| 研究課題/領域番号 |
19H00812
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
矢野 真一郎 九州大学, 工学研究院, 教授 (80274489)
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| 研究分担者 |
笠間 清伸 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (10315111)
二瓶 泰雄 東京理科大学, 理工学部土木工学科, 教授 (60262268)
水野 秀明 九州大学, 農学研究院, 准教授 (80356104)
浅井 光輝 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90411230)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 流木 / 洪水 / 気候変動 / リスク評価 / 流域 / 橋梁捕捉実験 / SPH |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、以下について実施を計画した．ア）斜面勾配などの地形条件だけでなく，地質構造の詳細情報を加味することで降雨に応じた斜面崩壊危険度評価法の開発を行う．その際，拡張H-SLIDER法［内田ら(2011)］で仮定されている定常降雨を非定常降雨へ拡張できる物理関係を室内土質実験と現地実験により明らかにしてモデリングする．イ）森林（人工林）の間伐状態や表土の状態など森林の健全度を指標にした斜面崩壊危険度評価法を確立する．また，樹木の根系の状態も加味した評価ができるような関係を明らかにすることを人工降雨発生装置つきの室内実験装置を用いて明らかにし，モデリングする．ウ）平成29年7月九州北部豪雨での斜面崩壊や流木流出パターンの詳細な現地調査による検討を行う．上記ア）イ）の検証用データとしても利用し，流木発生の確率表示を可能にする．エ）流木の橋梁への集積過程について，流木の幹・根・枝などの3D形状を精密に再現した流木モデルを作成し，可変勾配型開水路を用いて室内水理実験を行うことで，従来のような棒状の流木モデルとの違いを明確にした集積率評価を行う．オ）大型開水路を用いて，河道の線形（湾曲），橋梁と河道断面との関係性などの影響を加味した流木水理実験を行い，橋梁への流木集積率の普遍表示を試みる．また，粒子法を用いた水・流木・橋梁を考慮したマルチフィジックス数値解析により，数値実験的に集積率の普遍表示を試みる．
そこで，前年度に完成した室内実験設置を用いて，3Dプリントした流木モデルを用いた実験を継続した．数値モデリングについては，前述の水理実験の再現解析を目標にした解析を継続して行った．また，平成29年九州北部豪雨，西日本豪雨，令和元年台風19号に加えて令和２年７月豪雨による球磨川・筑後川被災地についても現地調査を実施し調べた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
まず，前年度に構築した広域斜面崩壊危険度評価手法について，福岡県朝倉市の崩壊斜面を対象にスレットスコアを用いて精度検証を行い，各地質区分における粘着力と内部摩擦角の逆推定を可能にし，実際の試験結果と整合した結果を得た．次に，平成２９年九州北部豪雨被災河川である奈良ケ谷川を対象に山腹斜面上で倒れた立ち木，流域内に堆積した流木，流域外に流出した流木の体積を計算し，流木収支の推定を可能にした結果，倒れた立ち木の94%が流域外に流出したことを明らかにした．さらに，令和２年までの流木災害についてロジスティックモデルを適用し，発生流木量の評価を可能にした．
次に，流木水理実験として，流木捕捉条件が橋脚周辺の局所洗掘に及ぼす影響に関する小型模型実験を行った結果，橋脚周辺の流木設置高さにより洗堀・堆積状況が大きく変化し，洗堀対策として環状捨て石工を提案した．また，３Dプリンタで材質を変えた複数の流木模型を作成し，材質の物理特性が橋梁捕捉に与える影響の評価を初めて行った．
次に，数値モデリングについて，粒子法による水・土の連成解析手法を開発し，斜面災害，堤防洗掘などの土構造物の崩壊解析ツールを構築した．開発した粒子法をベースとし，流木などの浮遊物を含む氾濫流の解析を可能とした．自然災害時の不確実性を考慮した確率論的な被害予測法の基礎を構築した．
最後に，期間中に発生した令和２年７月豪雨災害で発生した流木の発生源についての現地調査を行い，１００箇所程度の斜面崩壊地のデータを取得することができた．
以上，当初計画のうち，いくつかについては予定以上の成果も得られるなど，概ね順調に進展していると評価している．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、過去２年間で実施した以下の各サブテーマの成果を踏まえて発展させる．
ア）斜面勾配などの地形条件に加え，地質構造の詳細情報を加味した降雨に応じた斜面崩壊危険度評価法の開発を行う．拡張H-SLIDER法で仮定されている定常降雨を非定常降雨へ拡張できる物理関係を室内実験と現地実験により明らかにする．イ）森林（人工林）の間伐や表土の状態など森林の健全度を指標にした斜面崩壊危険度評価法を確立する．また，樹木の根系の状態も加味した評価のために人工降雨発生装置つきの室内実験装置を用いてモデリングする．ウ）平成29年以降令和２年７月までの大規模後豪雨イベントでの斜面崩壊や流木流出の現地調査による検討を行う．上記ア）イ）の検証用データとしても利用し，流木発生の確率表示をロジステッィク解析により可能にする．エ）流木の橋梁への集積過程について，流木の幹・根・枝などの3D形状を精密に再現した流木モデルを作成し，可変勾配型開水路を用いて室内水理実験を行うことで，従来のような棒状の流木モデルとの違いを明確にした集積率評価を行う．オ）大型開水路を用いて，河道線形，橋梁と河道断面の関係などの影響を加味した流木水理実験を行い，橋梁流木集積率の普遍表示を試みる．また，粒子法を用いた水・流木・橋梁のマルチフィジックス数値解析により，集積率の普遍表示を試みる．
次年度は，2年間利用してきた室内実験設置を用いて，種々の材料を用いて3Dプリントした流木モデルを用いた実験を継続する．数値モデリングについては，前述の水理実験の再現解析を目標にした解析を継続して行い，実験結果を用いたヴァリデーションを行う．また，九州北部豪雨，西日本豪雨，令和元年台風19号，に加えて令和2年7月豪雨による被災河川の球磨川・筑後川流域についても現地調査を実施し，特に森林の健全性や根系の状況，表土の地質などを中心として調べる．
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