ST2 - 16

令和４年度砂防学会研究発表会概要集

インターバルカメラを用いた山地河川における出水時の流路と河床の粒度分布の把握
筑波大学大学院環境科学学位プログラム○関根 崚

筑波大学生命環境系

内田 太郎

筑波大学大学院環境学学位プログラム
筑波大学（国際航業株式会社）

金澤 瑛
川上 愛生

1．はじめに
山地河川において，土砂の流出状況を把握することは災害対策や，流域の土砂管理を行う上で非常に重要である．特に河床材料の粒度分布は山地河川の流出土砂量を規定する要因の 1 つだといわれており，出水ごとに変化する粒度分布を把握し続けることが重要である．しかしアクセスの悪い山地河川では流路の変動やそれに伴う河床材料の粒度分布の変化に関する高頻度のデータは限られているのが現状である．
一方で近年画像から河床材料の粒度分布を推定する手法が盛んに研究されており，この手法は従来の手法と比較して容易に広範囲の粒度分布を求めることができることが示されてきた(Woodget et al.,2018).
そこで本研究では，インターバルカメラを用いることにより流路や河床材料の粒度分布のデータを時系列的かつ高頻度に取得する観測を行い，出水ごとの河床材料の粒度分布の変化を把握することで，手法の有効性を検証した．

２．方法
2. 1 調査地・撮影方法
山梨県北杜市にある，富士川水系釜無川の支流大武川を調査対象地とした．大武川では 2019 年 10月に大規模な土石流が発生している．大武川の上流部にある朴の木橋に流下方向に向けてカメラを設置して観測を行った．この地点の標高は 892 m，勾配は約３゜である．撮影範囲は砂防堰堤の堆砂敷きであり，2019 年の土石流により堆砂が進行した範囲である．
使用したインターバルカメラは Brinno 社製
TLC200Pro で，解像度は 720×1280 ピクセルである．河床からの高さは約 15 m，解析範囲の中心部からの伏角は 35.4゜である．カメラの撮影時間は 5時から 20 時までとし，1 分間隔で撮影を行った．
2. 2 礫径の算出方法
画像から粒度分布を推定する手法は自動判読と手動判読の 2 種に大別される(大橋ら，2011)．自動判読の技術は発展途上であり，判読精度などを考慮して，本研究では手動判読を採用した．
インターバルカメラで撮影した画像のうち，粒度分布を推定する範囲 (幅約 39.6 m，流下方向距離約 7.6 m)を設定し，範囲内のすべての礫を手作業で囲んだ．次に遠近の歪みをなくすためにOpenCV を用いて正射画像に変換した．その後
ArcGIS を用いて判読した礫をポリゴン化し，事前－ 141 －に撮影しておいたスケールをもとにポリゴンの面積を算出した．礫を楕円に近似して面積から代表粒径を算出した．
2.3 礫径の算出の精度検証
次にこの手法に関する精度検証を行った．まず実際に現地で 10 個の礫を選び，その礫径を計測した
うえで，現地で計測した礫と同一の礫をカメラの画像から判読し，実測値と画像から求めた礫径の値を比較した．
10 個の礫のうち 10 cm 以下の礫が 3 つありその3 つの礫に関しては画像から判読できなかった．７
つの 10 cm 以上の礫のうち 6 つは誤差 45 %以下の精度で判読できた．一方で 1 つは他の礫の影となっていたため，画像に映っておらず，判読できていなかった．
以上のことから，10 cm 以上の礫であれば，画像に映っているものは一定程度の精度で礫径を計測できるということが分かった．
2. 4 解析対象の降雨2021 年 5 月 1 日から 2021 年 10 月 26 日の間で，比較的大規模であった 4 つの出水を解析対象の降雨とした．それぞれを出水①～④として，出水前後の河床材料の変化を判読した．それぞれの出水の特徴を表-1 に示す．出水①，②，④は図-1 の上から
2 枚目の画像に示すように出水によって澪筋の幅が大きく増加するほか，図-1 の 1, 3 枚目の画像のように出水の前後で澪筋位置が変化するような大規模な出水であった．一方で出水③は比較的小規模な出水で，出水によって川幅はわずかに増加したものの，出水前後の澪筋位置の変化はなかった．
解析に用いた雨量データは，朴の木橋から約 2km 下流にある国土交通省富士川砂防事務所が管理している大坊雨量観測所のデータを用いた．
表-1 出水の特徴

発生日

総降水量 時間最大降水量

出水①

5月20日 105 mm

10 mm/h

出水②

8月13日 292 mm

13 mm/h

出水③

8月16日 65 mm

11 mm/h

出水④

9月2日 143 mm

16 mm/h2.5 解析手法
河床は澪筋内と澪筋外に分類できるが，澪筋内は低水時にも礫の一部が水没しているため正確な判読ができなかった．一方で常に澪筋外の範囲は粒度分布がほとんど変化しないと考えられる．そこで，本研究では撮影時は澪筋外だが，前の判読画像の撮影時から今回までの間に少なくとも一度は澪筋内にな24 %に増加した．一方で残りの解析 3, 4, 6 では 10cm 以上の礫が占める割合はほとんど変化していなかった．
10 cm 以上の礫の割合がほとんど変化しなかった３つの解析に関してさらに詳しく見ると，解析 3 および解析 6 では各粒径階の占める割合もほぼ一致していた．一方で解析 4 では 10 cm 以上の礫が占める割合は約 19 % から約 23 %にしか増加していないが 50 cm 以上の礫の占める割合は 0 % から約14 % と大きく増加したことが確認された．

４．まとめ
インターバルカメラを用いた観測で，出水による澪筋の拡大縮小や位置の変化を把握できた．また，
おおむね堆積域の全幅かつ流下方向距離約 7.6 m という，比較的広い範囲を対象にインターバルカメラの画像から河床の礫径を判読した．それらを組み合わせることによって，澪筋の変化に伴う河床材料の粒度分布の変化を把握できることを確認した．

図-1 出水による澪筋の変化
った範囲を解析の対象とした．このような範囲には以下の二つが考えられる．一つ目は出水中のみ澪筋内となった範囲である図-1． 4 回の出水それぞれに対してこの範囲の判読を行い出水前後の河床材料の粒度分布を比較した．この 4 回の解析をそれぞれ解析 1～4 とする．二つ目は澪筋外だった範囲が出水による澪筋位置の変化によって澪筋内に変化
し，しばらく澪筋内であったが，その後の出水で再び澪筋位置が変化することで澪筋外になった範囲である．これには出水①で澪筋内になり，出水②で澪筋外になった範囲と，出水②で澪筋内になり，出水④で澪筋外になった範囲の二つがある．前者を解析
5，後者を解析 6 とする．
以上計 6 ケースの解析を行った．なお，解析
1~6 の解析範囲の面積はそれぞれ 114 ㎡，134 ㎡，20 ㎡, 18 ㎡，83 ㎡，17 ㎡であった．

図-2 澪筋の変化による粒度分布の変化

参考文献
A.S. Woodget, C. Fyffe, P. E. Carbonneau. (2018)：
From manned to unmanned aircraft: Adapting
airborne particle size mapping methodologies to thecharacteristics of sUAS and SfM，EARTH
SURFACE PROCESSES AND LANDFORMS 43,
857-870

3. 結果と考察
図-2 に粒度分布の解析の結果を示す．すべての場合において，出水によって河床材料の粒度分布は粗くなるか，またはほとんど変化がないケースのいずれかで，細粒化したケースはなかった．
解析 2 と解析 5 は変化が大きく，10 cm 以上の粒径が占める割合が前者では約 20 % から約 40 %に増加し，後者では約 17 % から約 42 %に増加した．次に解析 1 で変化が大きく，約 11 % から約－ 142 －大橋慶介，安田真吾，伊原一樹（2011）：斜め画
像を使った河床材料粒度分布調査における撮影俯角推定技術と精度検証，河川技術論文集，第 17 巻