令和6年度砂防学会研究発表会概要集

P-20

流出解析モデルを用いて推定した桜島有村川流域における土石流発生時の透水係数と火山灰の堆積厚の関係
新潟大学大学院自然科学研究科 〇菅原隼斗，Timur Ersoz
新潟大学農学部 権田豊
1.はじめに

南岳山頂火口昭和火口

桜島

火山活動の影響により火山灰等が斜面に堆積すると，地表の浸透能が低下し，小規模な降雨でも土石流が発生することがある（地頭薗ら，1989）。火山噴火後の地表の状態の変化が土石流の発生に与える影響を解明することは防災上重要であるが，土石流の発生源の地表状態を広範囲にわたって現地計測するのは困難である。
凡例

著者らの研究グループでは，Kinematic Wave 法をベース

対象流域
河川
自動降灰量計
超音波水位計・流速計にした流出解析モデルを構築し，モデルで計算された流出波形と実測の波形が一致するように地表面の状態を表す最適な計算パラメータを探索することで，地表面の状態を間接的に評価し，その上で降灰量との関係を解明しようとしている。この評価手法で重要となるのは，土石流の波形の再現度である。今野・権田（2021）

図 1 有村川流域

は，地表面の状態を表すパラメータとして流出係数を採用し，桜島有村川を対象に解析を行ったが，流出波形

本研究では，国土交通省九州地方整備局から提供いが再現できない土石流イベントが存在することを報告

ただいた第一有村橋付近の水位データより，2015 年かしている。この結果を受けて羽田ら（2023）は，地表面

ら 2020 年に発生した土石流を特定し，そのうち解析での状態を表すパラメータとして透水係数を採用し，流使用する水位および降雨データに欠損がない 51 イベン

出解析モデルを改良した。その結果，透水係数を一定とトを解析対象とした。各イベントにおける降雨データした場合でも，今野・権田のモデルより流出波形の再現は DIAS の XRAIN データをダウンロードして利用した。

度が向上することが確認された。そこで本研究では，羽地形データは国土地理院より 5 m メッシュの数値標高

田らのモデルを用いて土石流イベントごとに透水係数モデルをダウンロードし，ArcGIS Pro を用いて作成しを変化させた解析をおこない，流出波形の再現度が向た。また，水位データからマニング則を用いて土石流の上するか調べた。その後，各イベントにおける波形の再実測流量ハイドログラフを作成し，モデルによって計現性が最も高い透水係数と火山灰の月別の堆積厚の関算されたハイドログラフの波形との比較に用いた。ま係を分析した。

た，第一有村橋付近で取得された月別の降灰量を解析に使用した。

2.研究対象地

3.2 解析で使用したモデルについて.

本研究では，鹿児島県桜島の南東部に位置する有村本研究では，羽田ら（2023）が作成したモデル（図 2）川流域を研究対象地とした。南岳山頂火口より南南東を使用した。羽田らのモデルは，斜面の土層構造が火山に約 2.5 km の地点にある第一有村橋を最下流とし，面灰層とその下の土層（以下土層）の 2 層構造となってお積約 2.8 km2 の対象地を設定した（図 1）。本流域には土り，火山灰層表面の浸透速度の値を降雨強度が上回る

石流観測のためにワイヤーセンサーや超音波水位計・場合，降雨強度と浸透速度の差分が地表流として計算流速計が設置されており，2013 年から 2023 年の過去 10される。火山灰層に浸透した雨水は，土層の表面に設定年間で毎年平均 9.6 回の土石流が観測されている。また、された浸透速度で土層に浸透し，浸透しなかった雨水

第一有村橋付近では降灰量の観測がおこなわれている。

は火山灰層内を流れる側方流（中間流）として計算される。また，火山灰層が飽和した際には，復帰流として地3.土石流の流出解析
3.1 解析対象イベントと使用データ

表流と合流する。なお，地面の間隙率は一律 0.5，火山灰層の厚さは 0.16 m とした。表土から火山灰層への浸- 375 -透速度𝑓1 は，土石流発生イベント毎に 0 mm/hr〜50観測したものである。現実的には，地面表層に堆積したmm/hr の値で変化させて流出解析を行い，計算された流火山灰は表面流が発生しなければ地表に残存し堆積厚出波形と観測された流出波形の再現度が最も高い 𝑓1 のが増し，表面流が発生すれば侵食されて堆積厚が減少

値を最適透水係数とした。なお透水係数は𝑓1 と同一の値すると考えられる。しかし，現時点で解析に使用していとし，火山灰層から土層への浸透速度𝑓2 は，𝑓1 の値を 0.1

るデータにはこの過程が考慮されていない。それに加倍したものを使用した。

え，分析に使用した降灰量データは，火口から約 2500m 離れた下流域で観測されたものである。土石流の主な発生源は火口付近の上流域であると考えられるため，下流域で観測された降灰量を使用した分析では，透水係数と火山灰の堆積厚の厳密な関係性を解明することは難しいと考える。
そこで今後は，まず，下流域で観測された降灰量をもとに上流域における降灰量を推定したいと考えている。
その上で，表面流の流出量に応じた火山灰の侵食量を

図 2 斜面流の計算過程の模式図（羽田ら，2023）計算することで，地面表層の火山灰の堆積厚の経時変化を追跡したデータを作成し，その値と透水係数との関係を分析したいと考えている。

4.解析結果・考察

50
最適透水係数 (mm/hr)

4.1 解析結果
羽田ら（2023）の解析にならい、𝑓1 ＝17 mm/hr、𝑓2 ＝1.7 mm/hr で流出解析を行った場合と、𝑓1 に最適透水計数を用いた場合の流出波形の再現度を比較した。解析対象とした全 51 件の土石流イベントのうち，11 件で波形の再現性が向上し，現時点で 39 件のイベントで波形4030201000の再現が可能という結果となった（表 1）。

表 1 透水係数変化前後の流出解析結果
〇

再現性
△×計

28203510.10.2
月別降灰量 (cm)0.30.4

図 3 各イベントの最適透水係数と降灰量の関係
5.まとめ
羽田ら（2023）が改良したモデルを使用し，透水係数を解析に用いた場合
各イベントで最適な透水係数を解析に用いた場合

y = 26.806e-3.454x
R² = 0.3256

を変化させた解析を行った結果，流出波形の再現度が39111向上し，約 8 割のイベントで波形が良好に再現できる51ことが分かった。さらに，降灰量が多くなるほど，流出解析から推定された最適透水係数は低くなる傾向が確

4.2 考察次に，現時点で波形の再現性が良好なイベント 39 件認された。今後は，上流域における降灰量を推定した上における最適透水係数と，有村川下流地点における月で，火山灰層のより詳細な堆積厚の経時変化を追跡し，別の降灰量の関係を分析した（図 3）。その結果，降灰透水係数と火山灰の堆積厚の関係を分析したいと考え量が少ないときは透水係数が高く，降灰量が多くなるている。

につれて透水係数が低くなる傾向が確認できた。しかし，両者の関係を指数曲線で回帰した場合の決定係数

6.参考資料は，0.3256 と低い値を示しており，両者に明確な関係性

羽田ら（2023）：桜島有村川流域における土石流の流出が存在するとは断言できない結果となった。

解析モデルの改良～表層の浸透過程の再検討～，令和 5

両者に明確な関係性が確認できなかった原因として，

年度砂防学会研究発表会概要集，p. 401-402

分析に使用している火山灰のデータに問題があると現

今野・権田（2021）：桜島・有村川流域における Kinematic在は考えている。現在，分析に使用している火山灰のデwave 法を用いた土石流流出解析モデルパラメータの経ータは，2015 年～2020 年の間に土石流が発生した月の年変化の研究，2021 年度砂防学会研究発表会概要集，

火山灰の降灰量つまり新規に地面表層に堆積した量を

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