水工学論文 ,第 5重 巻,2015 2
年最大流 非超過確率を用いた
洪水 険度指標 開発 試
DEVELOPMENT OF FLOOD HAZARD INDEX BY USING
A NON-EXCEEDANCE PROBABILITY OF ANNUAL MAXIMUM RIVER FLOW
大
1沢勇之助
2戸倉駿人
3山本隆広
4Taiga HOSHINO, Yunosuke HIRASAWA, Hayato TOKURA, Takahiro YAMAMOTO 1学生会員 長岡工業高等専門学校 環境都 工学科5 〒940-8532 長岡 西片貝 888
2非会員 豊橋技術科学大学 建築 都 学課程3
〒441-8580 愛知県豊橋 伯 雲雀ヶ丘1-1
3学生会員 長岡工業高等専門学校 環境都 工学専攻科2 〒940-8532 長岡 西片貝 888 4正会員 博士 工学 長岡工業高等専門学校 環境都 工学科 准教授
〒940-8532 長岡 西片貝 888
There is a basin rainfall index in one of the flood hazard index that has been used in Japan. However, basin rainfall index are having some problems. We propose the use of a non-exceedance probability of annual maximum river flow as a new flood hazard index. For this purpose, the Shinano river basin, large basin, is chosen as the study basin, and grid based distributed hydrological model that include high resolution river network, is constructed in the basin. We simulate a new flood hazard index at any grid (approximately 250m x 250m). It’s shown that a new danger risk index is clearly indicate potential flood disaster areas.
Key Words : flood forecasting, flood hazard index, grid based distributed hydrological model, non-exceedance probability, hydrological frequency analysis
． めに
23 7 新潟 福島豪雨 降，H23豪雨 言 う い ，同時多発的 水害 被害 発生 ． う 同時多発的 水害 対 ，地域 複数 水防 団あ い 水防組織 連携 ， 効率的 効果的 水防活動 行わ 期待 ．既
う 組 始 ， H23豪雨 う 信 濃川 流域 水 関 機関 協力連携 ，協
働 水方策 推進 目的 ，水害 強
い信濃川 流域 く 推進委員会 設立 い ． うい 活動 ，効率的 効果的 水防活動
行 いくうえ ， 要 一 ，洪水
予報 あ ． 国 用い い 洪水予報 指定河川洪水予報 洪水予報 あ ． う ， 指定河川洪水予報 気象庁 河川管理者 共同 行い， 水 予測 詳細 予報 行わ い ． ， 指定河川洪水予報 対象 い 河川 要 河川
あ ，限定的 予報 言え ． ，洪水予報 気
象庁 独 行い，日本全国 対象 い ．洪水予
報 村 広域的 範 予報 行わ ，
水防組織 連携 水防活動 行う 要 予報 あ 言え ．但 ，洪水予報 指定河川洪水予報
う 個々 河川 警 呼び い．
洪水予報 用い 一 流域雨 指数
あ 1)．流域雨 指数 降雨 洪水害 険性 示 指標 ，対象 地域 時刻 地表面 存在 雨水
う ，河川 あ 示 指標 定義 い ． 流域雨 指数 流域内 河川流 値 対 方根
あ ．流域雨 指数 問題点 ，一般
河川 大 大 く 河川流 大 く 傾
向 あ ， 閾値 定 容易 い
挙 ．大河川，中 河川 基本高
水流 や計 高水流 異 ，同 大 洪水 発
生 場合 被害 大 異 あ ．
河川 大 対 閾値 設 必要 あ ，
閾値 定 容易 い 考え ．
う 問題点 解決 ，本研究 新 洪
水 険度指標 ，現況河川流 最大流
土木学会論文集B1(水工学) V ol. 71, No. 4, I_1489- I_1494, 2015.
非超過確率 用い 提案 ． ，信
濃川 中流域 対象 型水文 構築
，H23豪雨 例 最大流 非超過確率 洪水
険度指標 用性 明 ．
．対象流域 使用 タ
対象流域 信濃川 中流域 10488 km2 ．流 域 犀川や魚 川 い 大 支川 含 い
． 最 流地点 大河津 水路 最 流 あ ．
使用 解析 用い 型水文 駆動
必要 気象 ，気象庁 地域気象観測 Automatic Meteorological Data Acquisition System， 降，AMeDAS 言う 降水，気温， び日照時間 用い ．図-1 ，対象流域 概要 ，AMeDAS観 測所 配置，観測 種類 示 ． 中 ◯ 降水，気温， び日照時間 観測 い 地点，▲
降水 観測 い 地点 あ ． 期間 1980 2010 31 間 ，1時間 用 い ．各気象 空間 ，基本的 ，
地点 用い 最近隣法 作 ．但 ，
気温 空間 観測地点 各 標高差 考慮 気温減率 本研究 0.4 ℃/100m 用い 作
．次節 明 蒸発 計算 必要 全
日射 島崎2) 方法 用い ，日照時間 推定 ．
本研究 い 構築 型水文 河川流
再現性 評価 ，国土交通省 水文水質 ベ 録 い 2002 2010 観測 河川流 用い ．河川流 ，図-1 ★ 示 い 杭瀬 ， ，立ヶ花，岩沢，堀之内， び 千谷 地点 用い ．杭瀬 千曲川本川 あ ，犀川 合流前 存在 ． 犀川本川 千曲川合流前 あ ，犀川 千曲川 合流 後 ，立ヶ花 存在 ． 岩沢 魚 川合流前 信濃川本川 存在 ．堀之内 魚 川本川 信濃川合流前 あ ，魚 川 信濃川 合流 後 ， 千谷 存在 ．
信濃川 中流域 地形 表現 ，数値標高 Digital Elevation Model， ，DEM 言う 国土地理院 50m 標高 用い，
約250 m 空間解像度 DEM 作 ．
．解析手法
(1) 分布型水文 ル
信濃川 中流域 型水文 陸 3)
ン 用い 構築 ． 流域 約
250 m空間解像度 割 ， 流出
，蒸発 計算 ，表面流出，中間流出，
地 水流出 線形貯水 用い い ．
，時間遅 伴 中心点 各流出
流入 ． 中心点間 ，実河川 仮想 流路 結 ，流 方向 周 8方向 う ，最大 標 高勾配 方向 形 擬河道網 い 河川水
追跡計算 ．中 河川 含 信濃川 中流域 い 一体的 洪水 険度 評価 いく ，実河川
適 擬河道網 いく 要 あ ．
本研究 擬河道網 作 い ，国土交通省 KS-272 流路 ，国土地理院 1/25000地形 ， び 数値地 50m 標高 河川 イ 行い，
実際 河川 置 擬河道網 構
築 ． イ 河川 図-1 灰色 示 い
．降雨流出 流出3 考慮 新安
4)
用い ．新安 世界 数 流域面積 誇 黄河 大河川流域 適用実績 あ ，特 湿潤 半湿潤地域 い 良好 結果 得 い ． 日本 流域 い ，新安 適用実績 少
あ ．蒸発 キン 法，河川水 河
道追跡 kinematic wave法 用い ． 信濃川 中流域 多数 存在 い ．
中 洪水軽減機能 多数存在
，本研究 考慮 ， 水施設
他水工施設 影響 考慮 い い．特 中 河川 い ， うい 水工施設 洪水 険度指標
影響 え 考え ，今後 課題 い．
，本研究 洪水 氾濫 い 考
慮 い い． ，仮 流側 氾濫 あ 場合，
流側 河川流 考え ． ，
図-1 信濃川 中流域図．最 流地点 大河津分水路 最 流 ある．◯ 降水，気温，日照時間を観測 い る A２eDAS 観 測 所 ， ▲ 降 水 を 観 測 い る A２eDAS観測所，★ 国土交通省が管理 いる流 観測所を示 ．
指標 安全側 示 ．氾濫 入 関 今後 課題 い．
(2) ルパラ タ 同定
現況河川流 対 最大流 非超過確率 計
算 行う ， 型水文 最大流 再
現性 評価 要 あ ．本研究 ，杭瀬 ，
，立ヶ花，岩沢，堀之内， び 千谷 6地点 う 流側 杭瀬 地点 ，順次パ 同定 試行錯誤的 行 ．
本研究 河道 広幅長方形断面 仮定 ，河 道特性 ニン 粗度係数 河道幅 全
わ 推定 必要 あ ． ，陸 5)
経験則 用い ， ニン 粗度
係数n 河道幅B 次式 推定 ． . .
但 ，A0 流域出口 流域面積，A 任意
流域 面積，n0 本研究 0.03 m-1/3s 流域出口 ニン 粗度係数，B0 本研究 770 m 流域出 口 河道幅 あ ．
(3) 洪水 険度指標につい
洪水 険度指標 ，気象庁 洪水予報 発 基準 用い い 一 流域雨 指数 あ ．流域雨
指数 河川流 方根 指数 表 あ ．
河川流 大 く ， 値 調 増加
． ，基本的 大河川 流域雨
指数 値 河川流 方根 起因 い 大 く や く，同 規模 洪水 大河川 中 河川 起 場合 被害 程度 異 ， 区
困難 あ ，流域雨 指数 閾値 定 容易 い． ，洪水予報 村内 災害期間中 最大気象要素 短時間雨 や流域雨 指数 対 水 害 起 や 一様 いう仮定 基 い ，過 去 水害実績 複数 流域雨 指数 統計的 推定
流域雨 指数基準 決定 い ． ， 村内 河川 場所 ， 程度 洪水 険 度 生起 い 断 い．
， 々 新 く洪水 険度指標 最大流 非超過確率 用い 提案 ．例え ，100 確率流 均的 ，100 1度生起 最大流 意味 ， 時 非超過確率 0.99 ． 用 い い 確率流 概念 ，先進諸国や， 国
水計 く用い ，河川 要度
確率 設定 い ． 水計 定 最終的
水安全度 異 ，確率 現況河川
水安全度 考慮 う．現況河川
水安全度 ，一級河川， 級河川，準用河川 順 あ
期待 ， 基 閾値 設定 比較
的容易 ， 最大流 非超過確率 洪水 険度指 標 得 考え ．洪水被害 発生 場合 ，
被害調査 一環 洪水時 雨 や 河川流
確率 示 ，水防活動 行
う あ 現場 や い洪水 険度指標
あ 考え ．
確率 く非超過確率 洪水 険度指標 用 い 理 ，後述 う 計算 最大流 誤差 影響 あ ．100 確率流 例 ，非超過確率 み0.009 誤差 あ 場合，非超過確率 0.981
0.999 間 値 ． ，確率流
約52 一回生起 最大流 約1000 一回 生起 最大流 ，河川砂防技術基準 案 同 解 計 編6) A級河川 D級河川 わ 計
規模相当 誤差 計算河川流 含 い 考え
． ，本研究 や い
う観点 ，現状，洪水 険度指標 非超過確率
用い 提案 ． ，確率 非超過確率
誤差 同 あ 留意 ．
本研究 い ，非超過確率 算定 示 う
行 ． パ 同定 行 型水文
用い ，30 間 長期流出 ュ ョン 行
． ， 得 1 時間 河川流
， 最大流 算定 ．次 ，
一般 極値 Generalized Extreme Value
， GEV 略 用い ， 数 推定
行 ．最終的 ， 型水文 計算
全 現況河川流 ， 最大流
非超過確率 推定 ．非超過確率 高く い
洪水 険度 増大 い 意味 ．
．結果 考察
(1) 河川流 再現性
本研究 い 洪水 険度 連続的 流出 ュ
ョン い 評価 ． ，土壌水
状態変数 初期値 影響 い． ， 長期間 河川流 再現性 日 均流 評価 ．河 川流 再現性 評価 ， 示 Nash and Sutcliffe7) 効率係数e 用い ．
∑
∑
但 ， 観測河川流 ， 計算河川流 ，
n個 観測河川流 均値 あ ．2002 2010 日 均流 再現性 評価 結果，杭瀬 ， ， 立ヶ花，岩沢，堀之内， 千谷 6地点 順 ，e
0.926，0.874，0.941，0.517，0.912，0.966 ． 一般 e 0.8 あ 再現性 良い ，
く 岩沢地点 外 河川流 再現性 良 い ．戸倉 山本8) H23豪雨 例 岩沢地点 観測河川流 大 誤差 含 い 可 能性 指摘 い ．
次 ，洪水時 流 再現性 評価 ．洪水 イベン 2002 2010 間 い 地点
約20イベン 抽出 行 ．図-2 各洪水
イベン 流 計算値 観測値 比較
示 ．縦軸 流 計算値，横軸 流
観測値 あ ．図-2 示 う ，多少 過少あ
い 過大 結果 あ ，全体 流 傾
向 再現 い 考え ．
， 最大流 再現性 い 検証 行 ． 期間 1981 2010 あ ．図-3 最大 流 計算値 観測値 比較 示 ．縦軸 最大流
計算値，横軸 最大流 観測値 あ ．図-3 示 う ， 多少 過少あ い 過大 結果
あ ，全体 最大流 傾向 再現
い 考え ．
(2) 年最大流 確率分布 再現性 評価
現況河川 対 最大流 非超過確率 算定
， 最大流 確率 再現性 評価
図-2 洪水イベン ク流 における再現性 (6地点).
0 2500 5000
0 2500 5000
sim. peak river flow (m3s-1)
obs. peak river flow (m3s-1) Kuiseke
0 2500 5000
0 2500 5000
sim. peak river flow (m3s-1)
obs. peak river flow (m3s-1) Koichi
0 2500 5000
0 2500 5000
sim. peak river flow (m3s-1)
obs. peak river flow (m3s-1) Horinouchi
0 6000 12000
0 6000 12000
sim. peak river flow (m3s-1)
obs. peak river flow (m3s-1) Tategahana
0 6000 12000
0 6000 12000
sim. peak river flow (m3s-1)
obs. peak river flow (m3s-1) Iwasawa
0 6000 12000
0 6000 12000
sim. peak river flow (m3s-1)
obs. peak river flow (m3s-1) Ojiya
図-3 年最大流 再現性 (6地点).
0 2500 5000
0 2500 5000
sim.annual maximum river flow (m3s-1)
obs.annual maximum river flow (m3s-1) Koichi
0 2500 5000
0 2500 5000
sim.annual maximum river flow (m3s-1)
obs.annual maximum river flow (m3s-1) Kuiseke
0 2500 5000
0 2500 5000
sim.annual maximum river flow (m3s-1)
obs.annual maximum river flow (m3s-1) Horinouchi
0 5500 11000
0 5500 11000
sim.annual maximum river flow (m3s-1)
obs.annual maximum river flow (m3s-1) Tategahana
0 5500 11000
0 5500 11000
sim.annual maximum river flow (m3s-1)
obs.annual maximum river flow (m3s-1) Iwasawa
0 5500 11000
0 5500 11000
sim.annual maximum river flow (m3s-1)
obs.annual maximum river flow (m3s-1) Ojiya
要 あ ． ， 2標本
ノ 検定 両側検定 行う．山本 陸9) 計算値 観測 値 最大流 団 違い 検定 2標本
ノ 検定 行 ， 参考 ，本研 究 同様 検定 行 ．帰無仮 H0 対立仮 H1
示 あ ．
H0：2 関数 等 い いう ，
最大流 い 立 ．
H1：あ 最大流 い 2 関数 等 く い．
要 意確率p 値 あ ． 意確率p 値 大 い場合，計算値 観測値 団 違う 言え い確率 高く ．
表-1 2標本 ノ 検定 結果 流 観測所 示 ．D 検定統計 あ ． 結果
，6地点 う ，杭瀬 ，堀之内 2地点 ， 意 確率p 値 相対的 く ， 除く4地点 い ， 意確率p 値 十 高く，高い 意確率 p い 計算値 観測値 団 違う 言え い
いう ． 結果 踏 え， 型水
文 全 最大流 GEV あ
．GEV 関数F(Qp) (4)式 定義 ．
，a，c， びk パ あ ，尺 度， 置，形状 数 あ ．GEV 数推定法 L積率法 適用 ．計算結果 確率 適合度
評価 ，宝 高棹10) 標準最 乗規準 Standard Least-Square Criterion， ，SLSC 略 用い ． 中 宝11) ，全国68 一級水系 99地点 最
大流 統一的 手法 確率評価 ，適合度 規準 SLSC 0.04 示 ． 本研究 SLSC 閾値 0.04 ． ，SLSC 値 0.04 超え 場合， 適合度 悪い 評価 ．算定 結果，杭瀬 ， ， 立ヶ花，岩沢，堀之内， 千谷 6地点 最大流 計算値 SLSC 順 ，0.051，0.046，0.037，0.047， 0.030， び0.048 ． ，観測値 SLSC
値 杭瀬 ， ，立ヶ花，岩沢，堀之内， 千谷 順 0.059，0.046，0.037，0.047，0.030， び0.048 あ
． ，観測値 計算値 SLSC い ，
同 値 あ ． 結果 ，
計算値 SLSC 値 観測値 SLSC 値 傾向 く示 い 考え ． ， SLSC 立ヶ花， 堀之内 除く，4地点 い 規準値 あ 0.04 超え，
再現性 い いう ．図-4 対象流域
あ ，信濃川 中流域 SLSC 空間 示
．流域内 白く表示 い 河川流 追
跡計算 際，最 流 水深 0 m い あ ． ， 流域 面積 大
SLSC い傾向 あ ．逆 ，SLSC 0.04 超え う 地域 流域 面積
あ ， 原因 明 あ ． (3) 非超過確率を用いた洪水 険度指標
H23豪雨 魚 川 例 本研究 提案 洪 水 険度指標 用性 検証 ．H23豪雨 信濃川 支川 あ 魚 川 い 観測史 最大 洪水 発生
，堀之内流 観測所 い 計 高水 超過 ．
，流域内 い 破間川 堤防 破堤
水害 発生 ．1 程度 助走期間 ，流出 ュ ョン 行 ．但 ，魚 川流域内 詳細 降雨 空間 再現 図-1 示 AMeDAS雨 観測所 外 国土交通省旧河川局 新潟県 管理 雨 観測所 用い ．図-5 2011 7 28日午前 9:00時点 流域雨 指数 河川流 方根 空間
示 ．但 気象庁 算出 い 流域雨 指数 同 い 留意 ． ，図-6 同 時刻 図-4 S１SC 信濃川 中流域における空間分布．
表-1 2標本 ル ロ スミノ 検定結果．
D p-value
Kuiseke 0.200 0.586 Koichi 0.133 0.952 Tategahana 0.167 0.799 Iwasawa 0.133 0.952 Horinouchi 0.300 0.134 Ojiya 0.133 0.952
現況河川流 最大流 確率 あ 時 非超過確率 示 ．2011 7 28日 H23豪雨 期間中
あ ．同 同日 AM8:50 ， 魚 洪水警報 発 ， 図-5 び図-6 洪水警報 発
直後 時間 流域雨 指数 非超過確率 計算
結果 あ ． 2 比較 最大流 非
超過確率 ， 険度 高 う 河川や地域 中的 表 い 可能性 あ ． 対 流域雨 指数
河川流 大 示 あ ，洪水予報
閾値 設定 本研究 提案 険度指標 比 難
い ． ，非超過確率 洪水 険度指標
用い ， 点的 水防活動 行う 地域
明確 ， 基 行わ 水防活動 い
効率的 効果的 活動 期待 考え ．
． め
本研究 ，洪水 険度指標 現況河川流 対 最大流 非超過確率 用い 提案 ． 23 新潟 福島豪雨 魚 川流域 例
，流域雨 指数 比較 結果，本研究 提案 洪 水 険度指標 用性 示 ．今後 課題 ，
洪水調節機能 水工施設 特 中 河
川 洪水 険度 大 影響 え 考え
， 運用 型水文 組 込
必要 あ 考え ． ，本研究 提案 洪 水 険度指標 閾値 設定 関 ，基本高水流 や 計 高水流 ， 水安全度 比較 ，河川 大 や 要度 基準 定 いく必要 あ ．
謝辞：本研究 用い 信濃川 中流域 多く 水文 国土交通省 陸地方整備局 提供 い ．
査 者 方々 い 多数 意見 本論文 対 非常 益 あ ． 記 謝意 表 ．
参考文献
1) 中信行 琢磨 牧原康隆：流域雨 指数 洪水警 報 注意報 改善，測候時報，75.2，pp.35-69，2008． 2) 島崎彦人：AMeDAS 衛 用い 時空間間的
連続 日射 推定手法 検討，長岡技術科学大学修士論文， 104pp，1996．
3) 陸 旻皎 俊 早川典生： 型水文情報 対応 流出 開発，土木学会論文 ，411/Ⅱ-12，pp.135-142， 1989．
4) Zhao, Ren-Jun: The Xinanjiang Mmodel applied in China, Journal of Hydrology, 135, pp.371-381, 1992.
5) 陸 旻皎 俊 早川典生 益倉克 ： 型流出 河道特性 評価，水工学論文 ，Vol.35，pp.161-166， 1991．
6) 日本河川協会 編 ：建設省河川砂防技術基準 案 同解 計 編，山海堂，pp.11-12，2000．
7) Nash JE, Sutcliffe JV.: River flow forecasting through conceptual models part I-A discussion of principles, Journal of Hydrology, 10, pp.282-290, 1970.
8) 戸倉駿人 山本隆広 陸 旻皎：信濃川 中流域 対象 23 新潟 福島豪雨 洪水流出解析，土木学会第68回 次学術講演会，pp.249-250，2013．
9) 山本隆広 陸 旻皎： 型水文 長期流出計算
河川計 応用可能性 い ，水文 水資源学会
誌，22(3)，pp.198-208，2009．
10)宝馨，高棹琢馬：水文頻度解析 確率 評
価基準，土木学会論文 ，No.393/Ⅱ-9，pp.151-160，1988． 11) 中 茂 宝馨：河川流 頻度解析 適合度 安定
性 評価，水工学論文 ，43，pp.127-132，1999． 2014.9.30 付 図-6 非超過確率 魚 川流域における空間分布． 図-5 流域雨 指数 魚 川流域における空間分布．
