共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 積雪変質モデルと積雪浸透流モデルの融合にむけた数値実験
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 助教

研究目的 　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”を用いてそれらの解析を行なってきたが、水みちを考慮できない問題があった。そこで雪氷防災研究センターでは水みちを再現可能な2次元の積雪浸透流モデルを開発し、母子里で行われた散水実験の再現計算を行なってモデルの最適化を進めてきた。
　一方、最新のSNOWPACKでは水みちを考慮したプロセスが新たに組み込まれた。そこで本研究では、積雪浸透流モデルと最新のSNOWPACKで散水実験の再現性の比較を行い、双方のモデルを融合して水みちの影響を考慮した分布型融雪流出モデルの開発につなぐことを目的とする。
図1　SNOWPACKで計算した含水率分布　図2　散水実験における実測、水分移動モデル、SNOWPACKの流出の比較　
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において行われた散水実験に対して、2次元の積雪浸透流モデル(2Dモデル)及びSNOWPACKを用いてそれぞれ再現計算を行い、その水分移動及び流出応答の特性についてモデル間の比較を行なった。各々のモデルに対し、散水実験の際に行なった散水前の断面観測のデータ(粒径、密度、含水率等)を初期値として用いた。また、水供給量の入力データとして、散水実験と同じ量(1時間あたり30mm前後を約6時間)を与えて計算を行なった。
　SNOWPACKを用いた再現計算の結果の例を図1に示す。体積含水率を色で表しており、乾いた所は青、水みちが通っている所が水色、全体がぬれ雪となった所は緑、その中でも含水率が高い所は黄色、帯水した所が赤で表示される。最初の1時間は上部のぬれ雪部分に滞水し、1時間を過ぎたあたりから水みちを伝わって下部に浸透が進み、実験開始から100分ほどで最下部の帯水部分に到達、積雪底面に到達したのは開始から約150分後であった。この傾向は2Dモデルの計算結果と良く一致しており、浸透メカニズムは双方のモデルで定性的には同様の挙動が見られた。一方で、SNOWPACKは2Dモデルと比べ浸透が比較的遅く、底面到達は2Dモデルや実測結果より40分ほど遅れた。各々のモデルの流出量の時間変化を図2に示す。底面到達が遅かったためSNOWPACKは2Dモデルや実測結果と比べて流出の開始が40分ほど遅れた。また、SNOWPACKでは散布した水が散布エリア外に出ていくことが考慮できないため、2Dモデルや実測値と比べ流出の値が大きくなった。2Dモデルにおいても側面流出が起きないように設定して再計算した時の流出量を図2中に緑色で示したところ、再計算した2DモデルではSNOWPACKより流出量が大きく、また流出の開始もSNOWPACKより速かった。
　以上のように、SNOWPACKでは毛管力の差による帯水が過大評価され流出が遅れる傾向がみられた。このことから、SNOWPACKはより浸透が速くなるように水みち形成条件や水みちの透水係数のパラメータを改良する必要があることが示された。今後、これらの改良を進めるとともに、水みちを考慮したSNOWPACKを使って母子里の試験流域における計算を進める予定である。
図1　SNOWPACKで計算した含水率分布　図2　散水実験における実測、水分移動モデル、SNOWPACKの流出の比較　
成果となる論文・学会発表等