JP6635296B2

JP6635296B2 - 土石流発生予測システムおよび土石流発生予測方法

Info

Publication number: JP6635296B2
Application number: JP2016015929A
Authority: JP
Inventors: 厚樹由利; 清水　雄一; 雄一清水; 大輔家島
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: JP2017133302A

Description

本発明は、土石流発生を早期に予測するのに好適な土石流発生予測システムおよび土石流発生予測方法に関する。

人家に影響を及ぼす恐れのある土石流危険渓流は全国で約１８万箇所あり、土砂災害防止のために、ハード面だけでなく、ソフト面の対策として土砂災害予測手法の開発が求められている。

従来、土砂災害予測手法として、以下に示すものがある。
（１）下記の特許文献１記載の土砂災害危機管理システム
豪雨時等に、関係する行政機関が観測した情報（雨量計、土石流計および地すべり計による雨量、山体変位およびその加工データ等）を収集・管理し、インターネットを介して防災情報提供サイトや住民に提供する。
（２）下記の特許文献２記載の土砂災害監視システム
斜面崩壊の恐れのある山体をレーザー距離計および複数の反射板で監視し、相対変位から山体の変位量を確認する。
（３）下記の特許文献３記載の土砂災害予測システム
斜面崩壊の恐れのある山体をカメラで監視し、画像処理とＧＩＳ機能とを駆使して山体の変位量を立体的に確認する。
（４）下記の特許文献４記載の避難勧告判断支援システム
前兆現象による危険度レベルと降雨による危険度レベルとの組合せによって１ｋｍメッシュ内の総合的な危険度レベルを求める。
（５）下記の特許文献５記載の河川観測システム
土石流発生を正確に検知するために、水位計測部によって計測された水位が設定水位に達し、かつ、流速計測部により計測された流速が設定流速に達した場合に、制御部の判定処理部で土石流が発生したと判定し、その旨を示す警報信号を通信Ｉ／Ｆ部から通信回線を介して管理センタへ送信するとともに、カメラで得られた河川状況を示す画像データを管理センタへ送信する。

特開２００３−２４７２３８号公報特開２００３−３１５１１４号公報特開２００２−３６５３７２号公報特開２００８−１９８０７３号公報特開２００１−２４８１２９号公報

しかしながら、上記の特許文献１〜３記載の土砂災害予測手法は、土石流は山体変位が生じたのち直ぐに発生するため、山体変位を検知してから避難するまでの時間的余裕がほとんどないという問題や、雨量計で正確に雨量を測定するには周囲に樹木等のない場所に設置する必要があるため、土石流危険渓流等に設置できない場合があり、局所的な豪雨に対応できないという問題がある。

上記の特許文献４記載の土砂災害予測手法は、前兆現象の内容に応じた配点を設定し、避難単位別に通報された前兆現象情報を用いて算出される点数に基づいて前兆現象による危険度レベルを判定するとともに、通報のあった地区と近隣の地区では同様の前兆現象が発生している可能性があるため、通報のあった地区からある程度のバッファを設け、バッファ内の地区にも同様の得点を与えることにより設定するので（公報の段落００２３，００２４参照）、前兆現象による危険度レベルの設定が必ずしも正確でないという問題がある。

上記の特許文献５記載の土砂災害予測手法は、土石流発生を正確に検知するために、水位計測用の水位計測部、流速計測用の流速計測部および河川状況を示す画像データ取得用のカメラを設置する必要があるという問題がある。

本発明の目的は、水位計を設置するだけで土石流発生を早期に予測することができる土石流発生予測システムおよび土石流発生予測方法を提供することにある。

本発明の土石流発生予測システムは、土石流発生を予測するための土石流発生予測システム（１０）であって、渓流の下流域に設置された水位計（１１）と、該水位計によって計測された計測水位を送信するための通信装置（１２）と、該通信装置から送信されてくる前記計測水位のみに基づいて、発災から１時間以上前に土石流発生を予測するための予測装置（２０）とを具備し、前記予測装置が、前記計測水位に基づいて水位が最高水位（ＨＷＬ）に達した第１の時点（ｔ ₀ ）を検出し、前記第１の時点以降の前記計測水位に基づいて求めた所定の時間間隔毎の水位下降率（Ｒ _n ）で水位が下降したときの予測水位（ＰＷＬ _n ）が判定基準水位となる第２の時点（Ｔ）を求め、前記第２の時点が前記第１の時点から１時間以内であると「土石流が発生する」と判定することを特徴とする。
ここで、前記水位計が、ロッド型の土壌水分計であり、該土壌水分計のロッドの一部が、前記渓流の底の土壌に挿し込まれて固定されてもよい。
前記水位計が、前記渓流の他の河川との最終合流点と該渓流の前記下流域近傍の集落との間に設置されてもよい。
前記予測装置が、前記計測水位をリアルタイムで監視するとともに、該計測水位を水位メモリ（２３）に格納するための水位監視部（２２）と、外部から動作開始指令信号（Ｓａ）が入力されると、該動作開始指令信号が入力された時点以降の計測水位を前記水位メモリから読み出して、該読み出した計測水位に基づいて水位が最高水位（ＨＷＬ）に達した時点である最高水位時点（ｔ₀）を検出するとともに、前記水位メモリから読み出した該最高水位時点以降の計測水位に基づいて所定の時間間隔毎に水位下降率（Ｒ_n）求め、該求めた水位下降率で水位が下降したときの予測水位（ＰＷＬ_n）が判定基準水位となる時点である判定基準水位到達時点（Ｔ）を求めたのち、該求めた判定基準水位到達時点が前記最高水位時点から１時間以内であると土石流警報を発するように指示する警報発生指示信号（Ｓｂ）を出力するための土石流発生予測部（２４）と、該土石流発生予測部から前記警報発生指示信号が入力されると前記土石流警報を通知するための土石流警報発生部（２５）とを備えてもよい。
前記動作開始指令信号が、気象庁から大雨注意報や豪雨注意報が発せられると、前記予測装置に入力されてもよい。
前記水位監視部が、平常時の前記計測水位の平均値を求め、該求めた計測水位の平均値である平常時水位（ＮＷＬ）を前記水位メモリに格納し、前記判定基準水位が前記平常時水位とされてもよい。
本発明の土石流発生予測方法は、本発明の土石流発生予測システムを用いて、渓流の下流域の水位を計測し、該計測した水位である計測水位のみに基づいて、発災から１時間以上前に土石流発生を予測することを特徴とする。
ここで、気象庁から大雨注意報や豪雨注意報が発せられると、外部から前記動作開始指令信号（Ｓａ）を入力する第１のステップ（Ｓ１１）と、前記動作開始指令信号が入力されると、前記土石流発生予測部（２４）が、前記水位メモリ（２３）から該動作開始指令信号が入力された時点以降の計測水位を読み出したのち、該読み出した計測水位に基づいて水位が最高水位（ＨＷＬ）に達した時点である最高水位時点（ｔ₀）を検出する第２のステップ（Ｓ１２）と、前記土石流発生予測部が、前記水位メモリから読み出した前記最高水位時点以降の計測水位に基づいて所定の時間間隔毎に水位下降率（Ｒ_n）求める第３のステップ（Ｓ１３）と、前記土石流発生予測部が、前記水位下降率で水位が下降したときの予測水位（ＰＷＬ_n）が前記判定基準水位となる時点である判定基準水位到達時点（Ｔ）を求める第４のステップ（Ｓ１４）と、前記求めた判定基準水位到達時点が前記最高水位時点から１時間以内であるか否かを判定する第５のステップ（Ｓ１５）と、前記土石流発生予測部が、前記判定基準水位到達時点が前記最高水位時点から１時間以内であると、「土石流が発生する」と判定して、前記警報発生指示信号を出力する第６のステップ（Ｓ１６）とを具備してもよい。

本発明の土石流発生予測システムおよび土石流発生予測方法は、以下に示す効果を奏する。
（１）計測水位のみに基づいて発災から１時間以上前に土石流発生を予測することにより、水位計を設置するだけで土石流発生を早期に予測することができる。
（２）計測器として水位計のみを用いるため、設置が容易であるとともに、計測結果が樹木等に影響されないようにすることができる。
（３）土石流発生の前兆現象の定量的なリアルタイムモニタリングが可能である。
（４）現象のメカニズムや予測手法がシンプルであり、住民がシステムを理解し易い。

本発明の一実施例による土石流発生予測システム１０について説明するための図であり、（ａ）は土石流発生予測システム１０の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は土石流発生予測システム１０の動作について説明するための土石流が発生する前の豪雨による水位の変化の一例を示す図である。図１に示した土石流発生予測部２４の動作について説明するためのフローチャートである。土石流が発生しないときの豪雨による水位の変化の一例を示す図である。土石流が発生する前の豪雨による水位の変化の一例を示す図である。

上記の目的を、渓流の下流域に設置した水位計によって計測した計測水位のみに基づいて発災から１時間以上前に土石流発生を予測することにより実現した。

以下、本発明の土石流発生予測システムおよび土石流発生予測方法の実施例について図面を参照して説明する。
本発明の土石流発生予測システムおよび土石流発生予測方法は、土石流が起こる際の前兆現象の一つに「降雨があるのに水位が急激に低下する」という水位の挙動があり、この前兆現象は山腹崩壊による天然ダムの形成によって引き起こされるとされている点と、図４に一例を示すように豪雨による水位の上昇は発災の２時間以上前に確認されているとともに天然ダムによる水位の急激な低下は発災の１時間前までに確認されている点と、発災の１時間前であれば避難するのに十分な時間的余裕がある点とに着目して、「豪雨で水位が上昇したのちに天然ダムで渓流が堰き止められて水位が急激に低下する」という水位のアップダウンを水位計で水位を計測することによって監視し、水位計で計測した水位のみに基づいて発災から１時間以上前に土石流発生を予測することを特徴とする。

そのため、本発明の一実施例による土石流発生予測システム１０は、図１（ａ）に示すように、水位計１１と、水位計１１に接続された通信装置１２と、予測装置２０とを具備する。

ここで、水位計１１としては、平常時には渓流に流水がない場合も想定されることから、ロッド型の土壌水分計（導電率測定型）を用いて、土壌水分計のロッドの一部を渓流の底の土壌に挿し込んで固定するのが好ましい。
また、水位計１１は、雨量計のように計測結果が樹木等に影響されることを防止するために、渓流の下流域（好ましくは、他の河川との最終合流点と下流域近傍の集落との間）に設置する。
水位計１１によって計測された水位（以下、「計測水位」と称する。）は、予測装置２０において連続してリアルタイムにモニタリングするために、通信装置１２を介して予測装置２０に送信される。

予測装置２０は、水位計１１によって計測された計測水位のみに基づいて発災から１時間以上前に土石流発生を予測するためのものであり、送受信部２１と、水位監視部２２と、水位メモリ２３と、土石流発生予測部２４と、土石流警報発生部２５とを備える。

ここで、送受信部２１は、無線または有線等で通信装置１２と相互接続されているとともに、インターネット通信網等を介して防災情報提供サイトや住民の携帯端末等と相互接続されている。

水位監視部２２は、水位計１１から通信装置１２および送受信部２１を介して入力される計測水位をリアルタイムで監視するとともに、計測水位を水位メモリ２３に格納するためのものである。
また、水位監視部２２は、平常時の計測水位の平均値を例えば１日毎に求め、求めた計測水位の平均値（以下、「平常時水位ＮＷＬ」と称する。）を水位メモリ２３に格納する。

土石流発生予測部２４は、外部から動作開始指令信号Ｓａが入力されると、水位メモリ２３からその時点以降の計測水位および判定基準水位を水位メモリ２３から読み出して、読み出した計測水位および判定基準水位（例えば、平常時水位ＮＷＬ）に基づいて土石流の前兆現象を定量的に把握して、土石流が発生するか否かを判定するためのものである。
土石流発生予測部２４は、「土石流が発生する」と判定すると、「土石流が発生する可能性がある」旨を示す土石流警報を発するように指示する警報発生指示信号Ｓｂを土石流警報発生部２５に出力する。

土石流警報発生部２５は、警報発生指示信号Ｓｂが土石流発生予測部２４から入力されると、土石流警報を防災情報提供サイトや住民の携帯端末等に送信するように送受信部２１に指示する。

次に、土石流発生予測部２４の動作について、図１（ｂ），図２および図３を参照して説明する。
なお、以下では、判定基準水位を平常時水位ＮＷＬとして説明する。

気象庁等から大雨注意報や豪雨注意報等が発せられると、予測装置２０と相互接続された端末装置等から動作開始指令信号Ｓａが土石流発生予測部２４に入力される（ステップＳ１１）。

土石流発生予測部２４は、動作開始指令信号Ｓａが入力されると、水位メモリ２３からその時点以降の計測水位およびその時点の平常時水位ＮＷＬを読み出すとともに、読み出した計測水位に基づいて水位が最高値（以下、「最高水位ＨＷＬ」と称する。）に達した時点ｔ₀（以下、「最高水位時点ｔ₀」と称する。）を検出する（ステップＳ１２）。

土石流発生予測部２４は、最高水位時点ｔ₀を検出すると、水位メモリ２３から読み出した最高水位時点ｔ₀以降の計測水位に基づいて３分（所定の時間間隔）毎の計測水位（以下、最高水位時点ｔ₀から３×ｎ分（ｎは整数）経過後の計測水位を「第ｎの計測水位ＷＬ_n」と称する。）の差分値を算出し、算出した差分値に基づいて第ｎの水位下降率Ｒ_nを求める（ステップＳ１３）。
例えば、
第１の水位下降率Ｒ₁＝最高水位ＨＷＬ−第１の計測水位ＷＬ₁
第２の水位下降率Ｒ₂＝第２の計測水位ＷＬ₂−第１の計測水位ＷＬ₁

続いて、土石流発生予測部２４は、求めた第ｎの水位下降率Ｒ_nで水位が下降したときの第ｎの予測水位ＰＷＬ_nが平常時水位ＮＷＬ（判定基準水位）となる時点Ｔ（以下、「判定基準水位到達時点Ｔ」と称する。）を求めたのち、求めた判定基準水位到達時点Ｔが最高水位時点ｔ₀から１時間以内であるか否かを判定する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。
その結果、判定基準水位到達時点Ｔが最高水位時点ｔ₀から１時間以内でない場合には、ステップＳ１３からの動作を繰り返す。

一方、判定基準水位到達時点Ｔが最高水位時点ｔ₀から１時間以内である場合には、「土石流が発生する」と判定して、「土石流が発生する可能性がある」旨を示す土石流警報を発するように指示する警報発生指示信号Ｓｂを土石流警報発生部２５に出力する（ステップＳ１６）。

これにより、例えば図４に示したような土石流が発生する前の豪雨による水位の変化があった場合には、最高水位ＨＷＬと最高水位時点ｔ₀から３分後の第１の計測水位ＷＬ₁との差分値（＝ＨＷＬ−ＷＬ₁）に基づいて求めた第１の水位下降率Ｒ₁で水位が下降したときの第１の予測水位ＰＷＬ₁が平常時水位ＮＷＬ（判定基準水位）となる時点ｔ₁（＝判定基準水位到達時点Ｔ）は最高水位時点ｔ₀から１時間以内とならないため（図１（ｂ）に一点鎖線で示した直線参照）、最高水位時点ｔ₀から３分経過後には、土石流発生予測部２４は「土石流が発生する」とは判定しない。
しかし、最高水位時点ｔ₀から３分後の第１の計測水位ＷＬ₁と最高水位時点ｔ₀から６分後の第２の計測水位ＷＬ₂との差分値（＝ＷＬ₁−ＷＬ₂）に基づいて求めた第２の水位下降率Ｒ₂で水位が下降したときの第２の予測水位ＰＷＬ₂が平常時水位ＮＷＬ（判定基準水位）となる時点ｔ₂（＝判定基準水位到達時点Ｔ）は最高水位時点ｔ₀から１時間以内になるため（図１（ｂ）に二点鎖線で示した直線参照）、最高水位時点ｔ₀から６分経過後に、土石流発生予測部２４は「土石流が発生する」と判定する。
その結果、計測水位のみに基づいて発災から１時間以上前に土石流発生を予測して、避難するのに十分な時間的余裕をもって「土石流が発生する可能性がある」旨を通知することができる。

また、気象庁等から大雨注意報や豪雨注意報等が発せられても土石流が発生しない場合には、図３に一例を示すように水位は最高水位ＨＷＬに達したのち徐々に下降しながら平常時水位ＮＷＬ（判定基準水位）になるため、判定基準水位到達時点Ｔが最高水位時点ｔ₀から１時間以内となることはない（図３に一点鎖線で示した直線参照）。
その結果、このような場合に予測装置２０が「土石流が発生する可能性がある」旨を通知することはないため、誤警報を発することを防止できる。

以上の説明では、気象庁等から大雨注意報や豪雨注意報等が発せられ際に動作開始指令信号Ｓａを予測装置２０の土石流発生予測部２４に入力したが、気象庁等からの大雨注意報や豪雨注意報等に応答して動作開始指令信号Ｓａを土石流発生予測部２４に自動的に入力するようにしてもよい。
また、所定の時間間隔を３分間隔としたが、任意の秒単位または分単位間隔としてもよい。
さらに、判定基準水位を平常時水位ＮＷＬとしたが、これ以外の水位（例えば、水位＝０）としてもよい。

１０土石流発生予測システム
１１水位計
１２通信装置
２０予測装置
２１送受信部
２２水位監視部
２３水位メモリ
２４土石流発生予測部
２５土石流警報発生部
ＨＷＬ最高水位
ＮＷＬ平常時水位
ＰＷＬ_n 第ｎの予測水位
ＷＬ_n 第ｎの計測水位
Ｒ_n 第ｎの水位下降率
Ｓａ動作開始指令信号
Ｓｂ警報発生指示信号
ｔ₀ 最高水位時点
ｔ₁，ｔ₂ 時点
Ｔ判定基準水位到達時点
Ｓ１１〜Ｓ１６ステップ

Claims

土石流発生を予測するための土石流発生予測システム（１０）であって、
渓流の下流域に設置された水位計（１１）と、
該水位計によって計測された計測水位を送信するための通信装置（１２）と、
該通信装置から送信されてくる前記計測水位のみに基づいて、発災から１時間以上前に土石流発生を予測するための予測装置（２０）とを具備し、
前記予測装置が、
前記計測水位に基づいて水位が最高水位（ＨＷＬ）に達した最高水位時点（ｔ ₀ ）を検出し、
前記最高水位時点以降の前記計測水位に基づいて求めた所定の時間間隔毎の水位下降率（Ｒ _n ）で水位が下降したときの予測水位（ＰＷＬ _n ）が判定基準水位となる判定基準水位到達時点（Ｔ）を求め、
前記判定基準水位到達時点が前記最高水位時点から１時間以内であると「土石流が発生する」と判定する、
ことを特徴とする、土石流発生予測システム。
前記水位計が、ロッド型の土壌水分計であり、
該土壌水分計のロッドの一部が、前記渓流の底の土壌に挿し込まれて固定される、
ことを特徴とする、請求項１記載の土石流発生予測システム。
前記水位計が、前記渓流の他の河川との最終合流点と該渓流の前記下流域近傍の集落との間に設置されることを特徴とする、請求項１または２記載の土石流発生予測システム。
前記予測装置が、
前記計測水位をリアルタイムで監視するとともに、該計測水位を水位メモリ（２３）に格納するための水位監視部（２２）と、
外部から動作開始指令信号（Ｓａ）が入力されると、該動作開始指令信号が入力された時点以降の計測水位を前記水位メモリから読み出して、該読み出した計測水位に基づいて水位が最高水位（ＨＷＬ）に達した時点である最高水位時点（ｔ₀）を検出するとともに、前記水位メモリから読み出した該最高水位時点以降の計測水位に基づいて所定の時間間隔毎に水位下降率（Ｒ_n）求め、該求めた水位下降率で水位が下降したときの予測水位（ＰＷＬ_n）が判定基準水位となる時点である判定基準水位到達時点（Ｔ）を求めたのち、該求めた判定基準水位到達時点が前記最高水位時点から１時間以内であると土石流警報を発するように指示する警報発生指示信号（Ｓｂ）を出力するための土石流発生予測部（２４）と、
該土石流発生予測部から前記警報発生指示信号が入力されると前記土石流警報を通知するための土石流警報発生部（２５）と、
を備えることを特徴とする、請求項１乃至３いずれかに記載の土石流発生予測システム。
前記動作開始指令信号が、気象庁から大雨注意報や豪雨注意報が発せられると、前記予測装置に入力されることを特徴とする、請求項４記載の土石流発生予測システム。
前記水位監視部が、平常時の前記計測水位の平均値を求め、該求めた計測水位の平均値である平常時水位（ＮＷＬ）を前記水位メモリに格納し、
前記判定基準水位が前記平常時水位とされる、
ことを特徴とする、請求項４または５記載の土石流発生予測システム。
請求項４乃至６いずれかに記載の土石流発生予測システムを用いて、渓流の下流域の水位を計測し、該計測した水位である計測水位のみに基づいて、発災から１時間以上前に土石流発生を予測することを特徴とする、土石流発生予測方法。
気象庁から大雨注意報や豪雨注意報が発せられると、外部から前記動作開始指令信号（Ｓａ）を入力する第１のステップ（Ｓ１１）と、
前記動作開始指令信号が入力されると、前記土石流発生予測部（２４）が、前記水位メモリ（２３）から該動作開始指令信号が入力された時点以降の計測水位を読み出したのち、該読み出した計測水位に基づいて水位が最高水位（ＨＷＬ）に達した時点である最高水位時点（ｔ₀）を検出する第２のステップ（Ｓ１２）と、
前記土石流発生予測部が、前記水位メモリから読み出した前記最高水位時点以降の計測水位に基づいて所定の時間間隔毎に水位下降率（Ｒ_n）求める第３のステップ（Ｓ１３）と、
前記土石流発生予測部が、前記水位下降率で水位が下降したときの予測水位（ＰＷＬ_n）が前記判定基準水位となる時点である判定基準水位到達時点（Ｔ）を求める第４のステップ（Ｓ１４）と、
前記求めた判定基準水位到達時点が前記最高水位時点から１時間以内であるか否かを判定する第５のステップ（Ｓ１５）と、
前記土石流発生予測部が、前記判定基準水位到達時点が前記最高水位時点から１時間以内であると、「土石流が発生する」と判定して、前記警報発生指示信号を出力する第６のステップ（Ｓ１６）と、
を具備することを特徴とする、請求項７記載の土石流発生予測方法。