出水時の流木災害の機構解明とハザードマップおよび減災対策への適用

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近年，局地的集中豪雨に伴う水災害によって発生した流木が家屋，橋梁などの構造物に甚大な被害をもたらしている．こうした被害を軽減させるためには，流木が動き始めてから衝突，或いは停止するまでの挙動を明らかにするとともに，流木の挙動をコントロールする方法を考えることが重要である．流木の挙動は，水の流れ，幹・枝・根といった流木の形状，底面摩擦，流れ場を支配する河川地形や河川構造物の有無などによって大きく異なると考えられることから，本研究では，洪水中の流木挙動を精度よく予測できる数値解析モデルの構築を目的としている．流れ場については，水位や水の流速，圧力を平面2次元的に，かつ精度よく求める格子法（Nays2DHモデル）を適用した．また，流木の運動については流木を粒子の結合で表現し，個別要素法によって流木相互の衝突を考慮するとともに，より現実的な形状を有する流木の挙動を予測するため，流木の先端に根の影響を組み込んだ．そして両者をカップリングし，より高速で計算できるように並列計算手法を適用することで，流水中の流木挙動に対して効率的かつ高精度の予測法を構築した．さらに，水理模型実験で確認された流木の挙動から，流木の移動・停止を判定する水深の判定基準を設け，数値モデルの改良を行った．その結果，交互砂州形成場での流木の移動と堆積を再現できることを可能にした．また，上流での流木の供給時間間隔によって対象領域に堆積する流木の数が異なることを示した．次に，対象とするスケールを大きくし，実水域への応用について検討した．流体力によって流木が転倒し，発生するメカニズムについて，簡易モデルを開発するとともに，数値モデルに組み込むことでモデルの妥当性を検証した．