1 近年の豪雨の特徴

 近年、気象庁の発表では毎年のように「前例のない集中豪雨が降った」との警告が繰り返されるようになった。

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 人類の営みに科学技術力を駆使し、莫大なエネルギーを放出するようになった現在、地球が持つ自然治癒力を超えるほど地球の温暖化が進んでしまったことが最大の要因だ。

 地球全体の表面温度が上がるとそれに伴って大気の平均気温が上昇するため空気中に含まれる水分が多くなり、大気の循環にも異変を起こして、降雨量が増える。

 台風も巨大化しており危険度が増しているが、梅雨の終り頃には前線が日本列島付近に長く停滞し、大雨が降り続くようになってしまった。

 特に我が国は太洋に囲まれた火山列島で、列島中央に脊梁山脈が連なり、海からの湿った空気が山間部を駆け上がると冷却されて水分が絞り出され、降雨となって大小河川を流れ下る。

 長年にわたり繰り返されてきた河川流の働きで川の近傍は少しずつ削り取られている。

 しかし、最近の集中豪雨では従来とは様相が違う大規模な土砂崩れ、氾濫が多発するようになった。

 このような傾向が地球温暖化に大きな原因があるとすれば、当然今後もこの状況が予期される。

 我々日本民族はそれに対処する知恵と勇気を振り絞って対処するべきである。国土交通省がこれらに対処する(図1)のような取り組みを示している。

2 河川の特徴に応じた対処方法

 河川近傍の住民に大きな被害を齎した最近の場合について振り返ってみる。

(1)急流河川の場合

 今年の集中豪雨で大きな被害を齎した球磨川は日本三大急流の一つとして有名である。

 テレビで放送された映像を拝見すると短時間のうちに激流となって護岸を破壊し、濁流が市街地に押し寄せていた。

 この危険性が予測されていたため、上流に川辺川ダムを建設し、緊急時ダムに降雨水を貯水して流量制限することになっていたが、反対する人も多く建設が中断されていたようだ。

 もし、このダムができていれば、この大災害が相当軽減されただろうと思うと残念でならない。

 同様の事例としては利根川上流の八ツ場ダムが「コンクリートから人へ」の当時の政権の方針で建設が中断されたケースがある。

 しかし、現政権になって建設が再開され、昨年の台風シーズンに何とか間に合って被害が軽減された。

 このように急流河川での治水対策はまず大量の河川水を短時間に流さない工夫が有用である。

●ダムと水のハイウェーの組み合わせ

 日本はダム建設や大規模なトンネル工事で世界中から高い評価を受けており、この得意技をフル活用して治山治水に当たり、国民の命を守るべきである。

 図1のような国土交通省の取り組みで示された緊急時に上流のダムで一時貯水する方法は有効である。

 しかし、狭隘な上流の山間地にダムを建設した場合、貯水容量は限定されてしまう。

 このため、ダム湖で収容できない過剰な水を山地の反対側に送水して本流の流量を別の河川に分流(水のハイウエー)して、急場を凌ぐことも必要だ。

 また、一般的に山地の両側では降雨量過剰と日照りの対照的な気象状況(図3)が多い。

 災害への備えと水田耕作や都市の水不足にも良い結果を生むはずだ。

(2)河川中流域の場合

 河川中流域では多くの場合、蛇行して流れる。このため、河川の曲線部分で強い水流が河川曲部の外側に集中しやすく、その流れが護岸を削り取る作用として働き、流水量が多くなると一層激しくなる。

 今回の球磨川のほか、岐阜市下呂市でも曲線部で護岸が瞬く間に削り取られ、民家が川に崩落している様子が報道された(図4)。

 そこでこのような被害を軽減するため川岸を改善・改良する方法がないかを模索してみた。

●護岸に水切翼を構築して岸の崩落を防ぐ方法

 従来のコンクリートを岸に「べた張り」して水の浸食を防ぐ方法は、今回の災害でかなり脆く崩れ去ったと思える。

 そこで、これに加えて岸を守る鎧戸のような水切り翼を設置してはいかがであろうか(図5)。

 ここにベルヌーイの定理が活用できる。

 河川中央側を激流が流れると鎧戸状の水翼が反対側から水を吸い出す効果を発揮するとともに鎧状の頑丈なコンクリート水翼が流水や流木・流石の浸食から岸を保護する役目を発揮する。

 また、本流に支流が流れ込む周辺では水が支流に逆流するバックウォーターとなって被害が発生するが、これも少しアレンジした水切翼の活用で、抑圧できると考えられる(本論では細述しない)。

(3)河川下流域の場合

 一級河川と言われる重要河川は長年の経験から、予想される水量に応じて適切と判断される堤防が構築され、市街地が守られてきたが、過去の常識を超える近年の集中豪雨に対処するには、現状の対策も再検討する必要がある。

 大河川の氾濫前に「危険水位(10メートル前後の設定が多い)を超えた」との報道をよく聞く。

 後わずか(1メートルあるいは0.5メートル)堤防が高ければ市街地を水没から守れたと聞く場合がほとんどであり、越水の危険が迫ると堤防上に土嚢を並べる光景がよく見られる。

 この大河川の下流域には大抵大きな市街地が広がっており、場所によっては天井川になっていることもあり、氾濫すると被害が殊更大きい。

●従来の堤防に加え、増水した水圧を利用して防水壁を持ち上げ、堤防の越水を防ぐ方法

 通常、大河川が越水する水量は莫大な量であり一度堤防の決壊を引き起こし、市街地に流れ込むとお手上げになってしまう。

 したがって、堤防の決壊に繋がる越水を食い止めることが最も重要である。

 その目的を達成するために考案した方法が図6に示した構造で、増水時河川の水圧で防水壁が堤防上に持ち上がり、水が引くと堤防内に引き込まれ収納される方式である。

 古来、治山治水は国を安定して治めるうえで統治者にとって必須の腕の見せ所であった。このことは世の中がいかに変遷しようとも不変の鉄則であろう。

 一例を挙げると国内では戦国武将武田信玄の信玄堤、江戸時代江戸川放水路などが有名である。

 図6に示した防水壁は増水のない時には下部に固定されたフロートとの一体構造でチェンバー底面に着底し堤防表面には出ていない。

 しかし、一旦河川が増水すると上図に示す導水/排水管を通じてこのチェンバー内に水が引き込まれフロートを押し上げ、上部に取り付けた防水壁を堤防上に持ち上げる。

 この時、フロートの位置は河川の平均水面よりも低いため図に示す様に防水壁を含む一体構造物は強力な浮力で持ち上がる。正にパスカルの原理通り作動する簡単な構造である。

 このため、河川が従来の堤防では越水する水位まで増水すると、この一体構造物はチェンバーで頑丈に固定される。

 そして、チェンバー内の水位は外界の河川が大荒れの状態でも河川の平均水面との均衡を保ちながら限界点に達するまでゆっくりと上昇を続ける。

 景観を重視する地元住民の意向で堤防の高さが不十分であった多摩川下流や嵐山で有名な京都西方を流れる桂川は河川の氾濫で市街地に大きな被害を齎したが護岸堤防は大規模な改修ができない状態である。

 この手段は護岸構造によっては万能とは言えないが、特定の場所を優先してこの方式を採用すると水害の軽減と景観を護る「2兎を追う」ことが可能だ。

 ここに示した2枚の写真は河川堤防に設置する一つのエレメントの実験模型であり、これを河川に沿って多数連結して、越水を阻止する構想である。

 写真の左側は河川水位が低い状態(水容器で模擬)に相当し、防水壁とフロートがチェンバー内で着底している。

 右側は河川水位が上昇した状態(水容器を持ち上げた)になって導水/排水管を通じてチェンバー内に水が供給されて防水壁とフロートが上昇する場合を模擬している。

 また、現実の河川での越水する膨大な水量を考えるとこれで大丈夫かと心配する向きもあると思う。

 しかし、ここに示したエレメントの個々の正面が受け持つ耐水能力は限定的で、この部分に着目して考えると破壊する力を上回る余裕を持たせた設計とすればそれらを連接することで十分可能である。

 さらに、この一体構造の機構を収納するチェンバーはコンクリート製などのため、既存堤防の土中に浸透する水を阻止する防水壁としての効果がある。

3 まとめ

 このような自然災害を軽減する施設の建設は多くの国民が望むものである。

 その事業化には広範な技術分野の集約が必要となり、幅広い技術者の育成、労働者の雇用、長期にわたる経済活動の活性化を促進し、日本の内需を増大させる一助となる。

 特に近年日本経済は低調になっており、なかんずく有為な人材の育成がままならぬ状態に落ち込んでいることと相まって技術力の低下は大きな心配の種である。

 青少年が日々目にする今日の日本の環境で夢と希望を持たせる刺激が少なく、生きる目的が見出せないことが大きな要因だ。

 したがって、自発的に「自分が頑張って人々を苦しみから守るのだ!」などの大志を持って心身を磨く動機を与えるような施策が必要だ。それがひいては経済活動を活発にする。

 本論では最近の甚大な災害を見てその防災対策を一例として取り上げたが、先人に習って多くの人材を育てる国家プロジェクトを積極的に興し、明るい日本の明日を創造するべきだ。

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