書籍詳細ページ
出版

タイトル 平成29年九州北部豪雨によるため池の被災分析と室内越流模型実験の試行
著者 石藏 良平・内野 隆文・毛利 栄征・東 孝寛
出版 第61回地盤工学シンポジウム
ページ 105〜110 発行 2018/12/14 文書ID fs201812000017
内容 表示
ログイン
  • タイトル
  • 平成29年九州北部豪雨によるため池の被災分析と室内越流模型実験の試行
  • 著者
  • 石藏 良平・内野 隆文・毛利 栄征・東 孝寛
  • 出版
  • 第61回地盤工学シンポジウム
  • ページ
  • 105〜110
  • 発行
  • 2018/12/14
  • 文書ID
  • fs201812000017
  • 内容
  • 平成 29 年九州北部豪雨によるため池の被災分析と室内越流模型実験の試行Analysis of the damage to reservoirs by Northern Kyushu heavy rainfallin 2017 and model test for embankment failure due to overflow石藏良平*,内野隆文**,毛利栄征***,東孝寛****Ryohei ISHIKUA, Takafumi UCHINO, Yoshiyuki MOHRI and Takahiro HIGASHI本文は,平成 29 年九州北部豪雨で被災した福岡県朝倉市のため池被害について,現地調査したため池被害の特徴を整理するとともに,朝倉市のため池被災状況,ため池データベース諸元および最大 3 時間降水量に基づく簡単な被災分析を行った。さらに,この豪雨により決壊した山の神ため池を想定した室内越流模型実験を実施した。ため池決壊要因の一つと考えられる洪水吐の閉塞によって,ため池堤体が侵食される様子を定性的に確認した。キーワード:ため池堤体,侵食,越流,洪水吐, 模型実験embankment, erosion, overflow, spillway, model test1.はじめにされており,「決壊」が 9 箇所,「流失」が 2 箇所,「堤体平成 29 年 7 月 5 日から 6 日にかけて発生した九州北部損傷」が 17 箇所,「埋積」が 11 箇所,「水路等損傷」がを中心とした集中豪雨により,福岡県朝倉市および東峰9 箇所となっている。村等の筑後川水系の右岸流域および大分県日田市におい豪雨により,ため池上流域から流入した多量の水や土て,河川の氾濫やため池被害が広域的に発生した。地盤砂,流木等の影響により,決壊に至ったため池が複数あ工学会では,災害調査団を結成し,河川やため池の被害ったことは事実である。また一方では決壊まで至らず,状況の調査を行った。多量の水や土砂,流木等を受け止めて,下流域の被害を福岡,大分県には,それぞれ約 5,200 箇所(全国第 11軽減・防止したため池が複数存在したのも事実である。位),約 2,200 箇所(全国第 23 位)のため池が存在してこのような違いが生じた要因(原因)を解明できれば,いる。九州北部豪雨により福岡県では,54 箇所のため池今後の被災したため池の復旧や既存ため池の改修・更新が被災し,中でも記録的な集中豪雨が襲った朝倉市の被等の計画・設計・施工において大いに役立つことは明ら災ため池箇所数が 48 箇所と突出している。朝倉市の全たかである。め池箇所数は 108 であるので,被災率は 40%以上に達し本報告では,豪雨により被災した朝倉市の 9 箇所のたている。め池(内 4 箇所は「決壊」,5 箇所は「堤体損傷」と被害1)では,被災区分を以下のよ福岡県・九州農政局の資料区分されている)について実施した被災状況調査結果かうに定義している。決壊:堤頂・洪水吐背面への急激な越流・浸食により,堤体断面が常時満水位以下まで欠損し,必要な貯水機能が失われたもの。流失:流域外からの水流による側方浸食により,堤体の大半が流失したもの。堤体損傷:越流等により堤体の一部や洪水吐は損傷しているが,貯水機能は失われていないもの。埋積:堤体には被害がないが,土砂流入・埋積によって貯水容量(機能)が著しく減少(低下)したもの。水路等損傷:堤体には被害がないが,洪水吐下流水路の損傷等により二次災害のおそれがあるもの。図-1 ため池の調査位置図(グーグルマップに加筆)福岡県朝倉市では,48 箇所の被災ため池の被害が分類***九州大学大学院工学研究院Faculty of Engineering, Kyushu University(株)カミナガKAMINAGA Co., Ltd.***茨城大学農学部Faculty of Agriculture, Ibaraki University****九州大学大学院 農学研究院Faculty of Agriculture, Kyushu University105 表-1 調査箇所の被災状況のまとめ施設の状態名称流域洪水吐構造コンクリート地山上の側水路型上部橋なし自然石カラ石積み地山上の側水路型上部橋なしコンクリート地山上の側水路型上部橋あり被災状況堆砂堤体土質概況堤体被害洪水吐越水少礫混り粘性土破堤洪水吐周辺の侵食コンクリート部崩壊有少粘土混り砂礫破堤堤体裏のりすべり洪水吐周辺の侵食カラ石積み崩壊無(ほぼ天端水位)中+流木不明被害少洪水吐側壁背面土の侵食被害なし有牟田谷妙見川牟田谷中妙見川三反田妙見川上須川妙見川カルバート少礫混り土砂被害少堤体裏のりすべり被害なし無(ほぼ天端水位)山の神奈良ケ谷川コンクリート堤体中央水路型上部橋あり中+流木玉石混じり砂礫破堤堤体欠損流木による閉塞⇒洪水吐流失有山の神2奈良ケ谷川洪水吐きなし玉石混じり砂礫破堤堤体欠損洪水吐きなし有鎌塚奈良ケ谷川多+流木不明土砂堆積洪水吐及びその周辺の侵食流木による一部閉塞天端下1.2m梅ヶ谷1北川多不明土砂堆積洪水吐側壁背面土の侵食被害なし無(ほぼ天端水位)生津北川多不明土砂堆積洪水吐周辺の侵食カラ石積み崩壊不明(痕跡無し)コンクリート地山上の側水路型上部橋なしコンクリート地山上の側水路型上部橋あり自然石カラ石積み地山上の側水路型上部橋あり図-2 被災箇所と最大 3 時間降水量コンター3)の関係(福岡県朝倉県土整備事務所管内図 4)に加筆)ら被害の特徴を示すとともに,被災形態の分析を行って表2た。また,今回の豪雨により決壊した山の神ため池を対象として室内越流模型実験を実施した。ため池決壊要因の一つと考えられる洪水吐の閉塞によってため池堤体が侵食される様子を定性的に確認したので報告する。2.朝倉市のため池被災分析平成 29 年 7 月下旬から 8 月中旬にかけて,今回の豪雨により被害を受けたため池の被災調査を実施した。調査106ため池の被災率による整理ため池数ため池被災箇所数被災率 (%)朝倉市全域1084844最大3時間降水量200mm以上の地域343191重被災箇所115(堤体材質:砂礫)45軽被災箇所3712(堤体材質:砂質,砂礫)32 60Ec = (JIS A1210-A)ゼロ空隙曲線D50 = 1.05 mmUc = 10.5𝜌𝜌s = 2.75 g/cm3802.2乾燥密度 ρd (g/cm3)通過質量百分率(%)100※伊都まさ土オリジナル(未ふるい)4020締固め曲線ρdmax = 1.99 (g/m3)21.8※d = 4.75mm以下(ふるい済土砂)00.001OMC = 11.3 (%)1.60.010.11粒径 (mm)10100051015含水比 w (%)図-3(a) 堤体材料の粒径加積曲線図-3(b) 堤体材料の締固め曲線したため池箇所を図-1 に示す。調査実施箇所においては,4 箇所での決壊,5 箇所での損傷が確認された。ここでは,朝倉市ため池データベース諸元(mm)2242),福岡県および九州農1123070政局のため池被災状況に関する資料 1),さらに最大 3 時84間降水量のコンター図 3)に基づく簡単な分析を行った。表-1 に,調査結果に基づく調査ため池の被災状況をま419とめたものを示す。すべてのため池において,洪水吐や堤体に何らかの被害が確認された。ほとんどのため池に87130おいて,水位はほぼ天端まで達しており,これが侵食や図-4 作製した洪水吐の形状と寸法浸透破壊といった土構造物の被害をもたらした可能性が高い。調査箇所においては,洪水吐の諸元と被災状況に明確な関連性はみられなかったが,被災したため池の被200mm を超える領域内にある 34 ため池箇所数の内,重害状況を分析することによって,今後の対策に活かせる被害・軽被害が発生したため池箇所数は 31 におよび,そ可能性がある。被災ため池に関する情報を収集し,今回の被災率は 90%を超えている。これは,朝倉市全域の 108のため池被害に関する簡単な分析を行った。のため池箇所数に対する 48 の被災ため池箇所数が占め福岡県朝倉市のため池(108 箇所)について,ため池る割合(全体被災率 44%)と比較して明らかに高い割合2)および朝倉市内ため池の被災状況に関すになっている。また,重被災箇所に分類されたため池のる資料 1)を参考に,ため池の被災箇所と最大 3 時間降水うち,約 50%のため池おいて,堤体材質が砂礫土に分類データベース3)量のコンター とを重ね合わせたものを図-2 に示す4)。されていた。ため池データベースには,108 箇所中 100 箇所のため池・被災ため池では,決壊や洪水吐周辺や堤体の越流侵食について,堤体や洪水吐に関する諸元が示されている。による流失,堤体損傷,裏のりすべり,埋積(土砂や流また,ため池の被災状況に関する資料には,朝倉市内の木の流入)などの被害が確認されている。被災ため池 48 箇所についての被害状況がまとめられて・築堤年代が把握されているものは 6 箇所のみ(江戸時代いる。これらを参考に,今回の現地調査結果も踏まえ,以前 2 池・大正時代 3 池・昭和以降 1 池)で,ほとんどはため池の決壊や堤体の大半が流失したものを重被災,貯不明となっている。つまり,相当に古いものである。に水機能は失われていないものの堤体が損傷したもの,土もかかわらず,ため池として維持されてきたことから,砂流入により貯水容量が減少したもの,水路等が損傷し幾多の洪水に対して経験的維持管理されてきたものと考たものを軽被災と分類した。図中には堤体等の重被災をえられる。今回の豪雨では 40%以上の被災率となってお赤丸,軽被災を青丸として,プロットしている。重ね合り,経験的維持管理の超過洪水と言わざるを得ない。わせた図から明らかなように,最大 3 時間降水量が大き・堤体高,天端幅や法面勾配などの堤体構造諸元およびな地域にため池被害が集中していることが分かる。高さや幅といった洪水吐諸元と,ため池被害の特徴とのここでは,被害分析のために入手したため池データベー間に明確な関係を確認できなかった。今後より詳細な分ス(108 箇所)および被災状況の資料(48 箇所)をもと析が必要である。に被災率を整理し,表-2 に参考値として示す。被災状況・各ため池における洪水吐の流下能力を把握し,適切にの資料に基づく主な知見は以下のとおりである。管理することが必要である。その際は,流下物が土と水・堤体等の重被災・軽被災が発生したため池は 3 時間雨の混相流である可能性や流木の影響を考慮することが今量が 200mm を超える強降雨域内,あるいは流域上流に後重要と考える。強降雨域を有するため池となっている。3 時間雨量が107 模型スケール1/50 (モデル:山の神ため池)200(cm)緩衝材7洪水吐50ポンプにより給水まさ土201:1.41:2.7689排水図-5 室内越流模型実験装置の外観⑦⑥⑤④③②①図-6 模型盛土内の土壌水分計の設置位置3.ため池堤体の室内越流模型実験は 40cm である。ため池堤体については,山の神ため池を想定した 1/50 スケールの模型盛土を作製した。模型盛本章では,豪雨により決壊した山の神ため池の被災メ土では,貯水側から洪水吐と模型盛土の結合部への水のカニズムを明らかにすることを目的として,洪水吐の閉流入を防ぐため,洪水吐と同じアルミ板で堤内側の法面塞により,ため池堤体が侵食される様子を定性的に確認を覆い,左右端部をシリコンで止水した。越流模型実験するための室内越流模型実験を実施した。ため池台帳をでは,給水流量について,福岡県朝倉市の観測雨量を参もとに,ため池堤体の洪水吐設置付近を 1/50 スケールで考とした。合理式およびフルード則に基づき,模型スケモデル化し,洪水吐が堰止められることより堤体法面をールでの流量を計算した結果,1 時間雨量 Qm=111.6越流する様子を再現する。土槽内に洪水吐を含む堤体模(l/min),3 時間雨量 Qm=75.0 (l/min), 24 時間雨量 Qm=19.6型の一部を作製し,ため池部から水を越流させて,盛土(l/min)となった。実験時の給水流量については,実験で内の飽和度の変化,破壊形態を考察した。用いた土槽や水中ポンプの給水容量などを考慮し,15(l/min)程度の流量に設定した。模型盛土および基礎地盤は最適含水比(OMC)で締固3.1 実験の準備と手順堤体材料としては,九州大学伊都キャンパスで採取しめ度 Dc=90%になるように,タンパーを用いて締固めをたまさ土(以下,伊都まさ土と称す)を用いた。図-3(a)行った。盛土部については,5 層に分けて締固めた。流に伊都まさ土の粒径加積曲線,図-3(b)に締固め曲線を示量については,流量 7.0 (l/min)で貯水を行った。その後,す。模型地盤には,伊都まさ土を 4.75mm 以下のふるい15 分間程度,7.0 (l/min)の流量で洪水吐から排水を行っ分けしたものを用いた。締固め曲線は,4.75mm を通過た。洪水吐が機能していることを確認したうえで,堰止した試料の結果を示している。模型盛土は,炉乾燥試後,め材で洪水吐を完全に塞ぎ,決壊するまでの間,土壌水最適含水比に調整した。分計による盛土内部の飽和度変化とビデオカメラによる作製した洪水吐モデルを図-4 に示す。洪水吐の寸法は,盛土形状変化を連続的に計測した。土壌水分計の配置図ため池台帳の設計寸法や現地での実測値を参考に決定しを図-6 に示す。堰止め後の流量は 14.0 (l/min)に設定した。た。また洪水吐の材料については,加工の観点から,厚また,土槽内への給水過程で生じる波力を弱めるため,さ 0.3mm のアルミ板を用いた。各部材の接合部や隙間等給水側に緩衝材を設置した。についてはテープやシリコン等でシーリングを行った。3.2 実験結果と考察洪水吐を堰き止めるために,天端の流路部と同じ寸法の図-7 に越水時の盛土形状の経時変化を示す。盛土の堰止め材(木材)を作製した。洪水吐と堰止め材の間に,越流水が通水するのを低減するため,洪水吐の底面部に侵食過程は,堤体縦断方向からビデオ撮影により観察し板状のゴムを貼り付けた。た。洪水吐を挟んだ両断面での決壊時間に大きな差が生じた。洪水吐の閉塞に伴う堤体への越流については,洪図-5 に室内越流模型実験の詳細な寸法を示す。奥行き108 図-7 越流による盛土形状の経時変化0min2min1min越水後 0,1,2,5,8 min5min8min図-8 越流に伴う模型盛土の侵食過程の経時変化貯水(約10分)洪水吐排水(約15分)洪水吐堰止め洪水吐排水(約15分)貯水(約10分)洪水吐堰止め150飽和度 Sr (%)130ch.1ch.3ch.6ch.7ch.5ch.2ch.3ch.411090705030014201430204014401450 1460経過時間 t (min)501470014206014801430204014401450 1460経過時間 t (min)501470601480図-9 模型地盤内の飽和度の経時変化水吐を挟んで天端の片側からのみ優先して越流し,水みることによって,堤体が侵食を受け,時間経過とともに,ちが形成される結果となった。これは,天端が左右対称侵食量が増加していくことが確認された。に形成できておらず,一度越流による水みちが形成され図-8 に越流に伴う模型盛土の侵食過程の経時変化をると,越流水が優先して水みちを流れていくことが要因まとめを示す。越流開始後 5 分経過すると,堤体部の法と考えられる。洪水吐を閉塞後,模型盛土を水が越流す肩まで侵食を受け,洪水吐の所定水位よりも低い位置ま109 で堤体侵食が進行した。3 時間降水量のコンターを比較すると,最大 3 時間降模型地盤内の飽和度の経時変化を図-9 に示す。土壌水水量が大きな地域にため池被害が集中していること分計による地盤内の飽和度については,ch1 の値のみがが確認された。堤体等の重被災・軽被災が発生したた貯水段階で大きく上昇している。これは,ため池堤内側め池は 3 時間雨量が 200mm を超える強降雨域内,あのシーリングが不十分で水漏れにより法面からの浸透がるいは流域上流に強降雨域を有するため池となって発生したことが原因と考える。ch4 も同様に,洪水吐かいる。3 時間雨量が 200mm を超える領域内にあるためらの排水過程において,飽和状態に達している。これも池の被災率は 90%を超えている。天端付近の洪水吐接合部のシーリングが不足していたこ・今回の豪雨災害で被災した山の神ため池を対象として,とが原因と考えられる。天端直下の ch2 と ch3 に着目すため池模型盛土に対する越流実験を実施した。洪水吐ると,洪水吐の閉塞後に,飽和度の上昇率が増加していの閉塞によって,ため池堤体部から越流し,堤体侵食る。これは洪水吐が閉塞し,単位時間当たりの天端付近が進行する様子を定性的に確認した。における堤体への浸透量が増加したことが要因と考えら謝辞:平成 29 年九州北部豪雨のため池被害を調査するにれる。今回実施した模型実験では,模型盛土の天端から底面にかけて浸透していく様子が確認された。さらに,当たっては,(公社)地盤工学会堤外側の ch6 と ch7 に着目すると,越流前まで一定であ部豪雨災害調査団平成 29 年 7 月九州北った飽和度が,洪水吐の閉塞後に上昇している。越流水協力を得て実施した。ここに記して謝意を表します。まが法面を直接流下することで,法面の侵食および浸透がた,室内越流模型実験の大部については,平成 29 年度科河川・ため池グループのメンバーの生じたためと考えられる。以上より,洪水吐の閉塞に伴学研究費補助金(特別研究促進費)「平成 29 年 7 月九州う越流は,盛土本体・法面への浸透量の増加や法面侵食北部豪雨災害に関する総合的研究」(課題番号 17k20140)につながり,最終的に盛土全体の崩壊へとつながることの支援を受けて実施された。ここに記して深甚の謝意をを定性的に確認した。表する次第である。4.まとめ参考文献平成 29 年九州北部豪雨により被害を受けたため池の1)福岡県,九州農政局(2017):朝倉市内ため池の被災状況に関する資料.被災調査を実施するとともに,福岡県朝倉市のため池データベース,ため池被災状況の資料や降雨データをもと2)福岡県:【朝倉市】ため池データベース(H28.8.25)に,被災形態の分析を行った。また,決壊した山の神た3)地盤工学会:平成 29 年 7 月九州北部降雨地盤災害め池を想定した室内越流模型実験を実施し,堤体侵食の調 査 団 調 査 報 告 ,斜 面 崩 壊 グ ルー プ進行過程を確認した。調査・分析から得られた主な知見https://www.jiban.or.jp/wp-content/uploads/2017/09/sを以下に示す。yamen20170903.pdf・福岡県朝倉市で調査した 9 箇所のため池において,洪4)福岡県:朝倉県土整備事務所管内図水吐や堤体の損傷が確認された。各ため池において,豪雨時の水位がほぼ天端まで達しており,侵食や浸透破壊といった土構造物の被害が発生した可能性が高い。・朝倉市全域のため池箇所数に対する被災ため池箇所数(被災率)は約 40%であった。堤体の被害箇所と最大In this paper, analysis of the damage to reservoirs by Northern Kyushu heavy rainfall in 2017 wasconducted based on field survey, damage information, reservoirs database in Asakura city Fukuoka, 3hours precipitation and so on.Furthermore, in order to observe erosion occurrence at embankment slope, model test forembankment failure due to overflow in consideration with spillway blockage was carried out byinvestigating shape and saturations of the embankment with time.110
  • ログイン