Rational construction method of flood forecasting system based on stochastic response of rainfall-runoff system

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04360
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田中 岳 北海道大学, 工学研究院, 助教 (90333632)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 流出モデル / 確率応答 / 集中化

Outline of Annual Research Achievements

洪水到達時間が日単位の流域スケールを対象に洪水予測システムを構築する際，一般的に，A：貯留型流出モデルなどのある一つの集中型の流出モデル，B：流域全体を複数のサブ流域に分割し，そのサブ流域に集中型の流出モデル（集中型の流出モデルの分布），あるいはC：流域全体に分布型の流出モデルが採用される．ただし，実務の面では，その利便性から上記Aを用いる傾向にある．この点を踏まえて本研究では，貯留型流出モデルを洪水予測システムに活用することを前提に，その適用可能な流域面積やモデルパラメータの意味付け等，このモデルが抱える基礎的課題の解決を図るとともに，降雨流出系にある様々な不確実性が流域内を伝搬する過程を定量的に評価することを目的とした．その方法は，貯留型流出モデルと物理モデルとしてのCの間での確率特性（流出量の1～4次モーメントと確率密度関数）の比較に基づく．
まず，①降雨量，②地形・地質特性と③初期の湿潤状態の不確実性を定式化（確率分布形を決定）するため，特に②の基礎的知見を得るために，幾つかの河道の平面形状（河道中心線）を分析した．その結果，蛇行度の確率分布は概ね共通しており，単位流域（二斜面一河道）規模を決定する指標の一つとして平均川幅が挙げられた．また，ここでは，貯留型流出モデルに，実際の貯留量～流出量関係の二価性を示し得る星，山岡（1982）らのモデルを採用し，上記①～③の不確実性が流出量の確率特性に与える影響を推定可能な微分方程式を提案し，その適用限界も含めた解の妥当性を検討した．乱数系列での上記①～③をモデルに直接与えて流出量の確率特性を推定するシミュレーション結果との比較から，2次モーメントまでの提案式の妥当性は認められた．今後，上記のCシステムの確率特性との比較から，貯留型流出モデルの適用可能な流域面積やモデルパラメータの物理的意味づけ等の課題解決を図る予定である