小林 健一郎 | ![]() |
コバヤシ ケンイチロウ | |
都市安全研究センター | |
准教授 | |
土木・建築工学関係 |
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Abstract. This paper is a continuation of the authors' previous paper (Part 1) on the feasibility of ensemble flood forecasting for a small dam catchment (Kasahori dam; approx. 70 km2) in Niigata, Japan, using a distributed rainfall–runoff model and rainfall ensemble forecasts. The ensemble forecasts were given by an advanced four-dimensional, variational-ensemble assimilation system using the Japan Meteorological Agency nonhydrostatic model (4D-EnVar-NHM). A noteworthy feature of this system was the use of a very large number of ensemble members (1600), which yielded a significant improvement in the rainfall forecast compared to Part 1. The ensemble flood forecasting using the 1600 rainfalls succeeded in indicating the necessity of emergency flood operation with the occurrence probability and enough lead time (e.g., 12 h) with regard to an extreme event. A new method for dynamical selection of the best ensemble member based on the Bayesian reasoning with different evaluation periods is proposed. As the result, it is recognized that the selection based on Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) does not provide an exact discharge forecast with several hours lead time, but it can provide some trend in the near future.
Copernicus GmbH, 2020年03月23日, Natural Hazards and Earth System Sciences, 20 (3), 755 - 770, 英語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
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研究論文(国際会議プロシーディングス)
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分布型流出モデルを用いて流出解析を行う際,長波方程式を用いる洪水氾濫計算に最も多くの時間を要するため,一般的に現場において再現・予測計算を実施することは困難である.汎用的なPCを利用して現場において解析を容易に実施できるようにするためには,洪水氾濫計算を高速化し,計算負荷を小さくする必要がある.
そこで本研究では,長波方程式に代わるモデルとして,段波モデル,修正段波モデル,キネマティックウェーブ理論に基づくモデルの3つの簡易洪水氾濫モデルを提案し,それぞれのモデルの再現性の検証を行った.再現性の検証は長波方程式を解いた結果を厳密解として行った.再現性の評価はCoDを用いたフロントの形状,およびフロント位置の比較により行う.
検証の結果,修正段波モデルを用いた場合が最も再現性が良いことが分かった.また,修正段波モデルを用いて計算を実行するとフロント形状が滑らかになる特徴があり,数値計算上の不安定が生じにくいこともわかった.その理由として,段波の進行に対して逆方向の流速を考慮しているためであると考えることができ,この点でも修正段波モデルは優れたモデルであると言える.
計算速度は簡易洪水氾濫モデルを用いた計算の場合,厳密解を求める計算と比較して約12倍になった.つまり,実際の洪水氾濫に適用する際にも大きな時間短縮を見込むことができる.
今後は,今回良い結果が得られたモデルについて粗度の効果及び勾配の効果を考慮できるよう改良し,実際の洪水氾濫計算に適用することを試みる.
This paper presents a study on short-term ensemble flood forecasting specifically for small dam catchments in Japan. Numerical ensemble simulations of rainfall from the Japan Meteorological Agency nonhydrostatic model (JMA-NHM) are used as the input data to a rainfall-runoff model for predicting river discharge into a dam. The ensemble weather simulations use a conventional 10aEuro-km and a high-resolution 2aEuro-km spatial resolutions. A distributed rainfall-runoff model is constructed for the Kasahori dam catchment (approx. 70aEuro-km(2)) and applied with the ensemble rainfalls. The results show that the hourly maximum and cumulative catchment-average rainfalls of the 2aEuro-km resolution JMA-NHM ensemble simulation are more appropriate than the 10aEuro-km resolution rainfalls. All the simulated inflows based on the 2 and 10aEuro-km rainfalls become larger than the flood discharge of 140aEuro-m(3)aEuro-s(-1), a threshold value for flood control. The inflows with the 10aEuro-km resolution ensemble rainfall are all considerably smaller than the observations, while at least one simulated discharge out of 11 ensemble members with the 2aEuro-km resolution rainfalls reproduces the first peak of the inflow at the Kasahori dam with similar amplitude to observations, although there are spatiotemporal lags between simulation and observation. To take positional lags into account of the ensemble discharge simulation, the rainfall distribution in each ensemble member is shifted so that the catchment-averaged cumulative rainfall of the Kasahori dam maximizes. The runoff simulation with the position-shifted rainfalls shows much better results than the original ensemble discharge simulations.
COPERNICUS GESELLSCHAFT MBH, 2016年08月, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 16 (8), 1821 - 1839, 英語[査読有り]
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研究論文(大学,研究機関等紀要)
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The paper deals with a study on a short-date ensemble flood forecasting specifically for usual small dam catchments in Japan. The numerical ensemble rainfalls simulated by the Japan Meteorological Agency - Nonhydrostatic Model (JMA-NHM) are used as the inputs to a rainfall-runoff model for predicting river discharge into a dam. The spatial resolution of the weather ensemble simulations by JMA-NHM is 2 km, thus it has a potential to be used for even small-scale Japanese dam catchments (less than 100km(2) area). The Kasahori dam catchment which size is approximately 70 km(2) is selected as the application site of the ensemble flood simulations since the dam catchment experienced a historically rare rainfall/flood event on July 2011. Firstly, the rainfall over the Kasahori dam catchment during the flood period is analyzed with the ground rainfall, JMA Radar-Composite and JMA Radar-AMeDAS analysis data. Then, a distributed rainfall-runoff model is applied to the Kasahori dam catchment. The runoff-model parameter is calibrated with the Radar-Composite rainfall. Afterwards, the ensemble rainfalls by the JMA-NHM are given to the runoff model. The ensemble inflow discharges to the Kasahori dam are compared with the observed inflow. As a result, a simulated discharge of 11 ensemble members succeeds in reproducing the Kasahori dam 1st peak inflow at the same level magnitude with the observation, though the simulated peak is 2 hours ahead of the observed peak. All the 11 ensemble discharges predict the values more than the flood discharge 140 m(3)/s, a threshold value to decide the preliminary release from the dam. The result indicates a good potential of the ensemble flood forecasting even for small dam catchments.
TSINGHUA UNIV, 2013年, PROCEEDINGS OF THE 35TH IAHR WORLD CONGRESS, VOLS III AND IV, CDROM, 10428 - 10437, 英語研究論文(国際会議プロシーディングス)
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2009年8月8日から10日にかけて台風9号による大雨により兵庫県佐用町に甚大な洪水被害がもたらされた.本稿では,この佐用町豪雨災害を再現し,かつ実態経済被害とシミュレーションによる予測経済被害を比較する.これにより,洪水ハザードのシミュレーション精度を高める事に加え,流域の洪水によるリスクを事前に推定する手法の高度化を図る.最初に洪水浸水深を再現するために,降雨流出過程と洪水氾濫過程を同時に追跡できる統合型降雨流出・洪水氾濫モデルを開発した.これにより浸水過程を良好に再現できた.続いて,土地利用情報を用いて農作物被害を推定した所7億8000万円となった.佐用町報告による実態被害額が2億456万円であるから大分高い推定結果となった.家屋被害推定モデルによると例えば佐用町総合庁舎の直接被害は3900万円と推定された.今後,現地訪問等を通じて実態被害と計算結果を比較し,モデルの精度を高めていく.
水文・水資源学会, 2010年, 水文・水資源学会研究発表会要旨集, 23, 60 - 60, 日本語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
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2013年9月,台風第18号が日本に上陸し,近畿地方においては,淀川水系の桂川や宇治川などが氾濫し,京都府,滋賀県を中心に大規模な浸水被害が生じた.日本は地形的に洪水災害が発生しやすくなっており,突発的な豪雨に備えた防災体制が必要であると考えられる.本研究は,淀川流域における将来的な大雨の影響評価を行うことを目的とし,最新のメソ気象モデルであるWRFを用いて,平成25年台風第18号による大雨の再現実験と温暖化差分を加算した海面水温を境界値とする海面水温温暖化実験を行う.本来温暖化の影響を厳密にシミュレーションするためには,気温,水蒸気量,気圧などのあらゆる諸物理量の気候変動の影響を考慮した擬似温暖化実験の手法が用いられるべきという報告がある.しかし,今回は海面水温の上昇だけを考えた海面水温温暖化実験を行うことにより,海面水温の変動がもたらす影響を定量的に評価することとした.本研究で行った実験では,海面水温を上昇させると時間降水量,積算降水量ともに大きく増加した.このことから,将来的な台風第18号を超える大雨の発生を想定し,河川計画の策定なども含めた防災体制を整える必要があると考える.
水文・水資源学会, 2014年, 水文・水資源学会研究発表会要旨集, 27, 100131 - 100131, 日本語小林らは淀川流域を対象とした分布型降雨流出・洪水氾濫モデルを開発した.この分布型モデルにより流域の流出・浸水過程,及び河道の水位・流量計算を基本的には一体的にシミュレーションできる素地ができた.一方,こうした流出・氾濫モデルを防災目的に使用する場合,精度の良い物理計算が可能であることが第一義的には重要であるが,これと同時に,経済被害推定モデルや避難モデルなどに物理計算結果を簡単に移行できることが望ましい.近年の地理情報システムGIS(Geographic Information System)の発展により,GISにより適切に座標系を設定したモデルを開発すればこれが可能となる.本稿では特に避難モデルと流出・氾濫モデルを座標変換を通じて結合し,大阪市の特に広域避難について考察した事例を示す.より具体的には世界測地系UTM53系で定義された淀川流出・氾濫モデルによる大阪市の浸水計算結果を,世界測地系平面直角座標系第6系で定義された避難行動モデルに移行し,それによる避難行動数値実験を実施する.UTM53系は,東日本,西日本程度のスケールを対象とするのに適した投影座標系である.他方,平面直角座標系第6系は市町村単位を対象にするのに適している.淀川流域は6府県にまたがっており,避難行動は基本的には市町村単位を基本とするため,このように設定している.避難行動を誘発する枚方地点の河道水位計算,大阪市の浸水計算は,広域の避難行動を考えるため,紀伊半島豪雨を100km北の淀川流域方向に移動した仮想豪雨により実施する.これにより,非常に極端な思考実験ではあるが、河川洪水において,津波避難と同じような状況が起こることを示す.水文モデルである流出・氾濫モデルと,人間行動(避難や被害推定)を検討出来るモデルを統合することにより,検討できる事象の幅が広がっていく.
水文・水資源学会, 2013年, 水文・水資源学会研究発表会要旨集, 26, 230 - 230, 日本語[査読有り]
口頭発表(一般)
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