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水工学研究室

水工学研究室

  私たちが暮らしていく上で水は欠かすことはできません.水は,飲み水,農業用水,工業用水などに不可欠な重要な天然資源の一つです.人間だけでなく,植物や動物なども水に大きく依存しています.その一方で,水によって豪雨や津波などの災害も多く起きています.
 水工学研究室では,私たちの生活をより豊かにまた安全にするために,どう水を管理していくべきかを研究しています.水の物理的な性質を中心として,水質・環境・地形形成などの要素を考慮しながら私たちの生活する街・地域の中で水・物質の循環をどう調整していくかを研究しています.

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Hydraulics laboratory

Hydraulics is an engineering field based on fluid mechanics and investigates open channel flows, sediment transports, bank erosion protection, hydraulic structures design, and ecology related to water flows. We frequently survey natural rivers to clarify the interrelated processes among flow, sediment, aquatic vegetation and ecosystem, which are also studied by physical modeling and computational modeling. Studies on flooding and prediction of localized heavy rain fall are also pursued. Good water management is one of the crucial factors to create sustainable societies.

水の流れとその管理

 

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1.降雨 雨がどう降るか,どう予測していくか,その予測を防災や水利用の計画にどう活用するかを研究しています.
2.流下 降った雨は川に集まって流れていきます.土砂や栄養などの物質も水が下流へと運んでいきます.このような実態を分析し,また河川管理を通して物質の輸送能力の調整を図っていきます.
3.河道管理 水の流れによって土砂が運ばれると,川の形が変化していきます.河道の地形変化に合わせて植物や魚などの生息場が変化していきます.河川環境を保ちながら洪水氾濫などを防ぐ持続的な河川管理の方法を研究しています.
4.洪水氾濫 川から水があふれたり,特定の場所でたくさんの雨が集中すると,私たちの生活の場に水が氾濫してしまいます.このような災害をどう防ぐか,被害の規模をいかに小さくしていくかを検討しています.

水の流れとその管理

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1. Rainfall  Quantitative estimation of rainfall based on radar observation, fore- and now-casting of extreme weather events and early disaster warning are great research challenges for minimizing rain water hazards.

2. Runoff  Heavy rainfall generates surface runoff flow carrying sediment and nutrients. Research on flood flow with sediment contributes to protection of river works. It also provides the information on ecosystem restoration in mountainous streams.

3. River management  River morphology and vegetation along the water course have significant impact on flood flow and water ecosystem. Proper river management is required for flood hazard reduction, water utilization and providing good habitat for ecosystem.

4. Inundation control  Both the overbank flow and insufficient drainage capacity cause inundation in urbanized areas. The information of potential inundation and the measures to minimize the inundation damage is crucial for human safety and socio-economic activities.

 

Research direction 方針 

 水は,地球上のさまざまな生命の源であるとともに,人間活動を支えるかけがえのない物質です。この水は,雨や雪となって地上に降り,一部は蒸発散により大気に戻りますが,それ以外は地表や地中を流れ,川を流下してやがて海に流れ出します。また,水の流れとともに,様々な物質が移動し,生態系を維持しています。

川の上流から河口まで,すなわち流域全体において,水循環や物質循環を良好な状態に保全し,無理のない持続可能な住み方や生態系の保全方法を考えていくことがますます重要となっています。しかも,今後,気候変動に伴って降水も大きく変動し洪水や渇水が激化することも予測されています。

 このような状況にあって,本研究室では,流域の持続可能な発展を支える技術開発,とりわけ,水の量や質の保全や流れの制御に関する技術の開発を行っています。

  
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Ongoing projects 計画中の研究テーマ

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Modeling vegetation drag force 樹木群中の個別樹木に作用する流体力の直接計測

流れの中に置かれた物体には流体力が作用し,流れはその反作用を受ける.海岸沿いの松林群や河川沿いの水害防備林は樹木群を積極的に利用する例であるが,河道内に繁茂する樹木群は洪水の疎通能力を低下させる.しかし,樹木群の管理に必要な情報が不足している.本研究では,水路内に樹木群の模型として正方形断面の角柱列を並べ,個別の角柱に作用する流体力と前方の角柱による遮蔽効果を直接計測する.特に,角柱群の配列を系統的に変化させて計測を行う.

 

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Investigation of flow on meandering compound channel with vegetation 低水路側岸に樹木群を有する複断面蛇行水路の流れの計測

日本の河川は中下流域で複断面形状を有し,低水路と高水敷の境界部に植生を有することが多い.この植生は洪水時に流れの抵抗となるため,その管理は極めて重要である.本研究では,低水路側岸に樹木群を有する複断面湾曲水路に対して,低水路満杯流量が流れる場合とさらに大規模な洪水が発生した場合について,流速や水深分布を計測し,流れの特徴を整理する.なお,得られた結果は3次元数値シミュレーションの検証用データとする.

 
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Movable bed experiment using alternate sand particles 人工河床材料を有する蛇行水路の河床形状と流れの計測

河床変動を伴う洪水流の特性を詳細に検討するためには,模型実験を行うが,適切な河床材料を選択しないと実際とは異なった河床形態が発生してしまう.本研究では,軽量かつ粒径の大きな人工的な材料を敷き詰め,低水路に安定な河床形態として小規模河床形態でなく単列砂州が形成される条件を整理する.まず,低水路満杯流量で安定な交互砂州の形状と流速分布を計測する.その後,さらに流量を大きくし,高水敷上の流れが河床形状と流速分布に及ぼす影響を明らかにする.

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Rainfall forecasting using X-band multi parameter radar data XバンドMPレーダのデータからの雨量・風速分布の算出

豪雨災害の軽減のために,国土交通省は,広島市の東西に設置されたXバンドMPレーダを設置し,得られた高分解能の雨量情報を発信している.本研究では,XバンドMPレーダが計測したオリジナルなデータから,風速分布と雨量分布等の公表されていない情報を算出し,3次元的な可視画像を作成するプログラムを開発する.また,その情報を活用して,豪雨をもたらした降水システムの特徴を理解するとともに短時間降雨予測への応用を検討する.

 
 
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Growth and durability of flexible aquatic plants in stream 柔軟な水草群落の流水環境中での生息域拡大戦略と撹乱耐性能力の分析

河川の中には,水草が生えており,小魚や昆虫の生息場など河川環境・生態系上の重要な機能を果たしている.水草自体は柔らかであるが,常時,水の流れという大きな抵抗力が作用している中でも水草は生息域を三次元的に拡大している.また普段より大幅に大きな抵抗力が作用する洪水時にも根元付近が残存して,洪水後に再び繁茂域を広げることもある.本テーマでは,現地観測と室内実験を行って,水草が流水抵抗のある環境中でどのように群落を拡大しているかや,洪水によりどのように流出・残存するかを分析する. 

 
 
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Inundation disaster analysis and prediction 洪水氾濫被害の調査・解析

洪水氾濫や,津波の来襲などが起きると,大量の水・土砂・流木等が宅地や農地などに流れ込み,大きな被害を引き起こす.我々が生活する土地を氾濫流がどのように流れるのか,堤防・農地・道路などの洗掘・流出などの被害の発生機構や条件を,被災事例の調査や模型実験を行い調査する.氾濫流のミクロ・マクロな流れ方の特徴を踏まえて,高精度かつ効率的に予測する方法を開発し,地域づくりにより氾濫流を制御しながら生活や産業活動を支える方策の立案に活かす.

 

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Impacts of climate change on water resources of the Gonokawa River 江の川の水資源に対する気候変動の影響

General circulation model (GCM) is a very important tool in assessing climate change and in helping decision making to cope with changing climate. But they have a large uncertainty for basin scale impact study due to large scale simulation in global scale. To overcome this difficulties, statistical bias correction can apply to remove bias of GCM during the past century by comparing with ground stations in the basin scale and then predicted for future climate. Then hydrological model is simulated by using high resolution digital elevation model (DEM), land use, soil type and other meteorological parameters. The model needs to validate with station gauge stream flow to assure its performance. Moreover, climate change future prediction information are used in the hydrological model to predict the availability of water resources in the analyzed river basin in near future.

  
 

 

Past research projects これまでの研究テーマ

(1) 都市域における氾濫水害軽減のための統合氾濫解析システムの開発jikken.JPG
都市域での氾濫の原因に,外水氾濫,内水氾濫,高潮氾濫がありますが,それらが同時に発生することもありえます。浸水被害を軽減するために洪水ハザードマップや内水ハザードマップなどが作成されていますが,3種類の氾濫に対応できる解析技術はまだ発展していません。そこで,本研究では,複雑な都市構造を考慮した,地表面の流れと下水管内の流れを同時に解析する統合技術を開発しています。また,地理情報システム(GIS)を用いて都市域の様々なデータベースの管理や治水対策の効果の評価も行うシステムの構築を進めています。
(2010年度河川技術シンポジウムポスター)
 
 
 
 
  
 
(2) 河川における洪水流と河床変動の観測・解析技術の開発
 近年,広島県においても大規模な洪水が発生しています。太田川では平成17年の台風14号により既往最高の水位を記録しました。また,平成17,18年度に中山間地の河川では,護岸の崩落等により生活道路が長期間にわたり寸断される事例が多発しました。本研究では,治水上重要な洪水時の流量を推定する方法,礫径の大きな河川での局所洗掘深の計測法,河床変動を考慮した流れの2次元,3次元数値解析手法の開発を進めています。
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(3) 河川環境の計測手法の開発heri.JPG
良好な河川環境の保全は,人間のためだけでなく,河川を生息場とする生態系にとっても不可欠です。本研究では,河川環境のうち,特に物理環境を着目して,広い空間の様々なデータを高精度かつ迅速に計測できる技術を開発しています。具体的には,有人と無人ヘリコプタにレーザ・スキャナを搭載する方法と地上据置型のレーザ・スキャナを用いる方法(レーザ測量)と画像処理を組み合わせることによって,水面域,植生域,砂礫域等の特定,河床高や植生高,河床材料の粒径等を計測する手法を開発しています。2時期のデータを比較することによって,微地形や植生域の変化などを定量的に検出できるようにします。
(2009年度河川技術シンポジウムポスター)
 
 
(4) 流域の水循環系の解析技術の開発
 流域の持続的な発展には,治水・利水・環境といった河川の有する機能を今後とも保全することが重要です。そのためには,流域全体に存在する水の量や質,形態(水循環系)を把握することが欠かせません。水循環系を理解しないままに流域の改変を行い,治水,利水,環境面での課題を引き起こした事例がたくさんあります。本研究では,流域水循環系を解析するために開発してきたモデルの拡張と信頼性の向上をはかりつつあります。
 (2010年度河川技術シンポジウムポスター)
 
 
 
 

 

 

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