文字サイズ
背景色
新着情報
協会案内
公益支援事業
公益自主事業(九州技報)
水辺だより
講習会
インフラDX
利用規約
各ポリシー
謝辞
お問い合わせ平成２４年九州北部豪雨等出水における
堤防決壊の被災要因についての考察
堤防決壊の被災要因についての考察
甲斐浩幸
友納敏
友納敏
キーワード：豪雨災害、堤防決壊、被災メカニズム
1．はじめに
九州北部では、平成24 年7 月3 日と12 日から14 日にかけて、停滞した梅雨前線等の影響で記録的な豪雨となり、筑後川、白川、矢部川、山国川、菊池川、遠賀川、六角川等の九州北部の各水系において、はん濫危険水位を超過し河川の氾濫等が発生した。特に、筑後川支川花月川と矢部川及び矢部川派川沖端川では堤防決壊等により、外水氾濫による甚大な被害が発生した（図－ 1）。
ここでは、花月川、矢部川及び沖端川の堤防決壊の原因について考察する。
２．降雨の概要
本論の前に、今回の降雨の概要について述べる。
7 月3 日から4 日にかけて梅雨前線が九州北部地方に停滞し、前線に向かって暖かく湿った空気が流れ込み、福岡県と大分県で大雨をもたらした。さらに、7 月11 日から14 日にかけて、東シナ海上の大気下層に蓄積された大量の水蒸気が、強い南西風によって持続的に九州に流れ込み、複数の線状降水帯を形成し長時間停滞することで、九州北部を中心に大雨をもたらした。7月初旬から中旬にかけての約半月間で、筑後川、山国川、矢部川、菊池川、白川の流域において、1,000㎜を超える雨量を記録した（図－ 2）。
３．花月川の被災原因
３－１ 出水概要
筑後川支川花月川では、7 月3 日の降雨において短時間に記録的な豪雨を観測し、花月川水位観測所では水位が1 時間に約3.5m と急激に上昇し、はん濫危険水位を超え昭和47 年7 月出水時の3.68m を40 年ぶりに更新する観測史上最高の4.16m を記録した。さらに7 月14 日の降雨でも、3 日の観測史上最高水位を半月足らずで更新する4.37m を記録した（図－ 3）。
３－２ 被災概要
7 月3 日の出水では、花月川左岸5k800 付近で160m、右岸6k200 付近でも200m にわたり堤防が決壊し、さらに13 箇所から洪水流が越水し、日田市街地を含む花月川沿川で浸水面積121.3ha、全壊1 戸、床上浸水414 戸、床下浸水306 戸の家屋被害が発生した。また、7 月14 日の出水でも再び洪水流が越水し、浸水面積78.8ha、床上浸水101 戸、床下浸水181 戸の家屋被害が発生した。堤防等の被災は、3 日に発生した2 箇所の堤防決壊のほか、14 日とあわせて18 箇所の護岸崩壊等が発生した（写真－ 1）。
３－３ 被災原因
堤防欠壊箇所付近は、平均河床勾配が1 ／ 90でセグメント1 の区間である。準二次元不等流計算による検証（再現計算）によると、今回の洪水では6. /s 以上もの高流速が局所的に発生しており、河床、河岸等に非常に大きな外力が作用したと推察される。さらに、急流河川特有の河床洗掘や河岸浸食等に伴う河床変動が発生し、湾曲部内岸側への洲の発達やそれに伴う洪水流の編流も生じている（写真－ 2）。
堤防が決壊した左岸5k800 付近や右岸6k200付近の痕跡水位は、ほぼＨＷＬであり越水は生じていない。しかし、先で述べたような非常に大きな外力と河川特性から、洪水中に内岸側に洲が形成され、一方で外岸側の堤防基礎部の浸食が進行し、堤防の決壊に至ったものと推察された（写真－ 3 ～写真－ 6）。
４．矢部川の被災原因
４－１ 出水概要
矢部川流域では、7 月14 日未明から昼頃にかけて非常に発達した雨雲が流れ込み、八女市黒木雨量観測所では1 時間に94㎜、3 時間に183㎜、9 時間に365㎜と、いずれも観測史上最多の記録的な豪雨となった。
矢部川では7 月14 日9 時に船小屋水位観測所において観測史上最高の9.76 ｍを、派川沖端川でも14 日9 時に新村橋水位観測所において観測史上最高の6.29 ｍを記録した。
今時の出水は、船小屋水位観測所においては、これまでの最高水位であった平成2 年7 月出水時の7.74 ｍを約2 ｍも上回るとともに、はん濫危険水位以上の高い水位が長時間続く洪水となった（図－ 4）。
４－２ 被災概要
矢部川では長時間にわたり、はん濫危険水位以上の非常に高い水位が続き、14 日の13 時20 分頃、津留橋上流右岸7k300 付近の堤防が約50mにわたり決壊した。また、矢部川本川堤防が決壊する数時間前には、福岡県が管理する矢部川派川沖端川でも、目撃情報によると14 日の8 時55分に左岸中山地先の堤防が約150m、さらに9時30 分には左岸本郷地先でも約30m にわたって堤防が決壊した。柳川市、みやま市等では、これら堤防決壊による外水はん濫や内水はん濫等により、浸水面積2，579ha、床上浸水697 戸、床下浸水1，111 戸に及ぶ甚大な被害が発生した。また、矢部川においては堤防決壊のほか、全川にわたり漏水等も発生している（写真－ 7 ～写真－ 11）。
４－３ 矢部川の被災原因
矢部川の堤防決壊は、「越水なき破堤」であり技術的にも多岐にわたる検討が必要と判断されたことから、堤防決壊の原因究明は、河川工学と地盤工学の専門家から構成される「矢部川堤防調査委員会」を設置し検討を行った。ここでは委員会での検討結果に基づき、被災原因について述べる。
１）外力
出水後に実施した洪水痕跡調査により、直轄管理区間のほぼ全川でＨＷＬを超えていたことが確認され、特に堤防が決壊した7k300 付近の上下流では、ＨＷＬを約1m 以上超える非常に高い水位であったことが確認された。また、不定流計算により7k300 付近の水位を推定すると、河川水位は14 日8 時頃からＨＷＬを約5 時間以上超過してしたと推定され、堤防決壊はピーク水位を過ぎてはいるもののＨＷＬ以上の水位で生じたものと推察された（図－ 5）。
２）基礎地盤等の地質
堤防決壊箇所周辺にて、ボーリング調査、サウンディング調査、トレンチ調査、物理探査、現場透水試験、室内土質試験等を実施し、基礎地盤等の地質特性の把握を行った。
調査の結果、以下に述べる複雑かつ特異な基礎地盤構成であることが明らかとなった（図－ 6・図－ 7 ）。
①堤防を横断する形で基礎地盤の比較的上部に水が浸透し易い砂層（As層）が1m～1.5m程度の厚さで分布していた。
②川側のトレンチ調査等により、上記砂層（As層）は河岸まで連続し、また、堤防川表のり尻付近では表層礫層（Fg層）と連続していることも確認された（河川水が直接、砂層（As層）に浸透しやすい状況）。
③宅地側のトレンチ調査等により、上記の砂層（As層）は連続していないことが確認された。すなわち、川側から砂層内を浸透してきた水がせき止められる地層構成となっていた。
④砂層（As層）の透水係数は平均的には10.3（㎝/s）オーダーであったが、川表側には10.2（㎝/s）オーダーの粗い粒径の砂が部分的に存在していた。
⑤砂層（As層）の直上に位置する粘土層（Fc層）は、堤防のり尻部周辺では層厚が1m程度と比較的薄かった。
⑥堤体は粘性土で築造されている。また、堤体土（Bc層）の透水係数は10.5（㎝/s）オーダーであり透水性は非常に低い。
３）目撃情報
被災原因の究明は数値解析のみではなく、実際に生じていた現象を一連のプロセスとして再現することが重要であり、今回の検討では、消防団や住民へのヒアリングにより目撃情報の把握に努めた。以下は代表的な目撃情報である。
①消防団の目撃情報（堤防天端にて）
・堤防が決壊したのは13 時20 分頃。
・水が特に噴いていたのは決壊箇所の堤防のり尻付近で高さは1m 程度で濁っていた。
・現地に到着した時は既に舗装が堤防縦断方向に約50㎝程度の幅でズレ落ちていた。
・到着後2 分～ 3 分で堤防が決壊した。人が飛び越えられる程度の1m もないような幅で堤防断面全ての土が田面高程度まで鉛直方向に一気に落ち込み洪水が流れ込んできた。決壊は上流に広がっていった。
②住民の目撃情報（川裏の自宅にて）
・1m もないような狭い幅で堤防のり面の草がなくなり土が見えていた。
・堤防のり尻付近から濁った水が1m 程度の高さで噴いていたが、その後、堤防が1m程度の幅で真下に一気に落ち込み、洪水が流れ込んできた。
４）浸透流解析等によるシミュレーション
基礎地盤等の地質特性を基に、堤体及び基礎地盤をモデル化し、浸透流解析及び円弧すべりによる安定解析を実施した。解析は堤防決壊箇所の断面で8 ケース、決壊箇所直上流の無被災箇所で2ケース、さらに治水地形分類図で決壊箇所の地盤特性と類似する決壊箇所近傍の無被災箇所である6k200 左岸も2 ケース実施した。
堤防決壊箇所の断面で平均的な透水係数を用いたケースを見ると、堤防のり尻付近の砂層（As 層）上面の圧力水頭は、堤防決壊の約1 時間20 分前に最大値3.9m となり、Ｇ／Ｗ（Ｇ：被覆土層の重量、Ｗ：被覆土層底面に作用する揚圧力）の最小値も同時刻で0.47 と1.0 を大きく下回っており、堤防が決壊する前から、堤防のり尻付近で漏水さらには噴砂が発生していたものと推察される（図－ 8）。
一方、無被災箇所である決壊箇所直上流と6k200 左岸のＧ／Ｗは1.0 を上回り解析でも漏水は発生していない。さらに、全てのケースで、浸透による堤体のすべり破壊に対する安全率は堤防が有するべき1.2 を満足している。
また、浸透流解析のほか、準三次元流況解析による河岸浸食の検討も行ったが、川表のり面や高水敷が浸食されるような流速は発生しておらず、さらに、既設逆坂路や橋脚の影響も、流況解析結果から、それらの影響はわずかだと推察された。
５）被災原因
矢部川の堤防決壊は、前述した特異な基礎地盤に加え、今時出水が計画高水位を超えた水深が最も大きく、かつそれを超えていた継続時間も最も長い区間にあり、堤防の設計外力を超える非常に大きな外力が作用し、それらが複合的に重なったことによる基礎地盤からのパイピングが堤防決壊の主因であるとまとめられた。
〈堤防決壊のメカニズム：想定〉
【場面① 13:00】（図－ 9 － 1）
・河川水位の上昇とともに、基礎地盤砂層の圧力が大きくなる。
【場面② 13:10（推定）】（図－ 9 － 2）
・基礎地盤砂層の圧力水頭（Ｗ）が、のり尻部の上載加重（被覆土層の重量：Ｇ）を上回り、盤ぶくれおよび漏水が生じる。
・漏水口より砂層の土粒子が噴出し、さらに連動して砂層の土粒子の細粒分が浸透流速により移動、噴出する。その結果As 層に空隙ができ、堤体の下への空隙・空洞化が進行する。
【場面③ 13:10 ～ 13:20（推定）】（図－ 9 － 3）
・堤体下の空隙、空洞が大きくなり堤体を支持することができず堤体が沈下・陥没する（裏のりから堤体中央へと徐々に進行する場合と、堤体が一気に沈下・陥没する場合が想定される）。
【場面④ 13:20】（図－ 9 － 4）
・堤体が沈下、陥没した結果、そこから河川水が集中して流れ出すとともに、堤体を洗掘し決壊に至る。
【場面⑤ 13:20 ～】（図－ 9 － 5）
・決壊口から河川水の流れ出しにより基礎地盤の砂層および堤体が洗掘されて、徐々に決壊口が拡大していく（基礎地盤砂層が洗掘され、上部堤体が崩壊したことも想定される）。また、地盤も洗掘され落堀が形成される。
４－４ 派川沖端川の被災原因
沖端川では、堤防越水の目撃情報があり、写真でもその状況を確認することができる（写真－10）。また、洪水後の現地調査では決壊した2 箇所の間で、越水によるものと想定される堤防のり面上部の洗掘の痕跡が確認された（写真－ 12）。のり尻付近の洗掘が生じていないのは、既に決壊による外水氾濫で川裏側が浸水していたためと推察される。
堤防決壊箇所付近のボーリング調査では、矢部川の堤防決壊の一要因となった、水が浸透しやすい砂層は堤内地側の表層部では確認されておらず、パイピングによる被災の可能性は低い。
以上のことから、沖端川の堤防決壊は堤防越水によるものと推察される。
５．おわりに
花月川、矢部川、沖端川の堤防決壊は、いずれも要因が異なるものではあるが、今後の堤防設計や管理においても、今まで以上に、洪水時の外力、河川特性さらには地盤特性を踏まえた対応が必要である。
最後に、被災直後から被災状況の調査等の支援を頂いた、緊急災害対策派遣隊（ＴＥＣ－ＦＯＲＣＥ）の各整備局職員の皆様、矢部川堤防決壊の原因究明に多大なご指導ご助言を頂いた矢部川堤防調査委員会の皆様、また、目撃情報をご提供頂いた消防団、住民の皆様に深く感謝申し上げる。
