Pa-65
地質と降雨規模に応じた流出特性の定量的な把握
国土交通省 国土技術政策総合研究所 野呂 智之，村田 郁央，鈴木 大和，池田 寛*1(株)建設技術研究所 ○笹山 隆，飯田 弘和，清野 真義，戸舘 光*2，鈴木 拓(*1：現 中電技術コンサルタント株式会社*2：現 国土技術政策総合研究所)
はじめに土砂災害による人的被害軽減のため，土砂災害危険度評価の精度向上により警戒避難の実効性を高めることが求められている．このため，素因特性に応じた危険度評価による発生予測技術の精度向上を目指し，土砂災害発生と素因特性の関係性を把握するための研究が進められている．
本検討は，素因特性の一つである地質ごとに土砂災害発生予測を高確度に行うため，既存の分布型流出モデルを活用して地質と降雨規模に応じた流出特性を把握し，これを踏まえて地質別半減期を用いた実効雨量による土砂災害危険度評価手法を検討したものである．
2. 分析対象の選定と流出特性の把握
2.1 対象の選定条件と選定結果
分析対象として「水文水質データベース」「既往文献 1)」等から，同一出水の雨量-流量のデータが得られる水文観測地点を 50 箇所選定した．選定に当たり，土地分類基本調査の表層地質分類を参考に，国内で占める割合が多い「火山性」「深成岩」「変成岩」「固結堆積岩」「半固結～未固結」「未固結」を地質区分として用いた．この 7 種の地質区分のいずれかが，集水域内の全部また 表 1 収集した雨量-流量データは多くを占める流域
地質区分
データ数
で，地形図から作成 火山性
44した流域界の面積と 固結堆積岩
39
文献上の集水面積が 深成岩
43一致するものを分析 半固結～固結9対象とした．この 50 変成岩
21地点について表 1
未固結1に示す 157 の雨量計
157
流量のデータを整理した．
2.2 流出特性の分析方法収集したデータを元に，以下の方法で地質別の流出特性を把握した．
1. kinematic wave 法の理論では，洪水到達時間は「斜面上流端の雨水が下流端に伝播する時間」となっている．また旧建設省の全国流出試験地調査結果では「降水ピークから流出流量ピークまでの2 倍」と定義されている．
2. 雨量-流量のデータより，洪水波形の「降雨開始時刻」と「ピーク流量発現時刻」の差を洪水到達時
間①，降水ピークから流量のピークまでの 2 倍を洪水到達時間②とする．
3. 上記の洪水到達時間①②と角屋らによる洪水到達時間の経験式「TP=C×A0.22×re-0.35」の関係が成り立つと仮定し，各データにおける C を推定する．ここで①による C を C1，②による C を C2とする．有効降雨強度 re は，物部型の式で算出1.

した．A は流域面積である．
4. この C1 および C2 と，流域を構成する地質との関係性を分析する．
2.3 流出特性の分析結果
分析の結果，C1 よりも C2 の方が小さい値となる傾向が見られた．ただし，どちらも固結堆積岩や深成岩の方が C が大きく(=流出が遅く到達時間が長い)なっており，火山岩や半固結～固結では小さい値(=流出が早く到達時間が短い)となっている(参照：図 1)．なお同じ地質でも対象地や出水ごとに Cの推定値にややばらつきが見られることから C/Aでも比較したが，傾向は変わらなかった．
これらより，地質と流出特性には一定の関係性があるものと考えられる．
5000

地質毎の全ての雨量-流量データから求めた C2 の平均値

4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
5000
火山性固結
堆積岩

深成岩

半固結～固結変成岩

未固結

図 1 地質別の C2 の推定結果(平均値)3. 地質と降雨規模に応じた実効雨量の半減期の推定
3.1 流出モデルにおける地質とパラメータの関係
分析対象の 50 流域を含み，水系単位の広範囲を対象に構築された流出解析モデルにおいて，地質別に設定されたパラメータの状況を整理した．
流出解析モデルは当社で検討したものの内，最も作成数が多い「土研分布型モデル(地下 2 層型)」を対象とした．モデルの概念は図 2 に示すとおりで，地質により値を設定している地下水層モデルの 3 つのパラメータ Au，Ag，Sg について整理した．ここでは Au と Ag の傾向を示す．

- 516 -河道モデル(kinematicwave モデル)

Au：被圧地下水の流出係数
Ag：不圧地下水の流出係数
Sg：不圧地下
水が流出する貯留高

図 2 土研分布型モデル(地下 2 層型)の概念図

図 3 に示すように火山性や深成岩，半固結～未固結はいずれの流出係数も高いが，変成岩や固結堆積岩は流出係数が比較的低い．また固結堆積岩は流出が開始する貯留高も高い傾向にあった．これらより，地質により流出特性を変えることが流域全体の流出波形再現に有効であり，地質と流出地特性には一定の関係性があるものと考えられる．

3.3 地質別の実効雨量半減期の設定
砂防領域により多く分布すると考えられ，流出が大きく遅れる「固結堆積岩」，これに次ぐ「火山性」の地質の災害発生 5km メッシュを対象に，雨量と実効雨量のピークのズレが，図 4 の遅れ時間に合う半減期を設定した．なお，実運用時の警戒時間長期化を避けるため，より減衰の早い半減期を優先した．
固結堆積岩の場
合，半減期 72 時間
以上はピークのズレに差が無いことから，減衰の早い72 時間を半減期とし警戒時間長期化を避ける．
火山性も同様に評価し，6 時間を採用した．

250
1

実効雨量mm[1/mm/day]

0.10.01

1000.001

012

34510.1

0.01

0.001

0.00010.00001
01
火山性

2深成岩

3変成岩

4固結堆積岩5半固結～固結641224

実測とモデルによる解析のピークのズレ

48
72144

メ固結
堆積岩

25シュ

地質

火山性

深成岩流域

1525時間h30351500

ABC
DEFGHIJRBFN出力値
3指標 的中率の改善効果
発生時
備考の値 的中率1 的中率2 (2÷1)
0.885
4.00%
33.33%
8.3倍 最も早く危険度の高まった事例
0.851
0.05%
14.29% 285.0倍 最も遅く危険度の高まった事例
0.143 100.00% 100.00%
1.0倍 発生時RBFN最小の事例が発生
1.059
2.38%
5.00%
2.1倍 土石流で発生時RBFN出力値最大の事例
1.070
0.08%
1.64%
20.5倍 がけ崩れで発生時RBFN出力値最大の事例
0.629
25.00%
50.00%
2.0倍 最も早く危険度の高まった事例
0.814
0.07%
14.29% 216.9倍 最も遅く危険度の高まった事例
0.432 100.00% 100.00%
1.0倍 発生時RBFN最小の事例が発生
1.065
0.04%
1.41%
35.2倍 土石流で発生時RBFN出力値最大の事例
1.078
0.04%
5.26% 127.4倍 がけ崩れで発生時RBFN出力値最大の事例

120%

1520

図 5 流量と実効雨量の比較(固結堆積岩の例)
4. 地質ごとに異なる長期半減期実効雨量を指標に加えた土砂災害危険度評価手法の有効性の検証
災害発生時刻が判っている 2 地質×5 個の 5km メッシュを対象に，土壌雨量指数・RBFN 出力値・実効雨量(レーダー解析雨量を基に上記で設定した半減期により求めたもの)について，災害発生時のこれらの値を超過する一連降雨数から求めた的中率を表2，図 6 に示す．集計対象期間は 28 年である．
これらより RBFN 出力値で評価するよりも，これに土壌雨量指数と実効雨量を組み合わせて 3 指標で評価する方が的中率が大幅に向上する．地質別の改善効果(的中率 2/的中率 1)の差は見られなかった．
表 2 3 指標での評価による的中率の改善

ピーク位置は一致

計算流量

500
1035
実測流量

240

ッ

図 3 地質別のパラメータ値の分布
3.2 流出解析による地質別の流出特性の把握
流出モデルを用い，対象流域の観測地点での雨量-流量関係を求め，これらと実測の差から流出遅れ時間を求めた．図 4 に示すように，深成岩は計算と実測がほぼ一致するが，固結堆積岩では 8～9 時間の遅れが生じる．これらの流出モデルは流域下流部でチューニングされているが，山地小流域スケール
では地下水流出が大きく遅れるようにすることで，下流部での波形の再現性が高まったと考えられる．

流量m3/s106Ag(不圧地下水の流出係数)

20

計算流量

500.0001[1/day]150

実測流量

実効雨量半減期 ｈ( )2003072h 以上の実効雨量ピーク

300

Au(被圧地下水の流出係数)
10100%

固結堆積岩

火山性100.00% 100.00%

100.00% 100.00%

10RBFN出力値80%

53指標
60%

00102030

時間h

4050607040%

50.00%
33.33%
25.00%

4540

実測流量

35

計算流量

20%
4.00%

0%

流量m3/s30A

ピークは 8 時間遅れ

25固結堆積岩流域

2015105001014.29%

20時間h

3040

図 4 地質別の計算波形と実測波形の比較

5014.29%
5.00%
1.64%
2.38%
0.08%

0.05%

BC

D

E

5.26%
1.41%
0.04%
0.04%

0.07%

FG

HIJ

図 6 3 指標での評価による的中率の改善
5. 今後の課題
土砂災害警戒情報の空振り軽減には実効雨量も加えた 3 軸評価が有効であることが判った．今後は基岩状態も考慮した半減期の推定や，熱雷性降雨の排除により，更なる空振り減少が可能か検討する予定である．

【参考文献】1)浅野ら(2014) 水文・水資源学会誌,2014,Vol.27,No.1,p.19-28.

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