R12-007

2020年度砂防学会研究発表会概要集

融雪型火山泥流の発生機構に関する研究- 雪と火山噴出物の混合を考慮した予測手法の高度化 三重大学

〇堤大三・本居絵子
京都大学

1. はじめに山野井一輝

従来の実験と同等の条件である。

積雪のある火山が噴火した際，融雪水が火山噴出全ての実験ケースにおいて，高温砂礫によって積物などを巻き込んで泥流化し，被害が発生する場合雪層が融解し，時間の経過と共に融雪水が積雪層にがある。我が国には，積雪地域にも多くの火山があ浸透する様子が観察された。ただし，各ケースでそり，このような融雪型火山泥流の発生が懸念されての進行速度は異なり，（1）<（2）<< (3) < (4)の順にいる。最近では，多くの火山における噴火時の減災進行が速い結果となった。特に，ケース(3)，(4)で融対策の一環として，融雪型火山泥流発生を想定した雪が早かったのは，高温砂礫の上に雪がのることで，事前の対策が検討されている。

下層の積雪層の融解で発生した水蒸気が上層の積雪筆者らもこれまで，融雪型火山泥流の発生プロセ層の融解を促進し，その融雪水が高温砂礫に供給さスについて実験的手法によって検討し，融雪から泥れると水蒸気が急激に発生し，上層の融雪をさらに流発生までのモデル化を行ってきた（村重ら，2015；促進するサイクルが生じたためと考察される。この山口ら，2019）。これらの検討において，火山噴出ことから，実際の火砕流等が積雪面に到達する際に物が積雪層の上に堆積することを想定し，熱伝導や積雪と石礫が混合する場合は，既往の研究で積雪と融雪を観察しモデル化してきたが，実際に火砕流等砂礫を層状に接触する場合を想定した熱伝導・融雪が積雪層に到達する際は，積雪層内に石礫が貫入し，積雪と混ざり合いながら流下・堆積すると考えられ，

1）

2）

3）

4）

積雪と火山噴出物が層状に静置される状態を想定することは適切ではないとの指摘もある。
そこで，本研究では，これまでと同様の実験的な手法を用い，積雪層と火山噴出物との接触条件を変えて融雪プロセスの観察を行い，異なる接触条件下で融雪プロセスがどのように変化するかを検証した。
その結果をもとに，異なる条件下での融雪のモデル化を行った。
2. 積雪・高温砂礫の接触条件を変えた融雪実験
実験は，京都大学防災研究所穂高砂防観測所にて2019年3月に実施した。融雪挙動を観察できるように前面を耐熱ガラスで作成した箱形の容器に現地で採取した雪（約3,000cm3，空隙率約0.4）を充填し，そこに，高温に加熱した砂礫（1,175 cm3，空隙率0.47）を供給し，融雪の過程を観察した。その際，容器全体を電子天秤の上に設置し，積雪からの蒸発・昇華による損失重量を計測した。砂礫の粒径は7‐25 mmの範囲であり，これを約600℃まで加熱して使用した。
積雪層と高温砂礫との接触条件を変化させるため，積雪面を（1）フラット型，（2）V字型，（3）凹型，（4）フラット型に供給した高温砂礫上に雪を投入，の4ケースに分けて実験を行った（図－1）。上記4ケースにおいて，接触面形状の違いの影響を明確にするため，用いる雪の量は統一した。ケース（1）は，591

図－1 各接触ケースでの融雪実験開始直後の様子
1）フラット型，2）V 字型，3）凹型，
4）フラッツ型＋雪追加供給

この解析結果から，一定時間経過後の粒子内部の温度変化は，砂礫径が小さい程大きく一定量の高温砂礫から供給される熱供給量速度，すなわち融雪速度が大きくなることが分かった（図－2）。これまでの融雪モデルでは高温砂礫を集合体として熱伝導を扱っていたため，砂礫径の影響は無視していたが，積雪と砂礫が混合する場合は，砂礫粒径も重要な要素であることがわかった。
4．岩木山を対象とした泥流発生プロセスの検討
青森県西部に位置する岩木山は，弘前市に近参 考 文献
村重慧輝，堤大三，宮田秀介，藤田正治，酒井英男，上石勲（2015）：火山泥流発生機構解明のための高温砂 礫によ る融雪 に関す る 実験 的研究 ，砂防 学会誌，Vol. 67（ 6）， p. 3-10.
山口翔大，宮田秀介，堤大三，村重慧輝，藤田正治（ 2019）：数値解析による積雪条件の異なる融雪型
火山泥流予測，砂防学会誌， 71(6), p. 3-13.

0.025

d = 0.006 m
d = 0.012 m
d = 0.025 m

0.020
0.015
0.010
0.005
0.000

接しており，その南東斜面から流れ出る後長根

0沢，蔵助沢は弘前市に達するため，これらを解time [s]積雪と石礫の混合を想定した融雪速度の砂礫径への依存性

図－2

析の対象とした。はじめに DEMデータ から，Topotubeによる対象流域の分割を行った 。次にTop21）

462）

83）

10 z [m]otubeに 対 し ， Diffusion Wave法 に よ る 降 雨 流 出

5>
2>
0.1 >
-0.1 >-1 >-2 >解析を行い，斜面崩壊と表面侵食を想定して発生する地形変化を求めた。降雨流出解析に与える 水 量 と し て ， 1） 三 角 形 入 力 ， 2） 既 往 の 融 雪モデル（鉛直一次元熱伝導），3）混合融雪モデ

592

図－3 異なる融雪モデルでの地形変化の比較
1）三角形，2）一次元熱伝導，3）球面熱伝導
6e+5

03

Discharge [m ]ル（球面座標熱伝導）の3ケースを想定した。
3ケースの t = 960 sでの地形変化を 図－3に示す。3ケースとも侵食が見られるが，その程度は異なり，3）での地形変化が著しい。斜面からの泥流発生量の違いを，異なる融雪モデル3ケースで比較した結果を図－4に示す。融雪水量の供給の違いによって，流出土砂量に大きな違いが生まれることが分かった。積雪の上に火山噴出物が静置されるモデルより，混合されるモデルの方が，三角形ハイドログラフに近く，現実的であるように思われる。ただし，積雪深や密度，火山噴出物の温度条件によって融雪水の発生速度やピークなどは異なるため，一概に一次元熱4e+51)
2)3)

2e+52000
4000
6000

002000

4000

6000

8000

10000

time [s]図－4 異なる融雪モデルでの流出量比較
1）三角形，2）一次元熱伝導，3）球面熱伝導3

ここで T：砂礫温度[℃]，k：砂礫の熱伝導率[J/m/s/K]，
c：砂礫比熱[J/kg/K]，：砂礫密度[kg/m3]，r :半径座標[m]，t：時間[s]である。また，砂礫表面における熱流束 q [J/m2/s]は，以下の式で表される。

5．おわりに実験的手法と数値モデルによる検討で，積雪と火山噴出物の接触条件によって，融雪速度が異なり，火山噴出物の粒径も融雪挙動に対して大きな影響を与えることが明らかとなった。このことを今後の融雪型火山泥流の予測において考慮する必要がある。

Snowmelt [m ]3．積雪と砂礫の完全混合を想定した融雪モデル
実験ケース（3），（4）で観察されたような，砂礫と融雪水の混合による熱伝導をモデル化するため，個々の砂礫粒子を球形と仮定し，高温砂礫から積雪に供給される熱量を Fourier の熱伝導法則と熱収支式による球面座標系熱伝導方程式を用いて計算した。
半径方向の一次元球面熱伝導方程式を以下に記す。

3

測される。

伝導で与えた融雪水量では，流出が過少になるとは限らないため，これらの諸条件を踏まえたうえで詳細な検討が必要である。

Qsnowmelt [m ]プロセスよりも早い速度でプロセスが進行すると推