害出現率の低減率の関係

なお、雪面からの樹高が等しければ防雪効果は等しいと仮定している。また、目標とする視程障害発生日数を５日とする場合は X 軸の数値を 1/2 に、20 日の場合は X 軸の数値を２倍におきかえる。

４．まとめ
現地における試験調査と数値シミュレーションにより、狭帯防雪林の適切な規模を選定する活用条件について、一試案として示した。
対象地域の最大風速と視程 200m 未満の視程障害発図 12３．６

狭帯防雪林の活用条件(
狭帯防雪林の活用条件 ( 目標：視程 200m 未満の視程障害発生日数 10 日の場合日の場 合 )

狭帯防雪林の活用条件

生頻度を知ることで、選択可能な狭帯防雪林の植裁方

吹雪対策の有無による風速と最低視程の累積頻度分法を図 12 の関係から容易に決定できる。ただ、視程障布から、吹雪強さを目標値に抑制する風連比と視程改害の発生頻度分布によっては活用範囲が変化すること善率を求めた。これと数値シミュレーションで得られに注意を要する。また、狭帯防雪林の活用条件外でも、た異なる植栽条件・樹高での減風効果と視程障害緩和

風速と視程障害発生頻度を抑制する目標値を変えるこ

北海道開発土木研究所月報No.575

2001 年 ４ 月９とで、活用範囲が広がる可能性がある。

３）福沢義文、加治屋安彦、廣瀬哲司、丹絵和博、川狭い道路用地において狭帯防雪林による吹雪対策の俊一：道路防雪林の防雪機能に関する検討、平成検討を行ったが、降雪や除雪作業によって防雪林周辺

11 年度寒地技術シンポジウム、1999 年 11 月.に積雪や雪堤が生じることもある。これにより雪面上

4)

Liu、J., Chen, J. M, Black、T. A. and Novak, M.の樹高が見かけ上は低くなり、十分な防雪効果を得る

D･,1996:E‑￡ modeling of turbulent air flow

ことが難しい状況になることも考えられる。

downwind of a model forest edge. Boundary‑Layer

今後、樹高６〜７ｍの挟帯防雪林の活用条件を検証

Meteorol.,77、21‑44．

するため、現地実験などで継続して防雪効果調査を行5)う予定である。

S. V.パタンカー、コンピュータによる熱移動と流れの数値解析、森北出版、1985.

6 )謝Uematsu,T.,Nakata,T.,Takeuchi,K.,Arisawa,Y.
and Kaneda,Y.,1991,Three‑dimensional numerical辞

simulation of snowdrift.Cold Reg.Sci.Technol.20，

本調査の実施にあたって、（財）日本気象協会北海65‑73.

道支社調査部道路調査課の小林利章氏、畠山拓司氏

7）佐藤隆光、浦野慎一、武田知己、2000、幅と密度に多大なご尽力を頂いた。こに記して謝意を表する次の異なった防風林における風速分布の観測、農業第である。

気象、56(1)、25‑30.

参考文献

8）建設省、2000 : ITS プロジェクトの全国展開に係

１）石本敬志、竹内政夫、福澤義文、野原多喜男、る展開ガイドライン、2000 年４月、1‑96.

1980:道路防雪林による吹雪時の視程障害緩和効
果、土木試験所月報、No320､210‑215.
2）（社）北海道開発技術センター、1990:道路防雪対策マニュアル（案）防雪林編､北海道開発局監修、
平成２年３月、1‑140.

福澤義文*

北海道開発土木研究所
道路部
防災雪氷研究室副室長
博士(工学)

10

廣瀬哲司**

旭川開発建設部
道路第二課
道路防災係長(前防災雪氷研究室研究員)

加冶屋安彦***
北海道開発土木研究所
道路部
防災雪氷研究室室長

北海道開発土木研究所月報

No.5752001 年４月