Development of a numerical propagation model for debris flow and flood flow considering flow blockages by large boulders and woody debris and its application for spatial assessment on damage risks
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22K14454
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 25030:Disaster prevention engineering-related
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
和田 孝志 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (60832996)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 土石流 / 勾配変化 / 縦断的遷移 / 水路実験 / 複合的氾濫 / 密集市街地 / 数値シミュレーション / 避難所有効性 / 被害想定 / 局所的地形 |
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| Outline of Research at the Start |
市街地内の土石流・洪水流複合氾濫対策に資するため，複数の土石流・洪水流を同一時間軸で解析し，かつ，道路狭窄部・橋梁部での大礫・流木閉塞を予測可能な数値計算モデルを開発する．開発モデルでは，谷筋上の流動を解析する１次元計算に①谷筋勾配変化の影響を考慮した大礫・流木偏析モデル，市街地内氾濫を解析する２次元計算に②大礫・流木閉塞の発現評価モデルを組み入れる．①，②は水路実験をもとに構築する．
複数の土石流発災シナリオに対する開発モデルの解析結果を重ね合わせ，市街地内の建物・水路・道路網等の人工物配置による土石流閉塞や氾濫範囲変化の発現可能性を評価し，市街地での土石流被災リスク偏在性評価手法を提案する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，市街地内の土石流・洪水流複合氾濫対策に資するため，複数の土石流・洪水流を同一時間軸で解析し，かつ，道路狭窄部・橋梁部での大礫・流木閉塞を予測可能な数値計算モデルを開発するとともに，開発モデルの解析結果から，市街地内の人工物配置による土石流閉塞や氾濫範囲変化の発現可能性，すなわち土石流被災リスク偏在性に関する評価手法の確立を目指すものである．
令和４年度は，当初計画で予定していた「谷筋勾配変化に伴う粒度偏析・流木偏析変化モデルの構築」に向けて，谷筋勾配変化が土石流の大小砂礫の輸送・偏析に及ぼす影響を把握するための水路実験を行った．上下区間で２種類の勾配を設定可能な変勾配水路を用い，勾配変化点下流区間の複数の計測点で土石流先頭部の輸送土砂濃度，流動深，大粒子砂礫存在割合，大小砂礫の輸送速度を計測し，これらの水理量の縦断的な遷移傾向を把握し，さらに，勾配変化に対する土石流の性状変化過程の指標化を行った．この結果，土石流規模や土石流構成物平均径に対する勾配変化に伴う性状変化の推移傾向を複数パターンに分類できる可能性が確認された．
さらに，次年度実施予定の「市街地内の土石流被災リスク偏在性評価手法の検討」に先立って，山地・河川が隣接する密集市街地において，本川・支川洪水氾濫や土石流流入といった複合氾濫条件下での氾濫計算結果に基づいた避難目的地の有効性を示す評価指標を検討した．評価指標は，避難開始点から避難所までの避難に必要な時間（リードタイム）と，氾濫計算結果による避難開始点が浸水し始めてから避難目的地が浸水するまでの時間差との差分を用いた．検討の結果，自治体が指定する避難所の一部は被災リスクが高く，地域住民にとって避難目的地として決定しにくいと推察された．一方で，一次・二次避難目的地として十分有効な避難所指定の無い地点をいくつか見出すことができた．
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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，当初計画で予定していた「谷筋勾配変化が土石流の大小砂礫の輸送・偏析に及ぼす影響を把握するための水路実験」を行い，規模や粒度構成の異なる多様な土石流に含まれる大小砂礫の輸送・偏析に谷筋勾配変化が及ぼす影響に関する系統的な実験データを得ることができた．次年度はこれらのデータを用いて，「谷筋勾配変化に伴う粒度偏析・流木偏析変化モデル」①の構築を目指す．ただし，流木模型を扱った水路実験を行うことができなかったため，次年度に流木輸送・偏析に谷筋勾配変化が及ぼす影響に関する水路実験を実施する必要がある．
次年度は，当初計画通り，「市街地内狭窄部での大礫・流木閉塞発現評価式の構築」に関する水路実験も合わせて実施する．これらの実験結果と既往成果から，多様な狭窄部・土石流条件に対応した汎用性の高い閉塞発現評価式②を構築する．
さらに，次年度以降，本研究で構築する計算モデルの基礎モデル「土石流洪水流複数流入モデル」の１次元モデル部分に計算モデル①を，２次元モデル部分に閉塞発現評価式②を組み入れるモデル改変にも着手する．計算モデル開発に早期に着手することで，開発上の予期せぬ事態にも対応可能となる．開発モデルにより①②の実験を再現し，その妥当性を確認する予定である．なお，密集市街地内の建物等人工構造物に対する被災危険度の浸水深や堆積厚計算値に基づく指数化については，令和４年度に先行的に進めているため，進捗においてはアドバンテージがある．
以上より，水路実験および評価式構築においては，一部の実験が未実施となっているものの，次年度の実施が十分可能であり，これ以外は当初計画通りに進んでいる．一方で，構築モデルの実スケールでの妥当性検証と構造物被災危険度の指数化については，令和４年度に先行的に進めているため，進捗においてはアドバンテージがある．したがって，「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，まず，当初計画の令和４年度に実施予定であった「土石流中の流木輸送・偏析に谷筋勾配変化が及ぼす影響に関する水路実験」を進める．砂礫に比べて質量密度が小さい流木は土石流中での浮遊が顕著となり，流下に伴って表層部の速い流速に乗って先頭部に集積することが予想される．このように先頭部に集積した状態の流木群が，勾配変化を受けてどのように土石流中で存在位置を変化させるかについて，勾配変化点下流側で流木存在割合等を計測することで把握する．並行して，勾配変化点通過後の計測データ（輸送土砂・流木濃度，流動深，砂礫・流木存在割合，砂礫・流木の輸送速度）を用いて，「谷筋勾配変化に伴う粒度偏析・流木偏析変化モデル」の定式化を目指す．定式化では，実験計測データに基づいた式として簡易的に組み立てるが，勾配変化パターンや土石流規模，土石流粒度構成等の条件を様々に変化させて多様な条件下に対応可能な定式化を目指す．
次年度後半には，「市街地内狭窄部での大礫・流木閉塞発現評価式の構築」に関する水路実験に着手する．狭窄部幅，狭窄部の路床勾配などの狭窄部条件と，狭窄部に到達する土石流規模，流木濃度などの土石流条件を系統的に変化させて実験を行い，多様な狭窄部・土石流条件に対応した汎用性の高い閉塞発現評価式の構築を目指す．想定する実験条件の範囲が不足している場合は適宜実験条件を追加し，より汎用性の高い評価式となるよう留意する．
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
