自然法則に基づく安定性河道とデータ駆動型の河道の予知保全法による河川の多重性向上
| Project/Area Number |
21H04596
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 25:Social systems engineering, safety engineering, disaster prevention engineering, and related fields
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
安田 浩保 新潟大学, 災害・復興科学研究所, 研究教授 (00399354)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村松 正吾 新潟大学, 自然科学系, 教授 (30295472)
早坂 圭司 新潟大学, 自然科学系, 教授 (40377966)
大竹 雄 東北大学, 工学研究科, 准教授 (90598822)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥41,990,000 (Direct Cost: ¥32,300,000、Indirect Cost: ¥9,690,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
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| Keywords | 安定河道 / 河道の予知保全 / データ駆動 / 自己組織化現象 / 交互砂州 / 観測ビッグデータ / 自然法則 / 予知保全 / カオス / 安定性河道 / データ駆動型解析 / マイクロ波 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、洪水を安全に流下させられ河道の制御法およびデータ駆動型の河道の予知保全法の確立である。本研究では、まず、実河川の河道地形を分析し、自発的に形成される断面形状を明確にする。つぎに、この断面形状が、1)洪水流を断面中央で安全に流下させられる上、2)洪水時に変形が少ない安定性の高い形状であり、3)施工と維持管理の費用を縮減でき、4)治水と環境保全を両立できることを示す。また、高分解能な測定値を用い、モデル駆動解析法の物理的な妥当性を示す。さらに、近似と仮説を排除できないモデル駆動解析を補うため、マイクロ波の測定値のデータ駆動型解析により河道状態の予知保全ができることを示す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年に開始した流域治水により、必要な箇所の水位を確実に低減させるためには、排水を計画した地点の前後の区間における洪水による河道の変形を抑制できる必要がある。このような河道の変形は、河床の自発的に形成される交互砂州が要因となるものと考えられている。2022年度は、交互砂州に関する以下の2つの成果を得た。一つ目の成果は交互砂州の流下速度の推定式の導出である。交互砂州は洪水時に流下する性質があると考えられており、この流下速度や流下の機構を解明するため、河床の変動を波動現象と見做し、河床の移流拡散方程式を導出した。また、同方程式における移流係数が交互砂州の流下速度となることを実証した。この成果は、来るべき洪水において河道のどこが水衝部となるかの推定に利用できる可能性がある。二つ目の成果は、交互砂州の発生の起源の特定である。人工改修により河床を平坦としても交互砂州が発生するが、この発生は砂礫で構成される河床の生得的な不安定性に由来するものと60年以上にわたり考えられてきている。これに対し、採択者らは、模型実験において1平方cm以上の空間的な密度で水面と底面を同時に測定できる手法を用い、交互砂州の発生から発達の過程について空間と時間の両方を細密に測定した。この測定の結果、初期条件として与えた平坦な河床においてさえ無視できない規模の水面波列が自励的に発生し、これが交互砂州の発生の起源となることを特定した。この成果は、交互砂州を有する河川において堤防の侵食や越流を根源的に回避するためには、現行の流路幅を縮小する必要があることを示唆する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2022年の研究により、仮説から導かられたモデル式を用いずに、観測結果のみで河川の底面および平面形状を変形させる物理機構を定量的に解明する新手法を確立した。また、河川の底面および平面形の変形の発端がどのようなものであるかを模型実験から得られた観測ビッグデータから特定した。これらの研究により、洪水時においても安定性に優れる河道の形状の特定を本課題の実施期間中にできる可能性が非常に高くなったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
この30年ほどは、河川の底面や平面形の変形の発端は、モデル解析を中心的な手法として研究されてきた。しかし、モデル解析により新たな仮説や新現象の発見はできない。この点に着目し、採択者らは観測結果のみで河川の底面や平面形の変形の発端となる物理現象の解明に努めてきた。2022年の研究においてこの研究手法の見通しがたち、今後の本課題の研究においても同手法を用いて、河川の底面や平面形の変形機構を完全に解明し、洪水時にも壊れにくい河川の設計法の基盤を創出する。
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Report
(3 results)
Research Products
(42 results)
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[Presentation] 原子核乾板検出器を用いた河川堤防内部の宇宙線イメージング2022
Author(s)
北川暢子,森島邦博,福元豊,安田浩保,今西智也,宮田芙悠,児玉滉人,志水凱,森井健登,岸本和樹,中野健斗、西垣豪人
Organizer
2022年画像関連学会連合会 第８回合同秋季大会
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