重回帰分析を用いた流出特性と流域特性との関連性検討

重回帰分析を用いた流出特性と流域特性との関連性検討
パシフィックコンサルタンツ株式会社
1.
正会員
○湯浅
岳史
パシフィックコンサルタンツ株式会社
斉藤
泰久
国土交通省中部地方整備局沼津工事事務所
伊藤覚
検討の概要
国土交通省沼津工事事務所は、水循環モデル構築の基
礎調査として、狩野川上流域において長期流量観測を行
っている。本検討は、地形・地質、土地利用、植生等の
流域特性が、流量データから明らかになった流出特性に
及ぼす影響について、重回帰分析を用いて検討したもの
である。
2.
検討対象流域と流量観測概要
検討対象としたのは、山地地域であり、大部分が山林
を占める狩野川上流域である。山地域の水循環機能の把
握のため、ここに 15 の流量観測地点を設け、01 年 8 月
以降継続して流量観測を実施している（図 1）。
3.
検討した流出特性指標と流域特性指標
（1）流出特性指標
流出特性指標として、01 年 12 月 13 日降雨によるピ
図 1 検討対象流域
ーク流量、表面流出率、中間流出率、降雨流出率（表面
流出率+中間流出率）の 4 指標を検討した。
天城地点の 12/13 降雨の総降雨量は 63mm、
表 1 検討した流域特性指標
時間最大降雨量は 24mm であった。狩野川上
流域の降雨観測地点（6 地点）の降雨から、
分類
指標
単位
データ作成方法
2
流域面積
km
ティーセン法により各流観流域の流域平均
流域周囲長
km
降雨量を設定した上で、流出率の計算に用い
主流長
km
流域内最大標高点へ向かう一番大きな沢の長さ
流域平均幅
km
流域面積÷主流長
地象
た。
流域集中度
谷密度
%
谷部分の面積割合
窪地面積率
%
窪地の面積割合
（2）流域特性指標
流域特性指標として、地形・地質、土地利
用、植生等の 20 指標を検討した（表 1）。精
主流勾配
傾斜
km/km （流域内最高標高－流域内最低標高）÷主流長
流域平均傾斜
°
流域での傾斜の平均
平坦地
%
傾斜10°以下の面積の割合
急傾斜地
%
傾斜30°以上の面積の割合
針葉樹林
%
針葉樹林（主にスギ・ヒノキ・サワラ群落）・マツ類の割合
広葉樹林等
%
落葉広葉樹類（主にコナラ、ヤマボウシ-ブナ群落）、竹林の割合
草地等
%
裸地等
%
伐採地（萌芽林）、果樹園、草地、笹・ススキ、
人工草地（ゴルフ場）、耕作地の割合
市街地、裸地の割合
度の高い地形情報の算出のため、北海道地図
株式会社の 10ｍメッシュ標高データを用い、
GIS の水系抽出機能により流域面積・主流
km/km 流域と同面積の円の円周÷流域周囲長
土地利用
長・窪地面積率・谷密度などを求めた。また、
土地利用と NVI（正規化植生指標）は、
植生
NVI（植生指標）
－
NVI（0～10で評価）の観測流域での平均
IKONOS 衛星画像によるリモートセンシン
地質
地質浸透性
－
地質浸透性（浸透係数から求めた）の観測流域での平均
グ解析から求めた。
キーワード
連絡先
水循環、森林管理、流出特性、重回帰分析、GIS
〒163-0730
東京都新宿区西新宿 2-7-1 新宿第一生命ビル
パシフィックコンサルタンツ株式会社
TEL 03-3344-0816
4.
重回帰分析による流出特性と流域特性の関連性
（1）多重共線性の確認
表2
多重共線性を避けるため、流域特性指
流出特性
指標
標間の相関係数が 0.7 以上であれば、片
方を分析から除外することとした。この
結果、流域周囲長、主流長、平均幅、主
流勾配、平坦地面積割合、急傾斜地面積
ピーク比流量
表面流出率
中間流出率
降雨流出率
流域特性指標
流域
面積
窪地
谷密度
面積率
流域特性指標を目的変数、流域特性指
-0.32
-0.38
-0.71
0.36
0.33
表3
流出特性指標
標を説明変数とし、ステップワイズ法で
重回帰分析を実施した。変数投入のため
平均
傾斜
14.58
割合、針葉樹林の 7 指標が除外された。
（2）重回帰分析
構築された重回帰モデル
採用された
流域特性
指標数
広葉
草地等裸地等
樹林等
-0.21
-0.88
-0.08
0.57
5.33
-0.26
-0.11
0.61
NVI
定数
56.18
-487
9.11
0.58
12.11
重回帰モデルの適合度
決定係数
決定係数
分散分析
自由度調整済
決定係数
F値
有意確率
ピーク比流量
4
0.9
0.85
18.24
0.000
表面流出率
中間流出率
4
2
0.96
0.74
0.92
0.66
27.11
9.834
0.001
0.009
降雨流出率
5
0.99
0.97
51.1
0.001
の F 値（Fin）を 0.201、変数削除のため
の F 値（Fout）を 0.200 に設定した。
重回帰分析の結果、流出特性指標毎に
ピーク比流量
50
重回帰モデルが構築された（表 2）。全てのモデルは、有意水準
ろ、実測値と予測値の相関はよく、構築した重回帰モデルを用
いて流域特性から精度よく流出特性を予測できることがわかっ
2
30
3
と、重回帰モデルによる予測値とを散布図にプロットしたとこ
40
予測値（m /s/100ｋｍ）
α=0.01 で有意であった（表 3）
。また、流出特性指標の実測値
20
10
た（図 2）。
（3）流出特性に及ぼす影響の大きい流域特性
0
0
重回帰分析の標準化係数の絶対値の大小から、流出特性に及
ぼす影響の大きい流域特性指標を整理し、表 4 に示す。
例えばピーク比流量で見ると、広葉樹林の面積が増えるほど
予測値（%）
8
4
量が高いなど、一般的に想定される流出機構にそぐわない指標
2
も見られた。これについては、今後の流観データの質・量の充
0
まとめ
狩野川上流域において、降雨流出特性を
目的変数、地形・地質、土地利用、植生な
0
図2
表4
50
6
2
4
実をまって見直す必要がある。
5.
40
2
降雨流出率
12
どピーク比流量が大きくなることがわかる。ピーク比流量を下
ただし、同じくピーク比流量で、NVI が高いほどピーク比流
30
3
10
くするなどが必要であることがわかる。
20
実測値（m /s/100ｋｍ）
ピーク比流量が小さくなる、逆に裸地等の面積が大きくなるほ
げるためには、広葉樹林面積を大きくする、裸地の面積を小さ
10
6
実測値（%）
8
10
実測値と予測値の相関
流出特性に及ぼす影響の大きい流域特性指標
流出特性指標流出特性に及ぼす影響の大きい流域特性指標
どの流域特性を説明変数とする重回帰分
ピーク比流量
谷密度, 広葉樹林等, NVI, 裸地等
析を行ったところ、精度のよい重回帰モデ
表面流出率
草地等, 広葉樹林等, 窪地面積率, 平均傾斜
ルを構築することができた。この結果、広
中間流出率
流域面積, 窪地面積率
降雨流出率
窪地面積率, 草地等, 流域面積, 広葉樹林等, 平均傾斜
葉樹林は降雨流出の低減に、裸地・草地等
は降雨流出の増加に寄与していることが
わかった。
12
※ 流域特性指標の記載は、重回帰分析の標準化係数の絶対値の順。記載した流域特性指標
の順に、流出特性に及ぼす影響が大きい。
※ 網掛けの指標は逆の相関が強い、すなわち流域指標が小さくなるほど、流出特性指標が
大きくなることを示す。
※ 斜字体の指標は、一般的に想定される流出機構にそぐわない（逆の傾向を示す）指標で
ある。

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