洪水確率ハザードマップを生成する
河川デジタルツイン自動実行システム開発
ほり

堀

たかなり

あそ孝成1・阿曽かつし

だいもん

克司1・大門けんいち

おおいし健一1・大石

さとる

やま のい哲 2・山野井かずき

一輝3

1NiX JAPAN（株）本社（〒930-0857 富山県富山市奥田新町1番23号）
2神戸大学都市安全研究センター （〒657-8501

神戸市灘区六甲台町1−1）
3京都大学防災研究所 気象・流域災害研究部門（〒612-8235

京都府京都市伏見区横大路下三栖東ノ口）

自然災害の頻発・激甚化などハザードのリスクポテンシャルの増大が顕著な我が国において，「防災デジタルツイン」構築およびハザードマップの高度化が求められている．本報告は，ハ
ザードマップ高度化の進展に際し膨大な災害要因・条件を対象としてシミュレーションを実行する際の，洪水災害を対象としたプロトタイプを構築したものである．「解析レシピ」と称す
る小規模ルーチン，「解析レシピ」間を繋いで自動実行を行う内容・順序管理の「シナリオ管理レシピ」の構築により，従来の解析手法におけるモデル構築・解析結果取りまとめの省力化を図ることができた．今後の更なる自動化により，公共性の強いSaaS環境下での実行，国土保全・国土強靭化に資するシステムとして確立させることを目指すものである．
Key Words : ハザードマップ，防災デジタルツイン，自動実行，レシピ(1) 様々な災害要因・条件に対応するためのシステ
ム構築の必要性ハザードマップ高度化を進展させるためには，作成フローを分解して考えると，個別のデータ収集，自然災害の頻発・激甚化などハザードのリスクポ解析条件の設定，解析の実施，解析結果取りまとめ
テンシャルの増大が顕著な我が国において，様々なに対して，一連の作業をシームレスに行うことがで限界を克服するための物理シミュレーション駆動型「防災デジタルツイン」構築を都市全体で可能とし， きる自動実行のシステムが必要となる．
また，リスク評価に対しては局所的豪雨・線状降
これを活用したハザードマップの高度化が求められ水帯・超巨大台風等の様々な降雨波形・降雨分布なている．
どの外力条件の不確実性，現状の河川・下水道整備
従来方式でのハザードマップ作成は，管理者や実状況，土地利用整備状況の考慮，将来的な土地利務者等が対象ハザードに対する様々な入力条件を整理・入力し，解析を実行し結果を取りまとめている． 用・市街地形成の変遷等など解析モデルへ最新情報を取り入れる必要がある．そして，これらの条件は一連のプロセス実行において，個別のデータ収集多岐に渡ることから，シミュレーションを行う場合やモデルへのデータ変換などに多大な労力・時間おには，対象とすべき災害要因・条件が膨大になり，よび費用が必要となり，ハザードマップの高度化をいわゆる考慮すべきシナリオ数が増大する．このよ妨げる大きな要因となっている．
うに，行政の財政，企業の予算制約の中で，このよ
これに対し，内閣府総合科学技術・イノベーショ
うな多岐に渡るシナリオを再現するシミュレーショ
ン会議の「戦略的イノベーション創造プログラム
ンを実施する際には，効率的にシミュレーションを（ SIP) 」 「 ス マ ー ト 防 災 ネ ッ ト ワ ー ク の 構 築 」
実施するための仕組み，すなわちデジタルツインが（JPJ012289）の補助を受けて実施された成果の一必要となる．
部を報告する．

１．はじめに

２．研究での課題(2) デジタルツイン技術活用の必要性
近年ではシミュレーションに必要となる基本デー

タは，各機関において整備され一般公開されてきている．これらの情報を基に，デジタルツイン技術を用いて，評価対象とする地域についてデジタルツインモデルを構築することにより，水害を含む各種災害に対するシミュレーションモデルの構築ならびにシミュレーション結果の視覚的表現を容易にする．
今回報告する内容は，河川の各種データを用いて計算機内で再現する河川デジタルツインを用いた自動化システムを活用することで，これまでの解析において容易に実施できなかった以下の内容を容易かつ高速に実施することが可能となる．図−１に河川デジタルツイン構成概念図を示す．
【河川デジタルツインで可能とする事項】① 従来の解析条件の再現解析② 高解像度解析（メッシュ５m，スパコン利用）③ 堤防破壊確率の導入④ 様々なシミュレーターの選択適用⑤ 内水外水分離，連成解析（貯留機能等を考慮した下水道ネットワークとの連成解析）⑥ 多くのシナリオ解析（外力シナリオ，モデルシナリオ，防災シナリオ）⑦ 地震発災後の状況を反映したハザード重畳解析（人工衛星画像データを利用した被災状況の可視化）⑧ GIS，メタバース空間（Plateau等）でのハザードの可視化（ハザード重畳含む）

図-2 従来手法に基づく洪水確率ハザードマップ作成手順

また，ハザードマップ高度化の対象とするハザー
ドは洪水に加え高潮，地震・津波等が挙げられ，最終的にはこれらのハザードが複合的（地震発災後復旧前に洪水が発生する等）に発生することを見越してハザードマップを作成する必要がある．
将来的なハザードマップ高度化として次世代HMを構築する中では，膨大なデータを基に適切なリスク表示を行うためには，多くの条件を用いたシナリオ解析を行う必要があるが，現状の手法では膨大な人手・費用が必要となることから，この点を徹底的に削減および省力化するための自動化の達成こそ本質的なリスク対策を捻出する基盤となる．

３．課題の解決方法と適用結果(1) 課題解決のためのシステム自動化方策a) 自動解析システムの全体構成
本研究では，洪水災害を対象としたプロトタイプを構築するスモールスタートを実施している．
プロトタイプは，浸水解析の条件設定および浸水解析を事前に準備し河川外水氾濫ハザードマップ高図-1 河川デジタルツイン構成概念図
度化（確率化）を自動実行の対象として，解析におけるステップ毎に「解析レシピ」と称する小規模ルーチンを作成し，「解析レシピ」間を繋いで自動(3) 洪水確率ハザードマップ作成手順と自動化の必実行を行うための内容・順序を管理する「シナリオ要性
洪水確率ハザードマップの作成手順を図-2に示す． 管理レシピ」を構築した(図-3)．
b) 解析レシピ
従来方法で洪水確率ハザードマップを作成する際の「解析レシピ」とは，解析シミュレーターのモデ課題として，①流出解析・浸水解析モデル構築，各ル自動構築，解析実行，解析結果とりまとめ等それ
種解析条件の設定に要する労力と時間が大きい，②ぞれの機能を自動的に実行する仕組みである．解析
各種解析条件の設定における条件妥当性．条件不整の条件・手順は一つのファイルに記載し，そのファ合に対する確認に専門的視点が必要となり，時間をイルをシステム内部で解釈してシステムの呼び出要することが挙げられる．
し・実行・結果記録を自動的に行うものとする．解これらの課題解決の方法としては，①基本データ
析レシピの概要を図-4に示す．に基づく単純処理の自動化による省力化・時間短縮
本研究では，浸水シミュレーションに適用する解を図り，②基本データから作成したモデルに対し，析シミュレーターには山野井ら 1)による「DRSRIS」
専門的視点からモデル調整方法・内容を整理し省力（ Distributed
RainfallandSediment
化・時間短縮および調整のばらつきを無くすものとRunoff/Inundation Simulator）を用いている．こする．

図-3 自動実行システムの処理フロー例
図-5 「シナリオ管理レシピ」設定内容・個別解析の流れている．河川に対する補正は，河川平面縦横断測量成果を基に自動的に河川区域内の5mメッシュモデルを構築するシステムを構築している（図-6）．
シミュレーション実施のためのモデルとして，地盤高・土地利用の要素から対象流域の5mメッシュモデルを構築している．
図-4 「解析レシピ」の設定内容・個別解析の流れ
この手法を用いて構築した河道内のメッシュモデ
れは，対象流域内に発生する豪雨に対し土砂移動・ルを図-7に示す．この方法(d)により，CADを使って洪水の解析を行うシミュレーションであり，解析実手作業にて作成した(b)，IDW法によるデータ作成結
行にはスパコンを利用している．
果(c)と比べ遜色ない結果が得られている（IDW法でc) シナリオ管理レシピは支川合流部の処理に課題が残っている）．この方
複数の堤防決壊条件を一連として解析するために， 法の計算時間は１ケースで数秒程度であり，手動だ「解析レシピ」の連結を図り，複数ケースを一連のと30人日必要な人工が，横断測量データの入力に必処理として自動的に実行するシステムが必要となる． 要な作業を加えても，1人日以下に削減できている．
このため，一連の処理「シナリオ」を管理するレシ
ピを別途構築する．「シナリオ管理レシピ」による設定内容・解析の流れを図-5に示す．並列解析の実行，解析完了通知の管理から結果集計・結果表示（静的・動的表示）への自動処理の実施等を管理する．
d) システム間の連携「解析レシピ」「シナリオ管理レシピ」と外部システムとは，APIによる連携によりデータ・システムの結合を図る．国土交通DPF等，現時点で公開されているWebAPIの利用を図りつつ，新規システムについてはWebAPI開発を要する．
(2) 自動化に対する既存シミュレーションシステムの調整
シミュレーションモデルの構築に際し，モデル構築に用いた基礎データ（国土数値情報，基盤地図情報）ならびにデータ加工・調整方法を整理し，システム化を行う．
また，モデル構築に際し河川に対する補正を行っ

図-6 5mメッシュモデル自動作成概念図2)

果の確率ハザードマップ向けGISデータ作成の所要時間が約30分と，将来的なSaaS化を見据えた場合には十分な応答速度となっていると評価している．
(2) 今後の課題
今後は一連のフローの上流部分である外部からのデータの自動取得レシピ，解析条件の設定・管理レ
シピ，防災デジタルツイン上での解析モデル構築レ
シピの構築ならびに自動実行環境の進展を図る．自動実行環境の構築・普及に際し，①インフラに関す
図-7 5mメッシュモデル自動作成例2)
るデータのオープンデータ化の促進，②生成AIを活用した検索システムなどとの連携，③グラフデータ(3) 確率ハザードマップの可視化システム
ベースとの連携，④システムのローコード．ノー
浸水解析結果から確率ハザードマップを可視化すコード化などが必要となる．
るシステムとして，Pythonによる解析レシピを構築
また，ハザードの種類として，風水害による浸水した（図-8）．
以外にも，地震による地盤変形および道路・橋梁・コードに基づく自動実行処理を行うことにより，建物への影響，地震後の津波による浸水，高潮発生
浸水解析結果の確率ハザードマップ向けGISデータによる浸水等が考えられる．これらのハザードに対作成は所要時間約30分での実行が可能となっている． して，自動実行レシピの考え方を拡大展開し，防災デジタルツインのSaaS化を目指す．このSaaS化により，自動実行によるシミュレーション連鎖に加え，地震等災害発生後の調査結果の反映による迅速なデジタルツイン更新に繋げることが期待できる．
SaaS化においては，公共性の強いSaaS環境下での実行を行えるようにし，国土保全・国土強靭化に資するシステムとして確立させることを目指すものである．なお，地政学的リスクなど安全保障上の課題
で，AWSのような外資系のクラウドではなく，国産図-8 確率ハザードマップ自動作成コード例（抜粋）クラウドの活用を現在模索している．
(3) 他分野への展開(4) システムの利活用場面（ユースケース）
これまでの検討内容は，豪雨・洪水による浸水を河川管理者や一般ユーザーに利用されることを想対象としてシステム構築を行ったものであるが，地定する本システムの利用場面としては「登録・開発」
震による道路・建物への影響，津波，高潮等各種ハ場面と「利用」場面とに大別される．
ザードに対するシステム構築を行うことが必要とな「登録・開発」場面では，レシピ開発者がおのおる．この課題に対し，単独で発生する災害のリスクの解析レシピならびにシステム管理レシピを開発す表示に加え，「複合災害」によるリスクを示す「マることとなる．また各種解析システム，各施設管理
ルチHM」の構築，ハザードやリスクの動きを示す者が現況データ等を登録するシステムは別途開発を「ダイナミックHM」といった次世代HMの構築を視野行うこととなる．に入れてシステム構築を行う必要がある．
「利用」場面では．システム利用者は，システム管理レシピの修正・追加を行うことで，開発された
謝辞：本研究は，「戦略的イノベーション創造プロ解析システム・外部データを用いることができる．
グラム（SIP)」「スマート防災ネットワークの構築」
なお，各施設管理者は解析に必要な現況データを登JPJ012289 の補 助 を 受 けて 実 施 さ れま し た ． ご指録することとなる．
導・ご支援を賜りました皆様に心より感謝申し上げます．

４．今後の課題と展望

参考文献・資料
1)山野井一輝,大谷英之他:水・土砂の流出氾濫統合
2023年度研究開発では，プロトタイプとして解析モデルの構築とHPCによる朝倉市杷木地区への適用,結果から自動的に確率ハザードマップを自動的に作土木学会論文集B1（水工学）Vol.74,No.5,I_889成するシステムとして構築した．
I_894，2018.
その結果として，30ケースの堤防決壊モデル構築
2)山野井一輝他:河川標高データの自動作成によるについて，従来手法での所要時間が約30人日に対し， 洪水氾濫災害の確率ハザードマップ作成（シンポジ
新規手法による所要時間が約0.1人日，浸水解析結
ウム講演概要）,第27回応用力学シンポジウム,2024.

(1) 新規性・市場性の観点を含めた技術的成果