結論からいうと、川で洪水が起こるのは、流域に降った雨や雪どけ水が川へ集まり、川がその場所で流せる量を超えるほど水位・流量が増えるからです。 川の水は上流の広い範囲から集まってくるため、その地点で雨が弱くても、上流で大雨が続けば増水することがあります。さらに、川幅が狭い場所、橋や狭窄部、堤防の高さや強さ、都市化による雨水の流出増加などが重なると、水が河道からあふれる危険が高まります。
気象庁は洪水を、降雨や融雪などによって河川の水位や流量が異常に増大することと説明しています。河川の水が堤防を越えたり、堤防が決壊したりして周囲へ広がる現象は外水氾濫と呼ばれます。つまり「洪水」は川の水が異常に増える現象を含み、「氾濫」はその水が河道の外へあふれ出す現象と考えると整理しやすくなります。
川の洪水は、上流に降った雨が集まって起こる
川は、その場所に降った雨だけを流しているわけではありません。
山や丘に降った雨は、一部が地中へしみ込み、一部が地表を流れながら沢や支流へ集まります。支流の水はさらに本流へ入り、下流へ流れていきます。
国土交通省岩手河川国道事務所は、雨水が地中や地表を通って、その地域で低い場所にある川へ集まってくること、雨の降り方や地形・地質によって洪水の起こり方が変わることを説明しています。
このため洪水を考えるときは、川のすぐ近くの雨だけでなく、上流を含む流域全体の雨を見る必要があります。
理由1：強い雨が降ると、川へ流れ込む水が急増する
地面には、雨水をしみ込ませたり一時的に蓄えたりする働きがあります。
しかし、短時間に非常に強い雨が降ると、地面が水を吸収する速さを雨の量が上回ります。すると、しみ込みきれない水が地表を流れ、短時間に川へ集まります。
米国国立気象局も、洪水は強い雨が短時間に降る場合や、長雨が続く場合などに起こり、土壌が吸収できる量や河川が流せる量より速く水が集まることが大きな原因だと説明しています。
特に小さく急な流域では、降った雨が短時間で川へ到達するため、川の水位が急激に上昇することがあります。
理由2：長雨では土が水をためきれなくなる
洪水は短時間の豪雨だけでなく、何日も続く雨でも起こります。
雨の降り始めには土壌へ多くの水がしみ込みます。しかし雨が続くと土の中に水がたまり、新たな雨を受け止める余地が小さくなります。
その結果、後から降った雨ほど地表を流れやすくなり、川へ入る水が増えます。
USGSは、長時間の降雨や短時間の強い降雨が、河川をあふれさせる代表的な原因だとしています。
つまり同じ1時間の雨量でも、それまでの数日間が乾燥していた場合と、雨続きだった場合では、川の増水のしかたが大きく違うことがあります。
理由3：上流の広い範囲の水が時間差で合流する
大きな川では、流域のさまざまな場所に降った雨が同時に下流へ到達するわけではありません。
近くに降った雨は比較的早く届き、遠い上流に降った雨は支流や本流を通って時間をかけて届きます。
気象庁の流域雨量指数は、雨水が地表や地中を通って河川へ流れ出す「流出過程」と、河川を下流へ流れる「流下過程」を計算し、上流の雨が下流の洪水危険度へどう影響するかを評価しています。
そのため雨が弱くなったり、現地ではやんだりしても、上流から来る水によって川の水位がさらに上がることがあります。
理由4：川が流せる量には限界がある
川には、その河道の幅・深さ・勾配などに応じて、一度に流せる水量の限界があります。
流量が小さい間は水は河道の中を流れます。しかし流量が増えて水位が上がり、川の断面で安全に流せる量を超えると、水が河川敷へ広がったり、堤防のない場所からあふれたりします。
堤防がある川でも、水位が堤防の高さを超えれば越水が起こる可能性があります。
国土交通省は、河道改修で川幅を広げたり、川底を掘ったり、堤防を整備したりするのは、洪水時により多くの水を安全に流せるようにするためだと説明しています。
理由5：川幅が狭い場所や狭窄部では水位が上がりやすい
同じ量の水が流れてきても、河道が広い場所と狭い場所では流れ方が違います。
山地の谷や、川幅が急に狭くなる狭窄部では、水の通り道が小さいため、その上流側で水位が上がりやすくなることがあります。
また、橋脚、流木、土砂などが流れを妨げれば、局所的に水がせき上げられることがあります。
米国国立気象局も、氷や流木などの詰まりが水をせき止め、上流側の洪水や、詰まりが外れた後の急な増水を引き起こす場合があるとしています。
理由6：堤防を越えたり、決壊したりすると外水氾濫になる
大きな川の多くには、洪水から住宅地や農地を守るための堤防があります。
それでも、想定を超える水位になれば河川水が堤防を越える「越水」が起こる可能性があります。
国土交通省によると、堤防の決壊には主に越水、浸透、侵食・洗掘などが関係します。越水では、堤防を越えた水が川と反対側の斜面を削り、崩壊へつながることがあります。高い水位が長く続くと堤防内へ水が浸透し、土の強さが低下することもあります。
堤防が決壊すると大量の水が短時間で河道の外へ流れ出すため、広い範囲が浸水する危険があります。
「洪水」と「外水氾濫」は同じではない
日常会話ではほぼ同じ意味で使われることがありますが、厳密には区別できます。
気象庁は、洪水を河川の水位や流量が異常に増大することとしています。川の中で水位が大きく上昇していても、まだ周囲へあふれていない段階も洪水に含まれます。
一方、国土交通省の用語では、外水氾濫は河川の水が堤防を越えたり、堤防が決壊したりして家屋や田畑などへ広がることです。
つまり、洪水が大きくなって河道で収まらなくなると、外水氾濫へつながる場合があるという関係です。
内水氾濫は川があふれなくても起こる
大雨のときには、川そのものが堤防を越えていなくても街が浸水することがあります。
これを内水氾濫と呼びます。
市街地に降った雨が下水道や水路の排水能力を超えたり、本川の水位が高くて支川や排水路の水を川へ流せなくなったりすると、水が低い土地へたまります。
国土交通省中部地方整備局は、外水氾濫を河川の堤防から水があふれたり破堤したりする現象、内水氾濫を河川へ排水できない雨水が街や農地にたまる現象として区別しています。
大雨災害では、外水氾濫と内水氾濫が同時に起こることもあります。
理由7：都市化すると雨水が川へ速く集まりやすい
森林や草地では、雨水の一部が土へしみ込みます。
一方、市街地では道路、屋根、駐車場など水を通しにくい面が増えます。そのため、雨水が地中へ浸透せず、地表を流れて側溝や下水道から川へ短時間で集まりやすくなります。
気象庁も、都市域ではコンクリートなどで地面が覆われているため、自然地より表面流出が大きくなる特徴を流域雨量指数の計算に反映しています。
USGSも、都市化による不浸透面の増加が流出量や川の増水を大きくする要因になると説明しています。
このため都市の洪水対策では、川を広げるだけでなく、雨水を一時的にためる施設や地下へしみ込ませる施設も使われます。
雪どけでも洪水は起こる
洪水の原因は雨だけではありません。
積雪地域では、春に気温が急上昇して大量の雪が短期間に解けると、その水が川へ流れ込みます。
気象庁は、流域内の積雪が大量に解けて起こる洪水を「融雪洪水」と呼んでいます。
米国国立気象局も、積雪量が多い状態で急速に雪が解けたり、雪どけ中に雨が降ったり、地面が凍っていて水がしみ込みにくかったりすると、洪水の危険が高まるとしています。
日本でも雪の多い地域では、春の融雪期に河川水位が上がることがあります。
ダムがあっても洪水を完全になくせるわけではない
ダムには、洪水時に水を一時的にため、下流へ流す量を減らす洪水調節の役割があります。
遊水地や調節池も同じように、洪水のピークを小さくするために水を一時的にためます。
しかし、どの施設にも貯められる量には限界があります。また、すべての支流や中小河川に大きな洪水調節施設があるわけではありません。
そのため、治水施設が整備されていても「洪水は絶対に起きない」とは言えません。河川改修、ダム、遊水地、雨水貯留、土地利用、避難情報などを組み合わせて危険を下げることが重要です。
同じ雨でも洪水になる川とならない川があるのはなぜ？
洪水の起こりやすさは、雨量だけで決まりません。
主な違いには次のようなものがあります。
- 流域面積：広いほど多くの場所から水が集まる
- 流域の傾斜：急な地形では水が短時間で川へ集まりやすい
- 地質・土壌：雨水が地中へしみ込みやすいかどうかが違う
- 土地利用：都市化した地域では表面流出が速くなりやすい
- 川幅・水深：河道が流せる水量が違う
- 狭窄部や橋：流れが妨げられる場所では水位が上がることがある
- 堤防やダム：治水施設の整備状況によって洪水・氾濫の危険度が変わる
- それまでの雨：土壌がすでに湿っていると流出が増えやすい
このため「何mm降ったら必ず洪水になる」という一つの数字だけで全国すべての川を判断することはできません。
小さな川では短時間で洪水になることがある
山間部の沢や中小河川では、流域が小さく急勾配なことがあります。
このような川では、強い雨が降ると水が短時間で集まり、数十分から数時間で水位が急上昇することがあります。
米国国立気象局は、急な地形や狭い谷では、雨水が短時間に集中して流れ、急激な洪水が起こりやすいと説明しています。
一方、大河川では反応に時間がかかることがありますが、広い流域に長時間雨が降れば、非常に大きな洪水になる可能性があります。
雨がやんだ後も洪水に注意が必要なのはなぜ？
上流から水が流れてくるまでには時間がかかるためです。
自分がいる場所で雨がやんでも、遠い上流ではまだ強く降っているかもしれません。すでに降った雨が地表・地中・支流を通って本流へ到達する途中の場合もあります。
そのため、雨のピークと川の水位のピークが一致しないことがあります。
気象庁が洪水危険度を評価するときに、現在の雨だけでなく、これまでの雨とこれから予想される雨を使って流域雨量指数を計算するのは、この時間差を考慮するためです。
川が洪水を起こす流れを順番に整理すると
- 流域に強い雨や長雨、雪どけなどで大量の水が供給される
- 雨水の一部が地表や地中を通って沢や支流へ集まる
- 支流の水が本流へ合流し、下流の流量が増える
- 河川の水位が上昇し、河道の流下能力へ近づく
- さらに水が増えると、無堤部では溢水、堤防部では越水の危険が高まる
- 堤防が浸透・洗掘・越水などで弱くなると決壊する場合がある
- 河道外へ水が広がると外水氾濫となり、住宅地や農地が浸水する
まとめ
川で洪水が起こる最大の理由は、流域から集まる水の量が短時間に増え、川が安全に流せる量を上回るからです。
- 強い雨や長雨で流域から川へ流れ込む水が増える
- 上流の広い範囲に降った雨が時間差で下流へ集まる
- 土壌がすでに湿っていると、雨水が地表を流れやすくなる
- 川幅が狭い場所や狭窄部では、水位が上がりやすいことがある
- 流量が河道の流下能力を超えると、水があふれる危険が高まる
- 堤防は越水・浸透・洗掘などによって決壊することがある
- 都市化は雨水を短時間で川へ集め、増水を速める場合がある
- 雪どけや流木・氷の詰まりなど、雨以外でも洪水は起こる
つまり洪水は、単に「雨が多いから起こる」のではありません。流域全体からどれだけ速く水が集まるかと、その水を川がどれだけ流せるかのバランスが崩れたときに起こります。雨の量だけでなく、流域の地形や土地利用、河道の形、治水施設まで含めて考えることが大切です。
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