1.はじめに
地球温暖化等の気候変動に伴う大雨の頻度増加が指摘されるようになり久しい．それに伴い全国各地で大雨を誘因とする斜面崩壊等が生じ，大規模な人的被害を伴う土砂災害に発展している．全国の年平均土砂災害発生件数は1,450件（平成24年～令和3年）かであり，令和２年７月豪雨は，37府県にわたる過去最大クラスの広域災害をもたらし，961件の土砂災害が発生した ²². 土砂災害警戒区域等指定箇所数は全国で672,419箇所,山口県は25,711箇所(全国5位) ½と非常に多い.不確定性を有するとしても急傾斜地の健全度を地域に発信・周知していくシステムが求められる．また，崖崩れや土石流等で被災のおそれがある土砂災害警戒区域等に立地し，要配應者利用施設として位置づけられた公立の幼稚園や小中学校，高校等は4,192校で，全体の約１割かにあたる．そのため避難保計画を策定することは急務であり，斜面崩壊等の危険性の高い地点を把握・斜面崩壊の予知精度の向上を図る必要がある.近年，健全度〜時間関係を適切に管理・評価し，比較的小規模な補修を繰返することによる効果的・効率的な維持管理（アセットマネジメント）の考え方が取り入れられてきている§.また，地図利用に特化したフリーオープンソースの地理情報システム(GIS)ソフトウェアが多く存在するようになり，導入コストが下がりつつある．このような中，行政機関が保有する公共データなどについてオープンデータ化が進んでいる．オープンデータをGISと連携させ，地理的・土質的特性を導入することで，地域独自の斜面崩壊危険度の分析が可能になる．これによりはじめてアセットマネジメントを地域防災計画等に導入出来るようになる.本研究では地域発信型土砂災害予知システムの開発を目指し,第一に,徳山工業高等専門学校(以下,徳山高専と称する）での現地実験環境を整備する. IoT技術の導入を意識した計測・振像機器を用いた現地観測により，斜面崩壊等実現象を捉えることを目的とする．松尾（1984） 61の研究を基に，土中水分に伴う粘着力の変化を考慮して，表層すべりを対象とした斜面安定解析を行い，斜面の安全率，崩壊確率を導く．主として，解析結果と現地観測データを比較し，解析手法の妥当性を検討する．第二に，地形図上で土中水分連動型斜面崩壊危険度を表す手法について検討する。徳山高専周辺の安全率分布，及び斜面崩壊確率分布をGISによりマッピングし，危険領域の広がり方を分析することにより，地理的評価を行う．
2.斜面崩壊危険指標の開発
(1)土のせん断強度パラメータと降水量関係の評価
(松尾6の方式)
降雨に伴う斜面崩壊の多くは表層すべり（厚さ1.1m程度りの平面すべり）であることが知られている.降雨時には,すべり土塊の自重の増加とともに,土のせん断強度パラメータ（粘着力cと内部摩擦角φ）が変動する。ただし，表層すべり型斜面崩壊においては拘束圧が小さく，内部摩擦角の斜面安定度への影響は限定的であるため，せん断強度パラメータの土中水分依存性は粘着力に対して検討される.本研究では，松尾6の方式を用いて，粘着力と土中水分関係を評価する。図−1 に粘着力c～飽和度S,関係の例（シルト質砂） 6を示す. 鬼塚8や松尾・上野9の実験事実によれば，土質によらず粘着力はある飽和度でピーク値(以下，最大粘着力cmax(kN/m²)と称する）を示す。松尾は最大粘着力のときの飽和度(以下，変曲飽和度Sri(%)と称する）と最適飽和度Sroptの差ASroptについて平均粒径D50と強い負の相関があることを明らかにし，式(1)で表した．また，種々の土質について初期間隙比e。と変曲飽和度の関係を最小二乗法により直線回帰式(2)および式(3)で表した．飽和度は体積含水率θ(%)と式(4)の関係がある。さらに，最大粘着力を近似的に式(5)で表し，粘着力μς(kN/m²)と最大粘着力の比～変曲飽和度と飽和度の差ΔS,関係を調べ，変曲飽和度より湿潤側について,平均的に見て直線関係が見出されるとし,式(6)および式(7)で表した。これらの式を用いることで体積含水率変化に伴う粘着力変化を算出できる.湿潤単位体積重量γε(kN/m³)は式(8)で求められる. (1) (2) (3) (4) (5) (6) ASr = Sr = Sri μς = (1.0 − 0.018ΔS γ ) Cmax (7) (8) Yt = Ya + (θ/100)Ywここに, Uc :均等係数,  Ya :乾燥単位体積重量(kN/m³), Yw：水の単位体積重量(kN/m³)
(2)斜面安定解析の方法
表層すべり型斜面崩壊のように，表層厚さに対してすべり長さが大きい場合，図−2のような斜面モデルを対象にした無限斜面法による斜面安定解析10が行われる.不飽和状態における安全率F sは式(9)を用い,飽和状態における安全率は式(10)により求め，粘着力μ cと湿潤単位体積重量γ tの土中水分依存性を評価する. i）    Sr. < 100の場合
ii） S, = 100の場合Fs = If = hc+YsubZ cos 2 itan φ YsatZ cos i sin i
ここに, t f :すべりに抵抗するせん断強さ, τ:すべりを起こそうとするせん断応力, z:表層の厚さ(m), i:傾斜角,φ：内部摩擦角Ysat：飽和単位体積重量(kN/m³), Ysub：水中単位体積重量(kN/m 3 )
(3)斜面崩壊確率の算出方法
図−3に粘着力cのぼらつきを考慮し，正規分布f (c)（平均μς，標準偏差σ。（式(11))を導入する.安全率Fsが１となる粘着力c rを求め， cを変数として, cがc f以下となる確率を崩壊確率P fとすることにより,斜面の安定性を評価する¹¹.崩壊確率は式(12)により表される. σς = 0.182cmax図−1粘着力〜飽和度関係の例（シルト生(12)
3.実証的研究
（1）実証的研究の場の整備
土砂災害警戒区域に指定されている徳山高専の北側斜面を整備し,現地実験,実証的研究の場とする.写真-1に現地実験斜面を示す.地山を成型し，斜面勾配30度，斜面高5mの人工斜面を造成した．成型後の地山上に表土（真砂土，物理特性を表-1に示す）を，幅0.9m，厚さ0.1mで設置した．写真-1では7区画に分けているが，本論文では法面対策が施されていない無対策（裸地）区画（左から１番目を裸地-1，4番目を裸地-2と称する）のみ議論する.斜面動態把握に向け，写真−2の観測カメラ，写真−3の雨量計，写真−4の土中水分計を斜面法尻から1m，埋没深さ10cmに設置した.
(2)観測・計測結果および考察
a）斜面概観の観測結果および考察
写真−5に親測カメラによる撮像結果（明るさとコントラストは調整している）を示す。写真-5(a)は2021年6月4日の午前1時35分, (b)は午前2時59分である.写真-5にみられる白い影は雨の筋を表している．写真-5(a)，(b)より，裸地-1において，2021年6月4日午前2時頃～午前3時頃にかけてガリ侵食（○で囲んだ領域）が発生した.
b）降水量と土中水分計測結果および考察
図−4に2021年6月3日午前9時～4日午後9時の裸地-1と裸地-2の経時的な降水量，体積含水率を示す.図−4から, 4日午前2時頃,最大降水量32mmを親測し,裸地-1で午前４時頃最大体積含水率45.1%を記録したことが分かる．斜面の侵食により亀裂が入り,間隙比が上昇したため,最大体積含水率が45%に達したと考える．また，降水に伴い体積含水率が変動し，急激な増加が始まった際にガリ侵食が発生している．体積含水率が大きくなった時刻と斜面崩漿時刻が近いことは興味深い．一方，裸地-2で午前2時頃に体積含水率が約30%を示したが，それ以降の増加は見られず,斜面の目立った崩壊はなかった.

4.現地実験解析
(1)解析方法
解析手法の妥当性を検討するため，現地実験斜面のデータを基に斜面崩壊危険度の解析・評価を行う. 2021年6月4日午前2時～3時頃に小規模な崩壊が発生した裸地-1について解析する.
a）入力パラメータ
入力パラメータは表-1を参照されたい.体積含水率は１時間ごとの測定値を用いる.
a）現地実験解析の流れ
図−5に解析の流れを示す．松尾6の方式により体積合水率変動に伴う粘着力μ ,を算出する.飽和度S,が100未満の場合，間隙比変化は無視し，安全率Fsは式(9)を用いる.また, S, が100以上となる場合は, S, = 100%とし，間隙比を逆算し，安全率は式(10)を使用する.続けて,斜面崩壊確率P rの算出を行う.
(2)崩壊時の解析結果および考察
a）経時的な安全率・斜面崩壊確率の算出
図−6, 7に斜面勾配30度，40度，50度の経時的な安全率，斜面崩壊確率を示す。図−6では，体積含水率の増加に伴い安全率が減少し，侵食が発生した午前３時頃に小さい値を示した.図−７では，４日午前2時頃～午前5時頃に崩壊確率の増加がみられた.侵食発生時に値が急な上昇を示しており，解析方法の妥当性を示唆している.安全率,崩壊確率ともに変化量は斜面勾配が30度～40度の方が，勾配40度～50度に比べて大きい.よって,降水量や土中水分は勾配30～40度の斜面に大きく影響を与えると考える.
b）斜面勾配と安全率・崩壊確率の関係
6月3日午前3時頃の裸地-1における体積含水率43.19%を用い，斜面勾配5度～60度まで解析を行った．図−8, 9に斜面勾配と安全率，崩壊確率関係を示す.図−8の安全率では斜面勾配0～20度で大きく低下し，20度で安全率l未満を示し，それ以降傾向を示した．図−9の崩壊確率では，斜面勾配が10度以上で顕著に上昇した. 30度以上の急傾斜地に対して斜面崩壊の危険度評価では，安全率より崩壊確率の方が変動状況を表しやすいと考える.四−6安全率の変動そ年暖確率
(1)徳山高専周辺斜面広域解析方法
a）地理情報システムによる評価方法
(斜面勾配分布の把握方法)
行政機関が保有する公共データなど，広く開かれた利用が許可されているデータはオープンデータと呼ばれる。特に，オープンデータを用いた解析モデルを構築し，自然災害等の予知・予測，防災・減災分野へ適用していくことはオープンイノベーションと呼ばれ，国土交通省は技術基本計画の中で「オープンイノベーションの推進」を挙げている．また，地図利用に特化したフリーオープンソースの地理情報ソフトウェア群(FOSS4G)に注目が集まっている. GISソフト(Q-GIS 121 )を用いて，オンライン上でオープンデータ化されている国土地理院の基盤地図情報（DEM5A） 139から斜面勾配分布図を作成する.図-10に徳山高専周辺の斜面勾配分布図を示す.基図に国土地理院の標準地図を用い，合わせて土砂災害警戒区域(黄枠),土砂災害特別警戒区域(赤枠) （山口県土木建築部砂防課データ提供141 ）を示している．図−10から徳山高専周辺は急傾斜地（勾配30度以上）が点在しており、特に体育館北側の斜面勾配が大きいことがわかる.
b）土質パラメータ
表−2に解析に必要な土質パラメータ（松尾61の代表値）を示す．小山内ら7の研究により，降雨で崩漿するすべり厚さの平均が1.1mであることが分かっている．本研究では，表層厚さを1.1mとし，山口県土木建築部砂防課の土砂災害警戒区域等に関する調査報告書¹¹より内部摩擦角は25度（警戒区域の代表値）とする.
c）広域解析の流れ
図−11に解析の流れを示す. 表−2の値と斜面勾配から，各地点の粘着力μς，安全率Fs，崩壊確率Pf，を算出し，Q-GIS 121によりマッピングを行う．
(2)安全率・斜面崩壊確率の解析結果および考察
図−12, 13 (a) ～ (d)に体積含水率25～40％まで5％毎に解析した結果を示す. 図-12, 13 (b)より,安全率が1.25未満になると崩壊確率が増加を始める.特に,図−12, 13 (d)より安全率が 1 に近づくと崩壊確率が顕著に上昇する。言い換えると，崩壊確率は安全率1付近の危険域での評価に適していると考える.

6.おわりに
(1)まとめ
本研究では，地域発信型土砂災害予知システムの開発に向け，IoT技術の導入を意識し，オンライン計測機器を用いた実現象の把握，急傾斜地等の健全度〜時間関係のGISによる地理的評価を試みた.第一に，徳山高専で現地親測用斜面を造成し，親潤カメラにより2021年6月4日午前2時頃～午前3時頃の小規模な斜面崩壊を撮像した．降水量および土中水分（体積含水率）を計測し，体積含水率30％以上での急激な増加が斜面崩壊の一因として考えられることを述べた.第二に，松尾6の方式により粘着力変化を想定した斜面崩壊危険指標（安全率，斜面崩壊礁率）を開発し，松尾6の代表値を用いて周辺斜面の健全度をGISにより評価した．現地実験データを解析に用いることで，解析手法の妥当性を検討し，安全率に比ベ斜面崩壊確率の方が急傾斜地で顕著な反応を示す指標であると考えた.
(2)今後の課題
継続して現地親測・現地実験を行い，データ収集を行う必要がある．また，降水量と土中水分から斜面崩壊確率を求め，崩壊発生時刻を予知する手法,発生規模を評価する手法を精査し，確立していく必要がある.謝辞：本研究は，JSPS科研費21K04263の助成を受けました．雨量計を株式会社ソイル・プレーン，観測カメラを中村建設株式会社，現地斜面の造成を多機能フィルター株式会社・日本工営株式会社，航空写真等電子データを山口県（土木建築部砂防課）にご提供等いただきました．また，徳山高専の上俊二特命教授，桑嶋啓治准教授，福田靖技術長等関係各位にご指導いただきました．ここに深甚の謝意を表します.