北海道の雪氷

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図 1

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1400

²

植生 低木 草地 高山植物 常緑針葉 樹林 針広混交 林 ササ 落葉広葉 樹林 その他 落葉広葉 樹林 解放水域

0 2.5 5 10km

2 カ 年 の 航 空 レ ー ザ 測 量 結 果 を 用 い た

山 間 部 に お け る 積 雪 分 布 と 地 形 の 関 係 に 関 す る 研 究 A study on relationship between snow depth and topography

using airborne scanning conducted twice

西 原 照 雅 ， 谷 瀬 敦 （ 国 立 研 究 開 発 法 人 土 木 研 究 所 寒 地 土 木 研 究 所 ） Terumasa Nishihara and Atsushi Tanise

１ ． は じ め に

積 雪 寒 冷 地 で は ， 春 先 の 融 雪 水 を ダ ム に 貯 留 し て 夏 季 に か け て の 水 利 用 を 賄 っ て お り ， 積 雪 は 水 資 源 と し て 重 要 で あ る ． 一 方 で ， 融 雪 水 は 融 雪 出 水 の 原 因 と も な る ． こ の た め ， 融 雪 が 始 ま る 前 に 流 域 の 積 雪 包 蔵 水 量 を で き る だ け 正 確 に 把 握 す る こ と は ， 水 資 源 管 理 及 び 融 雪 期 に お け る 出 水 の 規 模 を 想 定 す る 上 で 非 常 に 重 要 で あ る ．

こ れ ま で に ， 山 間 部 の 積 雪 分 布 を 把

握 す る た め ， 日 本 各 地 で 積 雪 調 査 が 行 わ れ て き た （ 例 え ば 山 田 ら ¹⁾）． 雪 崩 等 の 危 険 が 伴 い ， 多 大 な 労 力 を 必 要 と す る こ と か ら ， 調 査 地 点 は 限 ら れ る も の の ， 調 査 の 積 み 重 ね に よ り ， 樹 林 帯 に お い て は 標 高 と 積 雪 深 と の 間 に 概 ね 線 形 の 関 係 が あ る こ と ， 高 標 高 帯 に お い て は 地 形 を 平 坦 化 す る よ う に 積 雪 が 再 堆 積 す る 傾 向 が あ る こ と 等 ， 積 雪 分 布 に 関 す る 様 々 な 事 項 が 明 ら か に さ れ て い る ． ま た ， こ れ ら の 調 査 に よ っ て 明 ら か に な っ た 事 項 は ， ダ ム 管 理 の 現 場 に お い て ， 積 雪 包 蔵 水 量 を 推 定 す る 際 の 実 務 に も 活 用 さ れ て い る ． し か し ， 冬 季 の 立 ち 入 り が 困 難 な 高 標 高 帯 の 積 雪 分 布 に 関 し て は ， 調 査 結 果 が 少 な く ， 積 雪 分 布 の 推 定 手 法 が 確 立 し て い な い ． こ の よ う な 地 上 か ら の ア プ ロ ー チ が 困 難 な 範 囲 を 対 象 に ， 筆 者 ら の グ ル ー プ は ， 航 空 レ ー ザ 測 量 を 用 い て ， 上 空 か ら 広 範 囲 に わ た る 積 雪 分 布 を 高 精 度 で 計 測 し ， 地 形 と の 関 係 を 分 析 し て き た ． こ の う ち ，北 海 道 の 大 雪 山 系 に 位 置 す る 忠 別 ダ ム 流 域 に お い て は ，同 一 範 囲 の 積 雪 分 布 を 2012 年 及 び 2015年 の 2回 に わ た っ て 計 測 し ，積 雪 分 布 の 特 徴 に 関 し て ，よ り 一 般 性 の 高 い 分 析 を 可 能 に し た ．そ こ で ，本 研 究 で は ，2カ 年 分 の 航 空 レ ー ザ 測 量 の 結 果 を 用 い ，積 雪 分 布 と 地 形 と の 関 係 を 分 析 し た 結 果 を 報 告 す る ．

２ ． 対 象 流 域

対 象 流 域 は 図 1 に 示 す 忠 別 ダ ム 流 域 で あ る ． 忠 別 ダ ム は 北 海 道 中 央 部 の 大 雪 山 系 に 位 置 し ，流 域 面 積 は 239 km²，流 域 の 標 高 帯 は 400 m～2,300 m付 近 で あ る ．図 1に は ， 自 然 環 境 保 全 基 礎 調 査 の 結 果 を 用 い て10分 類 し た 植 生 を 示 し て い る ．図 中 の 白 線 は 標 高 1,400 m の 等 高 線 で あ る が ， 標 高 1,400 m 付 近 を 境 に 主 た る 植 生 が 森 林 か ら 草 地 や サ サ と い っ た 森 林 以 外 に 変 化 す る ． 流 域 面 積 の 約 6 割 が 樹 林 帯 ， 約 4 割 が 森 林 限 界 以 上 の 高 標 高 帯 で あ る ．

● 積 雪 調 査 地 点

■ ダ ム 管 理 所 航 空 レ ー ザ 測 量 範 囲

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図 2

積雪深 (m)

高 : 17 低 : 0

積雪深 (m)

高 : 17 低 : 0

図 3

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

1000 1500 2000 2500

平均積雪深(m)

標高(m)

20122015

次 に ， 解 析 に 使 用 し た 資 料 を 示 す ． 航 空 レ ー ザ 測 量 は ， 図 1 の 赤 枠 で 示 す 範 囲 で 実 施 し た ．測 量 範 囲 の 面 積 は 10 km²， 標 高 帯 は1,100 m～2,300 m付 近 の 主 に 南 か ら 西 向 き の 斜 面 で あ る ．測 量 範 囲 の 植 生 は 標 高1,450 m付 近 を 境 に 森 林 と 森 林 以 外 に 分 か れ ， 標 高 1,450 m以 上 の 範 囲 で は ，98%が 森 林 以 外 で あ る ．航 空 レ ー ザ 測 量 は ，無 積 雪 期 の 2009年9月 22日 ～25日 ， 積 雪 期 の 2012年 3月 10日 及 び 2015年 3月 27日 に 実 施 し た ． 積 雪 深 は ， 積 雪 期 及 び 無 積 雪 期 の 二 時 期 の 標 高 差 と し た ． デ ー タ の 水 平 解 像 度 は 5 mで あ る ． 計 測 し た 範 囲 に お い て は ，2012年 と 比 較 し て2015年 の 積 雪 が 多 い ．

３ ． 積 雪 分 布 の 特 徴

図 2 に 航 空 レ ー ザ 計 測 に よ り 得 ら れ た 積 雪 分 布 を 示 す ． 図 中 の 赤 線 は 森 林 限 界 で あ り ， 赤 線 の 左 側 が 樹 林 帯 ， 右 側 が 森 林 限 界 以 上 の 高 標 高 帯 で あ る ． 樹 林 帯 と 高 標 高 帯 の 積 雪 分 布 が 異 な る こ と は ， 多 数 の 論 文 に よ っ て 指 摘 さ れ て い る が ， 航 空 レ ー ザ 測 量 の 結 果 を 見 る と ，こ の こ と が 明 解 と な る ．概 観 す る と ，樹 林 帯 の 積 雪 深 は 1 mか ら 3 m 程 度 の 範 囲 に 分 布 し て い る の に 対 し ，高 標 高 帯 の 積 雪 深 は 0か ら 10 mを 超 え る 範 囲 に 幅 広 く 分 布 し ， 尾 根 に 沿 っ て 積 雪 の 少 な い 箇 所 ， 谷 に 沿 っ て 積 雪 の 多 い 箇 所 が 分 布 し て い る ． ま た ， 両 年 の 積 雪 分 布 に は 同 様 の パ タ ー ン が 見 ら れ る ．

４ ． 標 高 と 積 雪 深 の 関 係

航 空 レ ー ザ 測 量 に よ り 得 ら れ た デ ー タ は 約 40万 個 あ る た め ，そ の ま ま で は 積 雪 深 と 地 形 と の 関 係 を 捉 え る こ と が 困 難 で あ る ． こ の た め ， 標 高 25 mピ ッ チ の よ う に ， 幅 を 持 っ た 区 間 に 区 分 し ， こ の 区 間 の 平 均 積 雪 深 を 求 め ， 地 形 因 子 と の 関 係 を 考 察 す る ． 図 3 に 標 高 と 積 雪 深 の 関 係 を 示 す ． 標 高 は 25 mピ ッ チ で 区 分 し た ． 図 に 示 し た 2012 年 及 び 2015年 の 積 雪 深 を 概 観 す る と ，標 高 に 対 す る 積 雪 深 の 増 減 の 傾 向 が ほ ぼ 同 一 で あ る ．こ れ は ，3章 に お い て 示 し た よ う に ，同 様 の 積 雪 分 布 の パ タ ー ン が 両 年 に 見 ら れ る こ と が 一 因 と 考 え ら れ る ． ま た ， 両 者 の 差 は ， 各 年 の 積 雪 の 多 寡 が 反 映 さ れ た も の と 考 え ら れ る ． 標 高 1,450 m ま で は 樹 林 帯 と 対 応 し ， こ の 範 囲 で は ， 既 往 の 研 究 結 果 と 同 様 に ， 標 高 と 積 雪 深 と の 間 に 線 形 の 関 係 が 見 ら れ る ． 標 高 1,450 m 以 上 は 森 林 限 界 以 上 の 高 標 高 帯 と 対 応 し ， 積 雪 深 が 大 き く 変 動 し て い る ．

５ ． 高 標 高 帯 に お け る 地 形 の 凹 凸 と 積 雪 深 の 関 係

西 原 ら²⁾は ，森 林 限 界 以 上 の 高 標 高 帯 に お け る 積 雪 深 は ，地 上 開 度 と の 間 に 線 形 の 関 係 が あ る こ と を 報 告 し て い る ．こ こ で ，地 上 開 度 と は ，横 山 ら ³⁾が 開 発 し た 地 形 の 凹 凸

2012

2015

樹 林 帯 高 標 高 帯

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図 4

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

50 60 70 80 90 100 110

平均積雪深(m)

地上開度(°)

20122015

図 5

図 6

01 23 45 N

NNENE

ENE E ESE SSESE SSW S

SW SWS

W WNW

NWNNW

20122015

01 23 45 N

NNENE ENE

E ESE SSESE SSW S

SW SWS

W WNW

NWNNW

20122015

を 表 す 指 標 で あ り ，着 目 地 点 が 谷 の 場 合 に 地 上 開 度 ∅ <90°， 尾 根 の 場 合 に 地 上 開 度 ∅ >90°， 平 地 の 場 合 に 地 上 開 度 ∅ =90°と な る ． 無 雪 期 に お け る 地 表 面 の 地 上 開 度 と 積 雪 深 と の 関 係 を 図 4 に 示 す ．積 雪 深 は 森 林 限 界 で あ る 標 高 1,450 m以 上 の 範 囲 を 抽 出 し ， 地 上 開 度 を 5°ピ ッ チ で 区 分 し て 算 出 し た 平 均 値 で あ る ．図 を 見 る と ， 2012年 及 び2015年 の 両 年 と も ，地 上 開 度 が 大 き く な る に 伴 い ，積 雪 深 が 線 形 に 減 少 し て い る ． 線 形 式 の 傾 き は ， 各 年 の 積 雪 の 多 寡 が 反 映 さ れ て い る ． 谷 の 積 雪 深 が 大 き く 尾 根 の 積 雪 深 が 小 さ い こ と は ，風 に よ る 移 動 後 の 積 雪 分 布 の 特 徴 で あ り ¹⁾，航 空 レ ー ザ 測 量 に よ り 計 測 さ れ た 積 雪 深 は ， 風 に よ る 移 動 後 の 再 堆 積 分 布 で あ る と 考 え ら れ る ．

ま た ， 過 去 の 調 査 で は ， 高 標 高 帯 の 積 雪 は 地 形 の 凹 凸 を 平 坦 化 す る よ う に 堆 積 す る こ と が 報 告 さ れ て い る ． こ れ は ， 無 雪 期 の 地 表 面 と 雪 面 の 地 上 開 度 が 異 な り ， 雪 面 の 地 上 開 度 は 90°付 近 に 多 く 分 布 す る こ と に 相 当 す る ． 図 5に 地 表 面 と 代 表 し て 2015年 の 雪 面 の 地 上 開 度 分 布 を 示 す ． 図 よ り ， 積 雪 に よ り 地 上 開 度 の 分 布 が 大 き く 変 化 し ， 雪 面 の 地 上 開 度 は 90°付 近 の 度 数 が 非 常 に 大 き く な っ て い る ．こ の こ と か ら ，高 標 高 帯 の 積 雪 は 地 形 の 凹 凸 を 平 坦 化 す る よ う に 堆 積 し て い る こ と が 確 認 で き る ．

６ ． 風 が 高 標 高 帯 の 積 雪 分 布 に 与 え る 影 響

森 林 限 界 以 上 の 高 標 高 帯 に お け る 積 雪 分 布 は 風 の 影 響 を 強 く 受 け る ． こ の 影 響 を 分 析 す る た め ， 樹 林 帯 及 び 高 標 高 帯 毎 に ，16 方 位 に 区 分 し て 平 均 積 雪 深 を 算 出 し た ． 図 6に 示 し た 樹 林 帯 に お け る 積 雪 深 の 分 布 を 見 る と ，2012年 及 び2015年 の 両 年 と も ほ ぼ 円 形 と な っ て い る こ と か ら ，方 位 に よ ら ず ほ ぼ 均 一 の 積 雪 深 と な っ て い る ．一 方 で ， 高 標 高 帯 に お け る 積 雪 深 の 分 布 を 見 る と ， 北 東 か ら 南 東 に か け て の 積 雪 深 が 大 き く ， 北 西 か ら 南 西 に か け て の 積 雪 深 が 小 さ く な っ て お り ， 方 位 に よ る 偏 り が 大 き い ． 航 空 レ ー ザ 測 量 を 実 施 し た 範 囲 に お い て 実 測 の 風 向 風 速 が 得 ら れ な か っ た た め 仮 説 に な る が ， 冬 の 北 海 道 の 日 本 海 側 に お い て は ， 風 に よ る 積 雪 の 移 動 が 起 こ る よ う な 荒 天 時 に は ， 強 い 西 風 が 吹 く 傾 向 が あ る た め ， こ の 西 風 に よ り 積 雪 が 移 動 し た 結 果 ， 北 東 か ら 南 東 に か け て の 積 雪 深 が 大 き く ， 北 西 か ら 南 西 に か け て の 積 雪 深 が 小 さ い と い っ た 積 雪 深 の 偏 り が 生 じ た と 考 え ら れ る ． 図7 に 現 象 の イ メ ー ジ を 示 し た が ， 尾 根 を 境

雪 面 (2015)

樹 林 帯 高 標 高 帯

谷 尾 根 地 表 面

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図 7

西 向き 斜 面 東 向 き 斜 面 積 雪が

剥離

積雪 が 堆積

雪 面

風衝斜面 風 背斜 面

図 8

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

50 60 70 80 90 100 110

平均積雪深(m)

地上開度(°)

風衝斜面 風背斜面

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

50 60 70 80 90 100 110

平均積雪深(m)

地上開度(°)

風衝斜面 風背斜面

に ， 西 向 き 斜 面 は 風 衝 斜 面 で あ る た め 積 雪 が 剥 離 し ， 東 向 き 斜 面 は 風 背 斜 面 で あ る た め 積 雪 が 堆 積 し た と 考 え ら れ る ． ま た ， 図 の 点 線 で 示 し た よ う に ， 地 上 開 度 が 同 一 で あ っ て も ， 風 衝 斜 面 に 位 置 す る 場 合 と 風 背 斜 面 に 位 置 す る 場 合 で は 積 雪 深 が 異 な る ． そ こ で ， 高 標 高 帯 を 対 象 に ， 方 位 を 風 衝 斜 面 （ 北

～ 西 ～ 南 ） 及 び 風 背 斜 面 （ 北 ～ 東 ～ 南 ） の 2 つ に 区 分 し ， そ れ ぞ れ の 地 上 開 度 と 積 雪 深 の 関 係 を 図 8 に プ ロ ッ ト し た ． 図 よ り ， 地 上 開 度 が 同 じ 場 合 で も ， 風 衝 斜 面 と 比 較 し て 風 背 斜 面 の 積 雪 深 が 大 き い こ と が 分 か る ． 風 背 斜 面 に お い て は 尾 根 地 形 で あ る 地 上 開 度 が95°程 度 で 積 雪 深 が0と な る の に 対 し ，風 衝 斜 面 に お い て は 平 地 で あ る 地 上 開 度 が 90°程 度 で 積 雪 深 が 0と な っ て い る ．風 衝 斜 面 に お い て は ，地 形 が 平 地 で あ っ て も 積 雪 が 堆 積 し づ ら い 環 境 に な る こ と が 確 認 さ れ た ． な お ， 地 上 開 度 が 小 さ い 範 囲 で は 2012年 及 び2015年 の 傾 向 が 異 な っ て い る ．こ れ は ，対 象 範 囲 を 方 位 及 び 地 上 開 度 を 用 い て 区 分 し た 際 に サ ン プ ル 数 が 少 な く な る こ と が 要 因 の 一 つ と 考 え ら れ る こ と か ら ， 引 き 続 き デ ー タ の 蓄 積 に 合 わ せ て 分 析 を 進 め て い き た い ．

７ ． ま と め

航 空 レ ー ザ 測 量 に よ る 同 一 範 囲 を 対 象 に 実 施 し た 2 カ 年 の 積 雪 分 布 の 計 測 結 果 を 用 い て ， 積 雪 分 布 と 地 形 と の 関 係 に 関 し ， よ り 一 般 性 の 高 い 分 析 を 行 っ た ． 結 果 ， 過 去 に 行 わ れ た 積 雪 調 査 の 結 果 の 積 み 重 ね に よ り 明 ら か と な っ た 事 項 を 検 証 す る と 同 時 に ， 高 標 高 帯 に お い て 顕 著 と な る 風 が 積 雪 分 布 に 与 え る 影 響 に 関 し て 詳 細 に 分 析 を す る こ と が で き た ．

【 参 考 ・ 引 用 文 献 】

1) 山 田 知 充, 西 村 寛, 水 津 重 雄, 若 浜 五 郎, 1978: 大 雪 山 旭 岳 西 斜 面 に お け る 積 雪 の 分 布 と 堆 積 ・ 融 雪 過 程, 低 温 科 学 物 理 篇, 37, 1-12.

2) 西 原 照 雅, 谷 瀬 敦, 渡 邉 和 好: 森 林 限 界 以 上 の 高 標 高 帯 に お け る 積 雪 分 布 と 融 雪 ・ 流 出 計 算 に 適 用 す る 降 雪 分 布 に つ い て, 2016 : 土 木 学 会 論 文 集 B1( 水 工 学 ) ,72(4), I_475-I_480.

3) 横 山 隆 三, 白 沢 道 生, 菊 池 祐, 1999: 開 度 に よ る 地 形 特 徴 の 表 示, 写 真 測 量 と リ モ ー ト セ ン シ ン グ, 38(4), 26-34.

風

西 東

2012年 2015年

谷 尾 根 谷 尾 根