水田の貯留効果による洪水抑制機能に関する検討
水文気象研究室 石井 智久
指導教員
1

はじめに陸 旻皎

田からの流出を表現する水田モデルを作成し現在、考案されている水害対策の一つとしてた。また、水田モデルと従来の流出解析手法で水田の貯留機能が注目されている。これは水田ある貯留関数法と併用し柿川流域からの流出が畑や果樹園等の他の農作地と違い、水田は水を試算した。また、より強い洪水抑制効果があを一時的に貯留することができる能力を持つる「田んぼダム」を実施した際に、河川計画にためである。さらに、貯留した水は排水口を通及ぼす影響を検討した。

し少量ずつ河川へと流すことができるため、河川への急激な負担を緩和することができるといわれている。 過去にはこの水田の貯留機能

2

対象流域
2.1

柿川概要

を評価すべく様々な研究が行われてきた。角

本研究の対象は長岡市内を流れる柿川流域

屋・豊国（1966）は水田地帯からの雨水流出過で ある 。柿川 は長 岡市中 心部 を流れ る全 長程を物理的に説明できることを明らかにした 1)。

11,154 m、流域面積 13.3 km2 の一級河川であ

また、志村（1986）の研究では水田の雨水貯留る。しかし、治水安全度が 1/2 確立規模以下と、可能量を「畦畔高さ×水田面積」で評価した 2)。

非常に洪水発生確率の高い河川となっている。

しかしこの試算に対し、後に水田の雨水貯留機

現在、計画されている柿川整備計画においても能は稲の生育時期や水田管理水位により大き計画雨量 128 mm/day に対し、基本高水 59 m3/sく左右されるものであるという見解がなされ（信濃川合流点柿川水門地点）、計画高水 44るようになった。そこで、櫻田（1998）は水田m3/s（信濃川合流点柿川水門地点）、計画規模の持つ下流域への洪水緩和機能の点から、水田1/10 といまだに洪水発生確率の高い河川であの貯留効果を検討した一方で、さらなる貯留効ることは変わりない。なお且つ、柿川は長岡中果向上を期待し、流量調節短管を取り付けた設心市街地の家屋連担地区を流下しているため、計案を提案した 3)。櫻田はこのように意図的に河道拡幅による改修が非常に困難である。その流出量を抑制することにより、水田は貯留機能ため、柿川下流部では過去に多数の氾濫被害をを向上することができると結論付けた。吉川ら受けており、近年では柿川流域内において平成（2009）は水田からの流出は農家の意図的な操16 年、17 年、19 年、23 年に浸水被害を起こ作に大きく左右されると述べた。また、水田にしており、特に平成 23 年度 7 月新潟・福島豪治水的な役割を求めるのであれば、それを積極雨では中心市街地が広範囲で浸水し、床上浸水的に高める努力を必要とするとして、水田に落147 戸、床下浸水 734 戸、浸水面積 163ha も水調整板を用いた「田んぼダム」を実施した耕の甚大な被害を受けた。

区と実施してない耕区を対象に、ピーク流出量2.2を比較し水田による流出抑制効果を明らかにした 4)。

柿川流域図 1 に NK-GIAS を用いて作成した柿川の流域図を示す。図の白枠は流域を示しており、流本研究では新潟県長岡市の柿川流域内に存域面積は 13.3km2 である。柿川は太い青線で示在する水田の洪水抑制効果を検討するため、水しており、本川は山間部から水田部へと流れ込

み、ピンク色の点線で表された水路の東大新江布をピンクで示した図を示す。水田地帯の面積の水を加え流下する。その後水田地帯を抜け、は NK-GIAS による試算では 2.99km2 であり流市街地へと入り最終的に信濃川へと流出する。

域面積 13.3km2 のうち約 22.5%を占めている。

また、柿川にはオレンジ色で示された主要な 2本の農業用水路 A、B が繋がっており、水田地帯の排水のほとんどは細い青線で示した水田地帯に広がる網目状に広がった水路を通じて、これら農業用水路へ流入し、柿川へと排水される。また、柿川流域北部には緑の点線で示した水路の福島江が走っており、大雨時には柿川の流量の一部を受け持つ役割を持つ。

図 2.柿川流域の水田分布
3研究手法
3.1 流域の分割
本研究では長岡市柿川流域を対象に流出解析を行い、流域内の水田による洪水抑制効果を検討する。通常図 3 のとおり、流域には水図 1.柿川流域
2.3

小流域と水田の分布田と水田以外の流域が混在している。本研究では水田からの流出を表現するため、流域を柿川流域を図 1 に示した水路網と標高デー

水田と水田以外の流域に面積比で分類し、水タを用いて小流域へ分類した。また、柿川流域

田からの流出は本研究で作成した水田モデは中流部に広い水田地帯を持ち、これら水田地ルを使用し、水田以外からの流出は従来の貯帯が洪水抑制に貢献していると考えられる。図留関数法を用いて流出解析行うことで、水田

3 に柿川流域を小流域ごとに分類し、水田の分と水田以外の流域を個別に計算をおこない、水田の有無による流出量の変化を試算した。

3.2.2 水田モデルの検証
水田モデルが実際の水田に適応可能か検証を行った。水田の流出は降水がなく、なお且つ排水を行っていた 8 月 16 日 12:00 以降の観測 結 果 を 対 象と し た 。当 時 口 径 10.5cm 、11.5cm の計二つの排水孔を使用し排水を行っ流域ており、この排水孔付近に水位計を設置し観水田測を行なった。ここで流出が(1)式に従うこと

図 3.流域内に存在する水田を確認するために、(1)、(2)式を用いて水田の3.2 水田モデル

流出量、水位変化を算出した。観測値および水田からの流域の流出を表現するため、水田 1

流出計算による水位変化を比較した図を図 5、枚からの流出を表現する水田モデルを作成した。

図 6 に示す。結果、水田モデルは水位変化をこのモデルは雨量を入力データとし、水田の水比較的よく表しており、十分に水田に適用可

深からオリフィス式を通しての流出量 Qｌを算能であると結論付けた。

出する（式(1)）
。ここで C はオリフィスの流量

水位計(10.5cm)

係数、AH はオリフィスの断面積、 H は田面水流出量の他、土壌浸透量、蒸発散量、畔浸透量等を含む減水深 L(mm)を用いて表した(式(2))。

Ql  C  AH 2 gH

H ' (t )  ( P(t )  L(t ) (1)Ql (t ))tA

水位(m)位である。また、水田の水位変化は降水量 P(mm)、

(2)

0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.010

計算値
観測値

0200

400

600

経過時間(min)3.2.1 減水深図 5.水田からの流出による水位変化 1

減水深は降水がなく、水田が湛水状態であった 8 月 14 日 8:00 から 8 月 15 日 17:00 の期間を対象に観測した。計 3 つの水位計で期間内に0.018m/day の減少が求まり、この値を減水深として用いることとした。図 4 に各水位計による水位変化の観測結果を示す。

水位(m)減少した水位の平均を計算した結果、水位計(11.5cm)

0.040.035
0.030.025
0.020.015
0.010.0050

計算値
観測値

0200400

経過時間(min)

図 6.水田からの流出による水位変化 23.3 貯留関数法
水田以外からの流出は貯留関数法を用いて計算を行った。従来の貯留関数法を用いて同様に計算を行った。ここで S は見かけの貯留量、K、P は流域ごとのモデル定数、TLZ は遅れ時間、fは流出係数、R は流域平均雨量、Q は流出量で
図 4.水田の減水深による水位変化ある。これらモデル定数は河川整備計画のパラ

表 2.貯留関数法のパラメータ設定メータを使用する。

S  KQ  TL Q
S1fR A  Q(t  TL )t 3.6P(3)貯留関数法におけるパラメータ設定

(4)

水田の流域

3.4 流出解析手法

水田考慮

本研究では、「水田を考慮した場合」、「水田---ありを考慮しない場合」、「田んぼダムを実施した水田以外の流域河川整備計画によるパラメータ場合」の 3 つのケースについて解析を行う。

水田考慮

市街地のパラ河川整備計画に

また、それぞれのケースにおいて水田流域かなし

メータを使用よるパラメータ

らの流出は表 1 のように水田モデルを用い田んぼた流出解析を行い、水田流域以外からの流出

ダム

---

河川整備計画によるパラメータは表 2 貯留関数法を使い分けて解析を行った。尚、表 1 において水田を考慮した場合と3.5 対象降雨

田んぼダムの流出解析手法が同じになって本研究で対象とした降雨は、実降雨と計画降いるが、これは水田モデルに使用した流出孔

雨の 2 種である。実降雨は 2004 年 7 月、2009

径が異なっている。水田を考慮した場合では

年 8 月、2011 年 6 月降雨の計 3 種であり、長岡水田モデルの元となった水田と同様に流出アメダスデータを用いた。実降雨では水田を考孔径を 11.5cm、10.5cm の 2 つが存在するも慮した場合と、水田を考慮しない場合の流出解のとして計算している一方で、田んぼダムで析結果を比較し、水田の洪水抑制機能を示した。

は流出孔径 5cm の流出孔が 2 つ存在している

計画降雨は長岡の河川整備計画に用いられた降ものとして計算を行っている。また、貯留関雨を使用し、それぞれ計画規模 1/2、1/10、1/30数法のパラメータ設定において水田を考慮の 3 つを用いた。また、計画降雨では水田を考しない場合では、水田流域に市街地のパラメ慮した場合の流出解析結果と田んぼダムを実施ータを用いている。元々河川整備計画におけした場合の流出解析結果を比較し、田んぼダム

る貯留関数法のパラメータ設定は、市街地、によるピーク流出量の減少を試算した。

山地、水田地帯毎に分類されている。本研究では水田地帯を市街地と仮定し計算を行うことで、水田の有無による洪水抑制効果を試算した。
表 1.流出解析手法
流出解析手法
水田の流域

4解析結果

表 3 へ実降雨、表 4 へ計画降雨の解析結果を示す。
表 3 は実降雨のため、降雨の大きさや形に左右されるが、水田を考慮した場合としない場合では、流出量に差が生じ、最大で 55%のピーク流量の減少が見水田以外のられた。水田の洪水抑制効果が見られた。また、表流域

4 は計画降雨を対象とした場合で、水田を考慮した場合としない場合のピーク流出量を比較したとこ

水田考慮

水田モデル

あり

(孔径 11.5、10.5

貯留関数法

ら、水田によるピーク流量の減少が確認され、水田を使用)
水田考慮

貯留関数法

ろ、約 49～60%のピーク流量がみられた。これらかに洪水抑制効果があるといえる。

貯留関数法

一方で表 5 は水田を考慮した場合と柿川流域の水田全てに田んぼダムを実施した場合のピーク流量なし
田んぼ

水田モデルダム(孔径 5.0 を使用)

貯留関数法の比較である。その結果、田んぼダムを実施した場合では、水田を考慮した場合の計算結果と比較し約11～13%のピーク流量の減少がみられ、さらなる洪水抑制効果が確認された。これら田んぼダムによる

6

参考文献

減少量は、現在柿川に洪水抑制施設として計画され

1) 角屋 睦、豊国 永次(1966)「水田地帯における流ている放水路(洪水調節容量：9m3/s)や消流雪用水導出解析について」pp.631-636 京大防災研究所年

入施設(洪水調節容量：3m3/s)に並ぶ値であり、現実報 第9号的な洪水抑制効果があると考えられる。

2) 志村 博康(1986)「水田・畑の治水機能評価-国土表 3.実降雨によるピーク流量差に必要な治水容量の農地・ダム・森林による分担

対象降雨（年）
水田を考慮しない場合の2004 2009 2011-」pp.25-29 農業土木学会誌 第 50 巻 第 1 号
3) 櫻田 賢治、西村 順(1998)「中山間地域における14.1

30.6

19.010.413.612.84) 吉川 夏樹、長尾 直樹、三沢 眞一(2009)「水田ピーク流量差(m3/s)

3.7

17.0

6.3

耕区における落水量調整板のピーク流出抑制機

ピーク流量の減少値の割合(%)

26.2

55.5

32.9

能の評価」pp.263-270 農業農村工学会論文集第ピーク流量(m3/s)
水田を考慮した場合のピーク流量(m3/s)

水田を考慮しない場合の

1/2 1/10

1/30

39.2

73.1 118.1

15.7

33.0

60.1

23.5

40.1

58.0

ピーク流量の減少値の割合(%) 59.9

54.9

49.1

ピーク流量(m3/s)
水田を考慮した場合のピーク流量(m3/s)
ピーク流量差(m3/s)

表 5.田んぼダム実施によるピーク流出量の減少
計画規模
水田を考慮した場合の1/2 1/10 1/30
15.7

33.0

60.8

13.6

29.0

53.92.14.0

6.9

ピーク流量の減少値の割合(%) 13.4

12.1

11.3

ピーク流量(m3/s)
田んぼダム実施した場合のピーク流量(m3/s)
ピーク流量差(m3/s)

5結論・実降雨、計画降雨を対象とし、水田を考慮した場
合と水田を考慮しない場合では、最大ピーク流量が最大で約 60%減少し、水田による大きな洪水抑制効果が確認された。
・柿川流域全体に「田んぼダム」を導入し、計画規模 1/2、1/10、1/30 の降雨を与えた場合、最大で約13%のピーク流量の減少をもたらす結果となった。
また、これらピーク流量の減少量は現在計画、実施されている柿川の洪水調節機である放水路や消流雪用水導入施設に相当する。

木学会誌 第 66 巻 第 9 号

251 号(第 77 巻第 3 号)

表 4.計画降雨によるピーク流量差
対象降雨（年）

農地保全と水田の貯留機能」pp.941-946 農業土