雲仙における土石流の流動・堆積シミュレーション

雲仙普賢岳周辺の水無川、中尾川では降雨の度に土石流が発生し、両河川に挟まれた島原市は氾濫によりしばしば孤立状態に陥っている。そのため、両河川における土石流の流動、堆積過程を知り、土石流対策を施すことが急務となっている。著者らは、1991年以来、これらの河川において超音波水位計、電波流速計を用いて土石流の観測を行ってきた。本研究は、このような観測を基にして、水無川、中尾川における土石流の流動・堆積過程のシミュレーション手法を開発したものである。まず、水無川、中尾川において土石流の流動・堆積過程における1次元の基礎式を求めた。すなわち、災害後の現地調査や、これまでのビデオ撮影および河床勾配などから、下流域の流砂現象はいわゆる土石流ではなく、掃流状集合流動の領域である。そこで、流動状態を、水路実験の結果から、下層の高濃度層と上層の水流層とに分け、2層流としてモデル化した。河床底面において、流れ方向には固・液両相について、垂直方向には固相についてそれぞれ釣り合い式をたてると高濃度層の土砂濃度式を得た。一方、流速分布については、上層には対数則を、下層には土石流の式を適用した。この結果、流速係数および流砂量式を導くことができた。これを基に、1次元の運動方程式、連続式を得た。次に、土石流の再現計算を行った。上記で求めた連続式と運動方程式を用いて、まず水無川において1992年6月7日発生の土石流の再現計算を行った。土石流通過地点である国道57号の水無川橋を境界とし、流入する土石流のハイドログラフは、上述の観測結果を用いた。さらに、中尾川において1993年7月4日発生の土石流について再現計算を行った。得られた計算結果は現地調査結果と比較され、適合性は良好であった。

雲仙普賢岳周辺の水無川、中尾川では降雨の度に土石流が発生し、両河川に挟まれた島原市は氾濫によりしばしば孤立状態に陥っている。そのため、両河川における土石流の流動、堆積過程を知り、土石流対策を施すことが急務となっている。著者らは、1991年以来、これらの河川において超音波水位計、電波流速計を用いて土石流の観測を行ってきた。本研究は、このような観測を基にして、水無川、中尾川における土石流の流動・堆積過程のシミュレーション手法を開発したものである。まず、水無川、中尾川において土石流の流動・堆積過程における1次元の基礎式を求めた。すなわち、災害後の現地調査や、これまでのビデオ撮影および河床勾配などから、下流域の流砂現象はいわゆる土石流ではなく、掃流状集合流動の領域である。そこで、流動状態を、水路実験の結果から、下層の高濃度層と上層の水流層とに分け、2層流としてモデル化した。河床底面において、流れ方向には固・液両相について、垂直方向には固相についてそれぞれ釣り合い式をたてると高濃度層の土砂濃度式を得た。一方、流速分布については、上層には対数則を、下層には土石流の式を適用した。この結果、流速係数および流砂量式を導くことができた。これを基に、1次元の運動方程式、連続式を得た。次に、土石流の再現計算を行った。上記で求めた連続式と運動方程式を用いて、まず水無川において1992年6月7日発生の土石流の再現計算を行った。土石流通過地点である国道57号の水無川橋を境界とし、流入する土石流のハイドログラフは、上述の観測結果を用いた。さらに、中尾川において1993年7月4日発生の土石流について再現計算を行った。得られた計算結果は現地調査結果と比較され、適合性は良好であった。