実効雨量と地域情報を用いた

土砂災害の危険性評価

信州大学大学院 大上俊之研究室

武田 拓也

はじめに

日本 ・急峻な山岳地形と脆弱な地質

長野県 ・四方を３，０００m級の山々に囲まれている

長野県では土砂災害が頻発し，崩壊危険個所が多い

土砂災害 ・兆候を示す明確な現象が少ない

・突発的に発生することが多い

・土砂災害発生危険個所の把握

・災害の発生に備える 重要

研究目的： • 過去の崩壊個所における地域特性から崩壊危険個所を推定する

• 崩壊の危険性がある降水目安を設定

土砂災害の種類

土砂災害の種類

土石流

大量の水土砂が一体となって谷や斜面，河川などを一気に流れ落ちる現象

地すべり

地下水などの影響により斜面の一部が動き出す現象

がけ崩れ

速いスピードと大きな破壊力を持つ急傾斜が突然崩れ落ちる現象

表層面について考えるので，土石流とがけ崩れのみを取り扱う

土砂災害の原因

土砂災害：素因に誘因が作用して発生

素因： 地質，地形

土地利用

誘因： 豪雨

素因： それぞれの土地が持つ性質

誘因： 災害を発生させる引き金

崩壊の危険性が高い

本研究：

過去に発生した土砂災害個所の素因と誘因の組み合わせから，関係性が高いものを算出する

本研究の流れ

1 • 過去の崩壊個所データを災害種類別，地質別に分類

2 • 崩壊個所における地形情報の算出

3 • 崩壊個所における降水情報の算出

4 • 地形情報，降水情報から関係性を求める

5 • 関係性が高いものについて崩壊条件を算定する

6 • 崩壊条件を満たす崩壊危険個所を推定

7 • 崩壊発生基準線（Critical Line:CL）の設定

1. 過去の崩壊個所データ

土砂災害データをArcGISに組み込む

平成16年～23年の7年間における土砂災害データを用いる

50mメッシュ：平成16年に刊行

7年間に発生した土砂災害件数は350個所

崩壊が発生しやすい地域特性を満たす個所を抽出

土砂災害データ

・平成13年～23年の10年間に発生した土砂災害データ

・災害現象の種別，場所，規模，推定発生日時を記載

土砂災害発生個所

発生個所の特徴

• 中央構造線付近： がけ崩れが多く見られる

• 北アルプス： 土石流が多く見られる

1. 地質別の崩壊個所データの分類

20万分の1数値地質図幅集を用いる

長野県の地質を地層年代別に分類する

地質分類結果と特徴

長野県： ・第四紀層

・新第三紀層

飯田市～松本市西部： ・白亜紀

・ジュラ紀

崩壊個所の地質情報

＜崩壊個所の地層分類結果＞

この４つの崩壊個所の地形情報，降水情報を算出する

土石流 がけ崩れ

1. 土地利用の分類

土地利用細分メッシュデータを用いて長野県内の利用状況を分類

分類結果と特徴

＜長野県＞ 森林が多い

都市部周辺：田，建物用地

崩壊個所の土地利用状況

＜崩壊個所の土地利用分類結果＞

森林，建物用地，農用地を用いて，評価を行う

土石流 がけ崩れ

研究対象

評価対象条件

崩壊要因：土石流 または がけ崩れ

地質情報：第四紀層 または 新第三紀層

土地利用情報：森林 または 建物用地 またはその他の農用地

この条件を満たす土砂災害発生個所は350個所中119個所

119個所から

地形と降水の関連性を求める

関連性の高い崩壊危険個所の推定

２．地形情報の算出

地質，土地利用条件を満たす崩壊個所から地形情報を算出

＜地形情報＞

斜面傾斜角

曲率

起伏

＜算出方法＞

1. 数値地図５０ｍメッシュ（標高）をArcGISに組み込む

2. ArcGISを用いて長野県全域の地形情報を算出

3. 崩壊個所における地形情報を求める

過去に発生した崩壊個所の地形的特徴を数値で把握し，崩壊の地形条件を求める

斜面傾斜角の概要

対象セルeを中心とする一辺がLの3×3の正方セルを考える

a～i：標高値

平均最大法を用いて

中心セルeのx，y方向の変化率から算出する

x方向の変化率：

y方向の変化率：

これらの変化率Rを用いて，傾斜角を算出する

斜面傾斜角の算出結果

算出結果の特徴

•長野，松本などの盆地，谷では値が低い

•北アルプスなどの山間地では値が大きい

曲率の概要

断面曲率と平面曲率から曲率を求める

曲率の値 正：凸型 負：凹型

曲率

断面曲率：

最大傾斜角方向の曲率

平面曲率：

最大傾斜角方向に対して直角方向の曲率

+

曲率の算出式

( Z4 + Z6 − 2Z5 + (Z2 + Z8 − 2Z5))/𝐿2 × 100

断面曲率と平面曲率

曲率：

断面曲率と平面曲率の組み合わせから曲率の形状を判別する

曲率の組み合わせ

凸型尾根型 凸型直線 凸型谷型

等斉尾根型 等斉直線 等斉谷型

凹型尾根型 凹型直線 凹型谷型

曲率の算定結果

算出結果の特徴

・盆地では値が0に近い値を取る

・谷部では負，尾根部では正の値を取る

起伏の概要

メッシュ毎に地形の凹凸を表す

起伏の値が大きい ：凹凸量が大きい

小さい値が続く：平坦

ArcGIS：DEMのどの部分がどの部分の陰になるかを表す

影の有無で凹凸を表すことが出来る

起伏算出結果

算出結果の特徴

・盆地などの平坦な地域は値が一定

・山間地では値が一定ではなく，複雑な地形であることがわかる

3. 降水情報

１時間累積雨量と７２時間半減期実効雨量を用いる

＜１時間累積雨量＞

• １時間に降った雨の合計

• 気象庁が公開している1時間降水データを１時間累積雨量とする

＜７２時間半減期実効雨量＞

• 過去に降った雨量の影響を時間とともに減少させて計算した雨量

Rt：時刻tの実効雨量， rt：時刻tの時間雨量

αt：減少係数， T：半減期（本研究では72）

実効雨量の算出

雨量観測所の降水データから崩壊個所の降水データを求める

＜崩壊個所の実効雨量の算出手順＞

1. 雨量観測所の一連の１時間累積雨量データを取得

2. 過去の崩壊個所における崩壊時までの一連の１時間累積雨量を算出

3. １時間累積雨量から72時間半減期実効雨量を算出

一連の降水：降り始め以前に24時間の無降水期間がある降水

無降水 一連の降水 無降水

24時間以上 24時間以上

降り始め 降り終わり t

1. 雨量観測所の一連の1時間累積雨量の取得

雨量観測所の１時間雨量データの取得

長野県：面積が大きい

長野県を5地区（長野，松本，諏訪，軽井沢，飯田）に分割

分割方法：ティーセン法

崩壊が発生した個所の1時間累積雨量：

崩壊個所が属する地区内の観測所の降水データから， 内挿補間により算出

ティーセン法

・隣り合う点を結ぶ直線に垂直二等分線を引き，最近接領域を分割したもの

2. 過去の崩壊個所における崩壊時までの一連の1時間累

積雨量の算出

ArcGISの内挿補間機能のIDW法を用いて崩壊個所における降水情報を算出する

内挿補間：ある既知の数値データ列を基にして，そのデータ列の各区間

の範囲内を埋める数値を求める

IDW法：既知のデータ点との近さで補間値を重み付けする方法

4. 地形情報，降水情報から関係性を求める

過去の崩壊個所の地形データと 崩壊時刻における降水データとの関係性を相関を用いて求める

相関係数算出式

x’，y’はそれぞれデータx = {xi}，y = {yi}の相加平均

)')('(1

yyxx ii

n

i

n

i

i

n

i

i yyxx1

2

1

2 )'()'(

実効雨量と各地形データの散布図

第四紀層の土石流崩壊個所

実効雨量と各地形データの散布図

第四紀層のがけ崩れ崩壊個所

実効雨量と各地形データの散布図

新第三紀層の土石流崩壊個所

実効雨量と各地形データの散布図

新第三紀層のがけ崩れ崩壊個所

相関算出結果

相関係数を算出し，関連性を求める

第四紀層・土石流 第四紀層・がけ崩れ

新第三紀層・土石流 新第三紀層・がけ崩れ

相関係数の値が１に近い

→地形と降水の関係性が強い

相関係数の値が０に近い

→地形と降水の関係性が弱い

第四紀層における土石流崩壊の危険性を評価する

研究条件を満たした個所

研究条件

崩壊要因：土石流

地質 ：第四紀層

研究条件を満たす崩壊個所と地形情報・降水情報

5. 関係性が高いものについて崩壊条件を算定

崩壊の危険性が高い地形条件を求める

＜崩壊条件の設定方法＞

地形情報の最大値と最小値を崩壊条件とする

6. 崩壊条件を満たす崩壊危険個所を推定

ArcGISを用いて崩壊条件を満たす地域を求める

崩壊危険個所の算出手順

1. 各地形条件を満たす地域を求める

傾斜角

曲率

起伏

2. 全ての地形条件を重ね合わせる

3. 算出した地形条件に，第四紀層の 分類図と土地利用図を重ね合わせる

崩壊危険個所の推定結果

崩壊危険個所推定結果

伊那盆地東部，八ヶ岳，長野市

北部に危険個所が多数存する

長野盆地周辺は崩壊危険個所が少ない

本研究と長野県が公表している

土石流危険渓流位置図との比較

上田，佐久周辺

・本研究では市街地の北部に危険個所がある

・市街地の南部では危険個所がない個所がある

CLの設定方法

CL：

注意すべき領域や警戒すべき領域の境界線

災害が発生する確率が高くなる目安

CLの設定：

縦軸：短期降水指標（１時間累積雨量）

横軸：長期降水指標（72時間半減期実効雨量）

→土壌中の水分量を評価し，土砂災害の起こりやすさを表す

スネーク曲線を描くことでCLの設定を行う

スネーク曲線

• 降水の実況の線

• 土砂災害危険度指標図に降水を時系列で結んだもの

土砂災害危険度指標図

崩壊個所における一連の降水のスネーク曲線を 土砂災害危険度指標図に描く

崩壊時刻における土砂災害危険度指標図

7. 崩壊発生基準線（Critical Line:CL）の設定

CLの設定手順

1. 崩壊非発生降水のスネーク曲線を描く

2. 図から特徴を見つける

短期降水の最大値：20mm

短期降水の上位4つが15mm以上

長期降水：80mmが最大値

CL設定結果

崩壊非発生降水範囲

→崩壊が発生しにくい

崩壊発生時刻の降水情報の値が大きい

→崩壊が発生しやすい

・長期降水量が少ない

・短期降水量が多い

地中に降水が溜っていない

→崩壊しにくい

結論

１． 崩壊が発生しやすい地質，土地利用

地質： 第四紀層，新第三紀層

土地利用： 森林，建物用地，その他の農用地

２． 素因と誘因で関係性が見られたもの

第四紀層における土石流崩壊

３． 崩壊危険個所

長野市北部，八ヶ岳周辺，中央構造線付近で多く見られた

４． CLの設定

地形情報の算出に用いるデータ

数値地図50mメッシュ（標高）

2万5千分の1地形図の等高線から計測・計算し求めた数値標高モデル（DEM）

2次メッシュを経度方向及び緯度方向に200等分して得られる格子の中心点の標高値を記録している

DEMデータの用途

地形を三次元表現する鳥瞰図の作成

電波到達域や視通の確認

傾斜分類などの地形解析

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