分布型流出モデルによる荒川の洪水リスク評価

分布型流出モデルによる荒川の洪水リスク評価
*1今北詠士，1齋藤龍生，2加藤雅也， 2坪木和久，3立川康人，4中北英一
1東京海上研究所，2名古屋大学水循環環境研究センター，3京都大学大学院工学科， 4京都大学防災研究所
E-mail: [email protected]
2. 本研究の背景と目的
1. はじめに
損害保険会社にとって、自然災害は経営に
大きな影響を及ぼすリスクの一つであり、そ
の中でも洪水は台風や豪雪と並ぶ重大なリ
スクである。
その洪水リスクが気候変動に伴いどのよう
に変化するのか定量的に評価するため、名
古屋大学水循環研究センターおよび京都大
学防災研究所と共同で研究を開始した。
日本の河川の中でも、特に荒川および淀川
の流域には洪水によって損害を被る可能性
のある資産（住宅や企業のビル、工場など）
が集中している。今回は、荒川において計
画高水流量を超える水量が流れた場合の
浸水域マップについて発表する。
ルーベンカトリック大学の調査によれば、 1990年～2011年に
おける世界の自然災害による経済的損失は年平均900億米ド
ルに上り、その内訳はアジアが最大で約500億米ドル、次いで
アメリカが約300億米ドル、欧州が約100億米ドルとなっている。
自然災害による経済的損失のうち、地震、台風、洪水で約
90％を占める。その中でも洪水は、年間約215億米ドルの経済
的損失があり、自然災害全体の約25％を占める。
2011年のタイの洪水では、日本の損害保険業界でも合計支払
保険金は5,000億円以上、また、2000年に愛知県で発生した
東海豪雨では1,000億円以上である。
このように、洪水リスクも高額な保険金支払い（または経済損
失）につながることから、従来の台風に加え、洪水リスクが気
候変動に伴いどのように変化するのかを定量的に評価するた
め本研究をスタートした。
図1、全国51地点の大雨の頻度分布（出典:気象庁）
3. 予測手法
 全球数値モデルHydroSHEDSの標高データ（空間分解能30秒、約1㎞）を用いて、グリッドごとに周り8方向のうち
の最急勾配方向を流水方向として定め、それに従って流れを追跡する。
 流量の算出にあたっては、中間流・地表面流統合型キネマティックウェーブモデルを採用した。また、流量計算に
用いる流量・流積計算式には、立川らが中間流・地表面流モデルを拡張し開発した、下記関係式を用いた。
q = v𝐷𝑚 (ℎ/𝐷𝑚 )𝛽
（不飽和流）
q = v𝐷𝑚 + 𝑎 ℎ − 𝐷𝑚 （中間流）
q = v𝐷𝑚 + 𝑎 ℎ − 𝐷𝑚 + 𝛼 ℎ − 𝐷𝑎
𝑚
（地表面流）
式中のqは流量、h，𝐷𝑚 ，𝐷𝑎 は流積、vはマトリックス部の実質の飽和透水係数と斜面勾配の積、βは体積含水
率の減少に伴う、不飽和時の実質の透水係数の減少の程度を表すパラメータである。
図2、飽和・不飽和を考慮した流量・流積の関係式
4. 流量計算結果
9000
2007年台風9号時に観測されたレーダーアメダスのデータを用いて、観測流量に合うようにSCE-UA法を用い、
係数をチューニングした再現実験を行った。（観測：黄色線、レーダーアメダス：青色線）再現した結果は図3の通
り、観測流量を上手く再現できている。
その再現実験で得られた係数を用いて、名大CReSSモデルの降水量で流量をシミュレーションした。（橙色線）
CReSSを用いた降水量の再現結果が良かったことから、この実験においても流量が上手く再現できていることが
わかる。
また、荒川の計画高水流量が7,000㎥/sであることから、この基準を超える流量を同様の波形で再現した。（緑
色線）本流量波形を用いて、次の通り氾濫シミュレーションを実施したので、報告する。
8000
reader
7000
CReSS(現在気候下)
6000
5000
計画高水量を超える流量
観測
4000
3000
2000
1000
0
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94
5.氾濫シミュレーション結果
流量計算結果のうち、観測（黄色線）および計画高水流量（緑色線）を用いて、河口から10kmおよび20
㎞の地点で破堤し氾濫した場合のシナリオは以下の通りである。図4および図5で下流付近で浸水深が
深くなっており、上流域で浸水面積が広がっている。図5の左図・右図を比較すると、河川の近い付近で
浸水深がかなり深くなっていることがわかる。図6の越水シナリオでは、両岸ともに、越水した後も河川の
河道に沿って下流部に流れている。これは、河川敷に沿って水が流出しているためである。河川敷きを
流れる水量は河道に戻るため、上流域で河川流量が大きく減少することなく、下流域の水量にほとんど
変化はない。
氾濫計算は以下のような過程で計算をしている。
○破堤シナリオの計算過程
河川の破堤確率が最も高くなるのは、河川流量が最大となる時間であることから河川流量のピークの時
刻を破堤時刻とする。流出量は以下の式の通りである。
流出量 = （河川流量 – 破堤敷高流量） × 50％
○越水シナリオの計算過程
上流域で河道が狭い領域を越水地点とし、流出量は以下の式の通りである。
流出量 = 河川流量－堤防の高さに達した時の流量
図3：2007年台風9号上陸時の荒川における流量（東京都岩淵付近）
図4：荒川の河口から約20㎞の地点での浸水想定
（左：観測流量を用いた場合、右：計画高水流量を超えた場合）
6. 今後の課題
今回のシミュレーションは2007年台風9号時の降水を用いて流量を再現し、また、その流量波形を用い
て、計画高水流量を超えた時のシナリオを仮定して破堤・越水させたものである。
したがって、このシミュレーションのような事例の発生確率が、温暖化に伴いどのように変化するのか定
量的な分析までは実施していない。
年確率降水量や過去の災害時の降水分布を用いて、降水量の確率評価を行うとともに、名大CReSSモ
デルを用いて、温暖化の定量的な影響評価を実施していきたい。
また、今回の対象流域は荒川であったが、今後は、洪水被害が甚大になると予想される淀川や木曽3
川などの流出モデルも構築し、温暖化の影響評価を試みる。
図5：荒川の河口から約10kmの地点での浸水想定
（左：観測流量を用いた場合、右：計画高水量を超えた場合）
References
椎葉充晴，立川康人，市川温：水文学・水工計画学
京都大学学術出版会，2013.
水文・水資源学研究室 : 1k-ERM/DHM
http://hywr.kuciv.kyoto-u.ac.jp/products/1K-DHM/1K-DHM.html
図6：荒川の上流地点での越水想定
（左：右岸で越水した場合、右：左岸で越水した場合）

Download Report