結論からいうと、大雨の直後に川の流れが速くなりやすいのは、流域から大量の雨水が川へ集まり、短時間に流量と水深が増えるからです。 川の同じ場所を、平常時よりはるかに多くの水が通ろうとすると、水位が上がるだけでなく、平均流速も大きくなりやすくなります。
ただし、「水位が上がれば必ず同じ割合で流速も上がる」という単純な関係ではありません。川幅が広がる場所、氾濫原へ水が広がる場所、下流の高い水位による背水を受ける場所などでは、水深が増えても流速の増え方が小さいことがあります。大雨後の流速は、流量・水深・川幅・勾配・河床の粗さの組み合わせで決まります。
大雨が降ると、まず流域から川へ入る水が増える
川の水は、川の真上に降った雨だけでできているわけではありません。山、森林、農地、市街地など、その川の流域に降った雨の一部が、斜面、側溝、沢、支流を通って本川へ集まります。
雨が弱いときは、一部の水が土にしみ込んだり、植物や地表に一時的に貯まったりします。しかし強い雨が続くと、地面が多くの水を含むようになり、川へ流れ込む水の割合が増えることがあります。
米国地質調査所（USGS）は、降雨後の河川流量は短時間に大きく増えることがあり、特に小さな流域や都市流域では、降雨から数時間以内に流量が急増する例を示しています。
つまり、大雨の直後に川が速くなる最初の理由は、上流や周辺から一気に水が集まり、川が運ばなければならない水の量そのものが増えることです。
「流量」は水の量と流れの速さの両方で決まる
河川でいう流量とは、ある断面を1秒間にどれだけの体積の水が通過するかを表す量です。
国土交通省の洪水流量観測でも、河川の横断面積と流速を測定し、その組み合わせから流量を求めています。USGSも、流量は基本的に「水が流れる断面積 × 平均流速」で求めると説明しています。
大雨によって流量が増えたとき、その増加分すべてを水深の上昇だけで通せるとは限りません。川幅や河道形状には限りがあるため、通常は水位の上昇とともに流速も変化します。
たとえば同じ川幅の区間で、水深が増えて流れる断面が大きくなり、さらに平均流速も高くなれば、非常に大きな流量を下流へ運ぶことができます。
水深が増えると、川底の摩擦の影響が相対的に小さくなる
川の流れは、川底や河岸との摩擦によって抵抗を受けています。
浅い川では、水の多くが川底や岸に近く、摩擦の影響を強く受けます。大雨で水深が増えると、流れの中心部は川底からより離れ、流れる水全体に対する境界面の抵抗の割合が相対的に小さくなることがあります。
河川工学で広く用いられるManningの考え方でも、同じ勾配や粗度なら、水深や水理的な断面規模が大きくなるほど平均流速が大きくなる関係があります。
このため、大雨後には「水が増えただけ」ではなく、水深の増加によって水の流れ方そのものが変わり、速い流れが生じやすくなります。
洪水時には水面の勾配が大きくなることもある
水を下流へ動かす基本的な力は重力です。川の水面が下流へ向かってどの程度下がっているかは、流れを動かす力に関係します。
大雨で上流から大量の水が流れ込むと、場所によっては上流側の水位が大きく上昇し、水面勾配が平常時より大きくなることがあります。その場合、流れを下流へ押し進める力も強くなり、流速が上がりやすくなります。
一方、下流側の水位が高い場合や、河口で高潮・潮位の影響を受ける場合、ダムや堰の上流などでは、背水によって水面勾配が小さくなり、水位が高くても流速がそれほど増えない場合があります。
このため、洪水時の流速を考えるときは「水深」だけでなく「水面の傾き」も重要です。
川幅が狭い場所では流れが速くなりやすい
同じ量の水が流れるなら、広い場所より狭い場所の方が流れが集中しやすくなります。
大雨後に大量の水が狭窄部へ入ると、限られた断面を通過するため流速が非常に大きくなることがあります。国土交通省も、洪水時の流速を抑えるために河道を拡幅する設計事例を示しています。
橋脚の周囲、護岸で幅が狭められた場所、谷が急に狭くなる場所などでは、局所的に強い流れが生まれやすくなります。
このような場所では河床や河岸を削る力も大きくなり、洗掘や侵食が進むことがあります。
平常時より洪水時の方が大きな石や土砂を動かしやすい
流速が上がると、川底に働く力も大きくなります。
普段は動かない砂利や石が転がり始め、河床が削られたり、砂州の形が変わったりします。洪水時には河岸が侵食され、大量の土砂が下流へ運ばれることもあります。
国土交通省は、急流河川について、洪水時の流速が極めて速く、河岸を侵食する力も大きいと説明しています。
このことは、大雨後の川が見た目以上に危険である理由の一つです。水の深さが増えるだけでなく、流れの速さと力も大きくなっているためです。
「雨がやんだ直後」でも川は速いままのことがある
雨がやんだからといって、川の流量がすぐ平常時へ戻るわけではありません。
流域の遠い場所や上流に降った雨は、沢や支流を通って時間差で本川へ到達します。特に大きな流域では、雨が止んだ後もしばらく流量が増え続けることがあります。
USGSは、大きな河川ほど流域の遠方から水が集まるのに時間がかかり、雨の後も数日かけて水位や流量が上昇・低下する場合があると説明しています。
そのため、現地で雨が止んで晴れていても、上流の大雨によって川が増水し、流れがさらに速くなることがあります。
小さな川では流速が急変しやすい
小さな流域では、水が川へ集まる距離が短いため、大雨に対する反応が非常に速い場合があります。
USGSが示す都市河川の例では、降雨前の流量から数時間で100倍以上に増えた例があります。流量がこれほど急激に変わると、水深と流速も短時間で大きく変わります。
特に都市部では、道路や屋根から雨水が側溝や下水管を通って川へ素早く流れ込むため、中小河川が短時間で危険な状態になることがあります。
一方、大河川では流量の総量は大きくても、流域全体の水が集まるまで時間がかかり、増水が比較的ゆっくり進む場合があります。
川幅が広がる場所では、増水しても流速が下がることがある
大雨後の川で、すべての場所の流れが同じように速くなるわけではありません。
河道が急に広がる場所では、水が横方向へ広がり、流速が下がることがあります。USGSは、洪水流が広い河道や氾濫原へ広がると、水が一時的に貯まり、流速や洪水ピークが低下する場合があると説明しています。
同じ川でも、狭い本流では非常に速く、広い高水敷や氾濫原では比較的遅いという違いが生じます。
したがって、「洪水時は川全体が一様に速くなる」と考えるのではなく、河道断面ごとに流速分布が大きく異なると理解する必要があります。
カーブや橋脚の周囲では局所的にさらに速くなる
川のカーブでは、主な流れが外岸側へ寄ることがあります。外岸側では流速が大きくなり、河岸が強く削られやすくなります。
橋脚や岩の周囲では、流れが狭い部分に集中したり、障害物を回り込んだりするため、場所によって速い流れや複雑な渦ができます。
洪水時の流速計測に関する近年の研究でも、河道の横断方向や橋脚周辺では流速分布が均一ではなく、局所的に異なることが示されています。
そのため、川を見たときに水面が比較的穏やかに見える場所でも、少し離れた場所では非常に強い流れが発生していることがあります。
水位が高いことと流速が速いことは同じではない
水位と流速は関係していますが、同じものではありません。
USGSは、河川水位と流量には強い関係があるものの、その関係は観測地点ごとに異なり、水位が2倍になったから流量も2倍になるわけではないと説明しています。
川幅、水深、河床形状、植生、堰、橋、下流の水位などが変われば、同じ水位でも流量や流速が異なることがあります。
そのため河川管理では、水位だけでなく、実際の流速や断面積を測定し、水位と流量の関係を継続的に確認しています。
「大雨の直後」が特に危険な理由
大雨直後の川には、複数の危険が同時に起こります。
- 流量が急増して水深が深くなる
- 平均流速が速くなりやすい
- 河岸や川底が削られ、足元の地形が変わる
- 流木や石などが流れてくることがある
- 上流の雨によって、現地の雨が止んだ後もさらに増水することがある
- 橋脚、堰、カーブなどに強い流れや渦が生じる
浅く見える水でも、流速が速いと人が立っていることが難しくなります。大雨の直後は「水深がそれほど深くないから安全」と判断しないことが重要です。
まとめ
大雨の直後に川の流れが速くなりやすいのは、流域から大量の雨水が集まり、川が短時間に大きな流量を運ぶ必要があるからです。
- 大雨で流域から川へ入る水が増える
- 流量が増えると水位・水深が上がり、平均流速も大きくなりやすい
- 水深が増えると、川底や河岸の摩擦の影響が相対的に小さくなる場合がある
- 水面勾配が大きくなると流れを動かす力も強くなる
- 狭窄部やカーブでは局所的に非常に速い流れが生じる
- 雨が止んだ後でも上流からの水が時間差で到達し、増水が続くことがある
- 川幅の拡大や氾濫原への拡散、背水などによって流速の増え方が小さい場所もある
つまり、大雨後の川は「水が多い」だけではありません。 水深、流量、水面勾配、河道形状が同時に変わることで、平常時より速く強い流れが生まれます。そのため、大雨の直後は雨がやんでいても川へ近づかないことが重要です。
コメント