ノルウェ-・リグフォ-ンにおける実物大雪崩実験と煙型表層雪崩の動力学の研究

• 研究課題/領域番号: 02044005
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 前野 紀一 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (50001657)
• 研究分担者: LIED Karstei 地球工学研究所, 雪崩調査部(ノルウェー), 部長 ; NOREM Harald 地球工学研究所, 雪崩調査部(ノルウェー), 主任研究員 ; 納口 恭明 科学技術庁国立防災科学技術センター, 長岡雪氷防災研究所, 主任研究官 ; 飯田 肇 黒部市吉田科学館, 学芸員 ; 佐藤 篤司 科学技術庁国立防災科学技術センター, 新庄雪氷防災研究所, 主任研究官 ; 阿部 修 科学技術庁国立防災科学技術センター, 新庄雪氷防災研究所雪氷防災第一研究室, 研究員 ; 寺田 秀樹 建設省土木研究所, 砂防部急傾斜地崩壊研究室, 主任研究員 ; 藤沢 和範 建設省土木研究所, 砂防部急傾斜地崩壊研究室, 研究員 ; LARSEN Jan O 地球工学研究所, 雪崩調査部(ノルウェー), 主任研究員 ; BAKKENHOI St 地球工学研究所, 雪崩調査部(ノルウェー), 主任研究員 ; 中村 良光 建設省土木研究所, 砂防部急傾斜地崩壊研究室, 室長 ; 福澤 卓也 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (90238460) ; 西村 浩一 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (10180639) ; 清水 収 北海道大学, 農学部, 助手 (20178966) ; 中川 昌美 東北大学, 工学部, 助手 (80198043) ; 川田 邦夫 富山大学, 理学部, 助手 (20019003) ; 成田 英器 北海道大学, 低温科学研究所, 講師 (20001662) ; 和泉 薫 新潟大学, 積雪地域災害研究センター, 助教授 (50114997) ; 木村 龍治 東京大学, 海洋研究所, 助教授 (20013576) ; 秋田谷 英次 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20001654) ; BAKKEHOI Steinar Res. Fell., Norwegian Geotechnical Institute ; KARSTEIN Lie ノルウェー地球工学研究所, 雪崩調査部, 部長 ; HARALD Norem ノルウェー地球工学研究所, 雪崩調査部, 主任研究員 ; JAN Otto Lar ノルウェー地球工学研究所, 雪崩調査部, 主任研究員 ; STEINAR Bakk ノルウェー地球工学研究所, 雪崩調査部, 主任研究員 ; 吉松 弘行 建設省土木研究所, 砂防部急傾斜地崩壊研究室, 室長
• 研究期間 (年度): 1990 – 1991
• 研究課題ステータス: 完了 (1991年度)
• 配分額: 8,600千円 (直接経費: 8,600千円); 1991年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円); 1990年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
• キーワード: 煙型表層雪崩 / 人工雪崩 / 流動雪 / 連続体モデル / 粒状体モデル / 雪崩風 / 雪崩 / 混相流 / 人工雪崩実験

研究概要

雪崩は乾雪雪崩と湿雪雪崩に大別できる。このうち湿雪雪崩は、一般に形は単純でその動的特徴の多くは斜面を流下する濡れた雪塊として理解できる。しかし、乾雪雪崩、特に煙り型乾雪表層雪崩は、昭和61年に13人の死者を出した新潟県能生町の柵口雪崩のように、極めて高速かつ大規模になり、大きな被害を起こしやすい。それにもかかわらず、その内部構造と動的特性について詳しい情報が得られていない。本研究は、そのような大規模な乾雪表層雪崩を実際の山地斜面に発生させ、その動的特性を詳しく観測することを目的の一つとして実施された。
研究の柱は、実際の雪崩の内部構造観測であるが、自然発生の雪崩に関しては黒部峡谷志合谷において実施された。これは雪崩走路上に設置されている2基のマウンドに雪崩観測用のカメラ、衝撃圧センサ-、超音波風速計等を取り付け、雪崩の自然発生を待つ方法である。一方、人工雪崩の観測に関しては、ノルウェ-・オスロの北西約250kmのリグフォン斜面において、ノルウェ-地球工学研究の協力を得て実施された。この場合も、雪崩走路(標高差910m、平均斜度38度)上に設置されているタワ-とマウンドに測定器具を取り付け、雪崩の内部構造、速度、衝撃圧等の測定を行った。
黒部峻谷志合谷で観測された数個の雪崩では、雪崩風が観測された。雪崩風は雪崩の実体の前面あるいは側方に発生する局部的な強風であり、その存在やそれによる災害がしばしば報告されているが、これまで定量的な観測はなかった。今回観測された雪崩風は、雪崩自身の規模があまり大きくなかったが、雪崩の実質部よりもはっきりと先行しており、その速度は雪崩前面の速度にほぼ等しかった。雪崩風を雪崩実質部と区別して検出することは超音波風速計を使用して初めて成功した。
リグフォンにおける人工雪崩は今冬も実施中であるが、これまでに3個の雪崩が確認された。この内の一つは走路上部では乾雪表層雪崩であったが、標高を下るにつれて湿雪雪崩に変化した。雪崩の平均速度は22m/sで、走路の斜度や積雪状況の影響を受けて18.4m/sから26.1m/sの範囲で変化した。雪崩堆積物(デブリ)は最深5m体積2万立米で、400m以上の範囲に及んだ。デブリを構成する雪塊の粒径の測定を実施した結果、雪崩先端部に相対的に大きな雪塊が存在することが示され、土石流の場合と同じような粒子衝突メカニズムの作用していることが示唆された。測定された衝撃圧の深さ分布、および衝撃圧の時系列デ-タから求めた速度の時間変化からは、雪崩の内部構造が水平方向にもまた鉛直方向にも不均一で、しかも時間的にも激しく変化することが示された。
雪崩の内部構造と運動メカニズムを調べるために、大型低温実験室における氷球を用いたシュ-ト実験が実施された。多数の氷球(平均粒径2.9mm)がシュ-ト(長さ5.4m、幅8cm)を流下する様子が高速ビデオで撮影され、速度と密度が求められた。シュ-トの角度は30度から、40度、実験温度は0℃からー30℃の範囲で変えられた。得られた氷粒子速度と密度の鉛直分布からは、流れの最下部に低密度層が見出され、この層が生成する理由は粒子間衝突の結果と結論された。また、雪崩運動に対する摩擦抵抗の基本である雪摩擦についての考察が行われた。これまでに実施された雪と雪との間の摩擦係数の測定デ-タ解析から、雪のク-ロン摩擦係数の温度依存性と荷重依存性について新しい考えが示唆された。

研究成果

• [文献書誌] 前野 紀一: "雪粒子と氷粒子の物性" 地学雑誌. 100. 224-233 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] KOSUGI,K.: "Wind tunnel experiments of snow ripples" Seppyo. 54-1. 1-8 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] KOSUGI,K.: "Snow ripples and their contribution to the mass transport in drifting snow" Boundary Layer Met.(1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] NAKAGAWA,M.: "Simulations of rapid bimodal granular flows" JUSLDPC 1991. (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] NAKAGAWA,M.: "Chute flow experiment of ice spheres" J.Multiphase Flows. (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] MAENO, N.: "Physical properties of ice and snow particles" J. Geography. 100. 224-233 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] KOSUGI, K.: "Wind tunnel experiments of snow ripples" Seppyo. 54-1. 1-8 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] KOSUGI, K.: "Snow ripples and their contribution to mass transport in drifting snow" Boundary Layer Met.(1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] NAKAGAWA, M.: "Simulations of rapid bimodal granular flows" JUSIDPC 1991. (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] NAKAGAWA, M.: "Chute flow experiment of ice spheres" J. Multiphase Flows. (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 前野 紀一: "雪粒子と氷粒子の物性" 地学雑誌. 100. 224-233 (1991)
• [文献書誌] KOSUGI,K.: "Wind tunnel experiments of snow ripples" Seppyo. 54-1. 1-8 (1992)
• [文献書誌] KOSUGI,K.: "Snow ripples and their contribution to the mass transport in drifting snow" Boundary Layer Met.(1992)
• [文献書誌] NAKAGAWA,M.: "Simulations of rapid bimodal granular flows" JUSLDPC 1991. (1992)
• [文献書誌] NAKAGAWA,M.: "Chute flow experiment of ice spheres" J.Multiphase Flows. (1992)
• [文献書誌] 西村 浩一: "乾雪表層雪崩の内部構造を探る" 雪氷. 52. 113-116 (1990)