共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
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研究課題 |
積雪浸透流モデルによる水みち形成の再現計算 |
| 新規・継続の別 | 新規 |
| 研究代表者／所属 | 防災科学技術研究所 雪氷防災研究センター |
| 研究代表者／職名 | 主任研究員 |
| 研究代表者／氏名 | 平島寛行 |
| 研究分担者／氏名／所属／職名 | |||
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氏 名
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所 属
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職 名
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1 |
山口悟 | 防災科学技術研究所 雪氷防災研究センター | 主任研究員 |
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2 |
石井吉之 | 北大低温研 | |
| 研究目的 | 寒冷な山岳域においては、積雪は水文過程に大きく影響を及ぼす。特に積雪中の水分移動過程は降雨や融雪水の河川への流出応答に影響する。これまで積雪変質モデル"SNOWPACK"を用いて分布型の水文モデルの構築を行ってきたが、本モデルは一次元で構築されているため、積雪中を不均一に流れる水みち等を考慮する事はできなかった。 この問題を解決するため、雪氷防災研究センターでは水みちを再現可能な二次元、三次元の水分移動モデルの構築を行ってきた。本研究では、母子里の試験流域で行われた散水実験に対して、水分移動モデルを用いて再現計算を行い、水みちの形成や底面流出応答を再現することを目的とする。 |
| 研究内容・成果 | 本研究では、北海道大学の演習林がある北海道母子里の試験流域において行われた散水実験に対して、水分移動モデルを用いて水の浸透及び流出に関する再現計算を行った。計算は2012年と2013年にそれぞれ2回ずつ、4回の散水実験に対して行った。 まず、散水実験の前に行った断面観測のデータ(粒径、密度、含水率等)を用いて、水分移動モデルに入力する初期データを作成した。この時の計算範囲として、断面観測時の積雪深を高さに設定し、また散水が直径80cmの円状に散布されていたことから幅を80cmとした。また、メッシュサイズは2cmで設定した。続いて、散水実験における水の散布量に基づいて、水分移動モデルで与える水供給量の入力データを作成し、散水実験の再現計算を行った。この時の水供給量は、いずれの実験においても1時間あたり30mm前後であった。 計算結果では、いずれのケースにおいても図1のように層境界で浸透水が滞留し、水みちを通じて底面へと輸送されることが確認された。 今回の比較解析では、流出量の再現性の指標として、水の供給量に対する底面流出量の割合である流出率に着目した。この流出率を計算するために、積雪中の左右の境界条件は自由に流出する条件とした。これにより、水みちが左右両端から逃げる場合には底面流出に現れなくなり流出率は1より小さい値をとるようになる。 水みちを再現するためには積雪の層内にばらつきを与える必要があるため、本計算では水の移動を計算する前に乱数を用いてばらつきをあたえている。そのため、計算の際にはこの乱数配列によって異なる水の浸透パターンとなり、それによって流出率も異なる。その影響も考慮するため、5種類の乱数パターンを作成してそれぞれのケースで計算し、流出率の平均や取りうる値の幅を計算した。 計算の結果、流出率がよく再現できたケースと、できなかったケースが見られた。特に、積雪層内部で大きい粒径コントラストがあると、層境界で水がとまり、そこから横方向に水が逃げるため流出率が極端に小さくなることがわかった。このように、流出率は粒径コントラストに大きく影響するため、散水実験の際に行う断面観測では粒径を細かく測定する必要があることが示唆された。 2012年の散水実験では、1回目の翌日に2回目の実験を行っており、ほとんど同じ雪質であったにも関わらず、1回目が27%、2回目が40%と流出率に差があった。この違いが積雪層内のばらつき方の違いで説明できるか確認するため、各々の異なる乱数配列で計算した流出率を比較した。その結果、同じ雪質条件でも最大で25%程の流出率の違いがでうることが計算結果からみられた。 今後は、メッシュサイズなどの条件設定を変える等でどのような条件で流出に対する高い再現性を示せるか検討し、寒冷な積雪地域における水文過程をより正確に再現できるようにする予定である。 |
| 成果となる論文・学会発表等 |
石井吉之・平島寛行・山口悟，多次元水分移動モデルによる模擬降雨散水実験の検証，雪氷研究大会(2015・松本)講演予稿集， p242， 2015年9月15日 石井吉之・平島寛行・山口悟，多次元水分移動モデルによる模擬降雨散水実験の検証，陸水物理研究会報 第37回研究発表会(2015 秋田大会)講演要旨， p15， 2015年11月14日 |