地球温暖化が都市水循環に与える影響に関する基礎的研究

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(1)理工学研究所共同研究第２類. 地球温暖化が都市水循環に与える影響に関する基礎的研究研究代表者山田正. ２．関東地方における集中豪雨の発生形態. １．はじめに 70. 集中豪雨の増加 100mm/時間以上 75mm/時間以上～100mm/時間未満 50mm/時間以上～75mm/時間未満. 福島県. 45. 40. 1 2. 37. 34 2. 15. 前線組織型. 39 32. 20km 17. 群馬県. 200㎞. 0. H3. H4. H5. H6. H7. H8. 出典：東京都建設局「水害記録」、東京都豪雨対策検討委員会. 日平均流量のピークが早く現れかつそのピーク流量が減少してきている. 阿賀野川馬下流量観測地点における10年平均の2月1日から融雪期における総流出量 6月10日までの融雪出水期131日間における総流出量 (94). 1951～1960年の平均値. 1000. 1951-1960. 600. 1991-2000. 400. 1991～2000年の平均値. 0. 1961-1970. 1971-1980. 1981-1990. 1991-2000. 2月. 2008/2/1. 2001-2007. 3月. 2008/3/2. 4月. 2008/4/1. 2008/5/1. 5月. 6月. 2008/5/31. 月阿賀野川馬下流量観測地点における10年間平均の 2月1日～6月10日までの日平均流量. 年. 阿賀野川馬下流量観測地点における10年間平均の融雪出水期における総流出量. ＜事前放流手法による洪水調節＞. スペクトル解析. スペクトル[(mm/2日 2)]. 124ヶ月（=10年4ヶ月）. 100. 確率年. 149ヶ月（=12年5ヶ月） 68ヶ月（=5年8ヶ月）. 計画規模以上の降雨があっても洪水をもたらす降雨を検知して貯水位を下げる。ダムによる洪水調節を行える。. 0. 50. 100. 150. 200. 100. 250. 200. 300. 400. 年最大2日累積降雨量（㎜/2日）. 手法 1. 1200. 800. 現時刻までのダム貯水池への実測流入量. 現時刻以降にダム貯水池へ流入する量を確実に事前放流できる. 400. 現時刻までの実測降雨. 現時刻以降にダム貯水池へ流入する量を確実に事前放流できる. 0. 黒：斜面のみの流出の総和 (遅れ時間なし総和). ○熱環境緩和効果(ヒートアイランド抑制). 雨天. 晴天水蒸気水蒸気水蒸気セラミックス. Ｆｌｏｗ. 水分蒸発・気化熱. 1000 2000 2 流域面積[km ]. 対象流域における流域面積とピーク流量の関係. 対象流域における流量ハイドログラフ. 屋上実験の様子 (セラミックス敷設). 貯留管渠敷設替え＋ポンプ場新設＋貯留施設新設の整備. 雨が降ってから川に流れるまでの降雨流出現象の物理過程を考慮したモデルを構築し、流域における計算過程をどの程度厳密に行う必要があるかを検討している。. 現況の管路網施設. ６．合成合理式の厳密解の導出と都市流域への適用. v=10[m/h] 0 0. 5. 10 時間[h]. 100. 流出高[mm/h]. 流出高[mm/h]. v= 5[m/h]. 50. 降雨強度[mm/h]. v=30[m/h] v=20[m/h]. 50. 0. 平均降雨強度を与えた降雨. 乱数的に発生させた一分間降雨. 100. 100. v=40[m/h]. v=50[m/h]. 50. 降雨強度[mm/h]. 0. １分間毎に乱数的に発生させた降雨. v=50[m/h] v=40[m/h]. 50. v=30[m/h] v=20[m/h] v= 5[m/h] v=10[m/h]. 0 0. 40 50. 3. 500m /s. ただし書き操作回避 12. 24. 36. 48. 60. 72. 84. 96. 108. 120. 132. 144. 時間（hour）. 屋上貯留(セラミックス敷設)の効果. 緑：河道の粗度係数 0.020. 乱数的に発生させた一分間降雨. 30. 0. 青：河道の粗度係数 0.025. 100. 20. ７．屋上貯留による雨水流出抑制効果の検討 ○雨水流出抑制効果. ：懸案地点. 10. ３種類の事前放流手法を用いた草木ダム流域における洪水時の流入・放流量及び貯水位の時系列. 赤：河道の粗度係数 0.033. 最下流点. 最低水位 (EL.403.7m). 洪水到来前に実降雨、予測降雨、ダム貯水池への流入量の情報を用いて洪水によるダムへの流入量を前もって予測し，その量のみを事前に放流するという事前放流手法を3 種類提案し、いずれの手法でも効果的に事前放流を行えることを示した。. 総降雨量：270mm ピーク降雨強度：45mm/h 初期流出高：0.1mm/h 斜面長：30m 表層土層厚：20cm 有効空隙率：0.42 平均飽和透水係数： 0.02cm/s. 0. 事前放流. ：放流量 (逓減特性方式). 3. 市街化に伴う土壌地形特性の変化. ：流入量 (実測値) ：放流量(現行の操作規則通り) ：放流量 (6時間先までの予測降雨を現時刻の放流に適用した総降雨量方式) ：放流量 (実測降雨を用いた総降雨量方式). 1600. 特徴. 手法予測降雨を用いた予測降雨・現時刻までのより早い時刻から事前放流を開総降雨量方式実測降雨始できる 3. ５．流出モデルの構築と実流域への適用. ピーク流量[m /s] 20000 10000. 逓減特性方式. 手法実測降雨を用いた総降雨量方式 2. 近年の降雨の発生傾向を調べると山地流域では10年前後の周期で災害の要因となるような大雨(極値降雨)が発生していることが明らかになった。. 流域特性の変化に応じ治水対策を講じるにあたり最下流点の流量のみではなく、各地点での流量も必須である. ：降雨強度 (6時間先のみの予測降雨). rainfall intensity. month 周期(月). 西暦. 現時刻以降のダム貯水池への流入量を推測する際に使用する水文情報. 手法名. 夏期制限水位 (EL.440.6m). 400. ：降雨強度 (実測降雨). 1. 0. ：貯水位 (現行の操作規則通り) ：貯水位(6時間先までの予測降雨を現時刻の放流に適用した総降雨量方式) ：貯水位 (逓減特性方式) ：貯水位(実測降雨を用いた総降雨量方式). 420. 2000. 5. 0. 集中豪雨の増加 (降雨形態の変化). 利水容量. サーチャージ水位 (EL.454.0m). 440. 50. 10. 100 000. 治水容量. 治水容量利水容量. 300 000 R etu rn P erio d y ear. N orm alized S pectrum. 確率年. 1000. 500. 200 000. 夏期制限水位まで回復利水容量確保. 治水容量増大 460. 年最大2日累積降雨量のスペクトル 400 000. 256㎞. 積乱雲が線状に並び新しく発生した積乱雲を吸収・併合しながら線状の雨域を維持し，同一地点に長時間留まるものである．. ４．既存ダムを有効利用した事前放流手法の提案. ３．山地流域における極値降雨の周期性年最大2日累積降雨量(mm/2 日). 256km 256km. 256km. 256km. 一地点にセルが発生し，移流す雨域は関東北西部または西降水セルの移動方向と同方部の山岳地で発生し，前線向に雨域を成長させ進行方向ることなく同地点で発達･消滅す面に垂直な方向に移動する．に長い帯状の雨域を形成する．るものや，上空の風により移流され数個の降水セルを次々に発生させるものが存在する．. 地球温暖化に伴い増加している集中豪雨の発生形態のメカニズム解明を目的に本研究室が所有する気象レーダを用いて降雨を観測し、集中豪雨の発生形態を4パターンに分類した。. 地球温暖化により集中豪雨の増加や寒冷地における融雪の早期化等の問題が起きている。それに伴い洪水災害の激化が予想される。研究室では災害の軽減や近年の豪雨形態のメカニズム解明について研究を行っている. 群馬県中之条観測所(標高351m) における年最大2日累積降雨量. 雨域の移動方向. 雨域全体の移動方向. 50km 50km. 800. 200. 1951-1960. 単一セル型降雨. 1200. (95). (93). 日平均流量（m3/s）. 3. 総流出量（m ）. (94). N. 拡大図降雨移動距離70km，移動速度約35km/h. 1400. は減少傾向にある. (101). (100). 線状降水帯による集中豪雨. 単一セル型. 20:00. 阿賀野川馬下流量観測地点における10年間平均の2月1日から6月10日までの融雪出水期131日間における日平均流量. （平成3年～17年）. （×108）. 19:00. N. N. Ｎ. 18:00. 阿賀野川流域図（国土交通省「阿賀野川河川整備基本方針」より引用し加筆）. 日本地図（出典：google map）. H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17. 都内117観測点における時間50ミリ以上の豪雨の観測回数. 70 60 50 40 30 20 10 0. 複数セル移動型. 栃木県. 26. 13. 降雨強度 (mm/h). 17. 10. 5 10. 30. 約12℃の差. 20 10 0 10 0. 貯留量：セラミックス芝生. –10. 11/10 0:00. 約30mm 約25mm. 11/1 6 0:00 屋上[30mm]貯留(100%敷設) 11/12 0:00. 11/14 0:00. 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 [m]. ：ポンプ場新設：貯留施設新設. 最大湛水深：0.86[m] 湛水面積：22,600[m2]. 最大湛水深：0.59[m] 湛水面積：11,762 [m2]. 1.20. 屋上貯留による流出抑制効果・ヒートアイランド緩和効果の検討を行っている。セラミックスは地表面温度を最大約12℃低くし、流出抑制効果はポンプ場や貯留施設新設と同等の効果を持っている。. 1.15. 1.10. 1.05. r/v rave v. 5. 0. 総降雨量：83.5mm ピーク降雨量：9.0mm. ：管渠整備. 最大湛水深：0.43[m] 湛水面積：8,531[m2]. [1min] CASE001. 最大で2割ピーク流量が異なる. 1.25. - 敷設なし -セラミックス. 湛水深. 1分毎に与えた降雨を用いて合成合理式で計算したピーク流量と合理式で計算したピーク流出高の比 qqpeak / qave peak qave. -芝 600 400 200 0. 10分間降雨強度 [mm/10min.]. 45 35. 1. 0. 新潟県 1 6. 水の重量[kg] 表面温度[℃] 日射量[W/㎡]. 18. メソ-α スケール降雨 (約2000～200km). メソ-β スケール降雨（約200～20km). 5 4. 40km 40km. 1. 10. 1 2 4. 関東平野における集中豪雨. 山形県. 馬下流量観測所. 19. 貯水位(m). 延べ 40 箇所 30 数 20. 8. 4 11. 3. 50. 流量 (m /s). 60. 研究員. 0.001. 0.002. 0.003. 0.004. 時間[h]. 都市流出モデルとして多く用いられている合理式の応用である合成合理式の厳密解を導出し、適用している。平均化して入力した降雨と細分化して入力した降雨とでは出力されるピーク流量が最大で2割変わる。都市部の降雨流出では一般的に合理式が用いられるが、例えばゲリラ豪雨などの場合、降雨の与え方によって得られる流出量が異なってくることになる。. ８．まとめここで示したのは研究室内の成果のほんの一部であり、他にも実スケールモデルによる雲物理過程の解明、湖沼や河川の水質改善、都市のヒートアイランド現象緩和対策、河口閉塞の改善、河川の跳水現象や水平渦等の研究を行っている。今後も水循環における問題解明のために研究を行っていく。.

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地球温暖化が都市水循環に与える影響に関する 基礎的研究

地球温暖化が都市水循環に与える影響に関する基礎的研究