土石流解析｜シミュレーションによる土砂災害対策支援
近年の降雨災害の甚大化にともない、土砂災害防止法において、各自治体では土砂災害警戒区域(通称：イエローゾーン)、土砂災害特別警戒区域(通称：レッドゾーン)が指定され、災害対策が進められています。これらのうち土石流の区域設定では土砂流出量が簡便な方法で求められており、今後より迅速かつ効果的な災害対策のためには、土砂の挙動に関する数値解析が重要な役割を果たすと考えられています。
構造計画研究所では、長年独自に培ってきた流体解析に関する知見を基に、河川の氾濫や流況、土石流などの挙動を解析するコンサルティングサービスを提供しています。
解析では、iRICソフトウェアやその他さまざまなソルバーを使用し、お客様の課題に合わせた柔軟な対応をしています。また、高度な技術課題については、京都大学防災研究所・流域災害研究センターの竹林 洋史准教授に技術監修をしていただきながら、以下のような問題に取り組んでいます。
土砂災害対策とシミュレーションのニーズ
土砂災害から国民の生命を守るため、土砂災害防止法において、各自治体では土砂災害のおそれのある区域(イエローゾーン、レッドゾーン)が指定され、住民に対して周知徹底が進められています。
一般的に、土石流に起因する区域設定では、土砂流出量は最も規模の大きい単一の渓流から地形条件等により簡便な方法で求められており、構造物等による土石流のエネルギー変化などの影響は考慮されていません。
それらを踏まえると、イエローゾーン内においても、より精緻な数値解析による土砂流出の分布を求めることで、相対的なリスクの違い等を加味した効果的な災害対策に寄与できると考えています。
土石流解析コンサルティングサービスの概要
豪雨による斜面崩壊を起因とした2次元の土石流の解析を行います。浸食深の設定や、砂防ダム・建物などを考慮した解析が可能です。
【コンサルティングメニュー】
- 局所的な地域を対象とした土石流の影響範囲や浸水深の想定
- 家屋などの構造物の考慮や、様々なポイントを起点とした土石流解析
- 砂防ダムの効果検証
iRIC（Morpho2DH）による土石流解析のイメージ
iRIC（Morpho2DH）による土石流解析のイメージをご紹介します。広島県広島市安佐北区可部東の土石流をもとに作成しています。
※再現解析ではありません。
土石流解析のモデル化
地形標高データ（国土地理院DEMなど）を用いて地形のモデル化を行います。モデル化した地形をベースとして、建物情報を利用した構造物（非倒壊）のモデル化や仮想の砂防ダムのモデル化なども可能です。
図 モデル化（左：計算領域、中：計算格子と崩壊地点（赤）、右：地形高（5mDEM））
【背景画像出典】国土地理院
今回は地形のみのモデルと、約10mの砂防ダムを設置したモデルを作成し比較します。
図 モデルの3D比較（左：地形のみ、右：砂防ダム設置）
土石流解析の結果イメージ
iRIC（Morpho2DH）を用いた土石流解析の結果イメージです。地形のみのモデルと、砂防ダムを設置したモデルのそれぞれの結果を示します。
地形のみのモデル
砂防ダムを設置したモデル
高さ約10mの砂防ダムを設置することにより、土石流は砂防ダムで完全に捕捉され、居住エリアへの到達を阻止できている様子が確認できます。
図 iRIC（Morpho2DH）を用いた土石流解析の結果（土石流の最大水深）の比較イメージ
（左：地形データのみ、右：砂防ダム設置）
【背景画像出典】国土地理院
3D都市モデルを活用した土砂災害シミュレーション「Project PLATEAU ユースケース開発」の取り組み事例
構造計画研究所は、国土交通省が主導する「Project PLATEAU」に参画し、先進的なユースケース開発の実施を通して社会課題の解決に取り組んでいます。2023年度のユースケース開発では、「精緻な土砂災害シミュレーション」の開発および実証を行いました。
WebGIS上で土石流シミュレーション結果を可視化した様子
ニュースリリース
土石流解析｜使用ソフトウェア
iRICソフトウェア
iRICソフトウェアは、水工学に係る数値解析のプラットフォームです。iRICは、International River Interface Cooperativeの略称で、河川をはじめ水や土砂など水工学に係る数値シミュレーションのプラットフォーム（iRICソフトウェア）の開発やそれに係る情報発信、講習会開催などを行っている団体です。
iRICソフトウェアは、iRIC 研究会に入会することで、無償で活用することができます。多様なソルバーが用意されており、それぞれのソルバーの機能拡張が研究者によって継続され、日々更新されています。ユーザーは取り扱う問題によって最適な計算方法を選んで解析を行うことができます。
また、DEM（地形データ）インポートやオートメッシュ作成等のプリポスト機能が充実しており、アニメーションなど解析結果の可視化機能も備えています。従来の河川流況解析プログラムに比べ、よりスピーディに解析を実行することが可能です。
関連ページ
- リアルタイム洪水予測システム「RiverCast」による水害対策
- 環境アセスメント、海洋・河川構造物 設計のための流況解析
- 都市防災・企業防災のための河川氾濫解析（都市洪水シミュレーション／避難シミュレーション）
- 集中豪雨や地震の影響による災害・被害想定のための土石流解析（土石流の固液混相流解析シミュレーション）
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