竹田直仁

中小都市河川の欠測河床地形の補正と水理計算

細山田得三

近年，日本では豪雨の頻度が増加し，中小河川での氾濫被害が発生している．例えば，2019年の台風19号では，新潟県長岡市の太田川でバックウォーター現象が発生し，浄土川周辺で浸水が確認された．
国が管轄する大規模河川（一級河川）では，定期横断測量などの河川管理体制が比較的整っているが，河川延長距離の大部分を占める中小河川ではその膨大な河川延長距離のために管理体制が不十分である．そのため，近年では数値標高モデル（DEM）やデジタルツイン技術の活用が進められているが，従来のDEMは水面下の標高が欠測となる課題がある．
本研究では，中小河川の欠測データを補間し，水理解析に必要な河川横断形状を迅速かつ安価に作成する手法を提案した．QGISと独自の補間アルゴリズムを用い，国土地理院の5mDEMデータを活用することで，比較的高精度な標高データを取得し，実断面に近い結果を得ることができた．補間アルゴリズムは，隣接標高データの重み付き平均を基に決定する方法を採用し，特に欠測範囲が限定的な場合に有効であることが確認された．また，補間DEMを用いた氾濫解析を実施し，降雨に伴う水位変動を再現した．結果として，降水量の増加に伴い低標高域に水が集まり，36時間後には水位が最大となる傾向が確認された．その後，降雨の減少とともに水位が低下し，観測データとも概ね一致する挙動を示した．一方で，一部の水位上昇域では地形や土地利用との整合性に課題があり，さらなる改良が求められる．計算はRyzen 7搭載PCで約3時間を要したが，建物占有率，地下浸透，市街地流出などを考慮すると計算負荷が増大することが予想される．また，外水氾濫解析への適用には流入ハイドロデータや破堤情報の考慮が不可欠であり，既存ソフトウェアとの比較をすることで，本モデルの有意性を確認する必要がある．
今後は，補間したDEMの有用性については十分に検証するため，実際の洪水データを用いた再現計算や他の河川への適用性も確認する必要がある．本研究の手法は，現地測量の負担を軽減し，迅速かつ安価に水害リスクを評価する手法として，今後の水害対策などの河川管理に貢献することが期待される．独自で開発した水理計算プログラムは試作段階であり，実際の内水氾濫解析への適用は未確定であるため，更なる検討が求められている．