P-019
濁度観測による山地渓流の土砂流出モニタリング
京都大学大学院農学研究科 ○谷寧人、水山高久
京都大学防災研究所
堤大三

25

waterlevel

1000
800
turbidity

600
400
200
0

4/21 0:00

4/22 0:00

図 1 先行型 2009/4/21-23

4/23 0:00

1.0

40

1.5
60

2.0
2.580

3.0

100

40
35

waterlevel30
25

8/14 0:00

8/15 0:00
02
4
68
10
12
14

0.5
1.0
1.5
2.0
28
waterlevel
26
24
22

600

20

20

turbidity

400
200
0

10/7 0:00

8/13 0:00
0.0

10/8 0:00

図 2 同時型 2009/10/7-8- 364 -

10/9 0:00

Accumulation (mm)

20

3.0
28
26
24
2220
1816waterlevel (cm)2.520500
400
turbidity

300
200
1000

8/13 0:00

8/14 0:00

図 3 遅れ型 2009/8/13-14

8/15 0:00

turbidity (NTU)

15

2.0

10/9 0:00
0rainfall (mm/10min)

10

1.5

10/8 0:00

0.5

waterlevel (cm)1.0

10/7 0:00
0.0

Accumulation (mm)5turbidity (NTU)

4/23 0:00
0rainfall (mm/10min)

4/22 0:00

0.5

turbidity (NTU)

waterlevel (cm)

4/21 0:00
0.0

Accumulation (mm)

はじめに
山地渓流における土砂流出現象は、水理量だけではなく土砂生産源からの土砂供給にも依存する非平衡状態にある。従って従来の流砂量式を適用するなどの理論的な予測は困難であり、現地観測を行う必要がある。本研究では、濁度計とハイドロフォンを組み合わせた間接的流砂観測手法 1)を用いて、山地渓流の土砂動態の把握を試みた。
2. 試験流域
岐阜県高山市に位置する神通川水系足洗谷流域を試験流域とした。流域面積は 7.2km2、海抜高度は 900mから 2450m に及び、基盤岩類の崩壊や焼岳火山の活動による噴出物堆積層の侵食に伴う土砂供給を特徴とし、土砂移動が活発な渓流である。足洗谷本川に合流する支川は下流より、深谷（0.37km2）、ヒル谷、割谷（1.11km2）、および黒谷（1.2km2）であり、黒谷合流部より上流の本川は白水谷（2.1km2）（0.85km2）と名称を変える。
3. 観測手法
足洗谷流域において、割谷、黒谷、白水谷、足洗谷本川出口の 4 地点に濁度計とハイドロフォン、水位計を設置し観測を行った。濁度計は流水の濁りを計測する装置であり、射出した近赤外線光が後方に散乱したものを計測する後方散乱方式を用いた。浮遊砂とウォッシュロードを観測対象とする。ハイドロフォンはマイクロフォンを埋め込んだ金属管に礫が衝突した際の音を 2、4、16、64、256、1016 倍にアンプで増幅し、それぞれをパルスとして出力する装置である。掃流砂を観測対象とする。また雨量データは、京都大学防災研究所穂高砂防観測所の雨量計と白水谷中流域に設置した雨量計によるものを用いた。解析対象期間は 2007 年 6 月～2010 年 3 月である。
4. 観測結果
4.1 各流域の土砂流出特性の把握
観測結果より、足洗谷流域の定性的な土砂動態を把握することができた。割谷や黒谷では土砂流出は水位ピークに集中した。一方、白水谷や足洗谷では土砂流出は水位ピーク後も継続し、濁度やパルス数も大きな値が観測された。このことより、足洗谷流域における土砂流出は白水谷が最も活発で、次いで足洗谷、黒谷、割谷の順であることが示された。また、浮遊砂やウォッシュロードはどの谷でも降雨に鋭く応答して流出するが、掃流砂は降雨後も継続して流出する傾向が見られ、輸送形態の違いを反映したと考えられた。
4.2 土砂生産源の推定4.2.1 水位－濁度履歴による評価
出水時における流量と土砂濃度の変化傾向は出水毎に異なり、ヒステリシスが存在することが知られている。そこで足洗谷観測点の観測結果を用いヒステリシスを分類した。倉茂(1996)2)の分類を参考に、
水位ピークと濁度ピークの時間的なずれから、30 分を基準として濁度ピークの先行型・同時型・遅れ型の 3 つに分類した(図 1,2,3)。これにより浮遊土砂の供給源が推定され、先行型では河床堆積物から、同時型・遅れ型では裸地斜面から土砂が供給されたと考えられた。先行型は融雪出水期に、同時型・遅れ型はそれ以後の夏から秋にかけて多く見られ、これは河床堆積物や斜面土層中の細粒土砂貯砂量が季節変化することに起因すると考えられた。
rainfall (mm/10min)

1.

Accumulation (mm)rainfall (mm/10min)

Accumulation (mm)waterlevel (cm)

pulse

pulse

waterlevel (cm)rainfall (mm/10min)turbidity (NTU)
ashiarai-dani

turbidity (NTU)
shiramizu-dani

4.2.2 上流と下流における濁度、パルス変動曲線の比較による評価
流砂は上流から下流へと流下するため、上流と下流の1200
400
濁度やパルスの変動曲線を比較することで土砂生産源の1000推定が可能であると考えられる。図 4 に 2009 年 6 月 22
shiramizu-dani
800
300
ashiarai-dani
日－23 日の観測結果を示す。上流の白水谷の濁度波形と600下流の足洗谷の濁度波形が類似しており、約 30 分ずれて400200いる。2 つの観測点の距離は約 2km であり、30 分(1800 秒)
200で除すると流下速度は約 1(m/s)と妥当な値となることか
0100
ら、白水谷から足洗谷へ濁度が伝播した様子を明瞭にと-200らえることができたと考えられる。また水位の伝播に比-400較し、濁度の伝播はやや遅れ気味となった。これは洪水
0-600
6/22 6:00
6/22 10:00
6/22 14:00
6/22 18:00
6/22 22:00
波の影響に起因すると考えられ、その影響も考慮する必要があることが示された。
図 4 濁度の伝播の様子 2009/6/22-23
4.3 大出水時の流砂観測 －2010 年 7 月 12 日事例検討－
4.3.1 出水の概要
002010 年 7 月 9 日から 16 日にかけて雨が降り続き、総降雨
20240量 273mm となった。特に 11 日から 12 日にかけて強い降雨
460があり、12 日明け方に土石流が発生し、割谷、足洗谷の観8061008測機器が破損した。現地調査より土砂は割谷から流出した12010140ことが分かった。それに加え、足洗谷観測点より約 250m 上401200
流の左岸側に崩壊跡が見られ、そこからも土砂が流出した
1000ことが認められた。
304.3.2 観測結果と考察
800
Amp 1016
Amp 256
本出水では 12 日 3 時頃、12 日 7 時頃の二度、土砂流出のAmp 6420600
Amp 16
ピークが見られた。割谷では二度目のピーク前の 12 日 4:37
Amp 4
Amp 2
400
waterlevelを最後にデータの取得が途絶えた。最低倍率の 2 倍のアン
10
プ倍率でも 100 前後のパルスが観測され、大粒径の土砂が200移動した。濁度は観測できなかった。足洗谷では二度目の00
7/11 15:00
7/11 21:00
7/12 3:00
7/12 9:00
7/12 15:00
ピーク時に土石流が通過したと見られる。インターバルカ
メラの映像より、12 日 6:59 に観測橋が閉塞し、土砂が水路
図 5 割谷のパルス外へ流出したことが確かめられた。一度目のピーク以前のパ
7/11 15:00
7/11 21:00
7/12 3:00
7/12 9:00
7/12 15:00
00
ルスの変動曲線が割谷のものと類似しており、割谷から多く20240の掃流砂が流出したと考えられる。足洗谷においても、2 倍460806のアンプ倍率でも 100 程度のパルスが観測されており、大粒
1008120径の土砂が流出したとみられる。濁度は観測できなかった。
14010200
1200以上より、土石流が発生するような大出水時においても、濁度計とハイドロフォンを組み合わせた間接法により土砂動1000100態をある程度把握することが可能であることが示された。一800方、土石流発生時の様子や発生場所など、観測結果のみから
Amp 1016
Amp 2560600
Amp 64
詳細な情報を得ることは困難であった。大出水時に明瞭なデAmp 16
Amp 4ータを得るためには、平時と出水時に対応するような二段構
400
Amp 2waterlevel-100
えに設置するなど、設置場所や設置手法をさらに検討する必200要があることが示された。
-2000
5. 今後の課題
7/11 15:00
7/11 21:00
7/12 3:00
7/12 9:00
7/12 15:00
本研究では、あくまで定性的な土砂動態の把握を目的とし
図 6 足洗谷のパルスた。従って、濁度計やハイドロフォンのキャリブレーション実験などにより、定量的な議論を行うことが今後の課題である。また平時と出水時の両方のデータを明瞭に得るために、観測機器の設置場所と手法を更に検討する必要がある。

参考文献
1) 堤大三、水山高久、野中理伸、藤田正治、志田正雄：山地渓流域における土砂動態の定量的モニタリング手法の開発、京都大学防災研究所年報、No.51 B, p.661-668, 2008
2) 倉茂好匡：河川の浮流土砂研究における最近の動向、北海道大学地球物理学研究報告、No.59, p.1-13, 1996

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