財団法人 電力中央研究所

電力中央研究所 研究報告書(電力中央研究所報告)
[CRIEPI Research Report]

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研究報告書 詳細情報
[Detailed Information]

報告書番号 [Report Number]
N20005
タイトル
天然ダムの形成・決壊・洪水伝搬に関する二次元土砂流解析法の適用性評価
[Title]
Validation of two dimensional debris flow simulation for hydraulic phenomena related to landslide dam
概要 (図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております)
背  景
近年頻発する豪雨災害では,斜面崩落に伴う大規模な河道閉塞(天然ダム)による上下流域の浸水リスクが高まっており,その評価が必要となる.天然ダムに関連する土砂水理現象は,天然ダムの形成・決壊・洪水伝搬の過程に分類され,各過程に対する評価手法の整備が望まれる.一方,平面二次元の土砂流解析法が洪水氾濫・土石流などの評価に広く用いられている.しかし,河川流による天然ダムの侵食速度の評価,洪水伝搬に及ぼす河岸侵食計算の影響など,土砂流解析法の適用性には不明な点が残されている.

目  的
天然ダムの形成・決壊・洪水伝搬の各過程に対して,当所開発の二次元土砂流解析モデルの適用性を評価する.

主な成果
1. 天然ダムの形成および侵食
既往の天然ダムの形成事例を対象として,現地調査で得られた崩落深を初期条件とした再現計算を行い,現地と整合した形状を持つ天然ダムの解析結果が得られた.天然ダム形成後には河川流の越流によって,天然ダム堤体に侵食が生じ,ダム湖の水位が低下した.従って,侵食に関する解析条件がダム湖水位の計算結果に影響を及ぼすことが示唆された.侵食を考慮しない解析条件を用いれば,ダム湖の水位が安全側(高くなる側)に算出されるため,天然ダム上流の浸水範囲の実用的評価が可能となる.
2. 天然ダムの決壊
天然ダム決壊に関する室内実験を対象とした解析を行った.越流侵食に伴う決壊過程を定性的には模擬できたが,侵食・堆積速度の係数の調整のみでは,定量的に精度良い再現には至らなかった.この原因は,侵食速度の評価式に用いられる平衡土砂濃度が水面勾配で決まることに起因し,緩勾配での侵食速度が過小評価になるためである.
3. 天然ダムの洪水伝搬
天然ダム決壊洪水事例の一つであるブータン国ルゲ湖決壊について,決壊により生じる越流量の時系列波形を流入境界条件として与えた再現計算を行った.土砂移動を考慮しない解析では,洪水流の伝搬速度および下流流量を過小評価するが,土砂移動および河岸侵食を考慮することで,定量的に精度良い結果が得られることが分かった.

今後の展開
侵食速度の計算方法を改善し,天然ダム決壊に対する本解析法の適用性向上を図る.
[Abstract]
This study examines the performance of a two-dimensional (2D) debris flow simulation for the formation, failure, and outburst flood of a landslide dam. First, the numerical simulation was applied to the field case of the formation of a landslide dam. The collapsed region and depth were specified as the initial condition to fluidize the bed. The numerical simulation captured well the shape of the landslide dam. When the erosion process was excluded in the simulation, the water surface elevation in the dam reservoir decreased compared to the simulation run including the erosion process. Thus, simulation method considering no erosion process becomes one of the practical options to safely evaluate water surface elevation in the reservoir of a landslide dam. As a second validation, numerical simulation was applied to a laboratory experiment of the landslide dam failure caused by the overtopping erosion. Residual thickness of the landslide dam after failure was compared between the experiment and simulation. The simulated residual thickness underestimated the experimental one. This tendency is attributed to the property of the numerical model for erosion velocity. Lastly, the numerical model was applied to the field case of the outburst flood of a landslide dam. A hydrograph model for inflow was imposed as the boundary condition at the location of the dam failure. The simulated flow velocity and flow rate agreed well the field data recorded in the downstream. The simulation runs without sediment transport or bank erosion underestimated the field data. These results indicate that the sediment transport and bank erosion are significant to simulate outburst flood of a landslide dam.
報告書年度 [Report's Fiscal Year]
2020
発行年月 [Issued Year / Month]
2020/11
報告者 [Author]

担当

氏名

所属

太田 一行

地球工学研究所 流体科学領域

新井 涼允

地球工学研究所 流体科学領域

豊田 康嗣

地球工学研究所

佐藤 隆宏

地球工学研究所 流体科学領域

キーワード [Keywords]
和文 英文
天然ダム Landslide dam
数値解析 Numerical simulation
越流侵食 Overtopping erosion
土砂流 Debris flow
決壊洪水 Outburst flood
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