교토대학 농학연구과 연구그룹은 거대 태풍이 다수 발생하는 현재, 과거에 유래가 없었던 호우 시의 홍수 유량을 현장의 지형 및 토양 등의 조건을 고려하여 예측할 수 있는 방법을 개발하였다.

지구온난화에 따른 거대한 태풍 등에 의한 호우 재해가 세계 각지에서 자주 발생하고 있으며, 일본에서도 2011년 기이반도(紀伊半島) 호우 등 극단적으로 큰 규모의 홍수가 발생하고 있다.

 

그러나 지금까지 관측된 적이 없었던 대규모 홍수 유량을 과거의 홍수에서 하천 관측결과를 기초로 확실하게 추정할 수 없어 댐과 관련된 논쟁의 테마가 되었다.

본 연구에서는 중소강우, 대규모 홍수와 관계없이 성립하는 유출 메커니즘을 밝히고, 지중수(간극에 공기가 포함되어 있는 토양수와 포화된 지하수 전체를 말한다)의 유동에 관한 기초식(Richards식)을 기본으로 흐름이 빠른 파이프류의 효과에도 도입한 모델을 구축하여 새로운 홍수 예측방법을 개발하였다.

산 중턱의 경사면에서 물 흐름의 메커니즘은 상당히 복잡하다. 한편 하천의 홍수유출량은 저류함수법 등 간단한 유출모델로 재현계산이 가능하였다.

 

지금까지 흐름이 복잡한 메커니즘과 유량의 강우에 대한 단순한 응답변동과의 함수가 과학적으로 확실히 설명되지 않았기 때문에 중소 규모의 강우에 대한 홍수류의 응답이 정확하더라도, 관측된 적이 없는 대규모 호우의 홍수 유출예측의 계산결과가 타당한지 상당히 의문스럽다.

 

그래서 복잡한 메커니즘과 단순한 응답의 관계를 분석함으로써 대규모 호우를 대상으로 한 경우에도 홍수유량을 예측할 수 있는 방법을 확립할 목적으로 연구를 추진하였다.

우선 일본과 같이 험준한 산악에서 실시된 산림사면에서 물의 흐름에 관한 구체적인 관측결과를 정리한 결과, 강우규모의 대소(大小)를 통하여 홍수 시 흐름의 주체는 표면류가 아닌 지중류이며, 중소강우와 대규모 호우의 차이는 주로 그 지중류 발생의 장소의 대소(大小) 차이라는 것을 알게 되었다.

지중의 흐름은 느리기 때문에 빠른 홍수유출응답을 만들어내는 것은 아니라는 의문을 가질지 모른다. 그러나 호스 중에 물이 있을 때 수도꼭지를 열면 바로 호스 끝에서 물이 나오는 것과 같이 거리가 길어도 수압변동이 순간적으로 전달되는 원리를 기초로 하여 설명할 수 있다.

 

다만 토양 속에서는 그 틈이 완전히 물이 차 있어서 포화되는 일 없이 대규모 호우 시에도 불포화를 유지하는 곳이 남는다. 그렇기 때문에 호스의 경우와 달리 수압이 바로 전달되는 것이 아니라 시간적으로 늦게 전달되는 것이다.

수압이 전달되는 현상이기 때문에 지중에서 물 그 자체의 흐름은 상당히 복잡하지만, 굽은 호스와 같이 강우에 대해 유량응답은 빠르다. 그러나 지체된 수압이 전달되기 때문에 강우의 심한 시간변동은 평준화된다. 지체정도가 클수록 변동이 평준화되어 피크 유량이 저하된다.

이 메커니즘은 대규모 호우 시에도 중소강우 시와 같이 유지되며, 같은 파라미터를 갖는 유출 모델로 홍수량 예측이 가능하다. 다만, 산사태로 토양층 그 자체가 파괴되면, 그 경사면의 홍수유량은 훨씬 크게 된다.

 

모델로 예측이 불가능하게 된 것은 아니지만, 예측한계가 명확히 나타난 것도 산지(山地) 재해발생예측의 관점에서 중요한 성과이다. 또한 피크를 저하시키는 지표는 경사면의 경사와 길이, 토양층의 두께, 토양의 물리적 성질(점토질 또는 사질)에 따라 변화한다.