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降雨後の土砂災害に対する警報解除に向けた地表面蒸発量推測手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2532
補助金の研究課題番号 22J14018 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分25030:防災工学関連
研究機関鹿児島大学

研究代表者

軸屋 雄太  鹿児島大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード土砂災害 / 蒸発量 / バルク法 / 不飽和土 / 水分特性曲線 / 不飽和透水係数
研究開始時の研究の概要

降雨後の土砂災害に対して,土砂災害警戒情報や交通規制などの警報が実施されているものの,その解除の判断は困難とされている。警報解除に向けた斜面の危険度評価では,斜面表層からの蒸発量の把握が必要となるが,蒸発量の簡易な計測方法は確立されていない。
本研究では,地表面蒸発量推測手法の開発として,地表面からの蒸発量を推定する数理モデルの提案と妥当性評価に取り組む。さらに,機械学習の適用により,推定した蒸発量を用いた土中水分量の予測を可能とすることで,警報解除の定量的な基準設定を目指す。

研究実績の概要

本研究では,不飽和土の蒸発特性に加え,保水・浸透特性を同時計測できる手法を開発し,蓄積した計測データに基づいて,裸地表面および植生面からの蒸発散量を推定するための数理モデルを構築した。さらに,実斜面での土中水分量のモニタリング結果から,降雨後の土中水分量の変動に対する地表面蒸発量の影響を確認するとともに,Monte Carlo Simulation(MCS)を実施し,土中水分量の予測を行った。
数理モデルの構築に際して,不飽和土の蒸発特性と同一の供試体から得られた保水・浸透特性が必要であったことから,それらを同時計測できる手法を開発した。結果,開発手法により,同一供試体から水分特性曲線,不飽和透水係数,蒸発効率(蒸発特性を評価するパラメータ)を同時に計測できるようになり,計測結果の妥当性に併せて,この手法が砂質土に対して特に有効であることを確認した。さらに,蒸発効率に関するデータ分析方法の改良にも取り組み,風速の制御などを必要としない,従来よりも簡易な蒸発効率の計測手順を提案した。以上の手法を用いて蓄積した計測データから,土の基本的物理量を用いて推定される土中の間隙構造に基づき,蒸発効率を評価できる数理モデルを構築した。
降雨後の斜面における土中水分量の予測手法の確立に向けて,機械学習などの手法を活用した土中水分量の予測を行った。結果,MCSにより学習データのみならず,未学習のテストデータについても実斜面での土中水分量の変動を良好に予測できることを確認した。併せて,現地斜面での土中水分量の計測データの考察に基づいて,降雨後の土砂災害に対する警報解除の定量的な基準設定には,地表面蒸発量の考慮が重要であることを示した。
これらの成果は,地表面蒸発量推測手法の開発に向けて,不飽和土の蒸発特性に関する計測結果の信頼性向上と蓄積,および数理モデルの物理的根拠の担保に意義を持つものである。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] 土と水の熱容量の違いを考慮したバルク法における蒸発効率の算定方法に関する検討2024

    • 著者名/発表者名
      軸屋雄太,酒匂一成,伊藤真一
    • 雑誌名

      土木学会論文集

      巻: 80 号: 15 ページ: n/a

    • DOI

      10.2208/jscejj.23-15040

    • ISSN
      2436-6021
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 不飽和土の保水・浸透・蒸発特性の同時計測方法に関する検討2023

    • 著者名/発表者名
      軸屋雄太,酒匂一成,伊藤真一
    • 雑誌名

      第15回環境地盤工学シンポジウム発表論文集

      巻: - ページ: 631-637

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental consideration on the effect of different soil types on soil moisture dependence on evaporation efficiency in unsaturated sandy soil2023

    • 著者名/発表者名
      Jikuya, Y., Sako, K., Ito, S. and Oyama, H. S.
    • 雑誌名

      Proc. of 2nd Construction Resources for Environmentally Sustainable Technologies (CREST 2023)

      巻: - ページ: 107-110

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] シラスを用いた保水・浸透・蒸発特性の同時計測手法の妥当性に関する一考察2024

    • 著者名/発表者名
      Jackson, K. Z. S.,酒匂一成,軸屋雄太
    • 学会等名
      令和5年度土木学会西部支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 土と水の熱容量の違いを考慮したバルク法における蒸発効率の算定方法に関する検討(シンポジウム講演概要)2023

    • 著者名/発表者名
      軸屋雄太,酒匂一成,伊藤真一
    • 学会等名
      第26回応用力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
  • [学会発表] 自然対流下における簡易蒸発法の適用性検討2023

    • 著者名/発表者名
      軸屋雄太,酒匂一成,伊藤真一
    • 学会等名
      第58回地盤工学研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 地表面種類と表面温度を考慮した自然対流下における蒸発効率の算定方法に関する検討2023

    • 著者名/発表者名
      軸屋雄太,酒匂一成,伊藤真一
    • 学会等名
      令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Method on simultaneous measurements of water retention, seepage, and evaporation proprieties in unsaturated soil2023

    • 著者名/発表者名
      Oyama H. Seiji,酒匂一成,伊藤真一,軸屋雄太
    • 学会等名
      令和4年度土木学会西部支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 蒸発速度推定式を用いたバルク法における交換速度算定方法に関する一考察2022

    • 著者名/発表者名
      軸屋雄太,酒匂一成,伊藤真一
    • 学会等名
      第57回地盤工学研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 蒸発効率に関する室内試験における温度計測方法の改良2022

    • 著者名/発表者名
      軸屋雄太,酒匂一成,伊藤真一,大山エンリッケ誠慈
    • 学会等名
      Kansai Geo-Symposium 2022 -地下水地盤環境・防災・計測技術に関するシンポジウム-
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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