流体中の固体群数値解析法の信頼性向上に向けたV&V技術基盤の確立に関する研究

Research Project

Project/Area Number	23K04053
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 22040:Hydroengineering-related
Research Institution	Public Works Research Institute
Principal Investigator	阿部孝章国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 主任研究員 (10645154)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	数値解析 / 漂流物 / 固体群 / 河川津波 / 氷板漂流物 / 流体 / 数値解析法 / V&V
Outline of Research at the Start	本研究では、河川工学上殆ど議論されて来なかった、氷板漂流物等の固体群が存在する場合を対象とし、信頼性が高く高品質な数値解析を実施するためのV&V (Verification & Validation)の方法論として提案することを目的とする。既往事例収集や現地調査に基づき固体群の影響の考察を行い、水理実験や現地スケールの再現計算を通じ、V&Vの方法論として捉え直した数値解析モデルの精度検証を行う。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、水面上に固体群が存在する場合のVerification & Validation (V&V)の方法論について提案し、河川域において信頼性が高い固体群漂流数値解析を実施するための手続き論を提案するものである。まず、具体的な数値解析手法への適用を想定し、固体群数値解析手法のベースとなる平面2次元モデルの構築を行った。まず、現地観測により取得された河川津波遡上発生時の調査写真や資料映像を元に、水面上を漂流する氷板群あるいは巨大氷板の漂流挙動の分析を実施した。続いて、現地観測結果を元にした平面2次元数値解析に必要となる氷板群挙動再現のためのモデル化を実施した。河道内氷板群の漂流を模擬するために2種類のモデルを開発した。1つ目のモデルは離散体として拡散する氷板群を表現するためのモデルであり、上層の粒子ベース解析法及び下層の浅水流解析法から構成される2層ハイブリッド型モデルとして開発を行った。続いて、2つ目のモデルとして、上層の粒子ベース解析法について、初期解析領域では1つの巨大氷板だったものが、構造物との衝突後に破壊が生じ分裂して氷板群化するタイプの漂流解析が可能なモデルの開発を行った。このように2種類のモデル開発が必要となった背景には、2011年東北地方太平洋沖地震津波発生時の現地調査結果及びその後の漂流物諸元の丹念な分析結果により、多様な形態の河道内河川結氷の破壊及び漂流挙動が実際に確認されたためである。開発したモデルについて、既往の水理模型実験結果や、現地観測結果との比較検証を行うことで、定性的な漂流物群としての挙動や、定量的には漂流物群の群体としての変位等を分析することにより、数値解析モデルの妥当性検証を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、既往の河川津波漂流物としての漂流氷板の痕跡調査結果や、映像資料などをもとに、本研究で対象とすべき氷板群即ち固体群の諸元を明確にした。ここで明らかにされた諸元などを元に実施された水理模型実験やパラメータを変化させた数値解析により、少数から多数の氷板群が存在する場合の河川津波漂流物の挙動について分析を行い、平面的な氷板群の挙動や水位計測結果との比較などから得られる流況の再現性について考察を加えた。総じて数値解析結果は現地痕跡調査結果や水理模型実験結果と概ね整合が取れたものとなっており、V&Vに関する手続きや方法論を整備するための基礎的なモデル構築を進めることができたと評価できる。本年度開発された2層流型の数値解析モデル及び実験等によるその検証手法は、当初計画に含まれる方法論の提案という目標達成のために有効なものであり、概ね順調に進展していると言える。
Strategy for Future Research Activity	本研究の計画段階においては、平面2次元及び鉛直2次元場において水面上または水流中に固体群を多量に含む流れの数値解析モデルの構築及びその検証と妥当性確認のための手続き論の提案を目的としていた。本年度の研究取り組み結果により、方法論の構築のベースとなる平面2次元的な数値解析モデルについては概成しつつあるため、V&V方法論の構築にあたっての他分野との相違や留意事項の整理を継続して進めると共に、次年度については基本的な鉛直2次元数値解析モデルの構築を実施する予定である。そのために既往の現地調査結果の分析や既に実施済みである水理模型実験の検証解析を実施しつつ、鉛直2次元モデルの妥当性確認を実施する。尚、最終年度の取りまとめを見据え、成果普及を想定した対外的な発表や実務者との意見交換を実施することにより、研究成果の実践的な応用を見据えた展開についても方策を検討する。