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数値解析技術とAIを融合した洪水氾濫予測システムの開発

Research Project

Project/Area Number 22KJ2798
Project/Area Number (Other) 21J21704 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 22040:Hydroengineering-related
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

伊藤 毅彦  東京理科大学, 創域理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords洪水予測 / 河川水位 / データ同化 / 深層学習 / Lv4雨量 / 水文水理統合モデル / 洪水氾濫予測 / 数値解析モデル / 降雨流出 / 河川流 / 数値解析 / 流域治水
Outline of Research at the Start

本研究では,河川洪水氾濫の予測を高精度で実現することを目的とする.日本全国における洪水氾濫が生じうる降雨量を算定し,これを指標とした氾濫予測システムを構築した.また,降雨流出モデル及び河川流モデルを接続することで,降雨を入力として河川流量・水位を縦断的に算出できる数値モデルを構築した.このモデルを用いた洪水氾濫予測システムを独自に構築し,その予測精度と適用性を検証する.

Outline of Annual Research Achievements

洪水予測を行う上で基盤となる数値解析モデルとして,降雨流出氾濫(Rainfall-Runoff-Inundation, RRI)モデルと河川流(River Flow, RF)モデルを融合したRRI-RFモデルを開発した.これにより,降雨を入力して任意地点における河川水位と流量の双方を算出可能なシミュレーションの枠組みを構築し, 河川水位の縦断的な予測を可能とした.本モデルの現地河川流域への適用性を検証するため,千葉県一宮川流域と鹿島川流域に適用し,モデルの計算精度が良好であることを確認するとともに,流域治水による流出抑制や洪水調節の効果を組み込んだ流域全体における降雨流出・河川流計算を可能とした.本解析では,河川流モデルとして一次元不定流モデルを用いており,河川合流部などでは流量の空間勾配が大きくなる故に運動方程式の移流項が卓越し,水面形に大きな影響を及ぼすことが確認された.モデルの支配方程式として運動方程式から非定常項や移流項を省略した河川流モデルも多く見られるが,精緻な水面形の予測を実施する上では移流項の重要性を示した.
このRRI-RFモデルをベースとして,比較的観測情報の少ない中小河川流域であっても数値シミュレーションに基づく河川水位予測が可能となった.さらに,河川水位の観測データが十分に得られる流域では,これまで実施してきた多地点観測水位のデータ同化や機械学習モデルによる水位予測モデルをRRI-RFモデルに組み込むことで,高度な河川水位の将来予測が実現可能だと示唆される.加えて,過去の洪水時における降雨量と河川水位の相関性から氾濫の恐れがある降雨量(Lv4雨量)を算定し,これに基づく洪水予測をリアルタイムで解析する枠組みも日本全国全ての一級水系を対象に完成しており,本研究の成果に基づき多層的な洪水予測情報の発信が可能となった.

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] STUDY ON PRECIPITATION-WATER LEVEL RELATIONSHIP IN THE ICHINOMIYA RIVER AND ITS TRIBUTARIES WITH CONTINUOUS WATER-LEVEL MEASUREMENTS AT A LOT OF STATIONS2024

    • Author(s)
      大塚竜太朗,伊藤毅彦,吉村亮佑,柏田仁,二瓶泰雄
    • Journal Title

      Japanese Journal of JSCE

      Volume: 80 Issue: 16 Pages: n/a

    • DOI

      10.2208/jscejj.23-16160

    • ISSN
      2436-6021
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Subgrid Model of Water Storage in Paddy Fields for a Grid-Based Distributed Rainfall?Runoff Model and Assessment of Paddy Field Dam Effects on Flood Control2024

    • Author(s)
      Y. Nihei, Y. Ogata, R. Yoshimura, T. Ito, J. Kashiwada
    • Journal Title

      Water

      Volume: 16 Issue: 2 Pages: 255-255

    • DOI

      10.3390/w16020255

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] NOWCAST AND FORECAST MODELING OF WATER-LEVEL PROFILES IN RIVERS BASED ON IMPROVED DIEX-FLOOD AND DEEP LEARNING2022

    • Author(s)
      ITO Takehiko、KASHIWADA Jin、HARAYAMA Nodoka、KANEKO Ryo、KATAOKA Tomoya、ONOMURA Shiho、NAKAYOSHI Makoto、NIHEI Yasuo
    • Journal Title

      Journal of JSCE

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 307-314

    • DOI

      10.2208/journalofjsce.10.1_307

    • NAID

      130007940144

    • ISSN
      2187-5103
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Flood hazard probability prediction using rainfall index and ensemble forecast rainfall data for each river system in Japan2022

    • Author(s)
      Ito Takehiko、Ota Koyo、Nihei Yasuo
    • Journal Title

      Proceedings of 39th IAHR World Congress

      Volume: 39 Pages: 6803-6811

    • DOI

      10.3850/iahr-39wc2521711920221429

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] THE EFFECT OF GRID RESOLUTION ON RUNOFF CALCULATION IN YATSU TOPOGRAPHY FOR THE EVALUATION OF BASIN HYDRAULIC CONTROL -A CASE STUDY ON THE ICHINOMIYA RIVER BASIN -2022

    • Author(s)
      ITO Takehiko、KASHIWADA Jin、NIHEI Yasuo
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering)

      Volume: 78 Issue: 2 Pages: I_235-I_240

    • DOI

      10.2208/jscejhe.78.2_I_235

    • ISSN
      2185-467X
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 1D-2D HYBRID RIVER-FLOW MODEL WITH EVALUATION OF ROUGHNESS COEFFICIENT2022

    • Author(s)
      太田皓陽, 柏田仁, 伊藤毅彦, 二瓶泰雄
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering)

      Volume: 78 Issue: 2 Pages: I_181-I_186

    • DOI

      10.2208/jscejhe.78.2_I_181

    • ISSN
      2185-467X
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] FLOOD RISK PROBABILITY PREDICTION USING A RAINFALL INDEX EQUIVALENT WARNING LEVEL 4 FOR EACH RIVER SYSTEM2021

    • Author(s)
      伊藤毅彦, 太田皓陽, 二瓶泰雄
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering)

      Volume: 77 Issue: 2 Pages: I_295-I_300

    • DOI

      10.2208/jscejhe.77.2_I_295

    • NAID

      130008160104

    • ISSN
      2185-467X
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 分布型流出モデルと一次元非定常河川流モデルの融合と実河川流域の流出・洪水流解析における加速度項の影響2023

    • Author(s)
      伊藤毅彦,柏田仁,二瓶泰雄
    • Organizer
      土木学会第78回年次学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 期連続多地点水位観測に基づく千葉県一宮川流域の雨量-水位-流量関係の把握2023

    • Author(s)
      大塚竜太朗,伊藤毅彦,吉村亮佑,柏田仁,二瓶泰雄
    • Organizer
      土木学会第78回年次学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 多地点水位連続観測に基づく千葉県一宮川と支川における雨量-水位関係の空間分布特性の分析2023

    • Author(s)
      大塚竜太朗,伊藤毅彦,吉村亮佑,柏田仁,二瓶泰雄
    • Organizer
      第68回水工学講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Toward basin flood control with yatsu topography~ effect of grid resolution on runoff calculation ~2023

    • Author(s)
      T. Ito, J. Kashiwada, Y. Nihei
    • Organizer
      The 9th International Conference on Flood Management
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水田サブグリッドモデルを組み込んだ分布型流出モデルに基づく流域全体における田んぼダムによる洪水調節の定量評価2022

    • Author(s)
      伊藤毅彦, 尾形勇紀, 吉村亮祐, 柏田仁, 二瓶泰雄
    • Organizer
      土木学会第77回年次学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 流域治水対策評価に向けた谷津における流出解析精度に及ぼす格子解像度の影響分析~千葉県一宮川流域を例に~2022

    • Author(s)
      伊藤毅彦, 柏田仁, 二瓶泰雄
    • Organizer
      第67回水工学講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Flood hazard probability prediction using rainfall index and ensemble forecast rainfall data for each river system in Japan2022

    • Author(s)
      T. Ito, K. Ota, Y. Nihei
    • Organizer
      39th IAHR World Congress 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of Difference in Computational Grid Resolution on Runoff Simulation in Watersheds with Local Elevation Difference2022

    • Author(s)
      T. Ito, J. Kashiwada, Y. Nihei
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 数値河川流モデルと多地点水位のデータ同化に基づく流量ハイドログラフ逆推定手法の開発2021

    • Author(s)
      伊藤毅彦, 太田皓陽, 二瓶泰雄
    • Organizer
      土木学会第76回年次学術講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 水系単位における氾濫危険水位相当雨量の算定とアンサンブル予測降雨に基づく氾濫危険確率予測2021

    • Author(s)
      伊藤毅彦, 太田皓陽, 二瓶泰雄
    • Organizer
      第40回日本自然災害学会学術講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 水系毎の警戒レベル4相当雨量を指標とした氾濫危険確率予測手法の提案2021

    • Author(s)
      伊藤毅彦, 太田皓陽, 二瓶泰雄
    • Organizer
      第66回水工学講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Application of Hindcast and Ensemble Forecast Rainfall Data Into Flood Risk Analysis in the Ara River, Japan During Typhoon Hagibis2021

    • Author(s)
      T. Ito, Y. Ogata, T. Sayama, T. Kataoka, S. Onomura, Y. Nihei
    • Organizer
      AOGS2021 Virtual 18th Annual Meeting
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of Flood Control Effects of Retarding Basin with Different Height of Overflow Weir2021

    • Author(s)
      Y. Ogata, T. Ito, S. Onomura, Y. Nihei
    • Organizer
      AOGS2021 Virtual 18th Annual Meeting
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Inverse estimation of river flood discharge based on 1-D unsteady flow calculation and water level data assimilation2021

    • Author(s)
      T. Ito, K. Ota, Y. Nihei
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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