令和6年度砂防学会研究発表会概要集

P-108

紀伊山系における気候変動を踏まえた降雨評価と生産土砂量への影響に関する一考察
株式会社建設技術研究所 ○西尾潤太，松原智生，日名純也，村井臣成，
西口幸希，石川莉紗子，中島秀明，菅原嵩史
国土交通省近畿地方整備局紀伊山系砂防事務所 岸本優輝、山本洋
１．はじめに𝑌𝑌 = 𝐾𝐾 × 10−6 (𝑅𝑅 − 𝑟𝑟)2
近年，気候変動に伴う降雨量の増大が指摘されておここで，K は紀伊山系では流域・地質ごとに設定さり，「気候変動を踏まえた治水計画に係る技術検討会」 れた係数，r は崩壊無降雨量である．計画降雨量 R はでは，降雨量が広域的には 2℃上昇シナリオで 1.1 倍， 災害実績を考慮し 2 日雨量とされている．
4℃上昇シナリオで 1.2～1.3 倍（北海道，九州北西部を気候変動を踏まえた計画降雨量は，計画規模の計画除く）となることが示されている．
降雨量（2 日雨量）に対して各メッシュの降雨量変化「気候変動を踏まえた砂防技術検討会」では，山間 倍率を乗じることで考慮した．
部の降雨量変化倍率が空間的に異なることが示されて 2.2.2 物理モデル（SiMHiS）の概要いる．斜面崩壊は降雨を誘因として発生することから，SiMHiS は，各斜面要素（図 1）に降雨波形を与える
崩壊による土砂量にも空間的な差異が生じると考えら ことで，各斜面の土中水分量を解析し，斜面崩壊の発れる．この影響を評価することは，気候変動に対応し 生を判定可能なモデルである．斜面崩壊は次式によりた土砂災害対策を進める上で重要な事項の１つである． 算出した斜面安全率 Rt が 1.0 を下回った時刻で発生し崩壊生産土砂量は経験的手法に基づいて設定される たと判定される．
ことが多く，紀伊山系の現行計画では打荻式により算𝑅𝑅𝑡𝑡 = 𝛾𝛾 ∙ 𝑊𝑊𝑐𝑐𝑐𝑐 /𝑊𝑊𝑡𝑡
ここで，Wt は各斜面の時刻 t における土中水分量，出されている．現行計画の崩壊タイミングは，H23 災害実績を基に，累積雨量が 800mm となるタイミングが Wcr は斜面長，勾配および降雨強度を変数とした回帰設定されている．このように，崩壊生産土砂量と崩壊 式により得られる限界土中水分量である．また，崩壊発生タイミングは，既往災害から経験的に設定されて 補正係数 γ は，流域ごとの崩壊特性の差異を表現する
おり，気候変動による未知の降雨を想定する場合に外 ための係数であり，後述の再現計算により設定した．
気候変動を踏まえた降雨波形は，計画規模の降雨波挿となるため，十分な精度が確保されないおそれがある．これらの課題解決のため，「気候変動を踏まえた砂 形のうち 48 時間を，各メッシュの降雨倍率で引き伸ば防技術検討会」では，物理モデルに基づく解析的な手 し設定した．引き伸ばし期間は，降雨倍率が 1.1 倍と法による斜面崩壊・土砂生産予測の高度化に関する検 なることを想定した場合に，土砂運搬能力が最大となる期間とした．
討がなされている．
【斜面要素】12,970 斜面
本研究では，気候変動による山間部の局所的な降雨単位斜面を斜面崩壊スケール全体図まで分割した斜面モデル
増大に伴う崩壊の空間的な差異を明らかにするために，【単位河道】523 区間
紀伊山系熊野川流域の九尾ダム上流域（流域面積流域内の河道網を合流109km2）を対象として，5km メッシュで 2℃上昇シナ点ごとに分割した河道モデル
リオを想定した将来気候モデル d2PDF を用いて，山間部の局所的な崩壊生産土砂量の変化について検討した．
また，本検討では，土砂生産予測手法の違いによる影響を確認するため，経験的な手法と物理モデルを用いて崩壊生産土砂量および崩壊タイミングについて比較詳細図した．

【単位斜面】1,046 斜面
単位河道の両岸に長方形平面の斜面を仮定する斜面モデル

２．検討手法
2.1 降雨量変化倍率の算出
図 1 九尾ダム上流域の地形モデル
降雨量変化倍率は，d2PDF の海洋モデルおよび摂動 ３．降雨量変化倍率の算出結果
降雨量変化倍率は九尾ダム上流域周辺の 12 メッシが異なる 12 モデルのアンサンブルケースごとに，各メッシュの現在気候の 1/100 超過確率規模の降雨量と将 ュ平均値は 1.06 倍であり，広域の降雨量変化倍率 1.1
来気候（2℃上昇シナリオ）の 1/100 超過確率規模の降 倍と概ね同程度となった．
d2PDF モデル別の結果では，図 2 に示すような流域雨量を算出し，その変化倍率とした．
南東部で降雨が局所的に増大するモデルや流域全体で2.2 土砂量変化倍率の算出
崩壊生産土砂量は，経験的手法である打荻式と，空 降雨が増大するモデルが確認された．
間的な降雨を入力条件として斜面崩壊の発生を物理的に予測可能なモデル SiMHiS1）により算出した．なお，土砂量変化倍率は，それぞれの手法で算出した土砂量（計画降雨時）を基準とした変化倍率として，中流域区分（現行計画の土砂量の設定流域区分）毎に算出した．
2.2.1 経験的な手法（打荻式）の概要
打荻式は，既往災害における降雨量と崩壊面積率 Yの関係を整理し，下式のように設定された崩壊予測式である．
図 2 九尾ダム上流域周辺メッシュの降雨量増加倍率- 551 -崩壊箇所数

時間雨量（mm/h)

降雨量変化倍率
４．土砂量変化倍率・崩壊タイミングの算出結果
降雨量：同程度のバラつき
土砂量変化倍率（SiMHiS）
土砂量：5-1-6-2 のバラつき大4.1 打荻式による土砂量変化倍率の算出結果
打荻式により崩壊生産土砂量の変化倍率を算出した
結果を図 3 に示す．降雨量変化倍率は各中流域の 12 モ
デル平均で 1.04 倍～1.11 倍であったが，土砂量変化倍率は 1.11 倍から 1.31 倍となり，降雨量変化倍率に対して土砂量変化倍率が大きくなることが示された．打荻式は，崩壊面積率が降雨の 2 乗に比例する式形である
ことから，この特性を反映した結果であると言える．
また，降雨量変化倍率が大きい将来気候モデルが確
図 5 SiMHiS による土砂量変化倍率
認された流域南東部の中流域（図 3 赤枠）では土砂量変化倍率も比較的大きい結果となった．
4.3 崩壊タイミングの算出結果
SiMHiS による d2PDF の 12 モデルを用いた場合の崩降雨量変化倍率
流域南東部
壊箇所数の時間変化を図 6 に示す．現在気候の計画規
土砂量変化倍率（打荻式）
模降雨波形を入力条件とした場合，計算開始後 46 時間頃から崩壊が発生し，降雨がピークとなる 48 時間頃に多数が崩壊する結果となった．現行計画における崩壊タイミングは，累積雨量を基に 56 時間と設定された．
解析的手法による推定では，現行計画より 8～10 時間程度早く崩壊が生じる結果となった．
また，気候変動を考慮することで，最初の崩壊が発生する時刻は，最も早いモデルで 42 時間頃となり，現
図 3 打荻式による土砂量変化倍率
行計画規模と比較して 4 時間程度早く崩壊が生じるこ4.2 SiMHiS による土砂量変化倍率の算出結果とが確認された．また，降雨ピーク前の 44～46 時間に4.2.1 SiMHiS の再現計算
多数の崩壊が生じるモデルがあり，気候変動により早SiMHiS で生産土砂量を算出するために，パラメータ 期に多数の崩壊が生じるようになることが確認された．
を適切に設定する必要がある．そこで土砂生産に関す
1600
0140020る再現計算を実施し，パラメータを設定した．再現対
12004044～46 時間で象事例は平成 23 年災害とした．
100060
多数崩壊
土砂生産に関する再現計算では，崩壊補正係数 γ を
800801.44 とすることで崩壊箇所数を概ね再現できた（図 4）．
100600400120崩壊 1 箇所あたりの崩壊生産土砂量は，平成 23 年災害
200140
実績の 1 箇所あたりの崩壊生産土砂量を設定した．再01603638404244464850525456
5860
現計算により設定したパラメータを表 1 に示す．
800

崩壊箇所数

計算開始からの経過時間(h)726598モデル1モデル5モデル9現在気候計画降雨

556

600

360400

図6189200

モデル2モデル6モデル10計画降雨（現在気候）

モデル3モデル7モデル11モデル4モデル8モデル12SiMHiS による崩壊タイミングの算出結果

550５．おわりに本研究では，気候変動による局所的な土砂量変化倍率を算出した．また，経験的な手法の打荻式と解析的
図 4 土砂生産に関する再現計算結果手法である SiMHiS により土砂量変化倍率と崩壊タイ
表 1 SiMHiS の設定パラメータ
項目設定値
設定根拠ミングを算出した．
斜面初期水位2.0m
再現計算より設定
土砂量は，降雨量が大きい地域・モデルで大きくな
間隙率0.6
既往研究設定値
り，降雨量変化倍率が大きくなった流域南東部では土透水係数
1.0×10-4m/s 砂・礫程度
崩壊補正係数1.44
再現計算より設定砂量変化倍率も増大することが確認された．ただし，
1崩壊あたりの土砂量
H23実績
432m3
SiMHiS では地形等の影響も踏まえて崩壊を判定するため，降雨と土砂量の増大が一致しない結果となった．
4.2.2 SiMHiS による土砂量変化倍率の算出結果
また，崩壊タイミングは，SiMHiS で解析すると累積
SiMHiS により崩壊生産土砂量の変化倍率を算出した結果を図 5 に示す．土砂量変化倍率は 1.01～1.13 倍 雨量から推測した崩壊タイミングより 8～10 時間程度早くなることが確認された．また，気候変動を想定しであり降雨量変化倍率と概ね同程度となった．
解析上の崩壊箇所はいずれも斜面勾配 30 度以上で た場合に，崩壊は 4 時間程度早くなり，降雨ピークよあり，特に勾配が 35～40 度の斜面では 12 モデルの間 り早い時刻に多数の崩壊が生じる場合がある．
今後は，一次元河床変動計算による被害想定を実施
で崩壊箇所数の差異が顕著であった．本検討の条件下では，勾配が 35～40 度の斜面で降雨量の変化による崩 し，気候変動による土砂・洪水氾濫被害の拡大につい壊・非崩壊の判定が変動しやすいことが示唆された． て検討するとともに，物理モデルの精度向上を図る予中流域 5-1-6-2 は，5-1-6-3 と降雨変化倍率のモデル 定である．
間のバラつきは同程度であるが，土砂量変化倍率のバ 謝辞 本研究にあたってご意見を頂いた近畿地方整備局、国土交通
ラつきは 5-1-6-3 より大きい結果となった．5-1-6-2 で 省砂防部，国土技術政策総合研究所の関係各位には心より御礼申し
は，崩壊判定が変動しやすい勾配 35～40 度の斜面が多 上げます．
く存在し，同程度の降雨の差でも土砂量が変化しやす 参考文献 1)山野井，藤田，砂防学会誌，Vol.69,No.6，p.15-23，
2016
い条件であったためである．
実績崩壊数

γ＝1.43γ＝1.44γ＝1.45γ＝1.46γ＝1.47

崩壊補正係数設定値- 552 -