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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、降った雨が土壌にどれだけ貯まっているかを雨量データから、「タンクモデル」という手法を用いて指数化したものです。地表面を5km四方の格子(メッシュ)に分けて、それぞれの格子で計算します。
 大雨によって発生する土石流・がけ崩れなどの土砂災害は、土壌中の水分量が多いほど発生の可能性が高く、何日も前に降った雨が影響している場合もあります。土壌雨量指数は、大雨による土砂災害発生の危険度の高まりを示す指標として、各地の気象台が発表する土砂災害警戒情報及び大雨警報・注意報発表基準に使用しています。ただし、土壌雨量指数そのものが同じ値であっても、土砂災害発生の危険度の高まりは地形や地勢等の影響で地域によって異なるため、これらの発表基準も地域によって異なっています。
 土壌雨量指数等と発表基準を用いた土砂災害発生の危険度の判定結果は、以上が考慮された 土砂災害警戒判定メッシュ情報 でご確認ください。

  • ※ 土壌雨量指数は、個々の急傾斜地等における植生・地質・風化の程度等の特性や地下水の流動等を反映したものではありません。このため、土壌雨量指数は、土砂災害の発生する場所を直接表すものではないことに留意してください。
  • ※ 土壌雨量指数には降雨以外の要因(例:融雪)の効果は反映されません。

「タンクモデル」を用いた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)の合計となります。
 これは、土壌中の水分量に相当します。

 土壌雨量指数を利用する「タンクモデル」は、土砂災害発生の危険度の把握を目的としたもので、地中に貯まった雨水を正確に推計するものではありません。このため、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。このため、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。


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)



[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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