ハイブリッド津波移動床・瓦礫移動モデルの開発とインフラ網断絶リスクマップの提案
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21K04274
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22040:Hydroengineering-related
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
梶川 勇樹 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (70432606)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 津波 / 地形変化 / 瓦礫輸送 / 個別要素法 / 数値解析 / 土砂輸送 / 掃流砂層モデル |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、津波防災・減災対策に資するため、平面２次元と３次元解析によるハイブリッド津波移動床モデルおよび瓦礫輸送を統合した新たな解析モデルを開発するとともに、解析モデルよる土砂・瓦礫の集積予測から「インフラ網断絶リスクマップ」の提案を目指す。
ハイブリッド津波移動床モデルでは、その解析精度・効率性を明らかにするとともに、瓦礫輸送との統合モデルでは、地形変化が瓦礫輸送に及ぼす影響を解明する。また、実地形を対象とした津波シナリオ解析より、「インフラ網断絶リスクマップ」を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，津波防災・減災対策に資するため，津波移動床モデルおよび瓦礫輸送を統合した新たな解析モデルを開発するとともに，解析モデルによる土砂・瓦礫の集積予測から「インフラ網断絶リスクマップ」の提案を目指すものである．
令和４年度当初は，平面２次元解析および３次元解析を統合したハイブリッドモデルの妥当性検証を進めた．しかしながら，ハイブリッドモデルであってもやはり地形変化まで加えた際の計算時間・計算容量がネックとなったため，新たな方向性として，平面２次元解析の枠組みで構造物周辺の局所洗掘現象を再現できる手法を導入することとした．具体的には，構造物周辺での水面勾配および水深平均流れの流線の曲率を考慮して底面せん断力を増加させる手法である．本手法を平面２次元解析に組み込むことにより，円柱周辺の局所洗掘現象を洗掘深・洗掘形状含めてある程度の精度で再現できることを示した．また，実験室レベルではあるものの，本手法にかかる適正な係数値についても示すことができた．
次に，開発した上記の平面２次元解析に，個別要素法による瓦礫輸送・集積モデルを導入した．瓦礫形状には円形（円盤）を想定したが，円を結合することにより複雑な瓦礫形状も表現可能である．瓦礫輸送を導入した解析モデルを，①津波による港湾周辺の地形変化解析，および②遡上津波による円柱周辺の局所洗掘解析，の２ケースに適用し，それぞれ地形変化の有無が瓦礫輸送に及ぼす影響について検討した．その結果，まず①の港湾については，地形変化を考慮した場合，港内での土砂堆積の影響により瓦礫は港外に輸送されやすくなる傾向を見出した．また，②の円柱周辺については，地形変化を考慮した場合，地形変化の激しい円柱周辺に瓦礫がより集積しやすくなる傾向を見出した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和４年度は，当初，平面２次元および３次元解析を統合したハイブリッドモデルの妥当性検証を進める予定であった．しかしながら，地形変化も含めた計算では想定以上の計算時間・容量がかかることが判明し，研究の進展に影響が出るかと思えた．しかしながら，平面２次元解析の枠組みで局所洗掘現象の再現がある程度の精度で可能となる手法の導入に成功し，より実用的なモデルとすることができた．側壁境界条件の検討や渦動粘性係数の検討など，平面２次元解析自体の精度向上にも取り組むことができた．
また，上記平面２次元解析に対し，昨年度予定していた個別要素法による瓦礫輸送・集積モデルを導入することができた．本モデルを用いた地形変化の有無による解析から，港湾および円柱周辺の適用だけではあるものの，瓦礫輸送に与える影響についても明らかにすることができた．
以上より，「おおむね順調に進展している」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和５年度は，本研究の最終年度にあたる．まず，令和４年度に作成した土砂輸送・地形変化・瓦礫輸送モデルの精度向上を進める．特に，瓦礫輸送に関して，個別要素法における係数の設定によっては計算が発散してしまうことがあるため，自動で係数設定が可能となるよう改善を行う．さらに，より実際の瓦礫集積に近い状況を想定し，瓦礫の重なりや結合も考慮したモデル開発を進める．以上のモデルを瓦礫輸送に関する水理模型実験に適用し，モデルの妥当性検証を行う．
次に，開発した上記モデルを実地形に適用し，本研究の最終目標である「インフラ網断絶リスクマップ」の提案について検討を進める．具体的には，近隣地域を対象に，津波発生時の浸水状況・地形変化・瓦礫輸送・集積を上記モデルで予測し，それらをGIS上に落とすことで，通常のハザードマップに近い新たなリスクマップの提案を目指す．
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
