２．流域治水に資する研究開発 ～河川研究部の最近の研究より～（国土技術政策総合研究所 河川研究部長 佐々木 隆）

河川研究部長の佐々木と申します。
私からは、「流域治水に資する研究開発 ～河川研究部の最近の研究より～」と題して講演をさせていただきます。

本日の講演内容は以下のとおりです。
国交省では、水災害を防止・軽減するために、河川区域のみならず河川流域全体での治水を目指しており、それを流域治水と言っております。まず初めに、流域治水の概要を説明し、その上で河川研究部における流域治水の推進に関連する研究項目を述べ、そして、そのうち４つについて個別研究の内容を紹介していきます。
これは１の流域治水についてですが、気候変動の影響や社会状況の変化などを踏まえ、これまでの施設による治水を推進するとともに、河川流域のあらゆる関係者が共同で流域全体にて行う治水対策が必要な状況となってきています。この中では、治水計画を気候変動の影響を考慮したものに見直しを行った上で、①氾濫をできるだけ防ぐ・減らす対策、②被害対象を減少させるための対策、③被害の軽減、早期復旧・復興のための対策、それらをハード・ソフト一体で多層的に進めるものです。
例としましては、治水ダムの建設・再生、利水ダムの活用などは、①の氾濫をできるだけ防ぐ・減らすための対策になります。リスクの低いエリアへの移転、リスクが高い地域での土地利用規制など
は②の被害対象を減少させるための対策であり、また、洪水予測などにより避難体制を強化すること、被災時の支援対策の充実は③に分類する被害の軽減、早期復旧・復興のための対策になります。ここで挙げているものだけでも、種々の対策・方策が考えられております。

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河川研究部では、国総研内の横断的組織である気候変動適応研究本部での活動などを通じて、気候変動適応策に関する研究を早くから進めてきております。国交省において、「流域治水」という呼称での治水対策の推進は今年始まったところですが、これまで河川研究部で行ってきた研究は、流域治水の推進にも役立つものとなっております。
先ほど流域治水では３つに分類しての対策があることを紹介いたしましたが、河川研究部で行ってきた、あるいは現在行っている研究項目をその３分類で示したものがこのページです。この機会に、研究の題名だけですけれども、この項目を全て紹介させていただきます。
まず、①の対策に分類されるものです。氾濫をできるだけ防ぐ・軽減するための対策。河川研究部では、河道・堤防の整備、ダムの整備・新設に関する基本的な研究に加えて、気候変動を踏まえた降雨特性に関する研究、越水時に決壊しにくい河川堤防の構造に関する研究、ダムの洪水調節機能強化（運用高度化）に関する研究、ダム再生の推進技術、水害リスク評価手法に関する研究、高波に対して粘り強い海岸堤防に関する研究、海面上昇へ対応した海浜変形予測手法及び海岸保全施設強化策に関する研究です。
②被害対象を減少させるための対策としましては、水害リスク評価手法に関する研究（再掲）と、氾濫推定情報に関する研究、そして、高潮浸水想定区域図作成の手引き検討などがございます。

-12-さらに、③被害の軽減・早期復旧・復興のための対策としましては、氾濫推定情報に関する研究（再掲）、レーダー雨量計による豪雨監視に関する研究、洪水危険度見える化技術に関する研究、氾濫危険情報提供に関する研究、海岸うちあげ高予測システムの開発、水防活動の支援に関する研究などがございます。

これは全体を示したものになりますが、そのほか、国総研では下水道関連、都市・住宅関連等の分野で多くの関連する研究が実施されているところです。この中で、今日はこのページで◎印を付した４つの研究項目について、その概要をこれから紹介させていただきます。

まず、個別紹介のうちの最初の１つ目の研究ですが、越水時に決壊しにくい河川堤防の構造に関する研究は、危機管理対応としての堤防強化策につながるものです。令和元年の東日本台風による洪水では、全国 142 カ所の堤防が主として越水が原因となって決壊いたしました。洪水時の河川の水位を少しでも下げることが治水の大原則ではございますが、危機管理としての堤防強化は、堤防の能力を超える洪水に対しても、浸水による被害をできるだけ減らすための研究になります。
下の写真は、東日本台風時に堤防から越水して堤防が壊れたところの事例になります。

-13-令和元年の洪水被害に先立つ平成 27 年の鬼怒川の堤防決壊を契機に、国交省では必要な箇所に危機管理型ハードと呼ぶ対策を実施してきております。この下の左側の図のように、危機管理型ハード対策は、堤防頂部の保護、堤防のり尻の保護から成り立っております。東日本台風の際、この危機管理型ハード対策を施していた箇所は、越水に対して対策効果があったと考えられます。
真ん中の写真、これが危機管理型ハードを行っていたところであり、そこでの効果はありましたが、中央の写真のように、一部のり面で浸食が生じました。このようなことから考えても、より高い効果を追求する上では、粘り強い堤防というものを目指すことが必要となります。右側の図に示しておりますが、この方法としては、表面を覆う方法や堤防の真ん中に固い材料を入れる方法などが考えられております。
しかしながら、現時点では、いずれの堤防強化策でも効果に幅があって、また、その効果に関しては不確実性があります。さらに、その効果を維持するための長期的な管理方法が未確立という状況にあります。そこで、国総研では対策工法を対象に、大型堤防模型実験を用いた研究を実施中です。そのような大型模型実験による検討と、ほかに大学等への委託研究、さらに新技術導入のために関係する業界団体等との意見交換などを進めて、それらを総合して効率的に研究を進めているところです。
さらに、研究を効率的に進める上で、実際に越水した箇所、破堤したところや破堤していないところの比較を通して、越水した箇所の特性に関しての調査も実施しております。ここで示しているように、越水箇所の堤防形状・土質・越水状況等に関する情報を収集・整理、決壊を分けた要因について調査・分析を行っていくということとなります。
下の写真は、表面被覆材料の効果を検討するための実験の状況です。予期しないような変状の発生有無の確認や、設計のための理論を検討する上で、重要な実験的研究となっております。

-14-２つ目の個別研究の紹介は、ダムの洪水調節機能強化に関する研究です。現在は長期の雨量予測情報を得ることができる状況となっておりますが、そのような予測情報は不確実性を有しております。
その不確実性を考慮しながら、高度なダムの管理を支援するための研究を実施しております。
下の図で示しているようなものは、そのような高度なダム管理の事例を示したものであり、平常時には洪水調節の一部にも利水のための水を貯留するような弾力的な管理、洪水前には利水容量も活用して洪水調節に使える容量を一時的に多く確保する事前放流、そして、洪水中はダム容量を最大限に使用して、下流の被害をできるだけ軽減するよ
うな洪水調節の方法がございます。
長期の雨量予報は、右側の図で示しているアン
サンブル予報という形で提供されるものが利用できます。台風が日本に近づいているときのある時点での予報例となりますが、台風の進路が幅を持って予測され、よって各地での雨量も幅をもって示されます。
左のほうは、そのアンサンブル予報を事前放流に利用するための研究についてのものです。
この上の図では、横軸が時間軸、縦軸がダム地点での雨量を示したもので、線で描いたものがアンサンブル予測雨量で、大雨を予想した場合と少雨の場合の予測雨量はこの矢印程度の幅がある。青い棒グラフが実際に降った雨量となります。
このような予測の結果、大雨の場合のダムの予測の貯水位と少雨の場合の予測の貯水位は、下の図の矢印程度の幅を持つことになります。このような幅を持った雨量の予測に対して、大雨の場合でも洪水調節容量が不足せず、また、少雨の場合でも利水容量が洪水後に回復できるような事前放流の量を見出す手法について研究を行っております。
次に、個別課題の３つ目ですが、洪水危険度の見える化技術の紹介です。この技術は水害リスクラインと名づけられています。この水害リスクラインの開発前までは、左側の図に示すように、河川の中で水位計を設置しているところのみの点としての水位情報の提供がなされている状況でした。
しかし、大規模氾濫からの避難対策を支援するため、水位計設置箇所以外の河川の水位を予測して、洪水危険度として示せるような技術開発を行った-15-

ものです。
右の図は、水害リスクラインにより、水位観測地点だけではなく連続した形で河川に沿った線で水害危険度を示したものです。色分けで危険な水位への到達度合いを示しております。この水害リスクラインは既に一級河川において実用化されておりますが、河川水位の予測精度の向上、予測先行時間の長時間化ニーズへの対応のため、研究を継続しております。
水害リスクラインを支える技術はここに示すとおりですが、時々刻々変化する河川縦断水位を精度良く把握・予測するためには、雨量観測・雨量予測等の高精度化と共に、解析技術の高度化に加え、さらに河道や河川水位の最新状況を的確かつきめ細かく把握し、予測へ反映することが重要となります。

これはその雨量観測技術を取り込んで精度を向上させることの説明になりますが、雨量観測技術面ではレーダー雨量計の技術が進んできており、面的でより詳細な観測雨量情報の活用により、計算精度を向上させていくことを考えております。

次に、水位観測技術ですが、現在は危機管理型水位計という比較的簡易な水位計が多く設置されてきている状況にありますので、そのような多地点での水位観測データを用いて計算の精度向上を目指しております。

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さらに、測量技術の面では、航空レーザー測深によって得られる詳細な地形測量データ、樹木の粗密に関する情報などを川のモデルに反映させて計算精度を向上させるという方法を考えております。

水害リスクラインでは、精度良い数値計算を行っていく上でデータ同化という技術を用いております。計算値と観測値のずれがある場合に、データ同化を介して観測データを計算に取り込んで、ずれが小さくなるような計算値を得るというものです。その手法に関しても精度向上や計算安定化のための検討を継続しております。

さらに、あらかじめ用意した写真等を利用して、計算した水位がどの程度のものであるか、より洪水の切迫感が伝わる表現方法についても検討を行っております。

次に、個別課題の４つ目ですが、氾濫危険情報提供を行うリアルタイム浸水予測システムの研究です。集中豪雨等による水災害も頻発しているところですが、その対策としては引き続き河川や下水道整備を進めることが重要です。洪水氾濫時のハザード、危険性に関わる情報については、あらかじめ洪水浸水想定区域図等として公表されてきております。
それらに加えて、被害防止軽減に資するために、-17-

研究所では最新のＩＣＴ技術を活用して、リアルタイムに浸水予測情報を提供できるシステムの開発を行ってきております。
この右側の写真が、開発したシステムをスマートフォンの画面で見ている状況であり、浸水が予測されるところを表示できるようなものになっております。
なお、途中で説明しました洪水氾濫時のハザードの情報図については、多くの中小河川においては未作成であるという状況がありますので、それを進捗させるような研究は別途実施しております。
ここに示したのは、そのシステムの概要です。
降雨や河川水位データ等を受信して、流出氾濫計算を行った上で、現在から１時間先までの浸水予測情報を配信できるシステムで、データの受信から 10 分以内に右図のような予測が出せるようになっております。計算の精度、速度、安定性をバランスよく確保できるようなシステム開発において工夫をしております。このシステムは、集中豪雨や局所的な大雨や豪雨時などの際に、範囲が限られた都市域を対象に、内水と呼ばれる浸水に効果を発揮するように開発したものです。
さきに話しましたとおり、昨年の東日本台風等の際には全国で河川氾濫が多く発生しました。そのような被害の特性を踏まえた上で、広い範囲を対象として、さらに、最近開発が進んでいる浸水を検知するセンサーなどとも連携して、精度向上を目指す研究を実施しております。既に一部研究を開始しておりますが、今後は水防活動等における活用方法などについても研究を進めていく予定です。
これはさきにお見せしました流域治水に資する研究の一覧ですが、河川研究部では今後も研究を進め、研究成果を技術指針等へ反映し、技術の普及を図っていくと共に、研究で得られた知見等を基に現場への技術支援を行っていきます。
これで私からの話を終わらせていただきます。
ありがとうございました。

―了―-18-