R5 - 5

令和４年度砂防学会研究発表会概要集

広島県広島市の小規模な土石流危険渓流にみられた降雨流出特性について
国立研究開発法人土木研究所 〇上森 弘樹※ 今森 直紀
小柳 賢太
石田 孝司
※現 （一財）砂防・地すべり技術センター

１．はじめに
平成 30 年 7 月豪雨では、土石流による人的被害の約 7割が流域面積 0.05km2 以下の小規模な土石流危険渓流（以下、「小規模渓流」という）で発生した 1）。都市部のように谷出口付近に住家等の土地利用が広がっている場合、土砂流出が発生すると甚大な被害につながりやすいが、このような小規模渓流は全国に多数存在している。
従来の砂防基本計画策定指針 2）に基づく土石流対策施設は、小規模渓流より流域面積の大きい渓流での知見を基にしており、土石流発生後の後続流対策として水通しや前庭保護工の設置を必要としている。一方で、小規模渓流における土砂移動状況を適切に評価できれば、後続流に対応した施設は合理化・省力化が図れる可能性があり、小規模渓流における降雨流出による土砂移動実態を把握していく必要がある。
そのため本研究では、小規模渓流における出水時の降雨流出による土砂移動実態の特徴把握を目的として、過去に実施された水文観測結果から、降雨流出特性として土石流発生前後に推定される土砂移動について考察した。
２．対象渓流および方法
2.1 対象渓流
本研究では、広島市安佐南区相田地区（以下、「相田地区」という）の小規模渓流を対象とした。対象渓流の流域形状及び流域諸元を図１に示す。対象渓流では、2021 年
8 月 14 日に土石流が発生し、約 1600m3 の土砂が砂防施設で捕捉された 3）。
2.2 調査方法
土砂移動の誘因となる出水時の降雨イベントにおける流出特性を把握するため、雨量・流量観測結果から降雨流出状況や流出率を調査した。また、土石流発生前後に推定される土砂移動状況を把握するため、土石流の発生した2021 年 8 月を対象に降雨流出解析や土石流ピーク流量の算出を行い、土石流発生前後における流量と流量により移動可能となる粒径との関係を考察した。各調査方法の詳細を以下に示す。
2.2.1 流出解析
流量観測が実施された 2003 年 9 月から 2021 年 12 月で連続雨量400mm以上となった降雨イベントを対象に分析した。雨量は、転倒ます雨量計により 10 分間隔で計測された値を、流量は、量水堰に設置された圧力式水位計により 10 分間隔で観測された水位の流量換算値を用いた。
また、降雨・流出時間の違いを角屋らの洪水到達時間推定式 4）を用いて雨量と流域面積の関係から算出した。流出率は、勾配急変点法 5）に基づき、流量の流量増加開始から流量逓減変化点までの流出量とその間に流域内に降流域面積
2（km ）

地質0.01

花崗岩類

支流の有無

主流路長（m）

なし

289

標高差（m）

平均渓床
勾配1360.47

50％粒径（mm）

95％粒径（mm）

300

767

図１ 調査対象渓流及び流域諸元（広島県広島市相田地区）

表１ 降雨流出解析に使用したパラメータα2L2α1L1S1β1L3α3S2α4S3β2L4β3

パラメータ記号数値
L180L2160
L320L420
α10.003
α20.01α30.01
α40.003
β10.01
β20.008
β30.001

った雨量の比から求めた。また、土石流発生前の流量算出にあたり実施した降雨流出解析は、2018 年 7 月の流量波形が再現可能な値をパラメータとした直接 3 段ダンクモデルによる手法を用いた（表１）。
2.2.2 土石流ピーク流量
土石流発生時のピーク流量として、今回は砂防基本計画策定指針における算出式から 1 波の土石流で 1,600m3の土砂が流出したと仮定した際に算出される値をピーク流量とした。
2.2.3 粒径別の移動可能流量
粒径別の移動可能流量は、土石流発生前の渓床状況が不明であることから、簡便にアーマリング等を考慮せず
岩垣の式 6）を用いて算出した。算出にあたり、土石流発生前の川幅を現地写真より 1.0m、土石流発生時の侵食幅を計画値の 12.3m、粗度係数を 0.0.35 と仮定し算出した。
３．結果と考察
3.1 流出特性
観測期間中に連続雨量 400mm 以上の降雨イベントは2010 年 6 月、2010 年 7 月、2018 年 7 月の 3 回発生した。
一例として、流量観測実施中であった 2018 年 7 月の降雨イベントにおける降雨・流量状況を図２に示す。
流量観測の結果、降雨初期から降雨中盤（24 時間雨量－ 315 －ピーク流量：0.0070（m3/s）（7/7 6：40）

10分間5mm以上の降雨に連動して流量が一時的に増加

510

連続雨量

435

10分雨量

9.0

1時間雨量

27.0

24時間雨量263.0

15（mm）

2025図２ 2018 年 7 月の降雨流出状況
10分間雨量

タンクモデル総流量

表層流出（上部）表層流出（下部）

表層浸透流出

地下水流出

0.02

0

流量(m3/s)

0.01

土石流発生
8/14 12：20ごろ

0.005

土石流発生時の流量： 0.0099（m3/s）（8/14 12：20）

5連続雨量

578

10分雨量

13.0

1時間雨量

33.0

24時間雨量317.0

10（mm）

20

図３ 2021 年 8 月の流出解析結果

8/20 0:00

8/19 0:00

8/19 12:00

8/18 0:00

8/18 12:00

8/17 0:00

8/17 12:00

8/16 0:00

8/16 12:00

8/15 0:00

8/15 12:00

8/14 0:00

8/14 12:00

8/13 0:00

8/13 12:00

8/12 0:00

8/12 12:00

8/11 0:00

8/11 12:00

8/10 0:00

8/10 12:00

8/9 0:00

8/9 12:00

8/8 0:00

8/8 12:00

015

25

10分間雨量(mm/10min)

ピーク流量： 0.011（m3/s）（8/14 20：20）

0.015

表２ 粒径別の移動可能流量算出結果

0

10分間雨量流量

10分間雨量（mm/10min）

流量(m3/s)

ピーク雨量
20（mm/h）（7/7 4：00）

7/20 0:00
7/19 12:00
7/19 0:00
7/18 12:00
7/18 0:00
7/17 12:00
7/17 0:00
7/16 12:00
7/16 0:00
7/15 12:00
7/15 0:00
7/14 12:00
7/14 0:00
7/13 12:00
7/13 0:00
7/12 12:00
7/12 0:00
7/11 12:00
7/11 0:00
7/10 12:00
7/10 0:00
7/9 12:00
7/9 0:00
7/8 12:00
7/8 0:00
7/7 12:00
7/7 0:00
7/6 12:00
7/6 0:00
7/5 12:00
7/5 0:00
7/4 12:00
7/4 0:00
7/3 12:00
7/3 0:00

0.01
0.009
0.008
0.007
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0

粒径（mm）
1975
300
600
1200

土石流発生前 土石流発生時（m 3 /s）（m 3 /s）
0.00150.0179
0.014
0.177
0.14
1.78
0.46
5.66
1.46
17.96

が 30cm であることを考慮すると、計画規模の 24時間雨量（277.4mm；広島）では、土石流や斜面崩壊などの土砂移動現象が発生しない限り、30cm 以上の巨石を伴うような渓床堆積土砂の土砂流出は発生にくいことが推測される。
2）土石流発生から発生後に推測される土砂移動
土石流ピーク流量は算出式から 17.8m3/s となった。また、移動可能な粒径は岩垣の式から最大1.2m であった。岩垣の式は掃流砂を対象としているが、相田地区の小規模渓流に存在する 95%粒径が 76.7cm であることを考慮すると、渓床の移動可能土砂量のほぼ全てが運搬可能であったと考えられる。

４．まとめ
小規模渓流における土砂移動現象の特徴として、相田地区では以下のことが考えられた。
・流量特性から、降雨初期から降雨中盤までは降雨直後の流量変動幅は小さいが、それ以降は流量増加幅が大きくなり、強雨が降ると流量が急増する。
・土砂移動の推定結果から、120 年確率降雨による洪水でも掃流で移動可能な土砂の粒形は 7cm 程度で、30cm 以上の巨石を伴う土砂流出は発生にくい。一方で、土石流ピーク流量から推定した掃流砂として移動可能な土砂の粒径は 1.2m であったことから、相田地区の渓床に存在した土砂の大半が運搬可能な状態であったと考えられる。

250mm 程度の降雨）までは降雨直後の流量変動幅は小さ
いものの、それ以降は流量増加幅が大きくなり、特に高い降雨強度（10 分間 5mm 以上や時間雨量 20mm 以上）となると流量が急増する状況が確認された。なお、このような流出特性は既往調査結果 7）において、結晶片岩地域での小規模渓流（約 0.05km2）でも確認されている。
また、10 分間雨量が 5mm 以上となると、流量が一時的に増加する傾向も確認された。洪水到達時間は、時間雨量30mm（10 分間雨量 5mm）で約 10 分となり、洪水到達時間推定式と概ね一致する結果となった。降雨イベントにおける流出率は、2010 年 6 月が 11.2％、2010 年 7 月が80.9%、2018 年 7 月が 51.1％となった。なお、先行降雨と今後、小規模渓流の事例数の蓄積を図るほか、小規模渓して、降雨開始前 72 時間に観測された降水量は、2010 年流における土石流発生後の後続流によって生じる土砂移6 月が 0mm、2010 年 7 月が 34mm、2018 年 7 月が 28mm
動現象の分析を行う予定である。
で流量増加がみられた降雨イベントで先行降雨があった。
相田地区の特性として、まとまった降雨後に生じる流 ５.謝辞
本研究の実施にあたり、国土交通省中国地方整備局広島量増加によって、直接流出の流出率が大きく増加することが考えられるが、流量増加に対して先行降雨が影響し 西部山系砂防事務所からは貴重な観測結果をご提供いたた可能性もある。この点について今後観測事例を増やし だいた。ここに記して御礼を申し上げます。て検討していく必要がある。

参考文献

3.2 土石流発生前後に推測される土砂移動
1）土石流発生前に推測される土砂移動
2021 年 8 月の流出解析結果（図３）から、土石流発生前の流量が0.0099m3/s、流量ピーク時が0.011m3/sとなり、この流量で移動可能な粒径はともに約 7cm となった（表２）。この時の最大 24 時間雨量（317mm）は、評価可能な最寄りの気象庁広島観測所で 120 年確率雨量（SqrtEt 法）に相当する。相田地区の小規模渓流に存在する 50%粒径

1）国土交通省（2018）：実効性のある避難を確保するための土砂災害対策検討委員会，2022.03.01 参照
2）国土技術総合政策研究所（2018）：砂防基本計画策定指針（土石流・流木対策編）解説，国総研資料，第 904 号
3）例えば、国土交通省中国地方整備局広島西部山系砂防事務所（2021）：2021
年 8 月 16 日記者発表資料，2022.3.1 参照
4）LINSLEY, R. K. Jr.ら（1949）：Applied Hydrology，McGraw-Hill，pp.399-400
5）角屋ら（1976）：中小河川の洪水到達時間，京大防災研究所年報，第 19号 B，pp.143-152
6）岩垣雄一（1956）：限界掃流力に関する基礎的研究 (Ⅰ) 限界掃流力の流体力学的研究，土木学会論文集，1956 巻，第 41 号，pp.1-217）五味ら（2010）：ヒノキ人工林流域における表面流の発生と流域の降雨流
出特性，水利科学，13 号，pp.85-108－ 316 －