| 研究課題/領域番号 |
21K18740
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分22:土木工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 福島大学 |
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研究代表者 |
横尾 善之 福島大学, 共生システム理工学類, 教授 (90398503)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 河道網 / 降雨流出氾濫モデル / 河床波 / 反応 / 移流 / 拡散 / エントロピー生成率最大化の原理 / 流域 / 増水 / 減水 / 平水 / 数値実験 / 擬河道網 / 実河道網 / エネルギー損失 / 河川密度 / 樹状構造 / 模様 / 形成要因 / 非平衡熱力学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，従来の経験的知見と「エントロピー生成最大化原理」を組み合わせることによって自然界の多様なパターンの形成要因に迫り，従来の学問分野の枠を超えた数理形態学的知見の創出に挑戦する．非平衡開放系の理想的なシステムである河道網構造を足がかりとして，多様なパターンの形成機構を解明し，数理形態学をコアとする新たな学際領域の開拓を目指す．
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| 研究成果の概要 |
本研究は，エントロピー生成最大化（MEP）原理に従って，樹状構造をなす河道網や樹木の枝，自然界の縞模様や斑模様が形成されている可能性を明らかにすることを目的として実施した．まず，降雨流出氾濫モデルを利用して河道とそれ斜面における摩擦損失エネルギーを計算した結果，全摩擦損失エネルギーが最小になるように河道と斜面が配分される傾向があったことから，MEP原理に従って河道網が形成されている可能性が見出された．次に，反応移流拡散方程式に立脚した河床波モデルを用いて，反応・移流・拡散の各現象が一定の条件を満たす場合に河床波が形成されることから，河床波もMEP原理に従って形成されている可能性が示された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
従来，河道網や河床波の形成が，エントロピー生成最大化（MEP）原理に支配されている可能性を実践的に調べた研究はなかったが，本研究はこれに初めて取り組んだ．これにより，河道網や河床波がなぜ形成されるのか，という高次の謎に迫ることができた．今後，自然界や人間社会で共通して見られる模様が形成される要因がMEP原理によって明らかになる可能性がある．そのような成果は，従来の学問分野を超越した新しい学問領域を創出し，それらの応用が我々の社会や生活を革新的に効率化できる可能性がある．
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