建設資材データベーストップ > 特集記事資料館 > 積算資料公表価格版 > 「平成27年9月関東・東北豪雨」の調査概要〜教訓を地域防災に生かすために〜

 

中央大学理工学部都市環境学科教授       山田  正
同 大学院理工学研究科都市環境学専攻博士課程 諸岡 良優

 

はじめに

平成27年9月に発生した関東・東北豪雨災害において,鬼怒川の堤防の決壊などにより甚大な被害が生じたことは記憶に新しい。国土交通省関東地方整備局は鬼怒川堤防調査委員会を設置し,本年3月に報告書をまとめている。また,土木学会・地盤工学会は合同調査団を設置して独自に調査を行い,昨年12月15日に速報会を行うとともに,本年5月に報告書をまとめている。
 
以下,土木学会・地盤工学会合同調査団による報告に基づいて,降雨量と時空間分布,降雨流出特性,堤防破壊のメカニズム,住民の避難行動の各観点から整理するとともに,同調査団で団長を務めた中央大学山田正教授に,課題と今後の展望についてうかがった。
 
 

1. 降雨量と時空間分布特性

1-1 鬼怒川の概要

鬼怒川は栃木県の北部から茨城県を流れる一級河川で,流域面積は約1,760km2,幹川流路長は約177km,流域内の人口は約55万人である。図1 − 1に鬼怒川流域内とその周辺の気象庁アメダスの配置を示す。
 

図1−1  鬼怒川流域内とその周辺の気 象庁アメダスの配置(流域面 積:1,761km2)2)



1-2 豪雨の概要

9月9日から11日にかけて,台風第 18 号から変わった低気圧に向けて南から流れ込む湿った風と,日本の東海上を北上していた台風第 17 号から流れ込む湿った風の影響により,多数の線状降水帯が次々と発生したことにより,関東地方と東北地方では記録的な大雨となった。
 
9月7日から11日までに観測された総降雨量は,鬼怒川上流域で降雨量が大きく,五十里観測所の627mm,今市観測所の647.5mmをはじめ,ほとんどの雨量観測所で500mmを超える強い降雨が観測された。一方,鬼怒川の下流域では,真岡観測所の212.5mm,高根沢観測所の217.5mmをはじめ,観測総降雨量は300mm前後であった。鬼怒川の上流域と下流域とで比較すると累積雨量の差は300mmを超えており,鬼怒川上流域で強い雨が集中していたことがわかる(図1 − 2)。
 

図1−2  気象庁アメダスによって観測された10分および1時間降 雨強度と累積雨量の経時変化2)




 
また,10分間降雨強度では下流域に比べて上流域側で変動が激しく,五十里観測所では100mm/h を超える雨が観測された。
 
鬼怒川流域の上流域の流域平均雨量を,国土交通省C-Bandレーダで観測された合成雨量データを用いて算出すると,流域平均降雨強度で9日から10日にかけて20mm/hを超える強い雨が観測され,流域平均2日雨量は468mm,流域平均3日雨量は499mm,総降雨量は512mmであった。
 

1-3 線状降水帯の時空間分布について

本豪雨の雨域の時空間分布が洪水流量に与えている影響を明らかにするため,①線状降水帯の降雨強度と累積雨量の移動特性,②累積雨量の空間分布,③レーダ雨量と地上雨量の比較に着目して調査を行った。
 
①線状降水帯の降雨強度と累積雨量の移動
国土交通省がXRAIN合成雨量データを用いて算出した降雨強度と累積雨量によると,降雨強度と累積雨量の移動方向が正反対であることがわかる。降雨強度は南方向のあるポイントから積乱雲が連続して発生し,線状の形状を成して鬼怒川流域を縦断し,北の方向へ移流している一方,累積雨量は鬼怒川の上流域から大きくなり,その分布が南の方向へ伝播している(図1 − 3)。この伝播の方向は鬼怒川の流下方向と一致しており,下流側で流量が大きくなる可能性があると推察される。
 

図1−3  国土交通省解析雨量データから作成した関東・東北豪雨 の降雨強度と累積雨量の時空間分布(累積雨量は9月9 日00:00より観測された雨量の積算値)2)




 
②累積雨量の空間分布
線状降水帯が同様に観測された平成26年広島豪雨,(ならびに平成16年新潟・福島豪雨)を比較対象として,今回の豪雨の空間分布を明らかにした。これらの事例の累積雨量はどれも積乱雲が流下する方向に涙型のように広がっていく空間分布を示しており,これらの線状降水帯はすべて積乱雲を1地点から連続的に発生させて線状の形状になるバックビルディング現象によるものである。また,いずれも流下方向で大きい累積量を示している(図1 − 4)。
 

図1−4  線状降水帯2事例による累積雨量分布(左:平成27年関 東・東北豪雨  右:平成26年広島豪雨)2)




 
③レーダ雨量計と地上雨量計の比較
レーダ雨量計と地上雨量計のデータを用いて累積雨量の空間分布を比較した。その結果,C-Bandレーダの空間分布と同様に地上雨量計でも鬼怒川上流域で500mmを超える強い雨量を観測している。一方,下流側ではレーダ雨量計で400〜500mmの雨が観測された分布に地上雨量計では300〜400mmの雨が観測されるなど,地上雨量計に比べてC-Bandレーダの方が大きな雨量が観測されていた。
 
相対偏差からも鬼怒川上流域では0.1未満の観測所が多く,C-Bandレーダと地上雨量計とでは一致度が高かった。また,上流域と下流域とで平均の相対偏差を算出すると,それぞれ0.18,0.22であった。
 

1-4 観測所数と流域平均雨量・確率雨量

計画論では計画規模の設定に確率雨量の考え方を用いており,確率雨量は地上雨量観測値を基に算出されることから,地上雨量計による流域平均降雨量観測の精度について,雨量観測所数を変化させて検証した。その結果,地上雨量によって推定される流域平均降雨量の精度は観測所の数と関係があり,少ない観測所数から算出していた過去の流域平均雨量は観測所数が多い場合に比べて,不確実性が大きいことが推察された(図1 − 5)。
 

図1−5  流域平均雨量の各算出方法における総降雨量と観測所数 の関係2)




 
確率雨量の算出には地上雨量観測所による流域平均雨量が用いられているため,この流域平均雨量と確率年の関係を調べると,確率雨量も同様に分布することがわかった。河川整備基本方針の策定時に用いられた1936年から2002年までの流域平均雨量に今回の豪雨を加えた場合,確率紙は観測所数が増えるごとに左右非対称の分布から対称の分布へと変化し,確率雨量は1/100確率では360mmから約500mmに変化していることが明らかになった。
 
 

2. 降雨流出特性

2-1 鬼怒川の概要

鬼怒川と利根川の流域界を図2 − 1に示す。黒い線で囲まれた領域が利根川流域の流域界,赤い線で囲まれた領域が鬼怒川流域の流域界,青い線が河道網を示している。
 

図2−1 鬼 怒川流域の流域図2)




 
鬼怒川河道は,利根川との合流部から上流へ35kmから45km付近で川幅が急激に変化していることが特徴である(図2 − 2)。この地点では川幅,河床勾配,河床堆積物の粒径が変化しており,それにより洪水の流速や水位が変化し,特に45kmより下流では河床勾配が上流より緩やかになっていることから,相対的に上流域より水位が上昇する水理的特性があることがわかった。
 

図2−2  鬼怒川河道の川幅の縦断分布(利根川との合流部から上 流105kmの区間)2)




 

2-2 流出解析の方法

今回の洪水の降雨流出特性を明らかにするために,鬼怒川流域を含む利根川全流域を対象に流出計算を行った。石井地点は鬼怒川上流域の基準点であり,今回の洪水では主に石井地点と水海道地点の間で溢水が発生した(図2 − 3)。流出解析にあたり用いた降雨データ,流出モデル,河道計算式,粗度係数,河道断面,ダム放流操作,流出パラメータについては,最終報告書を参照されたい。
 

図2−3  流出計算を行った対象流域 図(石井地点,水海道地点を図示)2)




 

2-3 計算結果

石井地点(下流から75km)では,水位のピークの生起時間は計算値と観測値で約3時間の差があり(計算値の方が早い),水位のピーク値は計算値と観測値で80cmの差がある(計算値の方が低い)。一方,水海道地点(下流から11km)では水位のピークの生起時間は計算値と観測値で約1時間の差があり(計算値の方が早い),水位のピーク値は計算値と観測値で40cmの差がある。しかし,いずれも水位ハイドログラフの立ち上がり逓減部,グラフの波形はおおむね表現できている(図2 − 4)。
 

図2−4  観測水位と計算水位の比較。上図が石井地点(下流から 75km),下図が水海道地点(下流から11km)2)




 

2-4 ダムの効果が下流域に与える影響

鬼怒川流域に存在する湯西川ダム,五十里ダム,川俣ダム,川治ダムの4ダムが,ある場合とない場合で流出計算を行った。その結果,ダムの効果を考慮しない場合は,ダムの効果を考慮した場合と比べ,ピークの生起時間は1時間早くなり,ピーク水位の値は0.6m大きくなった(図2 − 5)。
 

図2−5  ダムの有無を考えた場合の鬼怒川観測水位と計算水位の 比較(水海道地点。上図がダム有り,下図がダムなし)2)




 
国土交通省関東地方整備局が行ったダムの有無による試算計算では,上流域の4ダムにより下流域(平方〜水海道)での水位は25〜56cmの水位低下効果があることされており,今回の解析結果とおおむね一致している。
 

2-5 水位の縦断分布

次に計算水位と観測水位の縦断分布から降雨流出特性について考察した。
 
鬼怒川の下流の地点では,観測水位が計画高水位(H.W.L.)を上回っている箇所と下回っている箇所があり,洪水が溢水している地点としてない地点の違いがある。これは,勾配の急激な変化,また河床を形成する土粒子等の河道の環境によるものと推察される。
 
ダムの有無については,ダムの効果を考慮しない方が水位の値は大きくなっているが,水位ハイドログラフの立ち上がり前ではダムの効果を考慮しない方が水位の値が低い。これは水位が上がり始めるとダムの効果が表れるということを示しており,ダムは洪水ピーク流量を貯留していると同時にピークの生起時間をずらす効果があるということがわかる。
 
 

3. 堤防破壊のメカニズム

3-1 治水の歴史,自然堤防

この地域の治水の歴史をひもといてみると,江戸時代の初期くらいまでは越水を前提とした低い堤防を造成し,上流からの肥沃な土砂が田畑に流れ込むことで開墾を進めていたが,江戸中期の吉宗将軍の頃になると,現在の形に近い強固な堤防で洪水を抑え込むようになっていった。堤防の構造や材質は,この地域の治水の歴史と深い関連があると考えられる。
 
堤防の破壊には,越水による場合と浸透による場合があるが,この流域では昭和61年に利根川水系の小貝川で,浸透による堤防破壊が起きている。今回,鬼怒川水系6河川で,決壊2か所,越水15か所,漏水21か所の被害が生じた。このうち漏水は浸透によるもので,そのいくつかには噴砂が認められた。堤防は内部の砂質土が粘性土で覆われた二重構造であり,堤体の内部に砂質土が多く含まれていたことが,今回の堤防破壊の要因として作用したのかどうか,検討する必要がある。現地の砂は非常に均質であった(図3 − 1)
 

図3−1  堤防決壊の1つの要因:均質な砂質土(国土交通省)1)




 
また,建物の基礎の沈下が顕著であり,いくつかの排水機場の基礎は約20〜30cm近くも沈下していた。この周辺の氾濫原の地盤は非常に軟弱で,もともと沈下が生じていた。このことが今回の被害にどのように影響したか,検討する必要がある。
 
若宮戸では2014年,従来からの自然砂丘が掘削されてソーラーパネルが設置されたポイントで溢水した。ここでは掘削前の自然砂丘の高さまで大型土のうが積まれていたが,今回はそれを50〜70cm上回る水位となった。
 
自然砂丘(自然堆積物)は意外に高く,昔から自然堤防の役割を果たしてきた。しかし,明治時代の最大標高と最新の標高を比べると,人工的に削られてきた結果,約10mも低くなっている。これは,筑波研究学園都市の造成などで細骨材として利用されるなど,建設活動に伴って低くなったと考えられる。下妻市でも無堤防区間があり,自然堤防の低い箇所から溢水している。
 

3-2 実験による破壊メカニズムの検証

鬼怒川の堤防の決壊箇所は,最終的に幅200mに及んだ。通常,堤防の破壊は川の流れに沿って下流方向に生じやすいが,今回は川の流れに対して垂直に発生した。11時10分頃に越水が始まり,12時50分頃に決壊した。裏法に2本の筋が出来て侵食が進み,そこに流れが集中してさらに侵食が進んだ。越流水深は20cmであった(図3 − 2)。
 

図3−2  上:堤防破壊の進行:9月10日(国土交通省),下:時系 列による越水状況(同)3)に加筆




 
国土交通省(鬼怒川堤防調査委員会)は,天端からの越水により,川裏の法尻部の粘性土が洗掘され,堤体の一部を構成する砂質土が流水で削られて流出した結果,堤防が破壊されたとの見解を示している(図3 − 3)。また,洗掘による砂質土の流出に加え,砂質土を被覆する粘性土の層厚によっては,浸透(piping)が越水による堤防破壊を助長した可能性もある。ただ,要因としては浸透よりは越水のほうが大きい。
 

図3−3  堤防決壊状況(国土交通省)1)




 
越水だけで堤防がどれくらい破壊されるかを調べるため,現地の堤防を1/4スケールで再現し,実験を行った(砂質土,高さ1m,1:2勾配,天端幅1m,天端アスファルト敷設あり/なし)。
 
その結果,天端アスファルトの有無で破壊の仕方がかなり変わることが明らかになった。天端にアスファルトがないと,裏法が勾配に平行に削られていくが,天端にアスファルトがあると,裏法が垂直に削られ,水が滝のように流れ落ちる。そして,天端の下の土が削られ始めると,次第にアスファルトも壊れ始める(図3 − 4)。
 

図3−4  越水実験の結果:天端の有無による侵食形状3)に加筆




 
アスファルトがある場合はない場合に比べて,堤防が破壊されるまでの時間が遅く,天端舗装の有意性が確認された。今後,越水に対して粘り強くするための本格的な補強方法を検討する必要がある。
 

3-3 噴砂発生箇所の探査結果

法尻の近傍など漏水箇所の一部では噴砂が認められ,踏んでみると,やや緩い印象があった。これらが過去に繰り返し発生したものかどうか,緩みや空洞はあるのか調査した。物理探査として電気探査(比抵抗法),表面波探査,加えて地中レーダ探査を行った。
 
電気探査の結果,深さ1〜2mのあたりで砂層が分布していることが判明した。また,表面波探査の結果,表層に目立つ色がある,すなわち緩い層に特有の数値が見られた。これらから,全域に亘り,深さ1〜2mに砂質層が分布していることが明らかになった(図3 − 5)。
 

図3−5  漏水区間の比抵抗および表面波探査結果3)に加筆




 
噴砂箇所に注水して注水前後の比抵抗変化の差分を検査したところ,緩い層に水が入り込むことが確認でき,上の結果と一致した。
 
噴砂のあった箇所に特別,何か異常があったわけではない。地中レーダ探査でも,局所的な緩みや空洞は発見できなかった。ただ,噴砂のあった箇所はなかった箇所に比べ,堤内地盤高が30〜40cm低かったので,このことが被害にどう影響したか解析する必要がある。
 

3-4 災害痕跡の検証

落堀(おっぽり)や洗掘領域などの災害痕跡から,破堤前にどんな現象が起きていたのか検証した。
 
過去のデータから見て,鬼怒川では破堤前に深さ2m,長さ10mくらいの落堀が5つくらい形成されたと考えられる。一般に,越流水深が深いときは「ひょうたん形」の大きい落堀が発生するが(東日本大震災で津波が遡上した阿武隈川の場合など),越流水深が浅いときは長手方向に小さな洗掘痕ができやすい。今回は,初期にたくさんできた小さな落掘が成長し,破堤して流れが集中し,結果的に複雑な洗掘痕ができた(図3 − 6)。
 

図3−6  災害痕跡としての落堀:複雑な洗掘形状3)に加筆




決壊後に形成された地形も,これと類似した数の流路が形成されている。洗掘領域が川側に掘れながら移動し,堤内側に流れが集中し流路が形成されたと解釈される。
 
今回の特徴は,鬼怒川も支川も含めて,越流が二股に分かれ,島状の地形が形成されていたこと。流速が遅く,よどんだ状態では,堤防の低い箇所から越水が生じると,破堤箇所が2箇所形成され,その間の堤体の一部が島状に残存していた(図3−7)。
 

図3−7  島状地形の形成(赤丸部分)3)に加筆




 
鬼怒川の破堤箇所でも破堤した当初は越流が二股に分かれていた。初期破堤幅は約20mで,鬼怒川の支川の破堤幅と一致する。支川では水位の低下が速いので,島状地形が残る形で破堤が生じたが,鬼怒川では川幅が広くて水位も下がらず,そのうち島状地形もなくなり,幅200mの大きな破堤となった。
 
 

4. 住民の避難行動

中央大学山田研究室では,常総市の住民の避難状況と日頃の防災意識の実態を明らかにするため,常総市内の浸水地区および避難勧告・指示が発令された地区の住民を対象として,空間的な人口分布がほぼ均等となるような間隔で自宅訪問によるヒアリング調査を実施した。
 
主な調査項目は,①浸水状況および避難状況,②災害情報及び避難情報の取得状況,③日頃の防災意識,④回答者属性の4項目約30問であり,516件の住民から回答を得た。以下,その一部を紹介する。
 
①災害発生時,約40%の住民は避難せずに自宅で過ごしていた(図4 − 1)。
 

図4−1  災害時の所在(N=489)2)




 
②避難せずに自宅で過ごした人の半数は自宅が浸水する心配はないと思っていた(図4 − 2)。
 

図4−2  避難せずに自宅で過ごした理由(複数回答可 N=212)2)




 
③避難所等へ避難した人は,自発的な判断よりも避難勧告・指示による誘導や家族・近所の人の勧めによって避難した人が多い(図4 − 3)。
 

図4−3  避難のきっかけ(複数回答可  N=300)2)




 
④多くの住民が「防災行政無線のスピーカー」から情報を入手している一方,その音声が「聞こえにくい」と回答した住民が多い(図4 − 4・5)
 

図4−4  災害時の住民の情報入手手段(複数回答可 N=516)2)

 

図4−5  避難情報がわかりにくかった理由( 複数回答可  N=187)2)




 
⑤「避難判断水位」という用語について,約74%の住人が意味を知らない。「氾濫危険水位」についても同傾向である(図4 − 6)。
 

図4−6 「 氾濫危険水位」の認知度(N=516)2)




 
⑥ハザードマップを日頃から見ている住民は早いタイミングで避難していた。一方で,常総市の約60%の住民がハザードマップを「知らない,見たことがない」という実態が明らかとなった(図4 − 7・8)。
 

図4−7  日頃のハザードマップの確認状況(複数回答可 N=516)2)

 

図4−8  ハザードマップを見たことがある人とそうでない人の避 難のきっかけ2)




 
【参考文献】
1) 国土交通省関東地方整備局(鬼怒川堤防調査委員会):
  『平成27年9月関東・東北豪雨』に係る洪水被害及び復旧状況等について,平成28年1月29日
2) 平成27年9月関東・東北豪雨による関東地方災害調査報告書,2015年関東・東北豪雨災害
  土木学会・地盤工学会合同調査団関東グループ,2016.3
3) 2015年関東・東北豪雨災害 土木学会・地盤工学会合同調査団関東グループ速報会
  当日配付資料,2015.12
 
 

【まとめにかえて】流域全体の自治体が連携し,地域住民と協働して治水のあり方を模索すべき

中央大学理工学部都市環境学科教授 山田 正

 
このたび,研究者や行政など多数の方々のご尽力により,報告書を仕上げることができましたが,取り組めば取り組むほど,新たな課題が次々に浮かんでくるように感じます。
 
今回,これらの解析を可能にした大きな要因のひとつは観測網の整備です。鬼怒川沿いの雨量計は,今では約100か所に設置され,国土交通省が50年かけて整備してきたレーダ雨量観測網は今では250mメッシュの分解能まで実現し,詳細なデータを蓄積しています。今後はレーダ観測の精度をより高めていく必要があります。
 
堤防が決壊した鬼怒川流域では,国土交通省や茨城県,常総市などが一体となって,平成32年までの間,ハード・ソフトの対策が行われます。ハード面は堤防のかさ上げや拡幅,河道掘削などにより,脆弱な堤防を「粘り強く」します。
 
ただ,堤防の整備は流域全体の視点で考える必要があります。川は上流から下流までつながっていますから,どこかを強化すれば,別の弱いところがやられてしまう可能性があります。
 
流域には複数の自治体が存在しますので,自治体同士でリスクを分担し合うことも必要です。堤防は下流から上流に向けて整備するのが原則ですから,下流での対策として,遊水地や雨水貯留浸透施設,雨水公共下水道などもありますが, やはり都市域ではスーパー堤防が必要ではないでしょうか。河道掘削した残土を有効活用し,天端を広げることで住民の一時避難場所にもなります(用地買収の課題は残りますが)。流域全体で協調して事業を進めていくことが大事です。
 
鬼怒川は,江戸時代から300回くらいの洪水を起こしています。昔から,この地域の住民は,住宅の地盤を土盛りしたり,家屋が洗掘で流されるのを屋敷林で防いだりなどしていましたが,わずか数十年の間で,堤防があるのだから浸水するはずがないという意識に変わってしまいました。
 
今後,今回のような降雨量があれば,堤防だけで洪水を抑えることは難しいかもしれません。流域が浸水した場合に,ある程度までの被害を許容するとしても,地域住民同士が合意を得るのは難しいでしょう。特に,流域に生産施設がある場合,最新の高価なIT機器を設置しているため浸水による損害額も莫大になりますから,洪水は絶対に起こしてはいけない。2011年のタイ・バンコク大洪水の際,複数の日本企業の工場が水没しましたが,それらの損害額の総額は約9,000億円と言われています(東日本大震災のうち福島第一原発関連を除いた損害補償額は約6,000億円)。
 
地域防災には住民参加が不可欠ですが,消防団も水防団も担い手が不足しています。消防団は「避難」が主で,土のうを積むのは水防団の役目です。豪雨の際は,迅速な避難も大事ですが,その前にまず土のうを積むことです。土のうを積むだけで20cm高くできます(今回の鬼怒川堤防の越流水深は約20cm)。自分の土地を守りたいなら,まずは土のうを積むということです。
 
また,その地域の自然災害の歴史について,学校の授業で教えるべきです。川には個性がありますので,その地域の自然地理を子どもの頃からよく理解しておくことが大事です。こうした過去の経験から,自然災害を生き延びる力,生き延びるための知恵を学んでほしいと思います。
 
自治体の首長は住民の命を守る責任を担うわけですから,防災に明るく熱心な人を選んでいただきたい。トップを補助するために,防災危機管理監のようなポストを設けるのもよいでしょう。
 
今回の報告書でも,避難指示の発令など常総市役所の対応が検証されていますが,全国的には常総市(人口約62,700人)と同程度ないしは規模の小さな自治体が大多数で,その多くは防災専任職員が不在と考えられますので,今回のような豪雨に襲われた場合,常総市の二の舞になる可能性は非常に高いと言えます。防災専任職員がいなくても,民間コンサルタントと契約する,防災関連シンポジウムを聴講する,他の自治体の取り組みを積極的に取り入れるなどして,前向きに取り組んでいただきたいと思います。(談)
 
 
 
【出典】


積算資料公表価格版2016年06月号_1

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

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