報 文

農業用ダムにおける貯水位運用による洪水軽減効果の評価
Evaluation of Flood Mitigation Effects of Reservoir Level Operationsat an Agricultural Dam大久保天

越山直子

OHKUBO Takashi and KOSHIYAMA Naoko

北海道の農業用ダムでは、これまでのところ事前放流の実績はないものの、貯水位運用は着実に実施されている。しかし、貯水位運用による洪水軽減効果はほとんど把握されていない。今後、地域における流域治水を検討する上で、貯水位運用による洪水軽減効果を評価することは必要不可欠である。
その試行事例として、本研究は H ダムにおける貯水位運用の洪水軽減効果を評価した。その結果、Hダムでは、3日間で500mm の大雨でも、貯水位運用を実施していれば、一定の洪水軽減効果を期待できることが分かった。ただし、ダム流入量のピーク流量の到来時刻が遅くなるほど、洪水軽減効果は低減することが示された。また、貯水位運用時において大雨予報に応じて本格的な降雨前から放流を開始する事前放流を組み合わせれば、貯水位運用による洪水軽減効果をよりいっそう高められることが示唆された。
《キーワード：農業用ダム；貯水位運用；洪水軽減効果》
Although there have been no prior releases at agricultural dams in Hokkaido so far, reservoir
level operations have been steadily implemented. However, the flood mitigation effects of reservoir
level operations are not well understood. In the future, it is essential to evaluate the flood mitigation
effects of reservoir level operation when considering watershed flood management in the region. Asa trial case, this study evaluated the flood mitigation effect of reservoir level operation at the HDam. As a result, it was found that even with 500 mm of heavy rainfall in three days, a certain
level of flood mitigation effect can be expected if the storage level operation is implemented at theH Dam. However, the later the arrival time of the peak dam inflow, the lower the flood mitigation
effect. It was also suggested that the flood mitigation effect of reservoir level operation could befurther enhanced by combining the use of prior release, in which water is released in response toheavy rainfall forecasts before full-scale rainfall occurs.
《Keywords：Agricultural Dam；Reservoir Level Operation；Flood Mitigation Effect》

寒地土木研究所月報№860

2024年８月 15

１．はじめに⽕㔎᳓ኂ䈏੍ᗐ䈘䉏䉎ᄢ㔎䈱੍ႎ䋨บ㘑䈱ធㄭ䈭䈬䋩 3 ᣣ ೨ 䈎 䉌 ᳓ ૏ 䉕ૐਅⓨ䈐ኈ㊂䈮ᵩ᳓ᤨ䈱㔎᳓䉕⾂᳓ⓨ䈐ኈ㊂

近年、頻発化・激甚化している大雨災害に対応するᵹ౉ため、本来農業用水の確保を目的とする農業用ダムにᵹ౉䉻䊛
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おいても、有効貯水量の一部を活用して洪水調節に取図－1ᵹ಴ᵩ᳓ᤨ᳓ኂ䈏੍ᗐ䈘䉏䉎3ᣣ೨䌾ᐔᏱᤨ䉻䊛ႇ૕⾂᳓

事前放流の流れ1）り組むことが重要になっている 。2019年には「既存ダムの洪水調節機能の強化に向けた基本方針」2）が策定されて、農業用ダムを含む利水ダムにも洪水調節が求められることになった。さらに、同基本方針に基づ⽕㔎ㄘᬺ䈱᳓೑↪䈏ዋ䈭䈇ᤨᦼ䈮᳓૏䉕ૐ䈒▤ℂ䈚䈩ⓨ䈐ኈ㊂䉕⏕଻ⓨ䈐ኈ㊂䈮ᵩ᳓ᤨ䈱㔎᳓䉕⾂᳓ⓨ䈐ኈ㊂ᵹ౉䉻䊛ႇ૕⾂᳓

いて、一級水系ごとに河川管理者、ダム管理者およびᵹ౉䋨ᵹ౉㊂Ⴧᄢ䋩ᵹ಴䉻䊛ႇ૕⾂᳓

図－2

関係利水者の間で治水協定が締結されて、洪水調節可ᵹ಴ᵩ᳓ᤨᐔᏱᤨ

貯水位運用の流れ能容量の範囲内において、事前放流等に取り組むとされている2）。この治水協定における具体的な取り組み

以下、2章では、Hダムの貯水位運用に関わる諸元

内容は、事前放流と時期ごとの貯水位運用（以下、と試算方法について述べる。3章では、試算結果およ「貯水位運用」）である。

び考察から、貯水位運用による洪水軽減効果を評価す

事前放流とは、台風の接近など大雨が予想される際る。4章では、まとめと今後の課題について述べる。に、ダムの貯水を事前に（概ね3日前から）放流してダムの空き容量を確保し、そこに雨水を貯留すること

２．方法でダム下流域の洪水を軽減する方法である（図－1）。
一方、貯水位運用とは、農業用水の需要が少ない時期

２．１

対象ダムの概要

において、ダムの貯水位を低下させた状態を維持し、本研究において試算対象とするHダムの貯水位運用

大雨時にその空き容量に貯水することでダム下流域のに関わる諸元を図－3に示す。Hダムは中心遮水ゾー洪水を軽減する方法である（図－2）。

ン型ロックフィルダムであり、有効貯水量約800万m3、筆者らが関係機関への聞き取りにより知る限り、北集水面積は約22km2、設計洪水量は210m3/sである。

海道の農業用ダムにおいて、事前放流の実績は極めてまた、治水協定において、Hダムの貯水位運用におけ少ないものの、貯水位運用は着実に実施されている。

る貯水確保可能量は449万m3とされ、貯水位運用期間

しかし、これまでのところ、農業用ダムにおける事前は8月1日～31日である。また、Hダムの放流管からの放流の実施事例

3）4）やその洪水軽減効果に関する報告

最大放流量は約10m3/sである。

5）は散見されるものの、貯水位運用に関する同様な報告は見当たらない。貯水位運用における洪水軽減効果は２．２

試算方法

一般に把握されていないと考えられる。農業用ダムにダムによる洪水軽減効果とは、ダムにおける雨水のおける洪水軽減効果の評価は、当該ダム管理者にとっ貯留によって下流河川のピーク流量を低減することでて有意義であるとともに、今後、地域において流域治ある。図－4にダムにおける洪水調節とダムからの流水を検討・計画していく上で有用な基礎データになる。

出水が下流河川へ波及する過程の模式を示す。ダムは本研究では貯水位運用の事例研究として、北海道の上流域からの流入を可能な限り貯水することにより下水田地帯に農業用水を供給するHダムを対象にする。

流河川におけるピーク流量の増大を抑制して、下流域

Hダムの下流域は、過去の洪水で浸水被害を受けた地における氾濫を回避する。

域であり、実効的な治水対策が望まれる。そこで、本研究では、Hダムの貯水位運用による洪水軽減効果の評価を目的として、貯水位運用時に大雨が発生した場合におけるダムおよび下流河川における経時的な流量変化を試算した。また、本研究における新たな貯水位運用方法の提案として、現行の貯水位運用と同時にダᵹၞ㕙Ⓧ䋺
22km2ਛᔃㆤ᳓䉹䊷䊮ဳ䊨䉾䉪䊐䉞䊦䉻䊛᦭ല⾂᳓㊂䋺⚂800ਁm3⾂᳓⏕଻น⢻㊂䋺
449ਁm3ᵩ᳓ฯ

16

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⚂10m3/sᴡᎹ䉻䊛ႇ૕

ム放流管からの最大流量の放流を実施する場合について、合わせて試算した。

⸳⸘ᵩ᳓㊂䋺210m3/s

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図－3

Hダムにおける貯水位運用に関わる諸元
寒地土木研究所月報№860

2024年８月

における貯水および放流の結果として、ダム直下におᵹ౉ᴡᎹᵹ㊂䊘䉟䊮䊃

ダム流入量の設定
図－4（1）ーン2」）の場合を設定した。
流入パターン1では、3日間で500mmの降雨（Hダム䉻䊛ᵹ౉㊂ 㫄㪊㪆㫊

3の降水量に基づいた流入パターン（以下、「流入パタ䊏䊷䉪ᵹ㊂䈱ૐᷫ䈪᳚Ử䉕࿁ㆱ䉫䊤䊐㪊

ダムにおいて調節された流水が下流河川へ波及する過程の模式㪈㪋㪇
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（1）流入パターン1

図－5

䉻䊛ᵹ౉㊂ 㫄㪊㪆㫊

本研究では、ダム上流域における降雨量の75％がH（以下、「流入パターン1」）と、既往の大雨災害時

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ダムへ流入する6）と設定した（式（1））。

ダム流入量を、正規分布の流入パターンとした場合

ᴡᎹᵹ㊂䉻䊛ਅᵹၞ件において試算した。

mm、Aはダム上流域面積km 2である。本研究では、

ᤨ㑆䉻䊛⋥ਅ䈱ᵹ಴㊂䈱ផ⒖ᕆỗ䈭ᵹ㊂Ⴧട䈪ᴡᎹ᳚Ửᵹ౉ᴡᎹ

流河川への波及流量」）を、以下に述べる各設定・条

ここで、I tはダム流入量m /s、Rは大雨時の降水量

䉫䊤䊐㪉

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出量が下流河川の河道内に波及した流量（以下、「下２．２．１䉫䊤䊐㪈ᤨ㑆䉻䊛਄ᵹၞ䈎䉌䉻䊛䈻䈱ᵹ౉㊂䈱ផ⒖⾂᳓

ける流出量（以下、「ダム流出量」）、およびダム流䉻䊛䈏䈭䈇䈫઒ቯ䉻䊛ᵹ಴㊂の流入量（以下、「ダム流入量」）を入力とし、ダム

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䉻䊛ᵹ౉㊂

本研究では、図－4中の各グラフに対応して、ダムへ㪈㪋㪇㪈㪉㪇
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設定したダムへの流入パターンの地域において1000年に1度の確率で発生する大雨）

け入れられるので、現行ケースよりもダム流出量の変を想定した。ただし、流入量がピークとなる時刻が異動を吸収できる。

なれば、ダム直下への流出過程も異なり、その結果、直前放流ケース：本格的な降雨の直前から放流を開洪水軽減効果に影響することが考えられる。そこで、始する場合である。例えば、台風の接近1日前となれダム流入量のピーク流量が降雨期間の前半となる前半

ば天気予報の確実性は相当高まるであろう。その場

山型の流入パターン（以下、「前半山型」）、中間と合、放流ケースにおける放流の開始時間を早めることなる中央山型の流入パターン（以下、「中央山型」））、も考えられる。すなわち、降雨開始直前の事前放流で後半となる後半山型の流入パターン（以下、「後半山ある。本研究では、12時間前からの放流を想定した。

型」）を設定した（図－5（1））。また、流入パター

２．２．３

下流河川への波及流量の算出

ン2は、過去にHダム下流域に発生した洪水時におけ本研究では、次のようなモデルを用いて、下流河川る降雨パターンと降雨量（約3日間で約400mm）に基への波及流量の変化を試算した。試算対象とする河川づいて設定した（図－5（2））。

区間上端の時刻 t における流入量をI（t）、河川区間２．２．２下端からの流出量をQ（t）とし、その区間内の河道貯ダム流出量の設定

貯水位運用における大雨時には、ダムは流入水を満水まで（貯水確保可能量に至るまで）貯水して、その留量をS（t）とする。この河川区間を連続式（2）で表し、式（3）を仮定する。

後は洪水吐から流入量と同じ流量をダム直下に放流す（2）る。本研究では、以上のようなダムにおける貯水・放流過程と同時に、ダム放流管から放流を行う操作も可（3）能であるとして、次の3ケースについて検討した。
現行ケース：Hダムにおける現行の貯水位運用の場

ここで、kは正の定数で、流入量と流出量の平均的合である。ダムにおける放流ゲートの操作は基本的にな時間の遅れを表すパラメータである。本研究では、行わない。流入水をダムの空き容量に貯水している間k＝4とした。すなわち、ダム直下の河川への流入時かは、ダムからの流出量は河川維持流量のみである。

ら4時間後の河川区間下端における流出量Q（t）を評放流ケース：放流管からの放流能力を積極的に活か価する。式（2）（3）を離散化して、初期貯留量S（0）そうという場合である。大雨時にダム流入量を貯水す＝0とし、1時間毎のダム流出量（下流河川への流入ると同時に放流管から最大流量の放流を行う。この場量）のデータI（t）を与えて、下流河川への波及流量Q合、ダムは放流した流量相当分上流からの流入量を受（t）を算出した。

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流への流出量（ダム流出量：赤実線）は維持流量の約３．結果および考察0.86m3/sのみである。放流ケースでは、ダムへの流入３．１

量が10m 3/sをこえた時点から、放流管から最大放流

流入パターン1における試算結果

図－6、図－7、図－8にそれぞれ前半山型、中央山能力10m 3/sの流量を放流するとした。直前放流ケー型、後半山型の流入パターンを想定したダム流入量、スではさらにその時点の12時間前から10m 3/sの放流

ダム流出量および下流河川への波及流量の試算結果をを行うとした。いずれのケースも、ダムが満水になる（3）はそれぞれ現行ケー示す。各図中の（1）（2）と洪水吐からダム下流への流出が始まる。以後、ダム

ス、放流ケース、直前放流ケースである。

流入量とダム流出量は同量になる（青点線と赤実線は最初にダムには貯水位運用に基づいて一定の空き容重なる）。ダムにおける以上の過程により、ダム直下量（449万m3）が確保されている。そこにダム上流域へ放流されるダム流出量から下流河川への波及流量から流入（ダム流入量：青点線）により貯水が始ま（緑実線）が求められる。

る。現行ケースでは、ダムが満水になるまで、ダム下䉻䊛ᵹ౉㊂

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図－7
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㪈㪇㪇（3）直前放流ケース

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（2）放流ケース

図－8㪏㪇ਅᵹᴡᎹ䈻䈱ᵄ෸ᵹ㊂

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䉻䊛ᵹ౉㊂ਅᵹᴡᎹ䈻䈱ᵄ෸ᵹ㊂（1）現行ケース

18

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中央山型の流入パターン1における試算結果ਅᵹᴡᎹ䈻䈱ᵄ෸ᵹ㊂

㪉㪇䉻䊛ᵹ಴㊂（2）放流ケース

㪈㪋㪇㪈㪉㪇
㪈㪇㪇㪏㪇㪍㪇㪋㪇㪉㪇㪇㪉㪇（3）直前放流ケース㪈㪋㪇㪈㪉㪇㪈㪇㪇㪏㪇㪍㪇㪋㪇㪉㪇㪇（1）現行ケース㪇㪇

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前半山型の流入パターン1における試算結果ਅᵹᴡᎹ䈻䈱ᵄ෸ᵹ㊂㪇㪋㪇㪍㪇ᤨ㑆 㪿㪈㪋㪇
㪈㪉㪇㪈㪇㪇㪏㪇㪍㪇㪋㪇㪉㪇㪇（2）放流ケース図－6

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前半山型：何れのケースにおいても下流河川への波㪇

㪉㪇

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（3）直前放流ケース

後半山型の流入パターン1における試算結果
寒地土木研究所月報№860

2024年８月

及流量のピーク流量がダム流入量のピーク流量よりも表－1低減しており、貯水位運用による洪水軽減効果が期待

下流河川への波及流量のピークカット率（％）
ᵹ౉䊌䉺䊷䊮⃻ⴕ䉬䊷䉴

ースの順に下流河川への波及流量のピーク流量は低減

೨ඨጊဳ㪋㪇㪅㪇

することが示された。

ਛᄩጊဳ㪉㪍㪅㪏ᓟඨጊဳ㪈㪍㪅㪏

できる。また、現行ケース、放流ケース、直前放流ケ

中央山型：この場合も、すべてのケースで下流河川への波及流量のピーク流量が低減して、貯水位運用に᡼ᵹ䉬䊷䉴⋥೨᡼ᵹ䉬䊷䉴㪋㪐㪅㪇㪌㪌㪅㪈㪊㪊㪅㪍㪋㪎㪅㪎㪊㪈㪅㪐㪋㪏㪅㪎

よる洪水軽減効果が期待できる。しかし、前半山型の場合に比べて、下流河川への波及流量のピーク流量は大きい。このことは、ダム流出量のピーク流量に関わ（4）っており、ダム流出量のピーク流量が小さいほど下流河川への波及流量のピーク流量は低減する。すなわち

ここで、QNOPはダムがない場合の下流河川への波及

前半山型の場合は中央山型の場合よりもダム流出量の流量ピーク流量（m3/s）で、この場合は86.5m3/s、QOPピーク流量が小さくなるので、前半山型の場合のほうは貯水位運用における下流河川への波及流量のピークが中央山型の場合よりも下流河川への波及流量のピー流量（m3/s）である。

ク流量は小さい。このことから一般に、貯水位運用で表－1に式（4）を用いて計算したピークカット率のは、ダム流入量のピーク流量が早い時刻に到来する流結果を示す。Hダムでは、現行の貯水位運用において、入パターンほど洪水軽減効果は高まると考えられる。

1000年に1度の確率で発生する大雨であっても、十数

後半山型：以上の結果から、ダム流入量が後半山型％～40％のピークカットを期待できる。さらに、放流となれば、前半山型、中央山型の場合と比較して不利ケースおよび直前放流ケースによる運用を行うことにになる。しかし、この場合も各ケースともに、下流河より、現行の貯水位運用の効果を高めることができる。

川への波及流量のピーク流量は、ダム流入量のピーク３．２流量よりも低減して、貯水位運用による洪水軽減効果

流入パターン2における試算結果

図－9に流入パターン2の場合におけるダム流入量、は期待できる。

ダム流出量および下流河川への波及流量の試算結果をまた、仮にダムがなければ、ダム流入量のピーク流示す。現行ケースにおいて、ダム流入量の前半部分を量はほぼそのまま下流河川に波及する。ダムがない場ほぼ貯水することができる。それゆえ、Hダムにおけ合、すなわち、ダム流入量とダム流出量が完全に一致る貯水位運用は、試算対象とした過去の大雨災害時にする場合の下流河川への波及流量のピーク流量を計算一定の貢献ができたと考えられる。また、放流ケース

3

すると、86.5m /sになる。この値を用いて各下流河川や直前放流ケースの運用を行えば、さらにダム流入量への波及流量のピーク流量の低減効果を定量化するたの後半部分のピーク流量までも貯水することができ、め、次の式（4）のような下流河川への波及流量のピ

この場合、下流河川における流量のピークはほとんどークカット率RPC（％）を定義する。

生じないことが示された。

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2024年８月 㪋㪇㪍㪇ᤨ㑆 㪿㪏㪇㪈㪇㪇（2）放流ケース

図－9№860㪉㪇䉻䊛ᵹ಴㊂ਅᵹᴡᎹ䈻䈱ᵄ෸ᵹ㊂㪈㪋㪇㪈㪉㪇㪈㪇㪇㪏㪇㪍㪇㪋㪇㪉㪇
㪇（1）現行ケース

寒地土木研究所月報䉻䊛ᵹ౉㊂ᵹ㊂ 㫄㪊㪆㫊

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流入パターン2における試算結果

19

を行う真夏の時期に、今後、冷却用の農業用水を多量４．おわりにに必要とする状況も考えられる。農業用水の利用・制本研究では、水田地域の農業用水を確保するHダムを対象に、貯水位運用による洪水軽減効果を評価し御の複雑化に対応できるダムおよび水利施設の運用方法の開発が今後の課題である。

た。得られた主な結果は、次のとおりである。
①

Hダムでは、3日間で500mmの大雨（1000年に1度参考文献の確率で発生する大雨）であっても、貯水位運用によって一定の洪水軽減効果が期待できる。
②③1） 伊藤久司：農業用ダムの洪水調節機能強化の取り

ただし、ダム流入量のピーク流量の到来時刻が遅組み、農業農村工学会誌、89（5）、pp.3-6、2021.

くなるほど、貯水位運用の洪水軽減効果は低減す

2） 既存ダムの洪水調節機能強化に向けた検討会議：

る。

既存ダムの洪水調節機能強化に向けた基本方針、

また、貯水位運用時において、大雨予報に応じて2019.

降雨直後から放流を開始する運用（放流ケース）

3） 村上喜昭、安田政彦、田村俊秋、大木洋介：水資あるいは降雨直前から放流を開始する運用（直前源機構の利水ダムにおける事前放流の実施と課放流ケース）を実施すれば、貯水位運用による洪題、89（5）、pp.7-10、2021.

水軽減効果をよりいっそう高められる。
北海道の農業用ダムには、Hダムのように治水効果が高いダムが複数ある。しかし、その一方で、ダムの

4） 溝口恵美子、蒲生誠：農業用ダムの事前放流検討とその操作実績の事例報告、農業農村工学会
誌、89（5）、pp.11-15、2021.

規模や設備、立地、流域面積などから治水対策への貢5） 相原星哉、吉田武郎、上山泰宏：農業用ダムにお献度は低いと思われるダムも少なくない。各ダムの洪ける事前放流の治水効果の類型化、農業農村工学

水軽減効果を適正に評価して、地域の治水計画におけ会論文集、No.316（91-1）、pp.I_29-I_37、2023.

る位置付けを明確にすることが重要である。
さらに、大雨災害に加えて、農業では夏季の高温に

6） 国土交通省水管理・国土保全局：事前放流ガイド
ライン、pp.4-5、2020.

よる農作物への影響が問題となっている。貯水位運用

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大久保 天
OHKUBO Takashi

越山 直子
KOSHIYAMA Naoko

寒地土木研究所
寒地農業基盤研究グループ
水利基盤チーム
上席研究員
博士（農学）

寒地土木研究所
寒地農業基盤研究グループ
水利基盤チーム
主任研究員
博士
（農学）

寒地土木研究所月報№860

2024年８月