2017 Fiscal Year Research-status Report
MRIによる積雪内部での選択流の動態把握と数値予測手法の開発
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16K12860
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
勝島 隆史 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (00611922)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安達 聖 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 観測・予測研究領域 雪氷防災研究センター, 特別研究員 (80719146)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水みち / 止水面 / MRI / μ-CT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
春先の急激な融雪や積雪への降雨により、湿雪雪崩や落雪、融雪出水、土砂災害などの融雪期災害が発生する。融雪期災害の発生予測では、積雪内部での選択的な水の流れ（選択流）の把握・予測が重要である。本研究では、積雪内部の水分分布をMRIを用いた非破壊高速撮像により選択流の形成と発達の様子を捉えることで、積雪内部の選択流の形成の物理過程を明らかにするとともに、どのような積雪でどのような選択流が形成されるのか、自然積雪での選択流の全容を明らかにする。
平成29年度は、研究初年度の平成28年度に開発したMRIによる積雪内部の水分分布の非破壊高速3次元高分解能撮像手法を用いて、自然積雪から採取した雪試料に対してMRI内において浸透実験を実施した。選択流の形成条件や幾何学的な特徴と、雪の物性値との関係性を明らかにするために、時期、場所および雪質の異なる複数の積雪層から雪試料を採取して、MRIによる浸透実験および雪氷用X線μ-CTによる雪の3次元構造の計測を実施し、積雪内の浸透現象のデータを取得した。実験の結果、水の供給の継続により水みちの本数が増える場合と、積雪層内の微小な層境界に沿って帯水層が複数形成する場合の、2つの浸透形態が存在することが明らかになった。μ-CTによる計測から、これらは積雪層内の間隙の鉛直分布に関係することが明らかになった。また平成30年度に実施を予定している選択流の形成と発達の数値再現において使用するモデルを新規開発を行った。
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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
平成29年度においては、自然積雪から採取した雪試料を用いた浸透実験の実施と、選択流の数値シミュレーションモデルの開発を計画した。当初予定していた試料数の浸透データを取得するとともに、実験により推測される物理過程に基づいて数値モデルを開発し、シミュレーションの試行を行い、当初の計画に沿った研究成果が得られた。これらのことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度に引き続き、平成30年度においても自然積雪から採取した雪試料を用いて浸透実験を実施し、可能な限り多くの雪のデータ取得を行う。また、開発したシミュレーションモデルを用いて、選択流の浸透現象の数値再現を実施する。計算では、雪氷用X線μ-CTを用いて平成29、30年度に取得する雪の間隙構造を使用して、積雪内の水分に作用する重力と毛管力、浸透の先端での浸透の阻害過程を物理演算し、水分量の時間変化を３次元で計算する。そして、MRIによる測定結果を用いてシミュレーション結果の検証を行いながら、選択流の形成と発達過程の定量化を行う。
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| Causes of Carryover |
29年度においては高速3次元撮像手法の更なる高空間・時間分解能化を実現するために雪氷用MRI用撮像シーケンスの改良のための開発費と浸透実験実施のための旅費を当初に計画した。28年度に開発した手法により研究目的が要求する性能を十分満たしていたことから開発費の予定額よりも執行が少なく、また、開発および実験が順調に推移したため予定よりも旅費の執行が少なかったことから、次年度使用額が生じた。次年度において、実験実施のための消耗品の追加購入、および実験や成果発表のための旅費として使用する。
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