土砂管理研究グループ A15-1509 雪崩・地すべり研究センター Snow Avalanche and Landslide Research Center EROSION AND SEDIMENT CONTROL RESEARCH GROUP 数値シミュレーションを用いた 合理的な雪崩防護施設設計諸元の設定手法に関する研究 Techniques for Setting Specifications for Designing Rational Avalanche Protection Structures Using a Numerical Simulation 雪崩防護施設を設計する際、現行の設計指針に基づくと雪崩の想定規模が大きくなるため、施設の規模が過 大になる傾向にあります。雪崩・地すべり研究センターでは、合理的かつ効果的な設計手法の開発を目指し、 数値シミュレーション技術を雪崩対策に適応させる研究に取り組んでいます。 雪崩防護柵の例 Example of an avalanche protective fence Avalanche protection structures that are designed based on the current design guideline tend to be excessively large, because the avalanche scale assumed under that guideline tends to be excessive. Toward developing rational design techniques, the Snow Avalanche and Landslide Research Center has been applying numerical simulation techniques to avalanche countermeasure studies. 大規模斜面における雪崩対策施設 雪崩防護施設設計における課題 Avalanche control structures for large slopes Tasks in designing avalanche protection structures 雪国には、現在でも雪崩対策を必要とする斜面が多く残され、雪崩対策施設の建 設が進められています。大規模斜面における雪崩対策施設として、雪崩予防柵など の発生区対策（写真１） よりも、雪崩防護柵等の走路・堆積区対策（写真２）の方が コストや自然環境への影響、施工性などにおいて有利となる場合があります。 Snowy regions have many slopes that require avalanche control measures, and the construction of avalanche control structures has been promoted. Avalanche control structures such as arresters for controlling avalanches in their tracks or runout zones (Photo 2) are often more cost-efficient and nature-conserving than such structures in the starting zone (Photo 1). 現在用いられている雪崩高さの設定手法は経験則（図1）に基づきます。 しかし、地形変化 に伴う雪崩高さを求めることができないため、雪崩高さを考慮した雪崩防護施設の最適な設 置箇所を検討することができない等の課題があります。 そこで、土石流や地すべりなどを対象 とした分野で発展がみられる数値シミュレーション技術を雪崩防護施設の設計に適応させる 研究に取り組みました（図2）。 The currently used technique for setting the avalanche height is based on an empirical rule (Fig. 1). It is not possible to obtain the avalanche height for complicated topography by using current techniques. The issue is how to examine the optimum installation locations for avalanche protection facilities based on the avalanche height determined for the actual site. To address such issue, we conducted research on how to apply a numerical simulation that was developed for debris flow and mudslide prevention to the design of avalanche facilities (Fig. 2). 発生点 Starting point 防護柵 Protective fence h ho （発生層厚） original height p h: height p: pressure s: slope distance ho: original height s h=ho+S/100(m) 例えば ho＝1m,S＝1000mの場合→h=11m 5 4 3 2 1 0 For example, if the avalanche layer thickness at the starting point is 1 m and the track distance between the starting point and the fence is 1,000 m, then the avalanche layer thickness upon arrival at the fence will be 11 m. ▲写真１. 雪崩予防柵の施工例 Photo 1. Supporting structures ▲図１. 現在の雪崩高さ （h）の設定方法。 流下距離に比例して増加 ▲写真２. 雪崩防護柵の施工例 Fig. 1 Current technique for setting the avalanche height (h) The height increases with the distance of avalanche flow. Photo 2. Protection structure 数値シミュレーションによる雪崩の再現 (m) ▲図２. 数値シミュレーションによる 雪崩高さの計算例 Fig. 2 Example of determining avalanche height by numerical simulation 数値シミュレーションを活用した検討例 Reproduction of avalanches using numerical simulation Example of examination using numerical simulation 砂防分野で用いられている連続体モデルをベースにした雪崩数値シミュレーションを開発し、 大規模雪崩事例（図３）への適応性を検証しました。その結果、大規模雪崩の流下範囲と、谷幅 や屈曲等の地形に伴う雪崩高さの変化をおおむね再現することが可能となりました。ただし、乾 雪雪崩の場合、雪崩高さを低く見積もる場合（図４）がありますが、雪崩密度の適切な設定によ り、雪崩高さの再現性を向上することができます。 We developed a numerical simulation program based on the continuum model which is used in soil erosion control, and we verified its applicability to large-scale avalanches (Fig. 3). As the result of the verification, it has become possible to roughly reproduce the range of a large-scale avalanche flow and the change in avalanche height that is associated with topography, such as the width and curves of the valley. However, in some cases of dry-snow avalanches, the avalanche height is underestimated (Fig. 4). Reproducibility of the avalanche height for dry-snow avalanches can be improved by appropriately setting the avalanche density. 数値シミュレーション結果を基に、雪崩防護施設の設置位置や高さを設定する ことが可能になると考えられます。例えば、雪崩流下範囲で地形変化により雪崩 が高くなる箇所や谷幅が広い箇所は、施設の規模が大きくなるので設置を避け る等を検討を行うことができます （図５）。 Based on numerical simulation, it is thought that setting of the installation location and the height of the avalanche protection structure are possible. For example, an appropriate installation location can be selected by avoiding locations where the topographic conditions make a large-scale avalanche protection structure unnecessary (Fig. 5). A large-scale structure is necessary at locations in the range of the avalanche flow where the avalanche height becomes great for topographic reasons and at locations where the valley is wide. H[m] 面的な流下経路・雪崩高さの 算出例 A 12 9 An example for obtaining the spacial extent of an avalanche track and height 地表 雪崩の高さ Ground surface Avalanche height 2 幅は狭いが雪崩高さが高い →× 施設設置に適さない箇所 Snow surface 1080 枝折れ高 Height of broken branches (d)9.0m 1050 1040 ▲図３. 雪崩高さの目安となる樹木の 破損状況 Fig. 3 Broken trees from which the avalanche height can be estimated (a)16.8m The avalanche flow is narrow and not high. Recommended installation location 最大層厚 :7.74m Max. layer thickness of avalanche 1030 1020 幅が狭くて雪崩高さが低い →○推奨される施設設置箇所 (b)17.0m 0 20 40 60 80 1800 ▲図４. 雪崩走路における横断面上の雪崩 高さの計算値と枝折れ高の実測値の比較例 Fig. 4 Example of comparison between the calculated avalanche height in the cross-section of the avalanche track and the height of broken tree branches in the avalanche track Continuum model 縦断地形 1600 100 120 140 160 180 200 A’ 連続体モデル 1700 (m) The avalanche height in this section is overestimated by the conventional technique. Longitudinal profile of the area 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 従来手法 A 0 Conventional technique 200 400 600 800 A’ 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 水平距離 (m) Avalanche height along the A-A´ cross-section The avalanche track 1080 The avalanche height in this section is underestimated by the conventional technique. A−A´ 断面の雪崩高さ Height of broken branches 雪崩流路 従来手法ではこの区間の 雪崩高さを過少評価 従来手法ではこの区間の 雪崩高さを過大評価 (c)15.6m Elevation 枝折れ高 標高 (m) Elevation 1070 0.1 The avalanche flow is narrow and high. A location that is inappropriate for installation of the structure 標高 (m) Trees whose branches were broken off along the border of the avalanche track 6 4 雪面 雪崩流路辺縁部の枝折れ木 8 Horizontal distance ▲図５. 数値シミュレーションを用いた雪崩防護施設の設置箇所に関する検討例 Fig. 5 Example of examination of the installation location for an avalanche protection structure using numerical simulation 国立研究開発法人 土木研究所 土砂管理研究グループ 雪崩・地すべり研究センター Snow Avalanche and Landslide Research Center
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