日本国土開発未来研究財団 第3回 学術研究助成 研究成果発表会
2023年11月24‐25日 於：日本国土開発株式会社 つくば未来センター棟

定量化地生態学的手法による斜面災害
危険度評価手法の開発
研究代表者：太田岳洋（山口大学）
共同研究者：黒木貴一（関西大学）、辻智大（山口大学）、西山哲（岡山大学）
研究協力者：山本道輔（オーエスエー）、宮本新平、森川寛之（中電技術コンサルタント）

概要• 斜面災害は地形発達の一過程であり，誘因である降雨や地震動のほか，素因として地形や地質，地下水，植生などの地被状況，さらには人為的改変が影響する．
• 地形発達現象は，地質や地下水，動植物の生態との複雑な相互関係から成り立つため，地生態学的側面を有する．
• 地形発達を斜面災害としてとらえる場合には定量的評価が必要である．
本研究では地生態学的手法を定量化し，斜面災害を評価する手法を検討する．

研究の目的• 斜面災害発生地を対象にレーザードローンを用いて斜面の極微地形とともに植生等の樹高，樹冠密度等の地被状況を詳細に計測し，そのデータをGIS上で植生分布データと合わせて解析して，植生群落（樹種）ごとに地被状況（育成状況）への地形（斜面方位，傾斜等）の影響を定量化する．
• 定量化された地被状況と斜面崩壊の発生の有無，発生規模を比較することで，斜面崩壊の発生可能性や規模の推定を地形，植生の特徴から定量的に評価する手法の提案を目指す．

研究の目的• レーザードローン計測を行った斜面を対象に，根系分布の観察と根系と地盤・岩盤の物性値の測定，土壌水分量とその原因となる気象条件（降雨量，日射量など）の観測を行い，間隙水を考慮した根系と地盤・岩盤との力学的作用モデルを構築して，解析的な検討から樹種ごとの根系の斜面への作用効果を定量的に評価する手法を検討する．

研究の特色1. 斜面災害評価への地生態学の応用
 学際的に地生態学的視点を加味した斜面災害の評価手法の検討

2. 地生態学要素の定量化
 レーザー測量による地被物要素の定量化と地盤物性・根系物性等地中要素の定量化

3. 地生態学要素の力学現象への同化
 地生態学的要素の斜面の変形・崩壊現象への同化

斜面災害研究に関わる各専門分野の融合の必要性の具現化と真の斜面災害評価へのアプローチ

研究対象地域• 山口県岩国市周辺
 平成30年7月豪雨の際に多数の斜面崩壊等が発生
 主に山陽地方で災害が多発する花崗岩類，一部は中生代の付加体堆積物
 地質の相違による地形，植生や斜面崩壊発生の相違の検討，花崗岩地域における地形，植生と斜面崩壊発生との関係の検討が可能である．

研究対象地域• 山口県岩国市周辺
 平成30年7月豪雨の際に多数の斜面崩壊等が発生
 主に山陽地方で災害が多発する花崗岩類，一部は中生代の付加体堆積物
 地質の相違による地形，植生や斜面崩壊発生の相違の検討，花崗岩地域
における地形，植生と斜面崩壊発生との関係の検討が可能である．

検討項目
1.

地形、地質、植生広域調査による計測地域選定

2.

現地調査

4.

①地質及びその構造，②土層の厚さ，③土層の貫入抵抗力とせん断抵抗力，④樹種の同定，⑤根系の発達状況，⑥土壌水分量，⑦気象要素（降水量，気温，日射量）

室内試験

土層試料：①粒度分布，②粘土鉱物の同定，③土懸濁液のpH・EC，④溶存成分
樹木根試料：①引張強さ，②せん断強さ

5.

詳細レーザー計測と解析

6.

斜面崩壊に関わる諸因子の相関分析による危険箇所抽出の定量化

7.

植生を含めた斜面の力学モデルの構築と斜面安定性評価

8.

定量化地生態学的手法による斜面災害危険度評価手法

地形、地質、植生広域調査による計測地域選定• 松尾・太田（2020）に基づき選定• アカマツを伴う広葉樹林，コナラ群
落，シイ・カシ二次林，スギ・ヒノ
キ・サワラ植林を対象予定

1気象状況と土壌水分量の連続観測地点の概要
地点1
植生：ヒノキ植林壮齢林
崩壊：非発生気象観測：頂部斜面
土壌水分観測：頂部斜面
地点2
植生：ヒノキ植林幼齢林
崩壊：多発
気象観測：頂部斜面
土壌水分観測：頂部斜面，上部谷壁斜面
地点3
植生：広葉樹林（コナラ，シイ，カシ）
崩壊：ごく少（林道沿いのみ）
気象観測：頂部斜面
土壌水分観測：頂部斜面，上部谷壁斜面
地点4
植生：ヒノキ植林幼齢林
崩壊：ごく少（林道沿いのみ）
気象観測：頂部斜面
土壌水分観測：頂部斜面，上部谷壁斜面

気象状況と土壌水分量の連続観測結果

1070

幼齢林頂部斜面
No.1 A_1_VWC
No.3 A_2_VWC
No.5 A_3_VWC
Rain

50302060305001070

10206020305030

南東向き幼齢林頂部斜面
No.1 1_VWC
No.3 2_VWC
No.1 3_VWC
Rain

40404040503050305020602060206070

10701070107080080

04/268004050302060

1006/217060
幼齢林上部谷壁斜面
No.7 A_4_VWC
No.9 A_5_VWCNo.11 A_6_VWC
Rain

50

7/19

8/16

9/1380
5/6

10/116/3

7/1

7/29

8/26

9/23

10/21Date

Date
080080010701070102060206020305030503040

北西向き広葉樹上部谷壁斜面
No.1 4_VWC
No.3 5_VWC
No.1 6_VWC
Rain

40RainVWC (%)

8Date

80

南東向き幼齢林上部谷壁斜面
No.1 4_VWC
No.3 5_VWC
No.1 6_VWC
Rain

404030503050302060

20602060

107010701070080

04/2680057/7/ 338/ 129/ 810 25/11 23/12 20/1
1/ 812/ 5
1
3/ 2
124/
95/
7
6/
4
7/
7/ 2
3
8/ 02
9/ 7
10 24/2
240

840

6/

VWC(%)

5/24

6/

5/

6/

Date

5/30

5
7/
7/ 3
3
8/ 1
2
9/ 8
10 25/
11 23/
12 20/1
1/ 8
1
2/ 5
1
3/ 2
124/
9
5/
7
6/
4
7/
7/ 2
3
8/ 0
2
9/ 7
10 24/2
2

40

5
7/
7/ 3
3
8/ 1
2
9/ 8
10 25/
11 23/
12 20/1
1/ 8
1
2/ 5
1
3/ 2
124/
9
5/
7
6/
4
7/
7/ 2
3
8/ 02
9/ 7
10 24/22408Rain

6020

北西向き広葉樹頂部斜面
No.1 1_VWC
No.3 2_VWC
No.1 3_VWC
Rain

80

Rain

70NO.40Date

5/24

6/21

7/19

Date

8/16

9/13

10/115080
5/6

6/3

7/1

7/29

Date

8/26

9/23

10/21

Rain

10405/VWC (%)

5080

VWC (%)

600Rain

壮齢林頂部斜面
No.1 B_1_VWC
No.3 B_2_VWC
No.5 B_3_VWC
Rain

80

VWC (%)

70

NO.30Rain
VWC(%)80Rain
VWC (%)

NO.2NO.1

50

Iwakuni1（北西向き壮齢林）

雨量の連続観測結果～樹冠の降雨遮断効果～

Rain40302010500

Iwakuni2（北西向き幼齢林）

Rain• 北西向き広葉樹林は幼齢林よりも観測される雨量が若干小さい

201050040Rain

Iwakuni3（北西向き広葉樹林）

302010 樹冠による降雨遮断効果が確認できた

500

Iwakuni4（南東向き幼齢林）

3020105/11017209/Date8/237/256/

2805/

Rain

4030

• 壮齢林では幼齢林や広葉樹林に比べて観測される雨量は小さい

304/• 幼齢林は北西向き斜面も南東向き斜面も同様の雨量が観測される

40

気象状況と土壌水分量の連続観測結果～雨期における土壌水分量の降雨応答～• 北西向き斜面では南東向きに比べて，土壌水分量が降雨に鋭敏に応答する• 土壌水分量は壮齢林で最も高く，広葉樹林，幼齢林の順で低下する
NO.1

NO.2

NO.3

NO.4

気象状況と土壌水分量の連続観測結果～土壌温度と土壌水分量～• 幼齢林では壮齢林，広葉樹林に比べて土壌温度の日較差が大きい ☚樹冠効果• 土壌温度の高い幼齢林の土壌水分量が低い傾向がみられる
NO.1

NO.2

NO.3

NO.4

土壌の粒度分布と含水率、土壌水分量• 壮齢林の粒度は幼齢林や広葉樹林に比べて細粒である• 幼齢林は2か所とも頂部斜面に比べて上部谷壁斜面のほうが細粒を示す傾向がみられる• 土壌水分量は壮齢林で最も高く，広葉樹林，幼齢林の順で低下する（前述）• 含水率も壮齢林のほうが幼齢林より高い• 幼齢林でもアプライト岩盤上の土壌の含水率は高い

土壌温度の推移から見た凍上の可能性と土壌層形成への影響• A層の温度は壮齢林に比べて幼齢林で，日較差，年較差が非常に大きい• 12月中旬から1月上旬にかけて，幼齢林のA層中の温度が０℃未満を示す• 冬季に幼齢林の表層土の浮きがみられ，凍結融解作用の繰り返しによる表層土層の浮き上がり，いわゆるソリフラクションが生じたことがうかがえる 林内気象の相違により土壌形成機構が異なる可能性

地質構造と植生• 幼齢林も広葉樹林も岩盤の割れ目の構造はほぼ同様に高角度である• 幼齢林では一部に低角度の割れ目がみられる

割目の面構造（左：針葉樹幼齢林分布域、右：広葉樹林分布域）

地質構造と植生• 上位の土壌層の含水率に影響するアプライト岩盤は貫入する脈上に分布し，その構造は割れ目と同様である

割目（左）およびアプライト脈（右）の面構造

レーザードローンによる3次元点群データの取得
UAV_010203_エリア断面図

レーザードローンによる計測結果

010203_エリア断面図
・0102エリアSLAM
・03エリアSLAM
・ＵＡＶ

レーザードローンとSLAMの計測結果の合成

３次元点群データの活用による植生状況の把握(1) 2m毎の点群分布と樹冠頂点(2)点群配列から見る樹幹傾動

樹幹傾動を示す点群表示

樹木傾動の方位と量の分布レーザードローンによる植生計測結果（昨年度成果）• レーザードローンで得られた3次元点群データに基づき，植生の樹冠面積，樹高の計測が可能である

植物根系の効果を考慮した斜面安定解析
𝑆𝑆𝑆𝑆 � 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐹𝐹𝐹𝐹 =𝑊𝑊 sin 𝜃𝜃𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝐶𝐶 + 𝜎𝜎𝑛𝑛 − 𝛾𝛾𝑤𝑤 � ℎ � tan 𝜙𝜙 + ∆𝑆𝑆𝑆𝑆∆𝑆𝑆𝑆𝑆 = 1.12 � � 𝑡𝑡𝑛𝑛
LB
Dh

青字のパラメータ：実測値あるいは推奨値

Wsinθθドローンレーザー計測
Fs：安全率による樹冠面積
Sr：すべり面のせん断抵抗力
BL：せん断面の面積
土層の単位体積
W：すべり面より上の土塊の重量重量等から算出
C：粘着力
σn：斜面に直交方向の土被り圧
γw：水の単位体積重量
Φ：内部摩擦角
ΔSr：根によるせん断抵抗力の補強強度
t：根に生じる引張力をせん断面の面積で除した値
n：根の本数Wcosθ
W

植物根系の効果を考慮した斜面安定解析
𝑆𝑆𝑆𝑆 � 𝐵𝐵𝐵𝐵𝑊𝑊 sin 𝜃𝜃ΔSrの推定方法（1:概略検討）

𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝐶𝐶 + 𝜎𝜎𝑛𝑛 − 𝛾𝛾𝑤𝑤 � ℎ � tan 𝜙𝜙 + ∆𝑆𝑆𝑆𝑆∆𝑆𝑆𝑆𝑆 = 1.12 � � 𝑡𝑡𝑛𝑛

25Bh2015105Wsinθ
θ

③②30L

D

① ドローンレーザー計測により樹高計測② 樹高から胸高直径を推定③ 胸高直径＝根株直径と仮定④ 根株直径から根の最大強度を推定

胸高直径 (㎝)

𝐹𝐹𝐹𝐹 =Wcosθ
W

胸高直径
近似式 y=0.96+0.012x R2=0.77436

00200

400600800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

樹高 (㎝)

植物根系の効果を考慮した斜面安定解析
𝐹𝐹𝐹𝐹 =𝑆𝑆𝑆𝑆 � 𝐵𝐵𝐵𝐵
𝑊𝑊 sin 𝜃𝜃ΔSrの推定方法（2:詳細検討）

𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝐶𝐶 + 𝜎𝜎𝑛𝑛 − 𝛾𝛾𝑤𝑤 � ℎ � tan 𝜙𝜙 + ∆𝑆𝑆𝑆𝑆① 空中写真判読あるいは聞き取りで樹齢を把握② 樹齢に対応した根系分布図から根径ごとの本数を計測∆𝑆𝑆𝑆𝑆 = 1.12 � � 𝑡𝑡𝑛𝑛
L
BDhWsinθθWcosθ
W③ 径ごとの引張強さと本数からΔSrを算出

まとめ
1. レーザー計測により取得された3次元点群データから，樹冠面積や樹高の算出，樹幹の3次元分布や樹幹の傾動の把握が可能である．
2. 植生状況により林内気象状況や土壌温度分布が異なり，土壌形成に影響を与える可能性がある．
3. 植生状況と斜面方位により土壌の粒度分布が異なり，それに応じて土壌水分量の降雨応答が異なる．
4. 3次元点群データにより植生状況の計測が可能であり，その結果を用いた根系を考慮した斜面安定解析ができそうであることが分かった．

2023年度の計画• 3次元点群データによる植生密度等の計測手法の確立• 空中電磁探査による土壌水分量の3次元分布の把握と植生密度との関係解析• 植生密度，林内気象，土壌物性，土壌水分量の相互関係の定量的な解析• 上記相互関係と地形地質から土壌形成機構の考察• 点群データによる植生解析結果を用いた斜面安定解析手法の提案