2016 Fiscal Year Annual Research Report
強風時の森林斜面における融雪地すべりの発生機構と危険度評価
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16H03151
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松浦 純生 京都大学, 防災研究所, 教授 (10353856)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平島 寛行 国立研究開発法人防災科学技術研究所, その他部局等, 主任研究員 (00425513)
松四 雄騎 京都大学, 防災研究所, 准教授 (90596438)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 極端気象 / 森林斜面 / 融雪特性 / 積雪層内浸透過程 / 間隙水圧の変動特性 / 地盤災害 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
積雪地帯の山地斜面では急激な気温上昇や強風などによって多量の雪が融け、地すべりなどの土砂災害などが発生する。しかし、強風による山地での融雪特性は未解明なことに加え、多量の融雪水が積雪層から斜面地盤内に浸透する過程などにも不明な点が多い。
本研究では、極端な気象現象の中でも特に強風によって地すべり災害が発生することに着目し、室内実験などによって強風時の融雪特性を明らかにする。さらに、室内および数値実験を行い、融雪水が強度とタイミングを変えて積雪層内および斜面地盤内に浸透する過程を明らかにするとともに、融雪水量から地すべりの発生危険度を評価することで、極端気象時の災害予測技術の高精度化を目標とする。
強風時の融雪特性を明らかにするため、既往のデータを用いた解析を行ったところ、強風時には予測以上に融雪が進行することを検証した。さらに、予備的な融雪実験を行った結果、強風時に急激な雪解けが進行する原因として、植生が積雪面の粗度を高めることが分かった。このため、大気～林間～雪面間における熱フラックスの変動特性などを明らかにすることを目的として、豪雪地帯の中山間地に超音波風速計を設置し現地観測を開始した。一方、積雪表層で発生した融雪水の浸透過程を明らかにするため、積雪変質モデルSNOWPACKを改良するとともに、積雪中の不均一な浸透過程を再現するため、２次元の水分浸透モデルの開発を進めた。さらに、現地観測の結果から、積雪環境が地すべり面付近の間隙水圧変動に対してどのような影響を及ぼしているのかを検討した。その結果、年間で最も地表面到達水量の多い融雪期に地表面の水理特性が変化し、部分的に地表流が発生することを明らかにした。以上の成果を学会で報告するとともに、国際学術雑誌に投稿し出版された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
過去のデータをもとに強風時の融雪特性を調べたところ、従来の予測値の２倍以上もの雪が解けることが明らかになった。このため、強風時における風環境と融雪の関係を明らかにすることを目的に、新潟県の中山間地に位置する試験地に超音波風速計を設置し冬期間の高頻度乱流観測に着手した。
一方、試験地における積雪状況及び水分浸透を計算するため、積雪変質モデルを用いて伏野の積雪を計算した。現地で断面観測を行った結果と比較したところ、ざらめ雪が卓越する傾向が再現されたことを確認した。また、同モデルで積雪層内の浸透過程を計算するとともにその計算結果と土壌水分及び間隙水圧の変化と比較した。計算された水の積雪底面への到達と測定された土壌水分が連動していることが確認できた。しかし測定した土壌水分は深い箇所から上昇していたため１次元では再現できなかった。このため、２次元の水分移動モデルを用いて浸透過程を計算したところ、積雪の影響により水が浸透する箇所が一部に集中することが計算で確認された。
無積雪期と積雪期において降雨や融雪水がどのような浸透プロセスを経て地すべり面付近の間隙水圧の上昇に寄与するか検討するため、試験地に土壌水分計と間隙水圧計を設置し観測を開始した。また、冬期間に 20kN/m2 以上に達する積雪荷重が地すべり移動体とその表層部分の水文地質特性に対してどのような影響を与えているかを明らかにするため、荷重を載荷しながら透水性を計測することが可能な試験機を開発した。無積雪期間はもちろんのこと、積雪期間中にも複数回にわたって原位置浸透能試験を行った。その結果、浸透能が夏に大きくなり積雪期間中は小さくなる季節変動を示すことを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
新潟県に設置した試験地での高頻度の気象観測を継続して実施するとともに、林内における乱流構造などを詳しく調査するため、樹木模型を用いた融雪実験を行う。風速は鉛直方向および水平方向に複数の測定点を設け、熱線風速計を用いて最低500Hzのダイナミックサンプリングを行う。
本モデルで積雪中の水分移動に加え、土壌への浸透も再現するため、２次元水分移動モデルに土壌に関するパラメータも組み込み、積雪から土壌への浸透及び土壌水分分布の時間変化を計算する。同時に、計算結果を実測の土壌水分と比較し、その再現性の検証を行うとともにする。必要に応じてモデルに改良を加える。また、周囲が急傾斜の山に囲まれている本試験地では地形の影響が大きく影響するので、複雑地形を考慮しが計算できるようにモデルを改良し、地形の影響を考慮した水分移動の計算もすすめていく。
前年度に引き続き、間隙水圧と土壌水分の変動の再現性を検証するため観測を続ける。初年度で得られた水文観測の結果からは、積雪の有無にともない間隙水圧等が著しく異なる変動をすることが明らかとなった。既往の研究によって試験地の斜面地盤は積雪荷重の載荷に対し弾性的な挙動を示すことから、表層地盤は過圧密粘土で構成されていることが推察される。しかし、地すべり移動体を構成する粘土の土質力学的特性が斜面地盤における融雪水の浸透過程に及ぼす影響は未解明な点が多いことから、室内で段階載荷圧密試験を行い、現場での観測データと比較し積雪期間に見られる間隙水圧の応答特性などを明らかにする予定である。
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