[A-CG43] 陸域から沿岸域における水・土砂動態

[ACG43-10] 渓流域での3次元地形データを用いた水理シミュレーションによる水位流量曲線の作成

*若松 駿¹、山崎 大² (1.東京大学工学部社会基盤学科、2.東京大学生産技術研究所)

キーワード：渓流、水理モデル、水位流量曲線、ステッププール

河川流量のモニタリングは、降雨流出過程の解明や水資源管理、洪水予測にとって重要である。しかしながら、流域面積が1-10 km²の渓流河川については、ステッププール構造のような複雑な地形と乱流により、量水堰の設置や流速と河道断面の計測が難しいという課題があり、流量モニタリングが難しい観測のギャップ域である。水位を連続観測した事例や、流域内の複数地点で一時的な流量を観測した事例は存在するが、時空間的に 高密度に流量をモニタリングする手法は未だ確立されていない。本研究では渓流域において、水位の時系列変動を流量に変換するための水位流量曲線を構築することを目的とした。
水位流量曲線を作成する手法として、水理モデルで渓流域における水の流れを再現することを考え、東京大学青野研究林内の青野川上流を対象として実証を試みた。水理シミュレーションに必要な3次元地形データを得るために、スマートフォン搭載のライダーを用いた測量と横断方向10cm、縦断方向20cmという間隔の高密度なレベル測量を行った。さらに、モデルの検証と流量の算定のために、流速と水深の分布を観測した。
観測から得られた地形データと流量を水理モデルに与え、平面2次元の流れ場のシミュレーション を行った。地形データについては、ライダーは水面下の地形を正確に捉えられないため、水面がある場所では手動測量データに置き換える処理を行った。摩擦抵抗のパラメータであるマニングの粗度係数は、観測した流速分布から求めた流量を上流端の境界条件としてモデルに与えたときに、観測時の水位との誤差を最小化するようにキャリブレーションを行い推定した。推定した粗度係数で計算された水位と観測値とのRMSEは4.2 cmであった。
続いて、推定した粗度係数の値を用いて、時間変化する流量をモデルに入力することで、対象区間の任意の点における水位と流量の関係を調べた。流量の上昇時よりも減少時の方が、同一の流量に対する水位が高くなることが確認され、低水時においては顕著であった。渓流域での流量変化に対する水位変動はステッププールの区間単位で起こり、低水時にはプールで水が滞留し、ステップでの流下量が支配的であるが、洪水時にはステッププールの影響が少なくなり、水位と流量に一対一の関係ができることが示唆された。
観測値による更なる検証が必要であるが、渓流域における水位と流量の関係を推定することができた。本研究で明らかとなった水理特性は、流量のモニタリングの実現に向けて、 水位を計測する位置の選定や、水位から流量へ換算手法を考えるにあったての重要な知見となることが期待される。