特許 7260374 土石流の発生危険度評価方法、及び土石流の発生危険度評価プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-10

(45)【発行日】2023-04-18

(54)【発明の名称】土石流の発生危険度評価方法、及び土石流の発生危険度評価プログラム

(51)【国際特許分類】

   E02D 17/20 20060101AFI20230411BHJP

   B61L 23/00 20060101ALI20230411BHJP

【ＦＩ】

E02D17/20 106

B61L23/00 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019071330

(22)【出願日】2019-04-03

(65)【公開番号】P2020169489

(43)【公開日】2020-10-15

【審査請求日】2022-02-10

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390023249

【氏名又は名称】国際航業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】大木 基裕

(72)【発明者】

【氏名】新海 英昌

(72)【発明者】

【氏名】林 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】舟橋 秀麿

(72)【発明者】

【氏名】浅野 嘉文

(72)【発明者】

【氏名】宮田 直樹

(72)【発明者】

【氏名】原口 勝則

(72)【発明者】

【氏名】横田 諭

(72)【発明者】

【氏名】澤村 朱美

【審査官】小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１５０８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】布川修、太田直之、石川智史，地形を考慮した土石流の発生危険性評価，鉄道総研報告，日本，公益財団法人 鉄道総合技術研究所，2013年11月，第27巻、第11号，第35－40頁

【文献】芦田和男、高橋保、澤井健二，土石流危険度の評価法に関する研究，京都大学防災研究所年報，日本，京都大学防災研究所，1978年04月，第21号B-2，第423－439頁

【文献】原田紹臣、中谷加奈、里深好文，山地河川における河道幅の推定方法に関する提案，砂防学会研究発表会概要集，日本，公益社団法人 砂防学会，2014年，P2-62，第B396－B397頁

【文献】鈴木博人、中北英一、高橋日出男，レーダー雨量の列車運転規制への活用に関する研究，土木学会論文集B1（水工学），日本，公益社団法人 土木学会，2017年03月，第73巻、第3号，第54－70頁

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ １７／２０

Ｂ６１Ｌ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

渓流域に含まれる流路を分割した複数のメッシュの勾配及び集水面積から前記複数のメッシュごとに限界表面流量を算出する工程と、
雨量と前記集水面積とに基づいて、前記複数のメッシュごとに表面水流量を算出する工程と、
閾値を決定する工程と、
前記複数のメッシュの前記限界表面流量と前記表面水流量とに基づいて、前記渓流域における鉄道車両の運行規制を判断する工程と、
を備え、
前記判断する工程では、前記限界表面流量に対する前記表面水流量の比である危険度が前記閾値以上の場合に、前記鉄道車両の運行を規制し、
前記閾値を決定する工程は、
土石流の発生が予測される雨量を用いて前記複数のメッシュごとに第１予測危険度を算出する工程と、
前記閾値として、前記第１予測危険度の最小値を設定する工程と、
土石流が実際に前記鉄道車両の路線に到達したときの雨量を用いて前記複数のメッシュごとに第２予測危険度を算出する工程と、
前記第２予測危険度が設定された前記閾値以上となる時刻が、実際に発生した土石流が前記路線に到達した時刻よりも前であることを確認する工程と、
を含む、土石流の発生危険度評価方法。

【請求項2】

請求項１に記載の土石流の発生危険度評価方法であって、
前記表面水流量を算出する工程では、前記雨量として現在の雨量を用いる、土石流の発生危険度評価方法。

【請求項3】

渓流域に含まれる流路を分割した複数のメッシュの勾配及び集水面積から前記複数のメッシュごとに限界表面流量を算出するステップと、
雨量と前記集水面積とに基づいて、前記複数のメッシュごとに表面水流量を算出するステップと、
閾値を決定するステップと、
前記複数のメッシュの前記限界表面流量と前記表面水流量とに基づいて、前記渓流域における鉄道車両の運行規制を判断するステップと、
をコンピュータに実行させ、
前記判断するステップでは、前記限界表面流量に対する前記表面水流量の比である危険度が前記閾値以上の場合に、前記鉄道車両の運行を規制し、
前記閾値を決定するステップは、
土石流の発生が予測される雨量を用いて前記複数のメッシュごとに第１予測危険度を算出するステップと、
前記閾値として、前記第１予測危険度の最小値を設定するステップと、
土石流が実際に前記鉄道車両の路線に到達したときの雨量を用いて前記複数のメッシュごとに第２予測危険度を算出するステップと、
前記第２予測危険度が設定された前記閾値以上となる時刻が、実際に発生した土石流が前記路線に到達した時刻よりも前であることを確認するステップと、
を含む、土石流の発生危険度評価プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、土石流の発生危険度評価方法、及び土石流の発生危険度評価プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

渓流域では、集中豪雨等によって短期間の雨量が大きくなると、渓流における堆積土砂の流動による渓床流動型土石流が発生する。この土石流が渓流の下流域を走行する鉄道の軌道に到達すると、軌道上に土砂が堆積したり、軌道が破壊されたりする。

【0003】

そのため、鉄道車両の運行においては、渓床流動型土石流の発生危険度の評価に基づいて運行規制を判断することが求められる。つまり、発生危険度が高いと評価された場合に、鉄道車両の運行を規制する必要がある。

【0004】

渓床流動型土石流の発生危険度の評価方法としては、流域ごとの土石流発生限界表面流量を算出して、発生危険度を評価する方法が知られている（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】芦田、高橋、澤井、「土石流危険度の評価法に関する研究」、京都大学防災研究所年報、第２１号Ｂ－２、１９７８、ｐ．４２３－４３９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の土石流危険度の評価方法では、評価の指針は開示されているものの、渓床流動型土石流の発生危険度に応じて鉄道車両の運行を規制するための具体的な手順は開示されていない。

【0007】

本開示の一局面は、鉄道車両の運行規制に適した土石流の発生危険度評価方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様は、渓流域に含まれる流路を分割した複数のメッシュの勾配及び集水面積から複数のメッシュごとに限界表面流量を算出する工程と、雨量と集水面積とに基づいて、複数のメッシュごとに表面水流量を算出する工程と、複数のメッシュの限界表面流量と表面水流量とに基づいて、渓流域における鉄道車両の運行規制を判断する工程と、を備える、土石流の発生危険度評価方法である。

【0009】

このような構成によれば、渓流域に含まれる流路を分割した複数のメッシュに対し、限界表面流量と表面水量との関係によって渓床流動型土石流の発生危険度が評価される。そのため、渓流域における土石流の発生危険度を鉄道車両の運行規制に適した高い精度で評価できる。

【0010】

本開示の一態様では、表面水流量を算出する工程では、雨量として現在の雨量を用いてもよい。このような構成によれば、現在の雨量に基づいて各メッシュの表面水量が算出されるため、短期間内に土石流が発生する可能性を精度よく評価できる。その結果、予測された雨量を用いて発生危険度を評価する場合に比べて、渓流域における土石流の発生危険度を鉄道車両の運行規制に適した高い精度で評価できる。

【0011】

本開示の一態様では、判断する工程では、限界表面流量に対する表面水流量の比である危険度が予め定めた閾値以上の場合に、鉄道車両の運行を規制してもよい。このような構成によれば、発生危険度の評価を一意的に行うことができる。そのため、土石流の発生危険度に合わせた迅速かつ高精度な運行規制判断が可能となる。

【0012】

本開示の一態様は、判断する工程で用いる閾値を決定する工程をさらに備えてもよい。閾値を決定する工程は、土石流の発生が予測される雨量を用いて複数のメッシュごとに第１予測危険度を算出する工程と、閾値として、第１予測危険度の最小値を設定する工程と、土石流が実際に鉄道車両の路線に到達したときの雨量を用いて複数のメッシュごとに第２予測危険度を算出する工程と、第２予測危険度が設定された閾値以上となる時刻が、実際に発生した土石流が路線に到達した時刻よりも前であることを確認する工程と、を含んでもよい。このような構成によれば、土石流の到達前の運行規制がより的確に行える。

【0013】

本開示の別の態様は、渓流域に含まれる流路を分割した複数のメッシュの勾配及び集水面積から複数のメッシュごとに限界表面流量を算出するステップと、雨量と集水面積とに基づいて、複数のメッシュごとに表面水流量を算出するステップと、複数のメッシュの限界表面流量と表面水流量とに基づいて、渓流域における鉄道車両の運行規制を判断するステップと、をコンピュータに実行させる、土石流の発生危険度評価プログラムである。

【0014】

このような構成によれば、渓流域に含まれる流路を分割したメッシュに対し、限界表面流量と表面水量との関係によって渓床流動型土石流の発生危険度が評価される。そのため、渓流域における土石流の発生危険度を鉄道車両の運行規制に適した高い精度で評価できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態における土石流の発生危険度評価方法のフロー図である。

【図2】図２は、実施形態における渓流域のモデルの一例を示す模式図である。

【図3】図３は、図１の閾値決定工程のフロー図である。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、危険度の算出が除外されるメッシュの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．土石流の発生危険度評価方法］
図１に示す土石流の発生危険度評価方法（以下では、単に「評価方法」ともいう。）は、モデル化工程Ｓ１０と、第１算出工程Ｓ２０と、第２算出工程Ｓ３０と、閾値決定工程Ｓ４０と、判断工程Ｓ５０とを備える。

【0017】

本実施形態の評価方法は、山腹の渓流域における渓床流動型土石流の発生危険度をリアルタイムで評価し、この評価に基づいて、渓流域に敷設された軌道を走行する鉄道車両の運行規制を判断する。

【0018】

＜モデル化工程＞
本工程では、発生危険度の評価（つまり運行規制の判断）を行う渓流域をモデル化する。具体的には、図２に示すように、渓流域１に含まれる複数の流路１Ａを複数のメッシュ２に分割し、流路網メッシュを形成する。メッシュ２の大きさは、例えば１０ｍ四方とされる。

【0019】

＜第１算出工程＞
本工程では、複数のメッシュの勾配及び集水面積から複数のメッシュごとに限界表面流量を算出する。

【0020】

集水面積は、各メッシュよりも上流側に位置するメッシュの流路面積の合計値である。「上流側のメッシュ」には、集水面積を求めるメッシュが所属する流路のメッシュに加え、その流路に合流する他の流路（つまり支流）のメッシュも含まれる。集水面積は、下流側のメッシュほど大きくなる。

【0021】

限界表面流量Ｑ_０ｃは、複数のメッシュごとに、例えば下記式（１）によってそれぞれ算出される。

【0022】

【数1】

【0023】

式（１）中、Ｉは、メッシュの勾配（ｒａｄ）である。ｆは、摩擦損失係数であり、ｆ＝１．１２ｓｉｎＩである。ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）である。ｄは、土の粒径（ｍｍ）である。Ｂは、メッシュの流水幅（ｍ）である。Ａは、集水面積（ｋｍ^２）である。κ及びηは係数であり、κ＝０．７、η＝２．４である。

【0024】

＜第２算出工程＞
本工程では、現在の雨量と、第１算出工程Ｓ２０で用いた集水面積とに基づいて、複数のメッシュごとに表面水流量を算出する。

【0025】

現在の雨量は、例えば、現在から過去１０分の間に測定された一定範囲（つまり降雨メッシュ）におけるレーダ雨量が使用できる。降雨メッシュは、渓流域をモデル化したメッシュと一致しなくてもよい。

【0026】

表面水流量Ｑは、複数のメッシュごとに、例えば下記式（２）によってそれぞれ算出される。なお、堆積層の厚さや透水係数が渓流域によって大きく異なるため、式（２）では浸透流量は考慮されていない。

【0027】

【数2】

【0028】

式（２）中、ｒ_ｅは、洪水到達時間内の降雨強度（ｍｍ／ｈｒ）であり、洪水到達時間と現在の雨量とから求められる。洪水到達時間は、降った雨が流路に到達するまでの流入時間Ｔ１と、表面水流量を算出するメッシュから最遠点に振った雨が流路を流れてこのメッシュに到達する流下時間Ｔ２との和である。

【0029】

流入時間Ｔ１は、例えば下記式（３）（クラーヘンの式）で求められる。流入時間Ｔ１は、一般値として２０分以上３０分以下である。
Ｔ１＝（Ａ／２）^１／２×３０ ・・・（３）

【0030】

流下時間Ｔ２は、例えば下記式（４）で求められる。下記式（４）中、Ｌは、上記最遠点から表面水流量を算出するメッシュまでの流路長（ｍ）、Ｗは、伝搬速度（ｍ／ｓ）、Ｈは、上記最遠点と表面水流量を算出するメッシュとの標高差（ｍ）である。
Ｔ２＝（Ｌ／Ｗ）×（１／３６００） Ｗ＝２０×（Ｈ／Ｌ）^０．６ ・・・（４）

【0031】

洪水到達時間内の降雨強度ｒ_ｅは、洪水到達時間（Ｔ１＋Ｔ２）における雨量の平均値として算定される。例えば、洪水到達時間が２０分の場合、過去１０分前から現在までの間における雨量と、過去２０分前から１０分前までの間における雨量との平均値を洪水到達時間内の降雨強度ｒ_ｅとする。

【0032】

＜閾値決定工程＞
本工程では、後述の判断工程Ｓ５０で用いる危険度の閾値を決定する。図３に示すように、閾値決定工程Ｓ４０は、第３算出工程Ｓ１１０と、最小値決定工程Ｓ１２０と、第４算出工程Ｓ１３０と、確認工程Ｓ１４０とを含む。

【0033】

（第３算出工程）
本工程では、土石流の発生が予測される雨量を用いて複数のメッシュごとに第１予測危険度を算出する。

【0034】

具体的には、渓流域近傍における過去最大の雨量を用いて第２算出工程Ｓ３０で定義される表面水流量を仮算出する。さらに、仮算出した表面水流量を用いて判断工程Ｓ５０で定義される危険度を第１予測危険度として算出する。

【0035】

（最小値決定工程）
本工程では、危険度の閾値として、算出された複数の第１予測危険度の最小値を設定する。つまり、第１予測危険度が全て閾値以上となるように、閾値を設定する。

【0036】

（第４算出工程）
本工程では、土石流が実際に鉄道車両の路線に到達したときの雨量を用いて複数のメッシュごとに第２予測危険度を算出する。

【0037】

具体的には、渓流域近傍における過去の雨量のうち、土石流が路線に到達する前から到達するまでの雨量を用いて第２算出工程Ｓ３０で定義される表面水流量を仮算出する。さらに、仮算出した表面水流量を用いて判断工程Ｓ５０で定義される危険度を第２予測危険度として算出する。

【0038】

（確認工程）
本工程では、第２予測危険度が最小値決定工程Ｓ１２０で設定された閾値以上となる第１時刻が、実際に発生した土石流が路線に到達した第２時刻よりも前であることを確認する。

【0039】

第１時刻が第２時刻よりも前である場合、最小値決定工程Ｓ１２０で設定された閾値を判断工程Ｓ５０にて使用する。第１時刻が第２時刻と同じか、又は後である場合、より小さい閾値を再設定した上で、第１時刻が第２時刻よりも前となるまで本工程を繰り返し行う。

【0040】

このような手順で危険度の閾値を設定することにより、判断工程Ｓ５０において、不要不急の運行規制を避けつつ、土石流が発生した場合には土石流が路線に到達する前に運行規制を行うことができる。

【0041】

なお、本工程によって閾値が決定された後、渓流域の地形が変化しない間は、本実施形態の評価方法を繰り返す際にモデル化工程Ｓ１０及び閾値決定工程Ｓ４０は省略できる。つまり、２回目以降の発生危険度の評価では、第１算出工程Ｓ２０と、第２算出工程Ｓ３０と、判断工程Ｓ５０とのみが実行されればよい。

【0042】

また、第１算出工程Ｓ２０、第２算出工程Ｓ３０及び閾値決定工程Ｓ４０は、モデル化工程Ｓ１０の後、かつ、判断工程Ｓ５０の前に行われる。ただし、第１算出工程Ｓ２０、第２算出工程Ｓ３０及び閾値決定工程Ｓ４０の実行順序は問われない。

【0043】

＜判断工程＞
本工程では、複数のメッシュの限界表面流量と表面水流量とに基づいて、渓流域における鉄道車両の運行規制を判断する。本工程により、渓流域ごとに運行規制が判断される。

【0044】

具体的には、まず、限界表面流量に対する表面水流量の比である危険度（Ｑ／Ｑ_０ｃ）を複数のメッシュごとに算出する。算出された危険度が１つでも閾値決定工程Ｓ４０によって予め定めた閾値以上の場合に、鉄道車両の運行を規制する。

【0045】

なお、本工程において危険度が比較的高く算出されるものの、土石流の発生源となり得ない地点を含むメッシュについては、危険度の算出及び閾値との比較（つまり、発生危険度の評価）を省略してもよい。

【0046】

このような地点としては、例えば、局所的に勾配が１５°以上となる箇所（流路の上流端、滝など）、支流と本流との合流点でかつ谷が広がっている箇所Ｐ１（図４Ａ参照）、支流と本流とが並行しそれぞれのメッシュが並んでいる箇所Ｐ２（図４Ｂ参照）等が挙げられる。

【0047】

［１－２．土石流の発生危険度評価プログラム］
上述の評価方法は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、メモリ等の記憶部と、キーボード、ディスプレイ等の入出力部とを有するコンピュータによって実行することができる。

【0048】

コンピュータは、渓流域に含まれる流路を分割した複数のメッシュの勾配及び集水面積から複数のメッシュごとに限界表面流量を算出するステップと、雨量と集水面積とに基づいて、複数のメッシュごとに表面水流量を算出するステップと、複数のメッシュの限界表面流量と表面水流量とに基づいて、渓流域における鉄道車両の運行規制を判断するステップとを実行する。

【0049】

コンピュータは、例えば記憶部に記憶された、土石流の発生危険度評価プログラムによって各ステップを実行する。

【0050】

［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）渓流域に含まれる流路を分割した複数のメッシュに対し、限界表面流量と表面水量との関係によって渓床流動型土石流の発生危険度が評価される。そのため、渓流域における土石流の発生危険度を鉄道車両の運行規制に適した高い精度で評価できる。

【0051】

（１ｂ）現在の雨量に基づいて各メッシュの表面水量が算出されるため、短期間内に土石流が発生する可能性を精度よく評価できる。その結果、予測された雨量を用いて発生危険度を評価する場合に比べて、渓流域における土石流の発生危険度を鉄道車両の運行規制に適した高い精度で評価できる。

【0052】

（１ｃ）危険度を閾値によって評価することで、発生危険度の評価を一意的に行うことができる。そのため、土石流の発生危険度に合わせた迅速かつ高精度な運行規制判断が可能となる。

【0053】

（１ｄ）土石流が実際に発生したときの過去の雨量を用いて危険度の閾値を決定することで、土石流の到達前の運行規制がより的確に行える。

【0054】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0055】

（２ａ）上記実施形態の土石流の発生危険度評価方法において、危険度の閾値は、必ずしも上述した手順によって決定されなくてもよい。つまり、危険度の閾値は、第１予測危険度及び第２予測危険度を用いて決定されなくてもよい。

【0056】

（２ｂ）上記実施形態の土石流の発生危険度評価方法において、危険度は、限界表面流量と表面水流量とを用いて表されるパラメータであれば、必ずしも限界表面流量に対する表面水流量の比でなくてもよい。

【0057】

（２ｃ）上記実施形態の土石流の発生危険度評価方法において、表面水流量の算出に用いる雨量は必ずしも現在の雨量でなくてもよい。例えば、予測雨量を用いて表面水流量を算出してもよい。

【0058】

（２ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0059】

１…渓流域、１Ａ…流路、２…メッシュ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】