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2023 年度 研究成果報告書

エントロピー生成最大化原理による河道網形成メカニズムの探索と数理形態学への挑戦

研究課題

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研究課題/領域番号 21K18740
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分22:土木工学およびその関連分野
研究機関福島大学

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)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
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
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.

自由記述の分野

流域水文学

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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公開日: 2025-01-30  

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