平面二次元分散波方程式を用いた洪水流・河床変動解析モデルの開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K22427
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 五十嵐 善哉 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (80881698)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2023-03-31
• Keywords: 平面二次元分散波方程式 / 河床変動解析 / iRIC / 高水敷への浸透

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，平面二次元分散波方程式を用いて，洪水流および河床変動が解析可能なモデルの開発を進めている．
令和２年度，荒川流域において，河床変動解析の初期モデルを作成した．この初期モデルでは非平衡流砂量式を用いている．この河床変動量について，特に浮遊砂の巻上や堆積に関する解析の精度を向上するためには，ピーク水位だけでなく，水位上昇と低下の速度についても流れが高精度に解析される必要がある．そのため，令和３年度では，この水位の上昇や低下をより高精度に解析するため，様々なモデルの改良を実施した．その中で，水位ハイドログラフに与える影響が最も大きかったのは，荒川本川の高水敷への浸透である．荒川本川では，水位ハイドログラフの形状（水位上昇および低下速度）を精度よく解析するためには，高水敷への浸透を考慮する必要があることが明らかとなった．荒川本川の中流域は，川幅が広く，高水敷が非常に深いという特徴がある．また，令和元年東日本台風は降雨継続時間が長かった．これらの要因から，高水敷への浸透の考慮が大きく影響したと考えられる．
本研究で開発したモデルとの比較のため，iRICを用いて河床変動計算を実施した．今年度は，本研究で開発したモデルとの比較までは実施できていないが，水理模型実験とiRICの計算結果の比較を行った．iRIC Nays2DHによる河床変動計算では，パッチ状の樹林帯周りの河床洗堀深が水理模型実験での洗堀深（計測値）よりも，小さくなる傾向が見られた．これは，樹林帯周りの渦がiRIC Nays2DHでは計算できていないことが要因として考えられる．令和４年度では，この点についてさらに検討する必要がある．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

河床変動解析の高精度化の前段階として，水位ピークだけでなく，水位ハイドログラフの形状も高精度化が必要であった．その点にかんする解析手法の改良に時間を要したため，計画よりもやや遅れる結果となった．
また，iRICの河床変動計算に関して，水理模型実験結果と比較した結果，洗堀深の解析精度について課題が残った．コロナ禍において，水理模型実験等が計画よりも遅れたため，本研究の進捗もやや遅れる結果となった．

Strategy for Future Research Activity

令和元年東日本台風では，入間川流域では大規模な河床変動は生じなかった．そのため，現地スケールの解析に関しては，荒川上流の熊谷付近の砂州を対象に河床変動計算を実施する．本解析モデルの河床変動計算の結果と，iRICによる河床変動計算結果，および令和元年東日本台風前後の測量結果を比較することで，精度について確認する．
荒川上流の砂州では，樹林帯の前面に浮遊物が捕捉され，その周辺が局所洗堀されている様子が観察されている．本解析のような平面二次元の解析では，そのような局所洗堀を再現することが難しい．そこで，樹林帯周辺で生じる渦をモデル化することにより，洗堀を再現することができるか検討する．

Causes of Carryover

令和３年度が最終年度の予定であったが，本研究の進捗がやや遅れた．当初の目的であった，「分散波方程式を利用した河床変動計算モデルの開発」について，さらなる高精度化を行うとともに，もう１つの目的であった「他の解析手法との比較により，解析可能な現象を明らかにする」ことの達成のため，令和４年度までに延長させていただいた．
令和４年度では，本解析手法との比較のためのiRIC計算に関わる学生と，本解析手法の開発の補助を行う学生への人件費に利用する計画である．その他，令和４年５月末に提出予定の水工学論文集への投稿費用，学会参加のための旅費にも利用する．また，解析結果の保存のため，追加で外付けHDDやNASの購入を計画している．