2017 Fiscal Year Research-status Report
土石流の急激な侵食発達機構の解明と粒子法による評価手法の開発
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16K16375
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
鈴木 拓郎 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 (60535524)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 土石流 / 侵食過程 / 粒子法 / 不飽和浸透 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
河床堆積物の侵食によって，土石流が10 倍以上の規模に発達する場合などがあり，甚大な被害をもたらす。このような現象の侵食過程の詳細なメカニズムは解明されておらず，従来の評価手法では合理的に評価できない。本研究では，水路実験と数値実験によって河床水分条件の変化が土石流の侵食発達過程に及ぼす影響を明らかにするとともに，粒子法に不飽和浸透過程を導入した新たな計算手法を構築する。これらを通じて，土石流規模が急激に増大する支配条件を明らかし，評価手法を確立することを目的とした。
平成29年度は，土石流の侵食・堆積過程と不飽和浸透過程の関係に関する水路実験を行った。河床の水分条件，土石流の構成材料の粒径，河床勾配，供給流量を変化させて実験を行った。その結果，条件に応じて，不飽和堆積層上に達した土石流から水が浸透して土石流が停止する場合，土石流が一部堆積しながらも不飽和堆積層上を通過する場合，不飽和堆積層を侵食する場合など，様々な現象が発生することが分かった。粒子法による計算モデルを用いてこれらの現象の再現を試みたところ，透水係数などの設定によっては再現可能であった。そのため，上記のような現象形態の違いは不飽和浸透現象過程が大きく影響していると考えられ，本研究で開発している手法は，このような現象の評価に有効であると考えられる。今後，さらに結果の解析およびモデルの改良を進める。
さらに，粒子法は格子法に比べて計算時間が膨大となることから，必要な部分のみを粒子法で，その他の領域は格子法で計算するハイブリッド法を開発した。粒子法の計算領域を限定すればその分だけ計算粒子数が減少し，それに応じで計算時間が短縮可能であることを実証した。
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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
本年度は，不飽和浸透と侵食過程の関係に関する水路実験の実施と，数値計算モデルによる数値実験の一部実施を目的としていた。水路実験は予定通り実施し，結果の解析も進んでいる。また，実験結果については，数値計算モデルによって一部再現性も確認できており，計算モデルの妥当性についても検証が予定通り進んでいる。ただし，実験結果の一部においては，十分に再現できないケースもあることから，計算モデルの改良またはパラメータの設定方法の検討はさらに進める必要がある。
計算アルゴリズムの効率化についても，昨年度にOpenMPによる並列化や領域分割法の導入などを先行して進めたため，当初の計画に対して順調に進んでいた。今年度はさらに，粒子法と格子法を結合したハイブリッド法を新たに開発し，計算の効率化を達成し，計算時間を減少することに成功した。
以上から，研究計画は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
モデルの構築と水路実験は順調に進んでいるため，今後は数値実験をすすめ，実験結果と数値実験結果の分析を行い，取りまとめる。結果の取りまとめについては，移動床区間の初期土壌水分条件や，水路勾配の違いに対して，侵食・堆積過程や土石流の流動過程の変化の関係に着目して分析を進める。数値計算モデルの再現性の検証についてもさらに進めて，土壌水分特性曲線モデルのパラメータの設定の一般性について確認する。これらの分析により，土石流が急激に発達する支配要因について結果をとりまとめる。
計算モデルの効率化についても必要に応じて進める。粒子法と格子法を結合したシミュレーション方法については，現状2次元計算のものまでしか開発できていないが，土石流の侵食・堆積過程を再現するためには3次元流れの解析も必要になる。そのため，粒子法と格子法の結合手法を3次元に拡張することも検討する。
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| Causes of Carryover |
平成29年度に投稿した論文の投稿料としての使用を考えていたが，論文の掲載は決定したものの平成30年度の掲載となり，支払いが平成30年度になったため，平成30年度分に繰越した。投稿料は81,000円となったため，それに使用するほか，当初の計画にはなかった成果発表を行う予定であるため，その費用に使用する。
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