第26回水工学オンライン連続講演会＠zoom，2024/7/1

砂粒一つから流域治水にわたる様々なスケールの数値水理解析モデルの開発～多様な基礎研究による“持続可能な水工技術の開発”を目指して～
東京理科大学 二瓶泰雄
創域理工学部社会基盤工学科 教授
総合研究院マルチハザード都市防災研究拠点長
概要：本講演では，基礎研究を進める上で不可欠なツールづくりとして，局所流，河川・氾濫流，流域全体という様々なスケール毎の数値水理解析モデルについて，現在進行形で取り組んでいるモデル開発状況や適用事例，課題について紹介する．多くの研究者・技術者が様々なモデル開発に取り組み，基礎研究の多様性が“持続可能な水工技術の発展”に寄与すると思う．

本日の話題提供
１．自己紹介，基礎研究再開きっかけ
２．現在取り組んでいる基礎研究
１）局所スケール
２）河川・氾濫流スケール
３）流域スケール
３．まとめ自己紹介（１）経歴
・1969年生まれ（現在5４歳），東京都八王子市出身
・1994年 東京工業大学大学院修士課程修了：水工研所属
日野幹雄先生，福岡捷二先生，池田駿介先生，灘岡和夫先生
指導教員：学部 池田先生，修士以降 灘岡先生（海岸工学）

・1994年
・1999年

東京工業大学 助手
博士（工学）取得「新しい計算手法に基づく混相乱流LESの開発と複雑混相乱流解析への応用」
海岸工学研究が主フィールド・2000年 東京理科大学 講師
・2015年 同教授，現在に至る．
水工学研究が主フィールド3自己紹介（2）卒論と初めて買った専門書

池田駿介・武若聡・二瓶泰雄・秋山信義：各種構造物による湧昇流の発生に関する実験的研究，土木学会海岸工学論文集，Vol.39，No.2，pp.896-900，1992.
武若聡先生（現筑波大）作成

自己紹介（3）水工研の輪講・先生方と学生が机を囲んで，流体力学の基礎的なことを喧々諤々の議論．
・「行間を読む」力．
・輪講での議論が，その後の研究者人生の礎に．
・中々教科書には書かれていない行間の議論を，書籍に反映されたと日野先生より聞きました．

自己紹介（4）博士論文
土木で扱う混相流場

テーマ：
新しい計算手法に基づく混相乱流LESの開発と複雑混相乱流解析への応用✓粒子運動の素過程を反映✓計算負荷を軽減✓複雑な乱流運動にも対応
気象庁
HP

橋
脚

橋脚周辺
局所洗堀

（分散相）粒子運動：
オイラー的手法＋ラグランジュ的手法
固液（気液）二相乱流モデルの開発
シートフロー
Flow

超多粒子系が対象
理科大異動後は基礎水理研究を継続せず

理科大異動後：河川と海をつなぐ環境研究「環境水理学」教科書作成
1章 主査
主査
2章
3章

主査

4章 主査
主査

5章

主査

6章

二瓶
矢野竹林
湯浅
矢島新谷
宮本竹林
横山赤松
井芹泰雄
真一郎
洋史
岳史
啓
哲也
仁志
洋史
勝英
良久
寧

井上徹教

今村正裕

土屋

十圀

二瓶
宮本
湯浅
土屋泰雄
仁志
岳史
十圀

大石

哲也

櫻井寿之

角二瓶
宮本哲也
泰雄
仁志

環境水理部会所属

東京理科大学 理工学部土木工学科
九州大学 大学院工学研究院環境社会部門
京都大学 防災研究所流域災害研究センター
パシフィックコンサルタンツ（株） 経営企画部
鳥取大学 大学院工学研究科社会基盤工学専攻
首都大学東京 都市環境学部都市基盤環境コース
芝浦工業大学 工学部土木工学科
既出
首都大学東京 都市環境学部都市基盤環境コース
山口大学 大学院理工学研究科社会建設工学専攻
西日本技術開発㈱ 環境部（独）港湾空港技術研究所 海洋情報・津波研究領域海洋環境情報研究チーム（一財）電力中央研究所 企画グループ
中央大学 理工学研究所・大学院都市環境学専攻・
国際水環学分野
既出
既出
既出
既出（独）土木研究所 水環境研究グループ自然共生研
究センター
国土交通省 国土技術政策総合研究所 河川研究部
大規模河川構造物研究室
京都大学 防災研究所水資源環境研究センター
既出
既出

所属は出版時のもの

流域～河川～湖沼・内湾を俯瞰的な視点で見る

基礎研究再開のきっかけ(1)日野幹雄先生
特別セッション「水工学・水理学のレジェンドに聞く！」
セッション 1 11 月 4 日（水）15:15～16:30
講演：日野 幹雄 先生（東京工業大学 名誉教授）「最近の乱流研究が教えること」
司会：福岡 捷二 先生（中央大学研究開発機構 教授）

2020年4月刊行1152ページの大著

基礎研究再開のきっかけ(2)福岡捷二先生
非静水圧準三次元解析法（Q3DFEBS）の開発と応用（竹村・福岡，2019）1）
Quasi-3D model considering Flow
Equations on Boundary Surfaces
基礎研究と応用研究をリンク
R2年7月球磨川洪水への適用（総延長99kmの準三次元・非静水圧・河床変動計算）2）

1）竹村 吉晴, 福岡 捷二：波状跳水・完全跳水及びその減勢区間における境界面（水面・底面）上の流れの方程式を用いた非静水圧準三次元解析（Q3D-FEBS），土木学会論文集B1（水工学），Vol. 75，No. 1，pp.61-80，2019．
2）田端幸輔，後藤岳久，竹村吉晴，酒匂一樹，福岡捷二：令和2年7月球磨川豪雨における洪水流と氾濫流の一体解析による人吉市街地と狭隘区間の集落の被害分析，河川技術論文集，Vol.27，pp.597-602，2021．

水工学で扱う空間スケール
単位：m

土砂1粒（～10-3）水深（～100）
川幅（～102 ）リーチ（102～104）
流域（～105）
地球規模(107）

10-3m～107mの1010と対象の幅が極めて広い
10-2

知花・原田（2015）1）より

106

単位：m
1)知花武佳・原田 守啓：河川におけるマクロスケールの現象を大局的に捉えるアプローチの有効性，応用生態工学，
18(1)， pp.47-52，2015．

水理学（水工学）と流体力学の関係
3D

ナビエ・ストークス方程式/DNS

RANS
LES（計算機資源が豊かな）現代

三次元解析

流体力学

次
元

準三次元解析
平面二次
元解析

2D（計算機資源の乏しい）過去

準二次元解析

水理学
１D
ほぼない（小）近似程度（対象スケール）

１D不定流，不等流解析

水文学
Kinematic wave
Diffusion wave

大（大）✓水工学ではNS方程式のみで解析可能な範囲は現代でも極めて限定的✓数値水理解析モデルの工夫の見せ所✓様々な研究者が，多くの解析モデルの開発・改良を行うことが望ましい．

数値水理解析モデルの必要条件✓モデル上の仮定を少なくし，流体（粒子）運動の素過程を反映．
→（安易に）簡便なモデル化に走らない✓数値計算負荷を減らす工夫を実施．
✓実務への適用を念頭．幅広い研究者・技術者に使用．
局所スケール

土砂1粒（～10-3）水深（～100）

川幅（～102 ）河川・氾濫流スケール

リーチ（102～104）

流域スケール

流域（～105）

２-1）局所スケール

河川橋脚周辺の局所洗堀に関する混相乱流LES解析☆発表内容を構成する論文① Inoue, T., Hirotsugu, Y., Kashiwada, J., and Nihei, Y.: Interaction between horseshoe vortex
structure and sediment transport around a river rectangular pier by using a solid-liquid two-phaseturbulent LES model, International Journal of Multiphase Flow（to be submitted）．
② 井上隆・二瓶泰雄：微細土砂の巻き上げが鉛直噴流の渦構造に及ぼす影響～固液混相乱
流シミュレーションによる検討～，土木学会論文集，Vol.81，2024（投稿中）.

研究実施者: 学振特別研究員PD井上隆

２-2）河川・氾濫流スケール

2D＆3Dハイブリッド流動モデル（ Hy2-3Dモデル ）の開発とR2年7月球磨川洪水への適用☆発表内容を構成する主な論文
 二瓶泰雄，加藤祐一，佐藤慶太：広域河川流計算のための新たな三次元流動モデルの開発と洪水流計算への応用．土木学会論文集，803号，pp..115-131，2005．
 Kubota, R., Kashiwada, J. and Nihei, Y.：Subgrid Model of Fluid Force Acting on Buildings for
Three-Dimensional Flood Inundation Simulations．Water, 15(17), 3166, 2023.
 窪田利久，柏田仁，鎌田直樹，田中衛，二瓶泰雄：三次元解析に基づく令和二年球磨川洪水の複断面的蛇行流特性と橋梁抵抗影響の検討，土木学会論文集，Vol.81，2024（投稿中）.

研究実施者：助教 柏田仁，博士1年 窪田利久

２-３）流域スケール

流域治水対策評価に向けた水文・水理結合モデルの開発と応用☆発表内容を構成する主な論文
 T. Ito, J. Kashiwada, Y. Nihei: Evaluating the influence of small-valley topography on runoff
processes and river hydraulics using a coupled rainfall–runoff–inundation and river-flow model,
Journal of Flood Risk Management, 2024 (submitted).
 大塚竜太朗，伊藤毅彦，柏田仁，田中衛，二瓶泰雄：令和5年台風13号による千葉県一宮川流域における洪水氾濫状況の実態解明，土木学会論文集，Vol.81，2024（投稿中）．
 三井望，大見侑太郎，柏田仁，窪田利久，伊藤毅彦，田中衛，二瓶泰雄：降雨流出解析法と河川・氾濫流用平面二次元解析法の融合（RRI-RF2D）モデルの開と応用，土木学会論文集，
Vol.81，2024（投稿中）．

研究実施者：M2 大塚竜太朗

M1 三井望おわりに砂粒一つから流域治水にわたる様々なスケールの数値水理解析モデルの開発～多様な基礎研究による“持続可能な水工技術の開発”を目指して～

避難

研究者・
技術者教育

具体例（大学）公助

公（教）育学会，シンポジウム，セミナー

共助

共（教）育

大学間合同ゼミ，共同研究

自助

自（教）育各大学，各研究室

共①

育https://sfuku.r.chuo-u.ac.jp/top/sfuku/study.php

中大・福岡先生，山田先生や若手研究者が対面で集い，学生の発表について議論（月一回）②水理解析勉強会
広島大，山口大，北大，岐阜大，理科大等の若手研究者と学生が集い，学生数名が発表（主にzoom，月一回）

ご清聴ありがとうございました．
ご質問等がある場合は，以下にご連絡ください．
E-mail:nihei@rs.tus.ac.jp