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土壌雨量指数

土壌雨量指数とは

 土壌雨量指数とは、降った雨による土砂災害危険度の高まりを把握するための指標です。
 大雨に伴って発生する土砂災害(がけ崩れ・土石流)には、現在降っている雨だけでなく、これまでに降った雨による土壌中の水分量が深く関係しており、土壌雨量指数は、降った雨が土壌中に水分量としてどれだけ溜まっているかを、タンクモデルを用いて数値化したものです。土壌雨量指数は、各地の気象台が発表する大雨警報(土砂災害)や土砂災害警戒情報等の判断基準に用いています。
 土壌雨量指数そのものは相対的な土砂災害危険度を示した指標ですが、土壌雨量指数を大雨警報等の判断基準と比較することで土砂災害発生の危険度(重大な土砂災害が発生するおそれがあるかどうかなど)を判断することができます。これらの判断基準は過去の土砂災害発生時の土壌雨量指数等を調査した上で設定しているため、指数計算では考慮されていない要素(地盤の崩れやすさの違いなど)も判断基準には一定程度反映されています。土砂災害発生の危険度を判定した結果は「土砂災害警戒判定メッシュ情報」で確認できます。


土壌雨量指数の計算

 雨が降ると、雨水は地表面を流れて、川に流れ込んだり、地中に浸み込んだりします。土壌雨量指数の計算には、図1に示すように降った雨が土壌中を通って流れ出る様子を孔の開いたタンクを用いてモデル化した「タンクモデル」を使用します。
 3段に重ねた各タンクの側面には水がまわりの土壌に流れ出すことを表す流出孔が、底面には水がより深いところに浸み込むことを表す浸透流出孔があります。第1タンクの側面の流出孔からの流出量は表面流出に、第2タンクからのものは表層での浸透流出に、第3タンクからのものは地下水としての流出に対応します。なお、第1タンクへの流入は降水に対応し、第2タンクへの流入は第1タンクの浸透流出孔からの流出、第3タンクへの流入は第2タンクの浸透流出孔からの流出です。
 土壌雨量指数は、各タンクに残っている水分量(貯留量)の合計として算出され、これは、土壌中の水分量に相当します。


雨が土砂中に貯まっていく様子とタンクモデルとの対応

図1 雨が土壌中に貯まっていく様子とタンクモデルとの対応



土壌雨量指数の計算式

 気象庁では図2に示すIshihara & Kobatake(1979)の直列3段タンクモデルを用いています。
直列3段タンクモデル
 土壌雨量指数の指数値は、各タンクの貯留高の和(=S1+S2+S3)で定義します。

 各タンクの貯留高(Si:i=1,2,3)の計算式は以下のとおりです。

S1(t+Δt)=(1-β1Δt)・S1(t)-q1(t)・Δt+R
S2(t+Δt)=(1-β2Δt)・S2(t)-q2(t)・Δt+β1・S1(t)・Δt
S3(t+Δt)=(1-β3Δt)・S3(t)-q3(t)・Δt+β2・S2(t)・Δt


S1、S2、S3 :各タンクの貯留高
β1 、β2 、β3 :各タンクの浸透流出孔の浸透係数
q1 、q2 、q3 :各タンクの側面孔からの流出量

 ここで、時間刻みΔtは10分とし、Rは解析あるいは予想される1時間降雨量を1/6したものです。


 各タンクの側面孔からの流出量(qi:i=1,2,3)は以下のように記述されます。

q1(t)=α1{S1(t)-L1}+α2{S1(t)-L2}
q2(t)=α3{S2(t)-L3}
q3(t)=α4{S3(t)-L4}

α1 、α2 、α3 、α4 :各流出孔の流出係数
L1 、L2 、L3 、L4 :各流出孔の高さ


 各パラメータ(流出孔の高さ、流出係数、浸透係数)は表1のとおりです。



表1 タンクモデルのパラーメータ

  一段目 二段目 三段目
流出孔の高さ
(mm)
L1=15 L3=15 L4=15
L2=60
流出係数 (1/hr) α1=0.1 α3=0.05 α4=0.01
α2=0.15
浸透係数 (1/hr) β1=0.12 β2=0.05 β3=0.01
   (Ishihara & Kobatake(1979)による)


<土壌雨量指数の計算に利用するタンクモデルの留意点>

 土壌雨量指数の計算に利用する「タンクモデル」には、以下の留意点があります。

  • ①全国一律のパラメータを用いており、個々の傾斜地における植生、地質、風化等を考慮していません。
  • ②比較的表層の地中をモデル化したものです。従って、深層崩壊や大規模な地滑りなどにつながるような地中深い状況を対象としたものではありません。
  • ③降水は雨/雪に関わらず即時に第1タンクへ流入します。降った雪が積雪として地表に蓄えられる過程やこれが融けて地中に浸み込む過程は考慮していません。



[参考文献]
Ishihara, Y. and S. Kobatake (1979): Runoff Model for Flood Forecasting, Bull.D.P.R.I., Kyoto Univ., 29, 27-43

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