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2022 Fiscal Year Annual Research Report

自然法則に基づく安定性河道とデータ駆動型の河道の予知保全法による河川の多重性向上

Research Project

Project/Area Number 21H04596
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

安田 浩保  新潟大学, 災害・復興科学研究所, 研究教授 (00399354)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 村松 正吾  新潟大学, 自然科学系, 教授 (30295472)
早坂 圭司  新潟大学, 自然科学系, 教授 (40377966)
大竹 雄  東北大学, 工学研究科, 准教授 (90598822)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Keywords交互砂州 / 観測ビッグデータ / 自己組織化現象
Outline of Annual Research Achievements

2020年に開始した流域治水により、必要な箇所の水位を確実に低減させるためには、排水を計画した地点の前後の区間における洪水による河道の変形を抑制できる必要がある。このような河道の変形は、河床の自発的に形成される交互砂州が要因となるものと考えられている。2022年度は、交互砂州に関する以下の2つの成果を得た。一つ目の成果は交互砂州の流下速度の推定式の導出である。交互砂州は洪水時に流下する性質があると考えられており、この流下速度や流下の機構を解明するため、河床の変動を波動現象と見做し、河床の移流拡散方程式を導出した。また、同方程式における移流係数が交互砂州の流下速度となることを実証した。この成果は、来るべき洪水において河道のどこが水衝部となるかの推定に利用できる可能性がある。二つ目の成果は、交互砂州の発生の起源の特定である。人工改修により河床を平坦としても交互砂州が発生するが、この発生は砂礫で構成される河床の生得的な不安定性に由来するものと60年以上にわたり考えられてきている。これに対し、採択者らは、模型実験において1平方cm以上の空間的な密度で水面と底面を同時に測定できる手法を用い、交互砂州の発生から発達の過程について空間と時間の両方を細密に測定した。この測定の結果、初期条件として与えた平坦な河床においてさえ無視できない規模の水面波列が自励的に発生し、これが交互砂州の発生の起源となることを特定した。この成果は、交互砂州を有する河川において堤防の侵食や越流を根源的に回避するためには、現行の流路幅を縮小する必要があることを示唆する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

2022年の研究により、仮説から導かられたモデル式を用いずに、観測結果のみで河川の底面および平面形状を変形させる物理機構を定量的に解明する新手法を確立した。また、河川の底面および平面形の変形の発端がどのようなものであるかを模型実験から得られた観測ビッグデータから特定した。これらの研究により、洪水時においても安定性に優れる河道の形状の特定を本課題の実施期間中にできる可能性が非常に高くなったため。

Strategy for Future Research Activity

この30年ほどは、河川の底面や平面形の変形の発端は、モデル解析を中心的な手法として研究されてきた。しかし、モデル解析により新たな仮説や新現象の発見はできない。この点に着目し、採択者らは観測結果のみで河川の底面や平面形の変形の発端となる物理現象の解明に努めてきた。2022年の研究においてこの研究手法の見通しがたち、今後の本課題の研究においても同手法を用いて、河川の底面や平面形の変形機構を完全に解明し、洪水時にも壊れにくい河川の設計法の基盤を創出する。

  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (22 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] On the occurrence of sandbars2023

    • Author(s)
      Moteki D.、Seki S.、Muramatsu S.、Hayasaka K.、Yasuda H.
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 35 Pages: 016608~016608

    • DOI

      10.1063/5.0128760

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] On the Migrating Speed of Free Alternate Bars2022

    • Author(s)
      Ishihara Michihide、Yasuda Hiroyasu
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Earth Surface

      Volume: 127 Pages: 1-21

    • DOI

      10.1029/2021jf006485

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Flow-Path Fitting from Images with Fourier Basis for River Health Assessment2022

    • Author(s)
      Takahashi Yuki、Muramatsu Shogo、Yasuda Hiroyasu、Hayasaka Kiyoshi、Otake Yu
    • Journal Title

      2022 IEEE International Conference on Image Processing

      Volume: 1 Pages: 3687-3691

    • DOI

      10.1109/ICIP46576.2022.9897196

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 原子核乾板検出器を用いた河川堤防内部の宇宙線イメージング2022

    • Author(s)
      北川暢子,森島邦博,福元豊,安田浩保,今西智也,宮田芙悠,児玉滉人,志水凱,森井健登,岸本和樹,中野健斗、西垣豪人
    • Organizer
      2022年画像関連学会連合会 第8回合同秋季大会
  • [Presentation] 原子核乾板を用いた河川堤防内部の宇宙線イメージング2022

    • Author(s)
      北川暢子,森島邦博,福元豊,安田浩保,今西智也,宮田芙悠,児玉滉人,志水凱,森井健登
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [Presentation] 交互砂州の形成過程におけるDMDモードの識別2022

    • Author(s)
      齊藤浩輝, 安田浩保, 早坂圭司, 村松正吾
    • Organizer
      第40回土木学会関東支部新潟会研究調査発表会
  • [Presentation] 流速場に基づく水深の平面的な推定2022

    • Author(s)
      鈴木朱音, 大泉尚紀, 安田浩保
    • Organizer
      第40回土木学会関東支部新潟会研究調査発表会
  • [Presentation] 砂州の安定性解析の妥当性検証2022

    • Author(s)
      茂木大知, 関翔平, 安田浩保, 早坂圭司
    • Organizer
      第40回土木学会関東支部新潟会研究調査発表会
  • [Presentation] UAVの内蔵センサーによる幾何補正と画像解析による流速の推定の試行2022

    • Author(s)
      大原由暉, 安田浩保, 村松正吾, 早坂圭司
    • Organizer
      第40回土木学会関東支部新潟会研究調査発表会
  • [Presentation] 令和4年8月豪雨による荒川流域の応答2022

    • Author(s)
      田所祐輝, 大泉尚紀, 茂木大知, 安田浩保
    • Organizer
      第40回土木学会関東支部新潟会研究調査発表会
  • [Presentation] 堤体越流時における裏法面上のせん断作用に関する実験的研究2022

    • Author(s)
      仮澤広晃, 安田浩保
    • Organizer
      第40回土木学会関東支部新潟会研究調査発表会
  • [Presentation] 等流仮定の摩擦損失モデルが河床波曲面上の流れで有する適用性の検証2022

    • Author(s)
      大泉尚紀, 安田浩保
    • Organizer
      第40回土木学会関東支部新潟会研究調査発表会
  • [Presentation] 制御付きグラフ動的モード分解による河川水位分布予測2022

    • Author(s)
      北村帆高, 村松正吾, 安田浩保, 早坂圭司
    • Organizer
      電子情報通信学会大会講演論文集(CD-ROM)
    • Invited
  • [Presentation] 畳み込みスパース符号化動的モード分解の多重解像度化とその河床状態推定への応用2022

    • Author(s)
      小林栄裕, 村松正吾, 安田浩保, 早坂圭司
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告(Web)
    • Invited
  • [Presentation] 建設関連業界でこれから必要とされる人物像とは?土木学会年次学術講演会概要集2022

    • Author(s)
      安田浩保, 八幡和雄, 小野貴史
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] 河川の平面形状の特徴量の抽出2022

    • Author(s)
      田所祐輝, 安田浩保, 村松正吾, 早坂圭司
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] 交互砂州が誘発する洪水時の危険箇所及びその危険度の推定2022

    • Author(s)
      黛由季, 茂木大知, 安田浩保
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] 数値解析による河床波の形成・発達過程における不確実性について2022

    • Author(s)
      茂木大知, 安田浩保, 早坂圭司, 村松正吾
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] 交互砂州上の平面二次元流速場の決定手法の構築2022

    • Author(s)
      大泉尚紀, 安田浩保
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] マイクロ波の反射強度に基づく実河川の水理量の定量化2022

    • Author(s)
      大原由暉, 茂木大知, 安田浩保, 村松正吾, 早坂圭司
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] 移動床水理の時系列解析に対するDMDの適用性2022

    • Author(s)
      齊藤浩輝, 安田浩保
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] 流れの非静水圧性を考慮した堤体の越流侵食過程の数値解析2022

    • Author(s)
      仮澤広晃, 五十嵐拓実, 安田浩保
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] 交互砂州の形成初期における底面の移動速度2022

    • Author(s)
      関翔平, 石原道秀, 安田浩保
    • Organizer
      土木学会年次学術講演会概要集
  • [Presentation] 畳み込みスパース符号化動的モード分解の多重解像度化とその河床状態推定への応用2022

    • Author(s)
      小林栄裕, 村松正吾, 安田浩保, 早坂圭司
    • Organizer
      情報通信学会技術研究報告
    • Invited
  • [Presentation] 河川流路制御CPSのためのフーリエ基底による河川健全性評価法2022

    • Author(s)
      高橋勇希, 安田浩保, 早坂圭司, 大竹雄, 村松正吾
    • Organizer
      電子情報通信学会大会講演論文集(CD-ROM)
    • Invited

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Published: 2023-12-25  

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