2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of a storm-runoff model based on the measurements of saturated-unsaturated flow on a hillslope.
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19K04632
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| Research Institution | Lake Biwa Environmental Research Institute |
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Principal Investigator |
小島 永裕 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター, 総合解析部門, 専門員 (00503624)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷 誠 人間環境大学, 人間環境学部, 特任教授 (00314245) [Withdrawn]
佐山 敬洋 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70402930)
正岡 直也 京都大学, 農学研究科, 特定助教 (90786568)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 山地源流域 / 谷壁斜面 / 降雨流出応答 / 流出機構 / 鉛直浸透過程 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、水害が多発しており、流域総合治水対策、特に山地源流域を対象とした対策が重要であることから、本研究では、流出機構に基づく斜面モデルの開発を目指している。しかし、降雨流出応答の普遍性と流出機構の多様性に不整合性があることから、これまで様々な斜面モデルが提案されたものの、改善が進んでこなかった。この流出機構を吟味するため、本研究において、昨年度から山地小流域内の試験斜面で詳細な水流動観測を展開している。
昨年度、テンシオメータ内の注入水の凍結を避けるために、現地観測は12月上旬で一旦中断したが、本年度4月から現地観測を再開し、12月まで観測を継続した。特に、本年度は、梅雨前の土壌が乾燥する期間、梅雨期の断続的な降雨によって、土壌の湿潤化が進み、それが継続する期間の計測を行うことができた。
観測結果から、降雨開始時からの圧力水頭の斜面方向の伝播は、下部から上部に向かって広がっていくことが確認できた。出水時における斜面下部の圧力水頭の鉛直伝播は速やかであり、土壌層内の鉛直浸透過程が洪水流出応答特性に寄与することが推察された。一方、斜面上部では降雨時にも圧力水頭の変化が小さい部分もあり、乾燥状態が残っていて洪水流出には寄与しないことが考えられた。
現地観測と並行して、流出モデルの開発を進めた。本年度は、斜面の流出機構を河川の洪水流出予測に用いる実用的な流出モデルに活かすパラメータ化を進めた。具体的には、土壌パラメータを反映可能な流量流積関係式を開発するとともに、河川河道を対象とした分布型流出モデルへの適応を検討した。
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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
研究開始時の研究計画に基づき、研究者間で綿密な協議を行いながら研究に取り組んだ。
現地観測は本年度4月から12月まで継続して行うことができた。特に、梅雨期や秋の長雨等の大きな降雨によって、土壌が乾燥状態から湿潤状態を繰り返していく過程のデータを取得できた。加えて、土壌サンプルを採取して間隙率と飽和透水係数等を測定し、斜面モデルの計算の際に必要となる土壌物理性のデータが得られた。
モデル開発の点では、土壌の条件が反映可能な流量流積関係式を開発するなど、河川河道を対象とした分布型流出モデルへの適応を検討した。
このように、本年度では、現地の観測によるデータの取得とモデルの開発を並行して実施することができ、当初計画していた課題をおおむね達成できたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年間の研究計画に基づき本研究は順調に進んでおり、今後は斜面モデルの開発について重点を置いて推進する。
モデル開発面については、今年度購入した汎用ソフトHYDRUSを活用して数値計算を行う。斜面モデルは、飽和不飽和浸透流を表すRichards式をベースに組み立て、大間隙の多い森林土壌の土壌物理性をよく表現でき、HYDRUSにも採用されている小杉式を用いる。さらに、パイプ状水みちによる効率的な地下水排除の効果に対しては、これまでの観測で取得した飽和透水係数の値を反映させて、透水能力を表現する手法などの適用を検討予定である。森林土壌は不均質性が大きく、大きな空間スケールでの物理性が無視できないとの指摘がある。この点については、圧力水頭と体積含水率をもとにしたモデルの計算結果から土壌物理性を逆推定して計算し、現地観測で得られたこれらの値との比較をしてモデルの妥当性を検討する。さらに、斜面下端からの湧水量と渓流3カ所に設置されている量水堰のデータを再解析し、モデルの検証に利用する。
また、現在、斜面の流出機構を河川の洪水流出予測に用いる実用的な流出モデルに活かすパラメータ化を進めている。これまでの観測結果から得られた流出機構に基づいて、土層厚さ、土壌物理性、水みちの透水能力等の諸条件の反映を検討する。
これらの研究結果は年度末までにまとめ、その一部は学会で発表するとともに、論文投稿する予定をしている。
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| Causes of Carryover |
本助成金を利用し、観測に必要な物品や解析に必要なソフトウエア等を購入して研究を進めてきたが、コロナウイルス感染症の影響により、参加予定の学会大会が中止またはオンラインでの開催となったこと、さらに、現地調査やデータ解析の補助等に従事する協力者の雇用を中止したこと等から次年度使用額が生じた。
次年度は、現地調査やデータ解析の補助等で雇用する協力者への謝金や、成果の発表について学会出張への旅費や論文の投稿料等の支出を計画している。これらについて、上記の次年度使用額と合わせて利用したい。
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