2021 Fiscal Year Annual Research Report
Expansion of comprehensive evaluation for driftwoods disaster risk considering climate change effects
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19H00812
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
矢野 真一郎 九州大学, 工学研究院, 教授 (80274489)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笠間 清伸 九州大学, 工学研究院, 教授 (10315111)
二瓶 泰雄 東京理科大学, 理工学部土木工学科, 教授 (60262268)
水野 秀明 九州大学, 農学研究院, 准教授 (80356104)
浅井 光輝 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90411230)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 流木 / 洪水 / 気候変動 / リスク評価 / 流域 / 橋梁捕捉実験 / SPH |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず，気象レーダー情報や地盤情報データベースなどの地形・地質・降雨の空間情報をGIS上で統合し，降雨時の地下水位変動や浸透流を考慮した力学モデルおよび機械学習を併用して，リアルタイムで斜面崩壊の発生時間と位置を推定できるシステムを構築し，平成29年7月九州北部豪雨での斜面崩壊予測に適用した．さらに，過去3年間で開発した3つの豪雨災害に関するロジスティックモデルを用いた斜面危険度評価モデルを有明海に注ぐ全一級水系流域を対象に適用を試みた．その結果，降雨規模に応じた有明海流域圏に対する流木発生量の評価が可能となった．
次に，橋梁への流木捕捉時における流体力特性に関する室内実験を行った．その結果，流木捕捉無しと比べて，捕捉有の時には流体力が大きく増加すると共に，乱流場における変動流体力の振幅も大きくなることが明らかとなった．さらに，3Dプリンタによる枝の有無や生え方を考慮した流木模型を作成し，橋脚への流木捕捉現象における枝の影響の評価，ならびに流木比重の違いによる捕捉率の変化についての基礎的実験を行った．その結果，枝の生え方で捕捉率が変動すること，ならびに流木模型の比重の違いによる捕捉率への影響を評価した．
最後に，流木を含む氾濫解析に向けて，多数の剛体を含む流体解析を可能とする粒子法の解析を高度化し，その検証を行った．また堤防決壊，斜面崩壊の発生から被害までの統合解析を行うために，粒子法解析の適用範囲を地盤問題へと拡張した．
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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
理由
まず，斜面崩壊予測モデルの開発と適用においては，要因・素因データとAI,ならびに物理を考慮したモデルの併用により，新たなモデルの開発が行えたことと，近年の3つの豪雨イベントに基づくロジスティックモデルを有明海に注ぐ全ての一級水系に対して適用し，降雨規模に応じた流木発生量の評価を可能にした．これらにより，本研究計画の最も重要な目的である河川計画に適用可能な計画流木量の評価法の確立に近づいた．
次に，室内水理実験から，3Dプリンタで出力した流木モデルを用いて，枝の付き方のパターンや流木モデルの比重により，流木の挙動の変化や橋梁への集積傾向の違い二関する基礎データを得ることができた．これはこれまでに試みられていないものであり，初めての成果といえる．また，別途，流木が橋梁に捕捉される際の流体力測定を行い，捕捉された際に流体力が極端に増加し，乱流場にも大きな影響を与えていることを定量的に評価できた．
加えて，粒子法をベースにした橋梁への流木捕捉現象の数値モデリングについても，単体のみでなく複数の流木を同時に捕捉する現象への拡張が行えた．
以上，当初計画のうち，いくつかについては予定以上の成果も得られるなど，概ね順調に進展していると評価している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、過去３年間で実施した以下の各サブテーマの成果を踏まえて発展させる．
ア）地形条件と地質構造を加味した降雨パターンに応じた斜面崩壊危険度評価法の改良を行う．イ）森林（人工林）の間伐状態や表土の状態など森林の健全度を指標にした斜面崩壊危険度評価法を確立する．また，樹木の根系の状態も加味した評価ができるような関係を明らかにすることを人工降雨発生装置つきの室内実験装置を用いて明らかにし，モデリングする．ウ）令和２年７月豪雨の球磨川流域での斜面崩壊や流木流出パターンの詳細な検討を行う．上記ア）イ）の検証用データとしても利用し，流木発生の確率表示をロジステッィク解析により可能にする．エ）流木の橋梁への集積過程について，流木の幹・枝などの幾何形状をデフォルメした３Dプリンティング流木モデルを作成し，開水路を用いて室内水理実験を行うことで，従来のような棒状の流木モデルとの違いを明確にした集積率評価を行う．オ）大型開水路を用いて，河道の線形（湾曲），橋梁と河道断面との関係性などの影響を加味した流木水理実験を行い，橋梁への流木集積率の普遍表示を試みる．また，粒子法を用いた水・流木・橋梁を考慮したマルチフィジックス数値解析により，数値実験的に集積率の普遍表示を試みる．加えて，３年間利用してきた室内実験設置を用いて，種々の材料を用いて3Dプリントした流木モデルを用いた実験を継続し，結果を総括する．数値モデリングについては，前述の水理実験の再現解析を目標にした解析を継続して行い，実験結果を用いたヴァリデーションを行い，モデルの汎用性を確認する．最終的に，各メンバーの成果を統合し総括する．
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