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データ同化による現地観測と山地流域土砂動態シミュレーション統合化手法の提案

Research Project

Project/Area Number 23K26207
Project/Area Number (Other) 23H01513 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 22040:Hydroengineering-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

宮田 秀介  京都大学, 農学研究科, 准教授 (80573378)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山野井 一輝  京都大学, 防災研究所, 准教授 (30806708)
小柴 孝太  京都大学, 防災研究所, 助教 (80883157)
水垣 滋  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 (10559686)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Keywords流砂 / 土砂生産 / 生産源寄与率 / 流砂水文観測 / 生産源寄与率推定 / 観測モデル / 山地流域
Outline of Research at the Start

山地流域からの流砂量を正確にシミュレーションするためには境界条件である斜面から河道網への土砂供給量およびその位置を正しく与える必要があるが,降雨中にこれらの情報を直接的に観測することは現実的でない。そこで現地観測成果を活用し,2段階でデータ同化を行う手法を提案する。実測に基づく流域末端での流砂の生産源寄与率を,事前計算である第1段階のデータ同化に用いて流域土砂動態モデルでの土砂生産に関する係数を推定する。第2段階のデータ同化では斜面崩壊などの土砂供給を想定してその量と位置についての様々な条件でのシミュレーション結果から観測結果を説明しうるものを採用するものである。

Outline of Annual Research Achievements

京都大学防災研究所穂高砂防観測所の足洗谷観測流域(神通川源流域)を対象として流砂水文観測および土砂動態シミュレーション研究を実施した。2023年度は土砂トレーサにより出水中に河川で輸送された土砂が流域のどの地質に由来するか(生産源寄与率)を推定した。既設のピット流砂計、ハイドロフォンと濁度計、TDRを利用した土砂濃度計による掃流砂とウォッシュロードとに浮遊砂も含めた全粒径を網羅した流砂量観測体制を構築し次年度以降も観測を継続する。
掃流砂量観測用のハイドロフォンについて、観測結果だけでなくその不確実性を評価するために、足洗谷観測流域の観測水路にて給砂実験を実施した。実験結果に既存観測結果を教師データとして流砂量を確率変数とする不確実性を含めて推定するモデルを構築した。本観測モデルは異なる増幅率で得た10種類のパルス数を変数としてガウス過程回帰を導入したものである。本観測モデルは教師データ期間の流砂量を良好に再現し、既往研究で示された年間土砂量も良好に再現することができた。
土砂動態シミュレーションモデルは浮遊砂輸送過程について非平衡状態を考慮したモデルへと改良するとともに、生産土砂および流砂に上の土砂生産源寄与率情報を付与できるようにした。
上で得た流出土砂の生産源寄与率推定結果を参考に改良を加えたモデルにより足洗谷観測流域の土砂動態シミュレーションを試行し、裸地斜面での土砂生産に関わる係数を地質ごとに検討した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2023年度に計画していた流出土砂の生産源寄与率推定や現地実験とその結果に基づく観測モデルの構築が順調に進展した。また研究開始前段階から、現地観測と数値シミュレーションという異なる精度、性質の結果を融合させるための議論を研究者間で進めており、地点データである現地観測結果をシミュレーションにより時空間的に拡張させる、シミュレーションの境界条件を観測データから逆推定する方法について検討が進んだ。

Strategy for Future Research Activity

今後、開発するデータ同化手法を足洗谷流域の下流である蒲田川流域(流域面積:約100 km2)に適用して土砂動態シミュレーションを試みる計画である。土砂試料を蒲田川流域の全ての地質の生産源および河床から採取する必要があるが、蒲田川は3000m級の山々を源流に有するため、試料採取が困難であると予想される。事前にシミュレーションを活用し、安全かつ効率的な試料採取地点を検討する。シミュレーションと同時に利用する流砂水文情報は国土交通省神通川水系砂防事務所が2021年に開始した観測の結果を利用する。神通川水系砂防事務所とは観測結果利用について既に協議しているが、実際の運用では、問題を解決しながら進めていく。このようにして本手法を広い流域に適用した際の問題点を抽出し、解決方法を検討する。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] Free University of Bozen/Bolzano(イタリア)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] SEDIMENT RUNOFF SIMULATION UNDER THE EFFECT OF SEDIMENT SUPPLY FROM THE BARE SLOPES CAUSED BY EARTHQUAKE-INDUCED LANDSLIDES IN AZUMA RIVER, HOKKAIDO2024

    • Author(s)
      YAMANOI Kazuki、SHINOHARA Koshi、KAWAIKE Kenji、KOSHIBA Takahiro
    • Journal Title

      Japanese Journal of JSCE

      Volume: 80 Issue: 16 Pages: n/a

    • DOI

      10.2208/jscejj.23-16092

    • ISSN
      2436-6021
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Sediment-runoff simulation under the influence of earthquake-induced landslides2023

    • Author(s)
      Yamanoi, K., Shinohara, K., & Kawaike, K.
    • Organizer
      40th IAHR World Congress
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Probabilistic Prediction Method of Erosion Volume and Deposition Area from Rainfall Observation Data2023

    • Author(s)
      Yamanoi, K., Shikakura, K., Kawaike, K. & Oishi
    • Organizer
      8th International Conference on Debris Flow Hazard Mitigation (DFHM8)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A novel approach to measuring pore fluid sediment concentrations of debris flows in a volcanic torrent2023

    • Author(s)
      Shusuke Miyata, Michinobu Nonaka, Seiki Kubo, Kenshi Fukunaga, Shohei Ando, Masaharu Fujita
    • Organizer
      8th International Conference on Debris Flow Hazard Mitigation (DFHM8)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A simplified numerical model for evaluating sediment control by open-type sabo dams in the Joganji River basin2023

    • Author(s)
      Y. Yamazaki, T. Noro, K. Miwa, T. Mizuyama, M. Fujita, S. Miyata, A. Ikeda, T. Furuya, T. Nagayama, T. Itoh
    • Organizer
      8th International Conference on Debris Flow Hazard Mitigation (DFHM8)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Long-term monitoring of sediment runoff for an active sediment control in Joganji River2023

    • Author(s)
      K. Miwa, K. Mikami, T. Nagayama, T. Furuya, S. Hayashi, M. Fujita, S. Miyata, Y. Satofuka, T. Mizuyama, K. Miyamoto, A. Ikeda, T. Itoh
    • Organizer
      8th International Conference on Debris Flow Hazard Mitigation (DFHM8)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 崩壊裸地斜面からの土砂供給過程を考慮した厚真川の土砂動態シミュレーション2023

    • Author(s)
      山野井一輝, 篠原滉志, 川池健司, 小柴孝太
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Impacts of Debris Flows on Bedload Transport from a Mountain Catchment2023

    • Author(s)
      Shusuke Miyata, Daizo Tsutsumi, Masaharu Fujita: Impacts of Debris Flows on Bedload Transport from a Mountain Catchment
    • Organizer
      The Indonesian Association of Hydraulic Engineers (HATHI) Bangka Belitung Workshop in conjunction with the 10th International Workshop on Multimodal Sediment Disasters
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 栃原砂防堰堤におけるハイドロフォンを用いた掃流砂計測の現地検証試験と粒径の及ぼす影響2023

    • Author(s)
      橋本憲二, 渡部春樹, 松岡暁, 伊藤隆郭, 植野利康, 野坂隆幸, 唐木理富, 内田太郎, 宮田秀介, 藤田正治, 堤大三
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 礫床河川や寒冷地河川における掃流砂量計の現地検証2023

    • Author(s)
      木佐洋志, 保谷智之, 古谷智彦, 松山洋平, 松岡暁, 長山孝彦, 伊藤隆郭, 宮田秀介, 藤田正治, 渡邊康玄,水山隆久
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 単位河道モデルに透過型等の砂防堰堤を含む簡易モデルの開発(2)2023

    • Author(s)
      山崎祐介, 水山高久, 藤田正治, 宮田秀介, 里深好文, 池田暁彦, 古谷智彦,長山孝彦, 伊藤隆郭
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 渓床堆積物が土石流化する場の検討―ヒル谷源頭部を対象とした数値解析―2023

    • Author(s)
      岩井智哉, 宮田秀介, 山野井一輝, 藤田正治
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 土石流発生後のStep-Poolの動態観測とSfM写真測量の活用2023

    • Author(s)
      北條杏梨, 権田豊, 宮田秀介
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 掃流砂量観測と流砂理論に基づく粒度分布の推定に関する研究2023

    • Author(s)
      重村一馬, 藤田正治, 宮田秀介, 富田邦裕, 叶正興, 田中克幸, 多賀大輔
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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  • [Presentation] 流域土砂動態シミュレーションによる流出土砂の地質別寄与率推定手法の検証2023

    • Author(s)
      片岡秀太, 宮田秀介, 水垣滋, 山野井一輝, 藤田正治
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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  • [Presentation] 縦断的に配置されたカメラによる支流からの土砂生産を把握する流域監視法の検討2023

    • Author(s)
      五十嵐和秀, 川瀬遼太, 松岡暁, 伊藤隆郭, 植野利康, 野坂隆幸, 唐木理富,藤田正治, 宮田秀介, 堤大三, 内田太郎
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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  • [Presentation] 土砂動態シミュレーションのデータ同化実装に向けた掃流砂観測の確率的評価2023

    • Author(s)
      左藤起也, 宮田秀介, 小柴孝太, 山野井一輝, 藤田正治
    • Organizer
      2023年度砂防学会研究発表会
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      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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