共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 散水実験との比較による積雪浸透流モデルの最適化
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
　
氏　　名
所　　属
職　　名

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

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、積雪は融雪水の供給等により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。昨年は、雪氷防災研究センターで開発してきた水みちを再現可能な三次元の水分移動モデルを用いて母子里の試験流域で行われた散水実験の再現計算を行なった。再現計算は水みちや流出過程を再現した一方で、横方向への水の移動が過大評価されて水が逃げてしまい底面流出として出てこないことがある等の問題も現れた。本研究では、これらの問題を解決するために、計算条件の検討を行い、散水実験に対する積雪浸透流モデルの再現性を向上させるための最適化を行うことを目的とする。
図1　再現計算の例。色は体積含水率を表す。　図2　散水実験の再現計算の流出量の時間変化の比較。青は実測、黒は6パターンの乱数配列の計算結果を示す。　
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結果を用いて、2次元の水分移動モデルにおける水の浸透及び流出に関する再現性の検証を行なった。
　散水実験の再現計算は2冬期にわたる4回の実験に対して行なった。幅は80cm、高さは実験時の積雪深で与え、断面観測で得られた積雪層構造、密度、粒径、含水率を初期条件に与えて。メッシュサイズは2cmとした。なお、モデルでは水みちを再現するために粒径にばらつきを与えているが、ばらつき方の違いにより層構造が同じでも水みちの形成箇所や流出特性に違いが生じることがある。これを考慮するため、再現計算の際に6種類の乱数配列で計算を行い、ばらつき方の違いによる影響も確認した。
　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。
　3回の実験のうち、2012年の1回目に行なった散水実験に対する底面流出量の時間変化の実測と計算の比較結果を図2に示す。6種類の計算結果(r0〜r5)はそれぞれ異なる乱数配列を用いているが、それによる流出の違いもみられた。計算結果のうち極端に流出量が少ない例(r3)が見られたが、これは水みちが側面から計算範囲外に流出したケースで、ライシメータの補足範囲から外れたことを意味する。
　本結果に対する打ち合わせを行なった結果、全体的に本モデルは実際とくらべ水みちの影響が強く出すぎる傾向がみられている事が結論づけられた。この問題を改善し再現性を向上するために必要な情報として、乾き雪への水分浸透に関する実験に関する議論を行なった。また今後は、本モデルの結果を1次元の積雪変質モデルと融合させ、散水実験で得られた結果についてモデルを介して試験流域における水文過程の再現に応用していく予定である。
図1　再現計算の例。色は体積含水率を表す。　図2　散水実験の再現計算の流出量の時間変化の比較。青は実測、黒は6パターンの乱数配列の計算結果を示す。　
成果となる論文・学会発表等 平島寛行・石井吉之・山口悟，2次元水分移動モデルによる野外散水実験の再現計算，雪氷北信越， p27， 2016年6月4日
Hiroyuki Hirashima， Yoshiyuki Ishii and Satoru Yamaguchi: Application of the multi-dimensional water transport model to natural snow –reproduction simulation of a water sprinkle experiment- ， Proceedings of Internaitonal Snow Science Workshop， Breckenridge， Colorado， 2016， 2016年10月2日