（様式３）新潟大学災害・復興科学研究所
共同研究報告書

表題複数種の物理センサと計算技術を融合した全層雪崩の発生予測手法の構築

研究代表者氏名 勝島 隆史 1）
研究分担者氏名 松元 高峰 2） 河島 克久 2） 宮下 彩奈 1） 竹内 由香里 1）
勝山 祐太 1） 小田 憲一 3）1）森林総合研究所 2）新潟大学

災害・復興科学研究所 3）日本大学理工学部
研究要旨

新潟県をはじめとする本州の豪雪地の中山間地にある全層雪崩の発生区の多くでは，匍匐した樹形の灌木が成育しているが，灌木が全層雪崩の発生に与える影響を定量的に示すことが難しく，灌木の存在が全層雪崩の発生予測を困難なものにしている．本研究では，灌木が成育する斜面での全層雪崩の発生予測手法を新たに構築することを目的として，積雪モデルを用いて積雪の安定度を推定するとともに，現状では推定することが難しい灌木の抵抗力の変化を実測値として安定解析に取り入れることで，灌木の影響を考慮した斜面積雪の安定度の評価を行った．その結果，積雪の初期には，灌木は斜面積雪の安定化に寄与しており，この効果を安定解析に取り入れる必要があることが示唆された．一方で，雪崩発生の直前においては，灌木は斜面積雪の安定化に寄与しておらず，積雪底面付近の積雪層のせん断強度の低下によって全層雪崩の発生に至ったものと示唆された．
Ａ．研究目的定することで，斜面積雪の移動に対する灌木の抵

新潟県をはじめとする本州の豪雪地の中山間抗力を導出する計測手法を新たに試みた．その結地にある全層雪崩の発生区の多くでは，匍匐した果，灌木の抵抗力の減少に伴って，グライド速度樹形の灌木が成育している．このような灌木は，が増加する振る舞いが確認された．この結果は，降雪により樹冠に生じる着雪（冠雪）により倒伏

斜面積雪の移動に対する灌木の抵抗力についてするとともに，断続的な降雪により倒伏した状態の既存の知見と概ね整合するものであり，灌木ので積雪内部に埋没する．灌木は，全層雪崩の発生抵抗力を連続的に計測する手法が整ってきていに至る斜面積雪の移動（グライド）に対して抵抗るものと考えている．全層雪崩では滑り面が積雪となり，その抵抗力の大きさは倒伏度合いによっ底面であることが多く，そのため雪崩の発生の危て変化することが知られている（山野井，2006）．

険性を評価するには積雪底面と地面との摩擦力

しかし，灌木がグライドに与える影響を定量的にの変化を捉える必要があるが，これを定量的に示示すことが難しく，灌木の存在が全層雪崩の発生すことは困難である．一方で対象とする雪崩斜面予測を困難なものにしている．

では，積雪底面付近の積雪層が滑り面となって全研究グループは新潟大学災害・復興科学研究所

層雪崩が発生することが，発生区の現地調査からの共同研究として，全層雪崩の発生における樹木確認されている．対象斜面の全層雪崩は，積雪底と 積雪 の力学 関係 を解明 する ための 観測 を ，面付近の積雪層の破断によってもたらされると2017-18 年の冬季から継続して実施している．昨

仮定すると，気象データを入力値として積雪内部冬季には，冠雪や雪圧により樹幹に生じる曲げ応の雪の構造や物性の時間変化を計算する積雪モ力の中立軸に相当する位置にひずみゲージを設

デルを用いた斜面積雪の安定解析に，計測により置して，樹幹の引張軸力に相当するひずみ量を測得られた斜面積雪のグライドに対する灌木の抵

抗力を取り入れることで，雪崩発生に至るまでの雪崩発生区に設置したグライドメータにより斜斜面積雪の安定度を評価できる可能性があると面積雪の累積移動量（グライド量）の時間変化を着想した．

測定し，それぞれの時刻におけるグライド速度，

本研究では，積雪モデルを用いて積雪の安定度を推定するとともに，現状ではモデルを用いて推加速度を求めた．
Ｃ．研究結果定することが難しい灌木の抵抗力の変化を実測

図１に，測定された灌木における樹幹の軸力お値として安定解析に取り入れることで，灌木がグよび，グライド量を示す．樹幹の軸力は，12 月末

ライドに与える影響を考慮した斜面積雪の安定に期間の最大値が測定され，その後減少した．ま度の評価を行う．そして，全層雪崩の発生に至るた，2/9 にグライドが開始し，グライド速度が増までの積雪の動態を計測し，構築した手法の有効加した．その後，2/15 にグライド速度が急激に加性について検証を行う．これにより，灌木が成育速し，その日のうちに全層雪崩の発生に至った．

する斜面での全層雪崩の発生予測手法を新たにこれらのグライド速度の増加とともに，測定され構築することを目的する．

た樹幹の軸力は減少する振る舞いが測定された．

Ｂ．研究方法図 2 に，積雪モデルを用いて計算により求めた

本研究では，既に新潟大学が観測を実施していSI の鉛直分布の時間変化を示す．SI は，降雪直後る新潟県魚沼市大白川の全層雪崩の斜面を対象の積雪表面付近において低い状態が推定された．

区として研究を実施した．2020-21 年の冬季を対また，融雪水や雨水の浸透により含水した積雪層象として積雪モデルにより積雪の内部状態の計では SI が低くなっており，2 月以降の底面付近の算を行った．水みちによる不均一な浸透の効果を積雪層では SI が特に低く 2 以下となっていた．

取り入れることで，新潟県の中山間地のような比図 3 に，積雪底面の積雪層の安定度の時間変化

較的温暖な積雪地の積雪状態の再現性を向上しを示す．灌木の抵抗力を考慮しない通常の SI でた積雪の 1 次元モデル(Katsushima et al.,2009;

は，全層雪崩の発生していない 1 月中の期間におIkeda et al.,2014)を使用して，積雪の各層の雪いても融雪や降雨が発生する度に，雪崩の発生の質，密度，含水率，せん断強度，上載荷重の時間危険性の目安とされる SI=1.5 を下回る不安定な変化を計算した．入力値となる気象データは全層状態が評価された．一方で，灌木の抵抗力を考慮雪崩の斜面の対岸において観測されたものを使した SItree では 1 月中は低い時でも 2 程度と比用した．積雪の安定度として，各積雪層に生じる較的安定な状態が評価されていたが，雪崩の発生

上載荷重とせん断強度との比である Stability

した 2 日前の 2/13 からは，灌木の抵抗力が発揮Index(SI)を使用した．この SI の式に，計測によされておらず，1.5 を下回る状態が評価されていり得られた１本あたりの灌木の抵抗力と立木密た．

度との積をせん断強度に加えることで，灌木の抵抗力を考慮した安定度（以下，SItree）を新たに作成し，この時間変化を求めた．
灌木の抵抗力は，解析対象期間に対象斜面で実際に計測されたものを使用した．応力集中測定用
ひずみゲージを用いて樹幹側面の 2 点の位置におけるひずみ量を測定し，それらの値から中立軸の位置でのひずみ量を推定し，これを樹幹の引張ひずみとした．この計測を樹幹側面の両側に対して行い，両者のひずみ量の和をとることで，樹幹の水平方向に生じる曲げひずみを相殺した．現地で

図 1 樹幹の軸力と，グライド量，速度，加速度曲げ試験を行ってヤング率を測定し，これを用いの測定結果．てひずみ量を引張軸力に変換したものを灌木の抵抗力として扱った．斜面積雪の動態の計測では，力を精緻に見積もる必要がある．本研究では灌木の抵抗力として 1 本の木において計測された抵抗力の実測値を用いているが，灌木の大きさや樹形，樹種などによって抵抗力の違いがあることが想定されることから，灌木の持つ抵抗力についての更なる知見の蓄積が必要であると考えられる．
Ｅ．結論
灌木が成育する斜面での全層雪崩の発生予測手法を構築することを目的として，積雪モデルを用いた積雪の安定解析に，ひずみゲージによる灌木の抵抗力の実測値を取り入れる手法を新たに
図 2 積雪モデルによる安定度の鉛直分布の時間変化．

提案し，その有効性を確認した．積雪の初期には，灌木は斜面積雪の安定化に寄与しており，この効果を安定解析に取り入れる必要があることが示唆された．一方で，雪崩発生の直前においては，灌木は斜面積雪の安定化に寄与しておらず，積雪底面付近の積雪層のせん断強度の低下によって全層雪崩の発生に至ったものと示唆された．
Ｆ．研究発表1.論文発表なし
2.学会発表（学会名・発表年月・開催地なども記入）
松元高峰，勝島隆史，宮下彩奈，小田憲一，河島図 3 積雪底面の積雪層の安定度の時間変化．赤克久（2021）グライドと全層雪崩発生とに及ぼす実線が灌木の抵抗力を考慮したもの（SI），黒実

低木広葉樹の倒伏過程と初冬の気象条件の影響線が考慮しないもの（SItree）．

－3 冬季データの比較から－，雪氷北信越，41:20，

Ｄ．考察
ひずみゲージによる灌木の抵抗力の実測値を，日本雪氷学会北信越支部，2021 年 7 月，オンライン

積雪モデルを用いた積雪の安定解析に取り入れ

小田憲一，松元高峰，勝島隆史，中村勝哉，宮下ることで，灌木がグライドに与える影響を考慮し彩奈，勝山祐太（2021）灌木に作用する雪圧に関た斜面積雪の安定度の評価を行った．灌木の抵抗する研究，雪氷研究大会(2021・千葉-オンライン)

力を考慮しない通常の安定度では，実際に雪崩が講演要旨集:113，2021 年 9 月，オンライン

発生していない 1 月の期間においても，雪崩の危

勝島隆史，松元高峰，小田憲一，宮下彩奈，勝山険性を示す指標である 1.5 を下回る状態が度々評

祐太，河島克久，竹内由香里（2021）ひずみゲー価されたが，灌木の抵抗力を考慮することで，こジを用いた全層雪崩斜面の灌木が持つグライドの安定度の過小評価は改善された．このことは，に対する抵抗力の計測，雪氷研究大会(2021・千葉

積雪の初期において，灌木は斜面積雪の安定化に-オンライン)講演要旨集，:144，2021 年 9 月，オ寄与することを示している．雪崩発生直前の期間

ンライン

においては，灌木の抵抗力は低下し，灌木は斜面

松元高峰，河島克久，勝島隆史，宮下彩奈，小田積雪の安定化に寄与しておらず，積雪底面付近の憲一（2021）初冬における気象条件と低木広葉樹

積雪層の湿雪化に伴うせん断強度の低下によりの倒伏とがグライドと全層雪崩発生とに及ぼす積雪層の安定度が低下することで，全層雪崩が発影響，雪氷研究大会(2021・千葉-オンライン)講演生したものと考えられる．一方で，全層雪崩の発要旨集，:172，2021 年 9 月，オンライン

生予測を行うには，斜面積雪の状態や灌木の抵抗Ｇ．知的財産権の出願・登録状況（予定を含む）
なし