2019 Fiscal Year Research-status Report
土壌の不均質性を考慮した山地斜面雨水流動モデルの開発と水理特性スケール構造分析
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19K04614
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
市川 温 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30293963)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 土壌特性 / スケール構造 / マイクロスケール / メソスケール / 流量流積関係式 / 雨水流動モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
土壌の不均質性は山地斜面の雨水流動に大きな影響を与えているが、このような土壌の不均質性の効果を織り込みつつ河川流域全体に適用可能な物理的降雨流出モデルはいまだ開発されていない。
土壌に不均質に存在する様々な大きさの空隙に伴う微細なスケールでの水理特性（マイクロスケール水理特性）と、それらが集約された結果出現する、土壌中の水量と流量の関係といった、やや大きなスケールでの水理特性（メソスケール水理特性）の間の構造を明らかにできれば、河川流域に適用可能な降雨流出モデルに土壌の不均質性の効果を織り込む糸口になると期待される。
本研究では、土壌の不均質性を考慮して山地斜面の雨水流動を計算する詳細なモデルを開発し、その計算結果から、上記の二つの水理特性間の構造を分析することを目的としている。
当該年度は、地中流と地表面流を統合的に計算するモデルに、大きな空隙が連続するパイプ部での流れを表す機構を導入することで、土壌の不均質性を考慮して山地斜面の雨水流動を計算する詳細なモデルを開発した。また、このモデルの計算結果から得られる流量流積関係を、既存の分布型降雨流出モデルで用いられている流量流積関係式で適切に表現することができるか検討した。
その結果、鉛直2次元的な斜面でのシミュレーションでは、表土層中にパイプ部があると、飽和帯の形成が抑制され、不飽和鉛直浸透流とパイプ流を含む飽和側方流が卓越した。3次元的なシミュレーションでは、パイプ部があってもその効果は大きくなく、大きな飽和側方流の領域が形成された。また、これらの計算結果に基づく流量流積関係を、既存のモデルで使われている流量流積関係式で適切に表せることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初、格子ボルツマン法を利用して詳細な雨水流動モデルを一から開発することを考えていたが、地中流と地表面流を統合的に計算するモデルをプログラムソースレベルで入手し、これに手を加えることで、所定の機能を満足するモデルを短期間で開発することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
小空隙部の透水係数、大空隙部の空間密度・連続性といった土壌のマイクロスケール水理特性と、斜面全体の貯留量－流出量関係、計算断面の流量－流積関係、計算断面の平均流速－動水勾配関係などのメソスケール水理特性との関係の分析に着手することができたので、様々なケースを想定して上記の分析を深める。また、メソスケール水理特性をマイクロスケール水理特性でパラメタライズする可能性を探る。
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Research Products
(1 results)
