降雨はイングランド北部を浸水させた長く続いている一連の洪水の最新の事例であり、同国の新たな日常になりつつあります。実際、世界全体で洪水はより頻繁かつより極端になると予想されており、地球温暖化がその要因となっています。
こうした壊滅的な気象現象による人命や生計の喪失を避けるためには、強固な洪水防御施設を整備し、脆弱な地域をモデル化することが極めて重要です。しかし、私たちの新たな研究では、川が水を河岸内に保つ能力が急速に変化しうることが明らかになりました。この点を認識しなければ、一部の洪水モデルや防御施設は、その結果が生じた際に対処する備えが不十分となるおそれがあります。
多くの人は、洪水は大雨が原因だと考えています。それは事実ですが、説明の一部にすぎません。陸地から流れ出る水の量が川がその流れを運ぶ能力を超えたときにも洪水は発生します。最近、シェフィールド地域でリバー・ダン川が洪水防御施設を突破した際がまさにそうでした。つまり、洪水は、降雨量、地中にすでに含まれている水分、そして川が水を封じ込める能力によって部分的に引き起こされるのです。
川の流路の能力が変化すれば、同程度に湿った地面に降る同一の降雨でも、洪水の深刻度は大きく異なりうることを意味します。
ほとんどの川は絶えず変化しています。運ぶ土砂や水によって形作られるからです。人間は世界のほとんどの川に何らかの形で手を加えてきました。ダムの建設や河川工事のように直接的な影響を与える場合もあります。その他の影響は間接的であり、近隣の土地への建物の建設は地面が水を吸収する能力を低下させ、農業は川から水を取水し、森林伐採は水がほかの場所へ流れる量を増やします。
川は気候の変化にも反応します。乾燥した時期には、河川システムを流れる水の量が減少します。これは、河床の土砂を動かすエネルギーが少なくなることが多いことを意味し、そのため河床の高さが次第に上昇し、川の能力が低下する可能性があります。また、流路内で植物が豊富に生育することも、流れを遅くすることで川の流路の能力を低下させる要因となります。
しかし、川がどのように変化するかを予測することは必ずしも容易ではありません。流路の形状や能力の極端な変化は、非常に急速に生じることがあります。スペインで最近発生した鉄砲水の後、ある川は1メートル近く水位が上昇しました。上流から大量の土砂が押し流され、さらに下流へ堆積したためです。より温帯の川よりも多くの土砂を運ぶ傾向がある熱帯の河川システムでは、こうした変化は数メートルに及ぶこともあります。
不確実なリスク
残念ながら、こうした変化は通常、洪水の技術者やモデル作成者によって無視されています。彼らは一般的に、河道を固定された要素として扱っています。川が空間的および時間的に実際にその能力を変化させる場合、洪水発生確率の推計は誤りとなる可能性があり、人々や財産を危険にさらすことになります。
こうした懸念を背景に、私たちは河道の変化が生じる速度、およびこうした変動がどの程度気候によって引き起こされうるかを調査しました。まず単純な概念モデルから始めました。気候が降雨を左右し、降雨が川の流量に影響を与え、川の流量が河道の能力を形作る、という構図です。
このつながりを直接示す観測結果は、短期間の河川システムにおいては不足していました。そこで、米国の67河川について、ほぼ70年にわたる期間の河道の能力を10,000回測定しました。また、気候変動が河川の能力にどのように影響したかを評価するため、降雨量と河川流量のデータも収集しました。
私たちは、数年から数十年続く河川能力の一時的な変動が、従来想定されていたよりもはるかに頻繁に起きていることを明らかにしました。全体として、河川の能力は平均より湿潤な時期に、河道の侵食が進むため増大する傾向があり、乾燥した時期には減少する傾向があります。
また、エルニーニョ南方振動のような、地域の降水パターンに影響を与える数年周期の気候サイクルも、河道の能力を拡大・縮小させうることがわかり、場合によっては地球規模で作用する可能性もあります。この知見を踏まえれば、将来的には河川の能力の変化を予測し、ひいては洪水リスクをより的確に理解できるようになるかもしれません。
英国のように、河川に植生が多く、大規模に工学的整備がなされ、比較的安定した温帯地域では、河道の能力の微細な変化は検出が困難であり、生命を脅かす可能性も低いと考えられます。しかし、多量の土砂を運ぶ河川システムや、年間を通じて降雨量の変動が大きい地域では、河川の能力が急激に低下すると、近隣の集落にとって洪水リスクが劇的に高まるおそれがあります。例えば、インドとバングラデシュを流れるガンジス・ブラマプトラ川は、この類型に該当します。その能力はすでに変化しており、その氾濫原は世界で最も人口密度の高い地域の一つです。
残念ながら、私たちは多くの地域において、河道の能力変化の性質と原因についての理解がいまだ極めて不十分です。しかも、最もリスクの高い地域こそデータが最も乏しい傾向にあります。現状を正しく理解するためには、衛星画像を用いて、気候変動に対して川がどれほど速く反応しているかを監視する必要があります。しかし、現時点ではまだ、河川の調整をリアルタイムで監視することはできません。これを可能にする技術が開発されれば、河川の形状と能力の変化が世界中の洪水リスクにどのように影響するかについての理解が大きく深まるでしょう。
この情報が明らかになるまでは、洪水モデルや防御構造物は、この不確実なリスクを設計に組み込むべきです。そうすることで、脆弱な地域に暮らす人々にとって大きな違いを生むことができます。
