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土砂・洪水氾濫が発生した流域における侵食・堆積箇所の地形的特徴について
株式会社建設技術研究所 ○潮見 礼也、大坪隆三、家田泰弘、清野真義、中西宏彰
国土交通省国土技術政策総合研究所 坂井佑介、内田太郎

1. はじめに

2. 分析手法

平成29年7月九州北部豪雨や平成30年7月豪雨では、対象流域は、近年、大規模な土砂災害が発生した以

大量の土砂が流出し下流域に甚大な被害をもたらす土下の①～③の 3 事例 8 流域とした。収集した災害前後砂・洪水氾濫が発生した。の LP データから堆積深を算出し、各流域の河川や渓このような上流域からの土砂流出に起因する土流内で顕著な堆積が生じている区間について、流域ご砂・洪水氾濫に対し、河床変動計算等を用いた土砂移とに最大 5 箇所ずつ抽出を行った。そして、抽出した動予測に関する様々な研究が行われてきた。しかしな区間の地形量を計測した後、単相関分析・重回帰分析・がら、山地流域内の豪雨時の土砂移動現象は、極めて主成分分析を実施し顕著な堆積傾向に影響を及ぼす要複雑であり、現時点においても、将来生じうる土砂移因の分析を行った（図2）。
①平成 29 年 7 月九州北部豪雨による筑後川右岸流動現象を予測することは必ずしも容易ではない。
一方で、土砂・洪水氾濫被害の防止・軽減は喫緊の域の土砂災害（赤谷川、白木谷川、北川、寒水川、課題となっていることから、土砂移動予測の高度化と妙見川、黒川流域）②平成 27 年 9 月関東・東北豪雨による日光市芹沢

平行して、豪雨時に土砂・洪水氾濫が発生するリスク
を山地流域内の地形的特徴から比較的簡易かつ簡便的の土砂災害（芹沢流域）③平成 21 年 7 月 中国・九州北部豪雨による防府に評価する手法も必要である。
そこで、筆者らは、豪雨時に山地域で大量に生産さ市の土砂災害（剣川流域）れる土砂が河川にどの程度流入し、下流の土砂・洪水水系網の作成

傾斜区分図の作成

傾斜30度未満の水系網沿いのエリアを抽出

傾斜30度以上のエリアを除外

氾濫にどの程度寄与するかは、山地域から下流域までの水系網のコネクティビティ（接続度合い）によって評価できるのではないかと考えた。コネクティビティのイメージを図1に示す。
本報告では、水系網のコネクティビティを評価する※傾斜30度以上は山地部として抽出対象から除外した。

侵食・堆積深さが上位の箇所を顕著な侵食・堆積箇所として抽出計測した地形量計測項目にあたり、まずは水系網のどのような区間が土砂流上流域における抽出箇所の地形的特徴から斜面崩壊による箇所を除外

出・堆積の支配的な要因となっているのかを明らかに計測

上流域の流域面積(km2)
上流域の侵食土砂量(m3)
上流域の崩壊面積(km2)
河川延長(m)
最大河床勾配(%)

するために、顕著な侵食・堆積が発生した区間を把握するとともに、顕著な侵食・堆積が生じる要因となっ最大河床勾配の変化(%)

要因分析（統計解析）に用いる箇所の決定

最大河幅(m)
最大河幅の変化(m)
侵食・堆積の抽 最大谷幅(m)
出箇所に関する 最大谷幅の変化(m)た地形的特徴を分析した結果のうち、堆積に関する内計測抽出した侵食・堆積箇所の諸元計測容について述べる。

平均河床勾配(%)※それぞれの項目について抽出
区間、抽出区間の上流、抽出区

平均河床勾配の変化(%)

間の下流単位で平均河幅(m)計測

平均河幅の変化(m)単相関分析

平均谷幅(m)
平均谷幅の変化(m)

重回帰分析

主成分分析

その他

下流合流角（度）
直下流の湾曲角(度）

図2 分析フロー流出した土砂が本川へ合流する前に停止し、本川へ土砂が流入しにくい。
⇒コネクティビティ：小3. 要因分析の結果流出した土砂が本川に到達し、本川へ土砂が流入しやすい⇒コネクティビティ：大抽出された顕著な堆積区間の災害前後のLP差分、横断図、縦断図から視覚的に地形的特徴を概観すると、下流側の谷幅が広く勾配の緩い区間、勾配が緩い屈曲

本川

図1 コネクティビティのイメージ図部を有する区間で堆積が生じていた。また、抽出された顕著な堆積区間のうち、約50%が山地域の渓流と本川の合流点付近であった。

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250

赤谷川_堆積区間3

次に、統計的な分析によって顕著な堆積が生じる要200

因となった地形的特徴を抽出するため、堆積深と計測

白木谷川_堆積区間3150

分析を実施した。単相関分析では、抽出区間の平均谷幅が大きく、下流平均河床勾配が小さいほど、堆積深は大きい傾向があることを確認した（図3,図4）。

10050PC2

湾曲角大、堆積深小

した地形量を用いた単相関分析・重回帰分析・主成分

黒川_堆積区間130-200-1000

100

200

300-50400

赤谷川
芹沢
赤谷川
剣川
芹沢

-100

12

剣川
白木谷川
白木谷川

寒水川

抽出域の最大堆積深(m)

10

寒水川

北川
北川

-150

y = 0.0119x + 5.8509
R² = 0.1221

妙見川
妙見川

妙見川_堆積区間18-2006

黒川
黒川

PC1

堆積範囲（谷幅・延長）が大、緩勾配

図5 主成分分析結果

42

白木谷川_堆積区間 3下流域の屈曲部や勾配の緩いところで土砂が広く厚く堆積した区間

0500100150200

抽出区間平均谷幅(m)

図3 堆積深と平均谷幅の関係
12

抽出域の最大堆積深(m)10y = -0.0649x + 7.4441
R² = 0.0552

864

図6 特徴的な堆積区間の一例

20051015202530

下流平均河床勾配(%)

図4 堆積深と下流側平均河床勾配
複数の要因を組み合わせた重回帰分析では、谷幅のみを用いることで堆積深に係る統計的に最も有意なモデルが作成され、谷幅が広いほど堆積量が多くなる傾向となった。これは、土砂が堆積する空間が十分にある区間であり、また水深が浅くなり掃流力が低下することにより、多く土砂が堆積することを表していると考えられ、単相関分析の結果や既往文献等の一般的な結果とも一致する。勾配を用いたモデルが有意とならなかった理由として、谷幅と比較し相関関係が劣ること、また、同程度の緩勾配区間でもその他の地形条件等により土砂堆積環境が異なっていることが考えられた。
主成分分析では、谷幅、河川延長等の堆積空間の規模に関係する主成分軸と湾曲角に関係する主成分軸が算出された（図5）。この結果は、視覚的な概観から確認された地形的特徴と一致する。一方で、谷幅および河川延長で表現される堆積空間と湾曲角で主成分軸が異なることから、堆積空間の広さが影響する区間と湾曲角が影響する区間では、それぞれ異なる堆積過程を有していると考えられる。このことから、堆積過程を考慮した分類を行った上で堆積深との相関分析を実施することで、地形量との関係をより精度よく分析することができる可能性があることが示唆された。

4. まとめ
本研究よって得られた堆積が生じる地形的特徴の分析結果の概要を以下に示す。
・視覚的に概観した結果、顕著な堆積は下流側の谷幅が広く緩勾配区間や勾配が緩い屈曲部を有する区間で生じており、主成分分析の結果とも一致している。また、顕著な堆積区間は50％が山地域の渓流と本川の合流点付近であった。
・単相関分析では谷幅が広く勾配が緩いと堆積深が大きくなる傾向が確認され、重回帰分析では谷幅のみで堆積深との統計的に有意なモデルが作成された。
・主成分分析の結果、谷幅および河川延長で表現される堆積空間と湾曲角で主成分軸が異なることから、堆積空間の広さが影響する区間と湾曲角が影響する区間では異なる堆積過程を有していると考えられる。
5. 今後の課題
今後は、顕著な堆積が生じた区間を堆積過程を考慮した分類を行った上で分析するとともに、山地域における生産土砂量の違いなども考慮して分析する必要があると考えられる。
また、今回抽出した顕著な堆積区間のうち約50％が山地域の渓流と本川の合流点付近であったことから、土砂・洪水氾濫のリスク評価について、特に渓流と本川のコネクティビティに着目して検討を進めていきた
いと考えている。

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