20251006_01-3

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1. RRI on iRICの概要と、 流域から流出する水・土砂・流木の解析への応用 法政大学 准教授 国立研究開発法人 土木研究所 ICHARM 招へい研究員 原田 大輔
2. １．RRI on iRICの概要：RRIモデルについて →iRICのインターフェースに統合し、2025年3月に公開！
3. １．RRI on iRICの概要： iRICの標準ソルバーとして利用できます
4. １．RRI on iRICの概要：
5. １．RRI on iRICの概要：
6. １．RRI on iRICの概要：
7. １．RRI on iRICの概要：地形データの抽出（UC tools）
8. １．RRI on iRICの概要：降雨データの抽出（UC tools）
9. １．RRI on iRICの概要： ちなみにRRIモデル本体のGUI機能も強化されています！ https://www.pwri.go.jp/icharm/research/rri/index_j.html
10. １．RRI on iRICの概要： 特にポストプロセッシング機能が便利
11. ２．RSR (Rainfall-Sediment-Runoff) 降雨-土砂流出モデル： ・流域内全ての斜面セルで斜面安 定・不安定解析を行い、崩壊の発生， 及び崩壊土砂・流木の移動を求める。 ・崩土が移動して河道に到達すれば、 土砂・流木は図のように合流点間を １単位とする河道（単位河道）に流 入する。 ・単位河道を直列及び並列に配置す ることによって流域全体の土砂・流 木の流出計算を行う。 単位河道の河床高の変化： 土石流による土砂の流入 𝜕𝑧𝑏 𝜕𝑡 = ෍ 𝑖 1 1 − 𝜆 𝐵𝑗 𝐿𝑗 𝑄𝑏𝑖 𝑥𝑗 + 𝑄𝑏𝑖 𝑦𝑗 − 𝑄𝑏𝑖 𝑥𝑗+1 + 𝑄𝑠𝑖 𝑥𝑗 + 𝑄𝑠𝑖 𝑦𝑗 − 𝑄𝑠𝑖 𝑥𝑗+1 + 𝑝𝑣𝑖 𝑄𝑑𝑒𝑏
12. ２．RSR 降雨-土砂流出モデル：iRICインターフェースで利用できます 粒度分布の設定と「分級」の評価が鍵
13. ２．RSR 降雨-土砂流出モデル：土砂生産の解析(斜面の安定解析) 無限長斜面の安定解析 tan 𝜃c = 𝜎 𝜌w − ℎs 𝐷 𝑐∗ + 1 − ℎs 𝐷 𝑝w + Τ 𝑐 𝜌w 𝑔𝐷 cos 𝜃 tan𝜙 𝜎 𝜌w − ℎs 𝐷 𝑐∗ + 1 − ℎs 𝐷 𝑝w + ℎs + ℎ 𝐷 tan𝜙 無限長斜面の安定解析 (𝜃c < 𝜃で崩壊発生) 𝜎: 土粒子の質量密度 𝜌w : 水の質量密度 𝜙: 内部摩擦角 𝑐: 粘着力 𝑐∗ : 土砂の体積濃度 1 − 𝜆 RRIモデルで算出 崩壊・土石流解析には10m程度の 細かいメッシュを推奨します 山崎・江頭(2020)
14. 1 𝐵 𝑑𝐴𝐵 𝑑𝑥 = 𝑐∗ + 𝑤 𝑙 tan 𝜃 − 𝜃e 1 𝐵 𝑑𝑐c 𝐴𝐵 𝑑𝑥 = 𝑝c 𝑐∗ 𝑙 tan 𝜃 − 𝜃e 1 𝐵 𝑑𝑐f 1 − 𝑐c 𝐴𝐵 𝑑𝑥 = 𝑝f 𝑐∗ 𝑙 tan 𝜃 − 𝜃e 𝐴：崩土の縦断面積 𝑙：崩土の長さ 𝐷：侵食可能深 𝜃：渓床勾配 1 𝐵 𝑑𝑐c 𝐴𝐵 𝑑𝑥 = 𝑝cD 𝑙 tan 𝜃 − 𝜃e 1 𝐵 𝑑𝑐f 1 − 𝑐c 𝐴𝐵 𝑑𝑥 = 𝑝fD 𝑙 tan 𝜃 − 𝜃e 1 𝐵 𝑑𝐴𝐵 𝑑𝑥 = 𝑙 tan 𝜃 − 𝜃e 𝐸 𝑣 = 𝑐∗ tan 𝜃 − 𝜃e tan 𝜃e = Τ 𝜎 𝜌 − 1 𝑐c Τ 𝜎 𝜌 − 1 𝑐c + 1 tan 𝜙 𝑑𝐴 𝑑𝑡 = 𝐸𝑙 𝑐∗ 𝑐∗ + 𝑤 形状の相似を仮定 𝐴 = 𝛼𝑙2 𝛼：定数 𝑤：土層に含まれる水分量 𝜌 = 𝜎 − 𝜌w 𝑐f + 𝜌w 崩土（水・土砂）の質量保存則 侵食過程 堆積過程 𝐸：浸食・堆積速度1) 1) 江頭進治：土石流の停止・堆積のメカニズム（１）, 砂防学会誌, Vol.46, No.1, pp. 45-49, 1993. 𝜃e ：平衡勾配1) 𝜌：間隙流体の質量密度 崩土の支配方程式 崩土の模式図 𝑝cD = 𝑐∗ /𝑐∗𝐷 𝑝fD = 1 − 𝑐∗ 𝑐𝑓 /𝑐∗𝐷 𝑐∗𝐷 = 𝑐∗ + 1 − 𝑐∗ 𝑐𝑓 𝐵：経路幅 ２．RSR 降雨-土砂流出モデル：土砂生産の解析(土石流の安定解析)
15. 合流点間を平均化した「単位河道モデル」を採用 河道セル 斜面セル 合流点 単位河道の流出点 単位河道 単位河道の流入点と流出点での土砂輸送 土石流による土砂流入 𝜕ℎ𝑐𝑠𝑗 𝑥𝑖+1 𝜕𝑡 = 1 𝐵 𝑥𝑖+1 𝐿 𝑥𝑖+1 𝑐𝑠𝑗 𝑥𝑖 𝑄 𝑥𝑖 + 𝑐𝑠𝑗 𝑦𝑖 𝑄 𝑦𝑖 − 𝑐𝑠𝑗 𝑥𝑖+1 𝑄 𝑥𝑖+1 − 𝐷𝑠𝑗 𝑥𝑖+1 + 𝐸𝑠𝑗 𝑥𝑖+1 浮遊砂の輸送方程式 ２．RSR 降雨-土砂流出モデル：河道の土砂輸送 単位河道の河床高の変化： 土石流による土砂の流入 𝜕𝑧𝑏 𝜕𝑡 = ෍ 𝑖 1 1 − 𝜆 𝐵𝑗 𝐿𝑗 𝑄𝑏𝑖 𝑥𝑗 + 𝑄𝑏𝑖 𝑦𝑗 − 𝑄𝑏𝑖 𝑥𝑗+1 + 𝑄𝑠𝑖 𝑥𝑗 + 𝑄𝑠𝑖 𝑦𝑗 − 𝑄𝑠𝑖 𝑥𝑗+1 + 𝑝𝑣𝑖 𝑄𝑑𝑒𝑏
16. ２．RSR 降雨-土砂流出モデル：流木の生産・輸送・堆積 河床 水面 流れ 一本ずつの 解析は困難 侵食 中立微粒子を仮定して多量の流木 を一度に解析する方法 堆積 堆積 侵食 輸送 𝑐𝑛 ：流木の濃度 𝜕𝑐𝑛 ℎ 𝜕𝑡 + 𝜕𝑐𝑛 𝑢ℎ 𝜕𝑥 = 𝑘𝑒 𝑐𝑠𝑡 𝑐∗ 𝐸 − 𝑘𝑑 𝑐𝑛 𝑐∗ 𝐷 − 𝑣𝑛 𝑐𝑛 𝑝𝑏 𝛿 𝑥 − 𝑥𝑖 , 𝑦 − 𝑦𝑖 𝜕𝑐𝑠𝑡 ∆ 𝜕𝑡 = −𝑘𝑒 𝑐𝑠𝑡 𝑐∗ 𝐸 + 𝑘𝑑 𝑐𝑛 𝑐∗ 𝐷 + 𝑣𝑛 𝑐𝑛 𝑝𝑏 𝛿 𝑥 − 𝑥𝑖 , 𝑦 − 𝑦𝑖 移流方程式 輸送 侵食 堆積 橋への引っ掛かり 貯留方程式 河床の流木堆積量 𝑐𝑛 ：単位体積の流れに含まれる流木あるいは中立粒子の濃度， ℎ：水深， 𝑢：水深平均流速， 𝑐∗ ：静止堆積層の土砂濃度， ∆：河床に流木が貯留されている深さ， 𝑐𝑠𝑡 ：∆内の河床の流木あるいは中立粒子の濃度， 𝑘𝑒 , 𝑘𝑑 ：中立粒子の場合には𝑘𝑒 = 1, 𝑘𝑑 = 1 原田ら(2025) ・土石流の経路上の立木は全て土石流 と共に移動するものとする。 ・土石流が河道に到達した場合、河道 に横流入。 ・河道を通じて移流方程式によって流 木の輸送を解析。
17. ３．寺内ダム流域への適用 (1) 寺内ダム流域の状況と対象イベント ・2017年7月5日7時～7月6日4時：約426mm ・北小路公民館観測所(県)では，9時間で774mm ・土砂発生量：約173万m3 ・ダムの土砂堆積量：約111万m3 ・ダムに流入した流木量：約10,000m3（速報値） ・ダムでの流木処理量：約8510m3 (2) 計算条件 年 年間堆砂量 (万m3) 流木流入量 (m3) 2017 7月5日 889 111 8,510-10,000 2018 7月6日 337 24 2019 8月28日 284 -5 2020 7月6日 334 21 ピーク流量(m3/s) 解析対象出水一覧 大規模豪雨後の土砂流出にも着目
18. ４．結果と考察： (1)水・土砂・流木の流出 原田大輔, 江頭進治, & 秦梦露. (2024). 降雨-土砂・流木流出モデルの特性-土砂 粒度分布と流木の時空間変化に着目して. 河川技術論文集, 30, 335-340.
19. ４．結果と考察： (２)単位河道への土砂・流木の流入 原田大輔, 江頭進治, & 秦梦露. (2024). 降雨-土砂・流木流出モデルの特性-土砂 粒度分布と流木の時空間変化に着目して. 河川技術論文集, 30, 335-340. ・支川①，③，④では土石流が支川に横流入して一旦堆積した後に，一部の土砂が掃流砂・浮遊砂として黒川本川へと流出。 ・流木の堆積量は黒川本川よりも，その左右の支川で多い。これは、土石流によって横流入する流木が一旦視線に堆積し、その後 水流によって下流に流出するため．
20. ４．結果と考察： (3)長期の土砂流出解析 (4)横流入する土砂量の影響 (3) 河道に流入せずに残った土砂が河道に流出するようになっていないため、土砂流出量を過小評価している点が 今後の課題。 (4) 河道に流入する土砂量を変化させて感度分析。 ・その結果，ダムに流入する土砂量は河道に流入する土砂量に比例して増加しない．これは，河道の土砂輸送能力 を超えて供給される土砂が，式(1)の通り河道に貯留されるため． ・流木の流出量は，単位河道に横流入する土砂量にほぼ比例して増加する。これは単位河道に一度流入した流木は， 十分な水深があればそのまま下流に流出するしているため。 2017年の土 砂堆積 （万m3） 2018-20年 の平均 （万m3） ダムに流入し た流木量 (m3)(2017) 実測 111 13.3 8,150-10,000 土砂供給0.5倍 88 3.4 4,124 基本ケース(1倍) 113 3.9 9,035 土砂供給1.5倍 136 3.8 14,046 土砂供給2倍 152 4.5 18,966
21. ５．まとめ ・RRI on iRICのポストプロセッシング 機能を使うことで、解析結果の時空間分 布を容易に理解でき、新しい発見もある。 ・水の流出に加え、土砂・流木の流出も 解析できる。土砂は、河道への流入量、 粒度分布の設定と分級の評価が鍵。移流 方程式で流木を扱うことで流域の流木の 流出計算が可能。 ・流域からの水・土砂・流木の流出を境 界条件として平面二次元解析などを行う ことで、ハザード想定を可能にする。