hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セミサブ浮体のVIM現象解明と評価法に関する研究

我が国の海洋資源開発において、セミサブ浮体の開発は重要な要素である。その際、係留設計や安全性確保の観点から浮体のVIM(渦励起動揺)を十分に把握する必要があるが、現状、模型試験を行う以外、推定・評価する手段がない。さらにVIMを引き起こす流れの剥離現象は、模型スケールに依存するため、模型尺度影響(レイノルズ数影響)についても十分配慮する必要がある。そこで、大型、小型および様々な形状の模型を使ったVIM計測試験を実施することで、VIM現象とレイノルズ数の関係を明らかにすると共に、セミサブ浮体等を対象としてそれらの影響を考慮したVIM評価手法を提案した。本研究では、セミサブ浮体のVIM現象究明と浮体設計段階で想定海域が与えられた場合に有効となるセミサブVIM評価法の検討を行うこととしているが、1年目の対応として大型セミサブ模型を使用し、高レイノルズ数域でのVIM計測試験を実施した。具体的には、他研究機関において試験が困難な規模である5m長さ・幅の大型セミサブ模型(コラム形状は円筒型、コラム直径1m、喫水0.7m、排水量2.4ton)を製作し、当研究所400m水槽にて潮流を模擬した曳航試験を実施した。曳航速度は0.10.5m/s(想定実機での潮流換算0.39m/s1.94m/s)で試験を行い、コラム単体との定性的、定量的VIM振幅の差異を明らかにした。また、コラム中心間距離を2.5m及び4mの2パターン設定し、コラム間隔の影響調査を行った。潮流速がある閾値以上になると渦の相互干渉によりVIMの発生振幅に影響を及ぼすことが明らかになった。当初、試験レイノルズ数としては10の6乗レベルを目指したが、曳航抵抗や運用上の制約から10の5乗半ばでの試験となった。また、コラム間隔のみならずロワーハルの影響調査も念頭においていたが、予算、試験実施の制約から断念せざるを得なかった。本件については、次年度実施する小型模型を使った試験の中で調査を行いたい。以上、得られた結果を参考にしながら、セミサブ浮体のVIM評価法について、文献調査も合わせて検討を行っている。その一方で海洋構造物係留索の疲労安全性に関連し、VIM影響評価法の検討を行い、日本船舶海洋工学会論文集に投稿、掲載された。本年実施した試験の検討結果は、次年度の公表を予定している。さらに、当研究所関係者とも協力し、ISOの海洋構造物関係規定検討WGにおいて、当所で提案した波浪中における海洋構造物のVIM評価法について協議を行い、ISO基準として規定化される方向にある。本研究では、セミサブ浮体のVIM現象究明と浮体設計段階で想定海域が与えられた場合に有効となるセミサブVIM評価法の検討を行うこととしており、1年目の対応として大型セミサブ模型を使用し、高レイノルズ数域でのVIM計測試験を実施した。2年目に当たるH27年度は、同じ大型模型を使ったVIM試験と相似形の小型模型を使ったVIM試験の両者を海上技術安全研究所海洋構造物試験水槽において実施し、VIM現象に及ぼすレイノルズ数影響を明らかにした。また、様々な小型セミサブ模型を用い、コラム間隔、喫水、ロワーハルの影響を調査し、浮体形状とVIM発生傾向との関係を明らかにした。研究成果の公表に関して、セミサブ浮体の基本形状の1つである単円筒型浮体のVIMに関して推定方法を新たに提案し、セミサブ浮体のVIM評価法の足がかりを得た。また、大型セミサブ模型のVIM特性を単円筒型浮体の結果と比較し、その差異を示しながら、セミサブ浮体のVIM特性を示した。大型模型を使った今回のような試験は、世界的にも初めての試みである。さらに、コラム間隔影響を簡易に評価する算定式を提案した。現状まで、単円筒型浮体のVIM特性評価、単円筒で構成されたセミサブ浮体のVIM傾向を明らかにした段階まで研究は進んでいる。今後は、H27年度に得られた小型模型の試験結果を活用し、レイノルズ数影響の表現、さらにロワーハルも含めたセミサブ浮体のVIM評価法の検討を行うこととしている。さらに、引き続きの検討として当研究所関係者とも協力し、ISOの海洋構造物関係規定検討WGにおいて、当所で提案した波浪中における海洋構造物のVIM評価法について協議を行い、ISO基準として規定化されるよう対応を行う方針である。H27年度は、大型模型(コラム形状は円筒型、コラム直径1m、喫水0.7m、排水量2.4ton)を使ったVIM試験と相似形の小型模型(大型模型の1/5サイズ)を使ったVIM試験の両者を海上技術安全研究所海洋構造物試験水槽において実施し、VIM現象に及ぼすレイノルズ数影響を明らかにした。海洋構造物試験水槽の試験では、想定したよりも潮流速が発生せず、大型模型の試験では相対的に中速域の試験に留まった(ただし、換算流速(VT/D、V:流速、T:模型を拘束する係留システムの固有周期、D:模型の代表径(ここではコラム直径))で12までは試験を実施)。限定された試験結果ではあるが、前回実施した海上技術安全研究所400m水槽試験結果とも合わせて考察を行っていきたい。

これらの成果については、今年度、論文発表等を通じて、成果公表の予定である。研究項目の1つとして位置づけていたセミサブ浮体の波浪中VIM現象の解明については、研究担当者が従前に実施した単円筒型浮体の波浪影響と同様の傾向(相対的に小さな換算流速でVIMが発生を始める)が得られるとの感触を得たが、セミサブ浮体のVIM現象自体が単円筒型浮体に比べて相対的に小さいこと、さらに水槽で発生させた流れの乱れが大きく、明快にその現象を示すに到らなかった。本件については(今後研究が行われた際の)引き続きの対応とさせていただきたい。昨年度発表を行った内容も含め、現状までに5本の論文発表を行っている(内、査読付き論文3本)。引き続き有効な成果公表を行っていきたい。本研究では、セミサブ浮体のVIM現象究明と浮体設計段階で想定海域が与えられた場合に有効となるセミサブVIM評価法の検討を行うこととしており、1年目の対応として大型セミサブ模型を使用し、高レイノルズ数域でのVIM計測試験を実施した。2年目に当たるH27年度は、同じ大型模型を使ったVIM試験と相似形の小型模型を使ったVIM試験の両者を海上技術安全研究所海洋構造物試験水槽において実施し、VIM現象に及ぼすレイノルズ数影響を明らかにした。また、様々な小型セミサブ模型を用い、コラム間隔、喫水、ロワーハルの影響を調査し、浮体形状とVIM発生傾向との関係を明らかにした。3年目のH28年度は、前年までの研究成果を取りまとめ、成果公表に努めた。研究成果の公表に関して、セミサブ浮体の基本形状の1つである単円筒型浮体のVIMに関して推定方法を新たに提案し、セミサブ浮体のVIM評価法の足がかりを得た。主の変位となる流れに直交したTransverse方向、およびIn-line方向の時間領域VIM推定手法を提案した。また、大型セミサブ模型のVIM特性を単円筒型浮体の結果と比較し、その差異を示しながら、セミサブ浮体のVIM特性を示した。大型模型を使った今回のような試験は、世界的にも初めての試みである。さらに、コラム間隔影響やロワーハル影響を簡易に評価する算定式を提案した。成果活用の観点から当研究所関係者とも協力し、ISOの海洋構造物関係規定検討WGにおいて、当所で提案した波浪中における海洋構造物のVIM評価法について協議を行い、ISO基準として規定化されるよう対応を行ってきた。ただし、本件に関しては、国際的動向の影響を受け、継続審議となっている。我が国の海洋資源開発において、セミサブ浮体の開発は重要な要素である。その際、係留設計や安全性確保の観点から浮体のVIM(渦励起動揺)を十分に把握する必要があるが、現状、模型試験を行う以外、推定・評価する手段がない。さらにVIMを引き起こす流れの剥離現象は、模型スケールに依存するため、模型尺度影響(レイノルズ数影響)についても十分配慮する必要がある。そこで、大型、小型および様々な形状の模型を使ったVIM計測試験を実施することで、VIM現象とレイノルズ数の関係を明らかにすると共に、セミサブ浮体等を対象としてそれらの影響を考慮したVIM評価手法を提案した。当初予定の大型模型を使用したセミサブ浮体のVIM現象を把握し、1年目としてはほぼ予定通り進捗している。ただし、先にも述べたが当初予定した試験レイノルズ数からやや下回った所で試験実施せざるを得なかった点、また、ロワーハルの影響調査が遅れている点が懸案事項として存在するが、平成27年度に実施を予定している水槽試験の中で対応していきたいと考えている。
インドネシアの森林火災による大気エアロゾル粒子の気候影響に関する観測的研究

本研究では,「降水活動が活発な熱帯西太平洋に位置するPalau共和国において大気エアロゾル粒子と降水粒子の長期的な連続観測を行い,衛星観測から得られたデータも組み合わせながら,インドネシアの森林火災を起源とする大気エアロゾル粒子の,熱帯海洋上における雲・降水の特性に与える影響について明らかにする」ことを目的としている。4年計画の2年目として,A.「昨年度に改修したPalau共和国のライダー装置を用いて,大気エアロゾル粒子と降水粒子の試験的な連続観測を実施した」,B.「昨年度に開発した雲のトラッキングアルゴリズムを用いて,Palau域の上層雲の変動特性について調べた」。A.に関して,6月にPalau共和国を訪問して自動気象観測測器,降水粒子観測測器のメンテナンスを行うと共に,メインの観測測器であるライダーを用いた試験的な連続観測を実施した。特に,停電対策を行ったライダーに関しては,2回目の訪問の10月までに無人のまま約3ヶ月のデータ取得が確認できた。データを持ち帰って品質確認したところ,532nmの後方散乱強度と偏光解消度のノイズレベルが,上層で大きいことと,ラマン散乱の受光調整がうまくいっていないことが明らかになった。中下層に着目する限りは,深刻な問題にはならないことは確認したが,ノイズレベルの低減は今年度の課題である。B.に関して,昨年度開発した「雲」(適当な閾値を下回る輝度温度の連続領域)のトラッキングアルゴリズムを開発し,Palau域の上層雲の変動特性について調べた。上層雲に関しては,比較的小さなシステム数に関しては日周期,中ぐらいのシステム数に関しては半日周期,大きなシステム数に関しては弱い日周期を示すことが明らかになった。また上記2項に加えて,国際学会において近傍域で航空機を用いた国際観測を計画しているグループと意見交換をおこない,研究をアピールした。本研究課題は4年間の観測実施計画を持ち,2年目終了までに「Palau共和国の観測測器の改造と整備を行い,無人で安定に稼働できる測器(降水粒子観測測器,AWS)の連続観測を開始する」と共に,「Palau共和国付近の雲の変動特性について衛星データを用いて整理する」という計画である。無人の長期連続観測により,インドネシアの乾季を含む西風卓越期(6月10月)において,その大半をカバーする100日程度のデータは取得できたため観測部分に関しては計画通りに進んでいる(前項「研究実績の概要」に記載のライダー観測データのノイズレベルの低減については,次項「今後の研究の推進方策」参照)。研究部分に関しても,「エアロゾル種別判別のアルゴリズム開発」はほぼ完了して,昨年度取得したデータの処理中である。まだ初期解析段階ではあるが,約100日間の観測データの中に4ー5例(トータルで10日程度)のエアロゾル飛来事例を確認しており,解析作業も順調に進んでいる。また「雲のトラッキングアルゴリズムを用いた,熱帯海洋上における雲・降水の変動特性に関する研究」においても,上層雲に関して大きさによって異なる変動特性を明らかにし,研究成果を国内外の研究会・学会において発表しており,こちらも順調と考える。前項のように,本研究課題は「おおむね順調に進展している」ことから,当初の計画通り下記の4項目に取り組んでいく。(1)昨年度に引き続き,インドネシアの乾季を含む西風卓越期(6月10月)において,降水粒子観測測器,AWS,多波長ライダーを含めた全観測を実施する。Palau共和国の訪問の際には,前項「研究実績の概要」に記載のライダー観測データのノイズレベルの低減に向けたアンプ装置の改修も計画している。ただし,少なくとも中下層に着目する限りは大きな問題とはならないことから,改修の状況に関わらずライダーによる無人観測は続ける。また降水粒子観測測器とAWSに関しては,その時点で得られた全データを回収する。(2)得られた観測データを用いて大気エアロゾル粒子や降水粒子の物理特性の解析を続ける。特に昨年度の観測データに見られた,4ー5例(トータルで10日程度)のエアロゾル飛来事例に着目する。ここでは,地上観測を用いた大気エアロゾル粒子や降水特性に関する解析に取り組むと共に,衛星観測データを統合して,インドネシアの森林火災を起源とする大気エアロゾル粒子の,熱帯海洋上における雲・降水の特性に与える影響について明らかにしていく予定である。(3)昨年度の研究活動によって明らかになったPalau域の上層雲の変動特性について,投稿論文の形でまとめると共に,その他の研究成果も積極的に公表する。(4)アメリカ海軍を中心とした研究グループでは,フィリピンの国内において,人為起源エアロゾルの性質,雲・降水への影響を明らかにすることを目的とした,航空機集中観測Camp2exを計画している。本研究課題で行うPalau域での観測は,西風期には彼らの観測の下流にあたるため,研究の相互協力は本研究課題を大きく発展させる可能性がある。Camp2exの研究者と相互協力の可能性について議論する予定である。本研究では,「降水活動が活発な熱帯西太平洋に位置するPalau共和国において大気エアロゾル粒子と降水粒子の長期的な連続観測を行い,衛星観測から得られたデータも組み合わせながら,インドネシアの森林火災を起源とする大気エアロゾル粒子の、熱帯海洋上における雲・降水の特性に与える影響について明らかにする」ことを目的としている。4年計画の1年目として、A.「Palau共和国における大気エアロゾル粒子と降水粒子の長期的な連続観測を実施するための測器の改良」、B.「衛星観測から大気エアロゾル粒子の、熱帯海洋上における雲・降水の特性に与える影響を見積もるための、雲のトラッキングアルゴリズムの開発」を行った。

A.に関して、自動気象観測測器(AWS)、降水粒子観測測器のメンテナンスを行うと共に、メインの観測測器であるライダーの改良と、それを用いた長期連続観測に向けた停電対策を行った。ライダーの改良に関しては、エアロゾルの種別を精度よく特定することを目的に、元々の波長532nmと1064nmの送・受信機能に加えて,波長355nmの送受信機能と355nmに対応する窒素ラマン散乱(波長387nm)と水蒸気ラマン散乱(波長408nm)の受信機能を加えた。停電への対応に関しては、2台のノートパソコンを持ち込み、観測プログラムをそれぞれ定期的に監視させることで冗長性を持たせた。B.に関して、ひまわり8号の10分枚の半球の赤外画像を用いて、南北ー東西方向に連続した適当な閾値を下回る輝度温度に対して「雲」を定義し、それを発生から消滅まで追いかけるプログラムの作成を行った。2015年の11月のデータを用いて、作成したプログラムを実行し、想定通りの動作が出来ていることを確認した。本研究課題は4年間の観測実施計画を持ち、1年目と2年目の計画はそれぞれ、(1年目)「Palau共和国の観測測器の改造と整備を行い,無人で安定に稼働できる測器(降水粒子観測測器,AWS)の連続観測を開始する」。(2年目)「インドネシアの乾季を含む西風卓越期(6月10月)において,多波長ライダー(とX-bandの降水レーダ)を含めた全観測を実施する」となっている。1年目に関しては、本研究と相乗的な効果をもたらすと期待されたX-bandの降水レーダに若干のトラブルがあったものの、その他の観測測器に関しては、無人の長期連続観測の体制が、ほぼ整った(降水粒子観測測器とAWSについては、メンテナンス後、連続観測を既に実施中)。2年目の観測に向けて、多波長ライダーの最終調整に必要な部品の購入手続きも進んでいることから、観測部分に関しては計画通りに進んでいる。研究部分に関しても、「エアロゾル種別判別のアルゴリズム開発」、「衛星観測から大気エアロゾル粒子の、熱帯海洋上における雲・降水の特性に与える影響を見積もるための、雲のトラッキングアルゴリズムの開発」などを行っており、こちらも順調に進展している。更には、国際的に著名な研究者を招いての国際研究会を開催した。以上から、本研究課題の進捗状況は「おおむね順調に進展している」と判断した。本研究では,「降水活動が活発な熱帯西太平洋に位置するPalau共和国において大気エアロゾル粒子と降水粒子の長期的な連続観測を行い,衛星観測から得られたデータも組み合わせながら,インドネシアの森林火災を起源とする大気エアロゾル粒子の,熱帯海洋上における雲・降水の特性に与える影響について明らかにする」ことを目的としている。4年計画の2年目として,A.「昨年度に改修したPalau共和国のライダー装置を用いて,大気エアロゾル粒子と降水粒子の試験的な連続観測を実施した」,B.「昨年度に開発した雲のトラッキングアルゴリズムを用いて,Palau域の上層雲の変動特性について調べた」。
空間平均理論による粗面乱流輸送機構の解明と壁面摩擦抵抗の予測に向けての革新的研究

本年度は,粗面を代表とするパラメータである根二乗粗さ高さ・ひずみ度の異なる粗面を数値的に作成し,格子ボルツマン法を用いた直接的な乱流数値解析を行った.解析は,前年度に行ったものに加えて,レイノルズ数を上げた解析を行い,より多くのデータを取得した.得られた解析結果を用いて,根二乗粗さ高さ・ひずみ度が乱流摩擦抵抗に与える影響と摩擦抵抗の増大メカニズムを,空間平均・レイノルズ平均理論を用いて明らかにした.さらに,これらの粗面パラメータを用いて乱流摩擦抵抗を予測する代数式を開発し,既往の代数式に比べて高い予測精度を有することを確認した.開発した代数式の適用範囲をさらに広げるために,粗面要素の平均波長に着目し,平均波長を様々に変えた粗面を数値的に生成し,同様の直接数値解析を実施した.その結果,根二乗粗さ高さ・ひずみ度に加えて粗面の平均波長も乱流摩擦抵抗に大きく寄与するパラメータの1つになりうることを確認した.粗面に生じる乱流摩擦抵抗を予測する代数式を開発するいっぽうで,本年度はこれまでに取得した直接数値解析のデータを用いて,粗面乱流を低いコストで予測することができる空間平均・レイノルズ平均(2重平均)乱流モデルを構築した.開発したモデルは,これまでに実施した直接数値解析データに加えて,既往の実験データと照らし合わせることでモデル評価を行った.その結果,開発した乱流モデルは様々な形態の粗面に対しても汎用的に乱流摩擦抵抗の予測が可能であることを確認した.本年度は,前年度に引き続き,粗面を代表とするパラメータである根二乗粗さ高さ・ひずみ度の異なる粗面を用いて直接的な数値解析を行い,解析結果を基に乱流摩擦抵抗を簡単に予測するための代数式を開発した.また,代数式の汎用性を広げるために,粗面の重要な構造パラメータの1であると報告されている粗面要素の波長に着目し,粗面要素の平均波長を様々に変えた粗面を作成し,大規模直接数値解析を進めている.粗面の摩擦抵抗を簡便に予測するための代数式の開発は,当初の計画通りに進められている.代数式の開発と同時に,粗面乱流を予測するために空間平均モデルの開発も進行しており,前年度に構築したモデルの詳細な評価を行った.また,当初の研究計画通りに,空間平均に加えてレイノルズ平均の2重の統計操作を行う工学的な乱流モデルの構築を行った.これまでに蓄積した直接数値解析データを基に,開発した乱流モデルの基礎的な妥当性の検証を完了させた.数値的に作成した粗面を用いた評価の他に,実際の粗面を用いた既往の実験データを用いて,開発モデルのさらなる評価を行うなど,当初の研究計画を大きく上回るペースで研究を進めることができている.次年度は,粗面の重要な構造パラメータの1であると報告されている粗面要素の波長に着目して,粗面要素の平均波長を様々に変えた粗面を作成し,直接的な大規模数値解析を実施する.得られた数値解析データを持ちいて,流摩擦抵抗を簡単に予測するための代数式のさらなる改良を目指す.また,本年度に開発した空間平均・レイノルズ平均理論に立脚した工学的な乱流モデルの汎用性を広げ,さらなる精度向上を目指し,モデルのさらなる評価を進める.具体的には,比較的レイノルズ数の低い領域である遷移粗面領域の乱流に対するモデル評価と,これまでの評価した粗面とは異なる構造を持つ粗面での評価を進める.さらに,次年度では,タブレット端末・スマートフォンなどを用いて高速かつ簡単な解析の実行を目的として,開発モデルを簡素化し,計算コストのさらなる削減を目指す.具体的には,本研究で開発した乱流モデルのベースとなる乱流モデルをより低次なモデルへと変更し,より少ない演算で解析可能な乱流モデルの開発を進める.粗面に生じる摩擦抵抗と粗面構造との関連性を調べるために,格子ボルツマンGPUーCPU並列計算プログラムを用いて,複雑粗面乱流の直接数値解析を実施した.粗面を代表するパラメータである根二乗粗さ高さ・ひずみ度を変化させて数値的に生成した不規則粗面と,塗料粗面の2つのタイプの粗面を用いた解析を行った.解析はD3Q27多緩和時間格子ボルツマン法と不均衡局所細密格子法を組み合わせて行った.基本的な乱流統計量である平均速度分布・レイノルズ応力分布のデータに関して,過去に実験的に計測されたデータと見比べて,得られたデータの妥当性の検証を行った後,空間平均運動量式・乱流方程式の収支解析を行った.その結果,根二乗粗さ高さの増大とともに粗面に生じる圧力抵抗が増大し,摩擦抵抗は増大することが確認された.また,ひずみ度が負から正に変化すると,乱れの生成がより活発になり,摩擦抵抗が増大することが分かった.これらの傾向をもとに摩擦抵抗を予測する相関式の構築を行い,文献データとの比較を行ったところ,複雑な構造を有する実在粗面においても予測式の有用性が確認された.また,粗面上部の流動を低コストに予測する粗面モデルの構築を試みた.空間平均理論を用いて,粗面が存在することによって生じる運動量式の付加項を導出し,粗面によって生じる圧力抵抗を粗面領域の空隙率・等価直径によってモデル化した.構築したモデルの解析結果を直接数値解析の結果と比較し,モデルは粗面乱流の特徴をよく再現できることを確認した.

また,乱流方程式の収支解析を行うことで,構築したモデルが実際の物理現象をどのように再現するのかを明らかにした.本年度は格子ボルツマンGPUーCPU並列プログラムを用いて,複雑粗面乱流の直接数値解析を実施し,粗面を代表するパラメータである根二乗粗さ高さ・ひずみ度などの粗面パラメータと乱流摩擦抵抗の関連性の調査を行うことが当初の計画であった.これらの解析はその大半を終えることができ,乱流や運動量輸送解析などの詳細な解析も実行することができた.さらに,実在粗面を扱う解析・高レイノルズ数解析も進めることで,より複雑な構造を有する実在粗面に関する議論を進めるができ,今後のモデル開発のために多くのデータを蓄積することができた.また,これらのデータを用いて,空間平均理論を用いた粗面モデルの開発(当初の計画では平成30年度以降の課題)を進め,モデルの暫定的な構築をおこなった.構築したモデルは,限られた粗面に対してでしか評価は行えていないものの,モデルは十分な予測精度を持っていることを確認した.上記の理由からも,本年度に得られた成果は当初の計画以上であると言える.本年度は,粗面を代表とするパラメータである根二乗粗さ高さ・ひずみ度の異なる粗面を数値的に作成し,格子ボルツマン法を用いた直接的な乱流数値解析を行った.解析は,前年度に行ったものに加えて,レイノルズ数を上げた解析を行い,より多くのデータを取得した.得られた解析結果を用いて,根二乗粗さ高さ・ひずみ度が乱流摩擦抵抗に与える影響と摩擦抵抗の増大メカニズムを,空間平均・レイノルズ平均理論を用いて明らかにした.さらに,これらの粗面パラメータを用いて乱流摩擦抵抗を予測する代数式を開発し,既往の代数式に比べて高い予測精度を有することを確認した.開発した代数式の適用範囲をさらに広げるために,粗面要素の平均波長に着目し,平均波長を様々に変えた粗面を数値的に生成し,同様の直接数値解析を実施した.その結果,根二乗粗さ高さ・ひずみ度に加えて粗面の平均波長も乱流摩擦抵抗に大きく寄与するパラメータの1つになりうることを確認した.粗面に生じる乱流摩擦抵抗を予測する代数式を開発するいっぽうで,本年度はこれまでに取得した直接数値解析のデータを用いて,粗面乱流を低いコストで予測することができる空間平均・レイノルズ平均(2重平均)乱流モデルを構築した.開発したモデルは,これまでに実施した直接数値解析データに加えて,既往の実験データと照らし合わせることでモデル評価を行った.その結果,開発した乱流モデルは様々な形態の粗面に対しても汎用的に乱流摩擦抵抗の予測が可能であることを確認した.本年度は,前年度に引き続き,粗面を代表とするパラメータである根二乗粗さ高さ・ひずみ度の異なる粗面を用いて直接的な数値解析を行い,解析結果を基に乱流摩擦抵抗を簡単に予測するための代数式を開発した.また,代数式の汎用性を広げるために,粗面の重要な構造パラメータの1であると報告されている粗面要素の波長に着目し,粗面要素の平均波長を様々に変えた粗面を作成し,大規模直接数値解析を進めている.粗面の摩擦抵抗を簡便に予測するための代数式の開発は,当初の計画通りに進められている.代数式の開発と同時に,粗面乱流を予測するために空間平均モデルの開発も進行しており,前年度に構築したモデルの詳細な評価を行った.また,当初の研究計画通りに,空間平均に加えてレイノルズ平均の2重の統計操作を行う工学的な乱流モデルの構築を行った.これまでに蓄積した直接数値解析データを基に,開発した乱流モデルの基礎的な妥当性の検証を完了させた.数値的に作成した粗面を用いた評価の他に,実際の粗面を用いた既往の実験データを用いて,開発モデルのさらなる評価を行うなど,当初の研究計画を大きく上回るペースで研究を進めることができている.
キリマンジャロの農家経済経営と農村発展:フェア・トレードの役割

キリマンジャロの農家経済経営は、利益追求を経営目標とする「男性産物」部門と、家計安全保障を経営目標とする「女性産物」部門に2区分される。コーヒーは最重要な「男性産物」である。そして特に、コーヒー販売収入が教育経費を満たされないと、生産者の貧困感が高まる。コーヒーのフェア・トレードの最大の役割は、この教育経費の保障であるが、「女性産物」の家計安全保障(特に収穫・食料の安全保障)の役割が弱体化しないよう配慮して、プロジェクトを進めるべきである。キリマンジャロの小農民は、コーヒー、バナナ、トウモロコシ、芋類、豆類、果物類などの栽培と、牛、やぎ、ニワトリなどの飼養を営んでいる。これらの農畜産物は「男性産物」と「女性産物」に2区分される。両者を分かつのは、特に販売代金の支出費目と経営目標の違いである。バナナや牛乳をはじめとする「女性産物」については、女性が主体的に販売できる。自家消費(農産物家計仕向→家族)と少額の現金収入のための農畜産物である。その販売代金は、農畜産物や日用品の購入のために、すなわち生活必需品費(純収益→家計費→商品・サービス→家族)として支出される。つまり最低限の家計水準を維持する家計安全保障が、「女性産物」部門の経営目標となる。コーヒーやトウモロコシをはじめとする「男性産物」の販売は、多額の現金収入につながる。そしてその販売代金は、農業経営費(純収益→資本→農業経営)と家屋建設費(純収益→財産)に加え、家計費の中の教育・医療費(純収益→家計費→商品・サービス→家族)として支出される。それらから医療費を除いた費用を、村民は「進歩・開発」のための資金だととらえており、そのため「男性産物」を、開発や利益の追求のための農畜産物だと位置付けている。さらにそれらを差し引いても現金残高がある場合、拡大家族の間の相互扶助システムや、村・教会が主導する社会開発プロジェクトが支出先となる。つまり開発・利益追求が「男性産物」部門の経営目標となる。現金現物日記帳を集計した結果、キリマンジャロの農家経済経営の構造を、下記のように量的に把握することができた。K兼業農家の当年度の粗所得は1,265,150Tshs、所得的失費は323,800Tshsであり、差し引き941,350Tshsが農家所得である。しかし家計費は1,455,960Tshsのため、514,610Tshsもの損失が生じている。ところが、仕事を持つ息子・娘たちから寄付金(515,000Tshs)が頻繁に提供され、その損失を補填している。コーヒーが凶作のため、男性産物販売額(121,700Tshs)よりも女性産物販売額(152,250Tshs)の方が多いという異常な年度である。家計仕向けは196,700Tshsであり、飲食費全体(499,380+196,700Tshs)の28.3%を占めるに過ぎない。しかし穀物(バナナを含む)だけに限定すると、その主食自給率は65.6%と高くなる。その他、農家所得に占める農業所得の割合15.6%、農業所得による家計費充足率10.1%、エンゲル係数31.5%と、意外と低い数値になっている。家族1人当たり1日当たり家計費は997.2Tshs(0.95US$)であり、1人当たり1日1ドルの消費という絶対的貧困ラインを下回っている。T準専業農家の場合はもちろん、農家所得に占める農業所得の割合68.8%、農業所得による家計費充足率65.8%、飲食費自給率60.8%、主食自給率88.5%と、農業への依存度が高くなる。しかしその場合、コーヒーの凶作もあって、家族1人当たり1日当たり家計費が371.9Tshs(0.35US$)となり、より貧困度合が増してしまう。以上のように、コーヒーをはじめとする「男性産物」販売代金の家計内での支出のされ方については、把握が困難な年度であるが、逆に最低限の家計水準を維持する、つまり家計安全保障のための、拡大家族間の相互扶助システムや女性産物の重要性をより詳細に確認できた。コーヒーのフェア・トレード(FLOの国際認証制度)は、最低輸出価格保障とフェアトレード・プレミアム支払の2つの手段で生産者の利益を増やそうとするため、その影響・役割を理解するためには、(1)価格保障と(2)プレミアム支払の、それぞれの影響分析が求められる。まず(1)についてルカニ村においては、コーヒーの販売代金が、農業経営費、家屋建設費、教育・医療費として支出されることから、それらへの最低限の支出額が保障されることになる。2000年代前半までのコーヒー価格の低迷の結果、特に教育費を捻出できなくなったことが、多くの村民にとっての「貧困」となった。

そのためフェア・トレードは現在、十分な教育費を確保する役割を帯びている。次に(2)について、プレミアムは産地の社会開発の経費として利用される。ルカニ村・フェアトレード・プロジェクトの場合は、図書館の建設、保育園の教材購入、コーヒー苗木(無農薬生産可能)の購入、中学校の建設などの経費として支出されている。価格保障同様、教育水準の引き上げの役割を担っている。アマルティア・センは、ある個人が自らにとって望ましい生き方・在り方を求めた場合、それを実現するために組み合わせる複数の機能を、その個人が選択可能か否かを評価する「ケイパビリティ」(達成可能な機能の集合)概念を提起している。そしてその集合の中に、人間としての基本的機能が含まれない状態を「貧困」とする。そうすることで、財・所得の不足だけでなく、それらを交換・利用する能力の不足が重要な「貧困」の指標となり、それらの能力を促進する教育の重要性が浮かび上がる。ルカニ村の場合、村民がコーヒー販売によって求める望ましい在り方は、すべての子供が十分な教育を受けることである。上記のフェア・トレードによる教育水準の引き上げは、この村民にとっての基本的機能を満たす(貧困を解消する)ためのものである。さらには財・所得の交換・利用能力を高めて、貧困解消に相乗効果を及ぼすという意義付けもできる。
生殖補助医療後の出生前診断の経験についてのインタビュー調査

これまで受検者の日々の暮らしの中でのNIPT経験を把握することを目的としたインタビュー研究を実施し,今年度はその結果をライフストーリーの学術誌に報告した。その後,自然妊娠女性と不妊治療女性の経験について比較を通じた検討を行った。対象者は家族歴・胎児異常指摘なしのNIPT陰性例の妊婦15名(自然妊娠群9名、生殖補助医療後妊娠群6名)。NIPT結果説明後に募集を行った。インタビュー開始から終了までを「何についての語りなのか」という視点からカテゴリ化し順序を把握した後,ライフストーリー分析により他者や社会に言及している部分を抽出し解析した。2016年2-11月に57名に募集を行い11名にインタビューを実施した。不妊治療を受けた妊婦11例に対して追加の研修参加募集を行い4名が参加した。インタビュー所要時間は約30分-150分,時期は妊娠15週から32週,場所は岩手医科大学または語り手のご自宅で実施した。語り手全員に共通するカテゴリは「年齢への言及」,「検査への感想」,「ダウン症・障がい」だった。「不妊治療について」,「流産」(例「ようやく授かったのに。一回目のトラウマがある」),「男女の違い」(例男性は心の痛みは感じても体の痛みはわからない)は不妊治療群において見られた。他者や社会に言及している部分として全例で「夫」,「親」,「胎児」が該当し, 90%が「インターネット」について言及した。両群ともに「親戚」や「友人」,「職場」等との関わりの中でNIPTを経験していた。「子どもを選ぶことになるのではないか」という発話は両群において見られた。不妊治療の有無に関わらず共通点は多く,相違は語り手の個別性によるところが大きいことが示唆された。研究計画詳細決定のため先行論文調査を行った。ライフストーリー研究会夏期集会にて研究計画内容を発表し、専門領域の研究者から示唆を受けた。その後、岩手医科大学ナラティヴ勉強会にて研究計画内容を発表した。質的研究が主流でない医学領域のメンバーが本研究の意義と内容を理解しやすくなるよう修正を行った。岩手医科大学医学部倫理審査を受け承認された。研究対象者の募集を開始した。現時点で19名に対し募集を行い、4名より参加の同意書を受けた。このうち1名に対してインタビューを実施し、現在解析中である。倫理審査の承認を受けるために3か月程度、想定よりも時間がかかった。しかしながら、研究に同意くださる方が予想していたよりも早期に複数名表れたことからインタビュー計画は順調に遂行できている。57名に対してインタビュー参加の募集行い、家族歴・胎児異常のないNIPT陰性例の妊婦10名にインタビューを実施した。インタビュー解析方法について検討を行い、その一部を第13回質的心理学会にて発表した。インタビューの解析方法を改良し、語りに現れる他者や社会への言及部を抽出、各語り手の共通点・相違点について分析した。語りに共通して現れる他者は、夫、妻もしくは夫の母親、産婦人科スタッフであった。特に、妻もしくは夫の母親についての語りは多様であり、NIPT受検の要因として語られる場合もあれば、受検したことを伝えるか否かという文脈で語られる場合もあった。出生後の子どもへの言及と現時点で体感できる胎児についての語りも共通して見られた。語り手によって異なる他者・社会の語りには、語り手の置かれている状況の個別性が表れていた。具体的には、共通他者以外の他者が語りに現れない一方でブログからの情報が多く語られる例、夫の親類に対する語りが多くを占める例、きょうだい児への言及、職場の上司同僚について語られる例などがあった。語りに現れる他者・社会の視点から解析を行うことで、参加者を取り巻く社会的な状況、キーパーソンを把握できるとともに、検査の情報源やNIPTの社会的側面について明らかにできる可能性が示唆された。The ACMG(American college of medical genetics and genomics)annual meetingに参加し、アメリカにおけるNIPTの検査項目は拡大の一途である現状について、現地の遺伝カウンセラーから情報収集した。また、生殖医療分野のBiomedical Ethicsの研究者と情報交換を行い、臨床遺伝分野において質的研究を浸透させるために行われている方略について情報を得た。当初予定よりも生殖補助医療を受けた妊婦が少なく、また研究協力者も自然妊娠の妊婦がほとんどであった。そのため、自然妊娠群については、計画当初の人数(3-5名)を超えたインタビューを実施できているが、生殖補助医療群でのデータが2名分不足している64名についてインタビュー参加の募集を行った。家族歴・胎児異常のないNIPT陰性例の妊婦13名に対して妊娠中のインタビューを実施し、解析を行った。またこのうち5名に対して、出産後のインタビューを実施した。2017年6月に第41回日本遺伝カウンセリング学会において、妊娠中のインタビュー解析結果の一部を発表し、臨床遺伝分野の専門家ならびに他のNIPT実施施設担当者との意見交換を行った。本インタビューによりクライエントの背景状況についての理解が深まったとのコメントや地域性の違いへの考察の必要性についての意見を得た。2017年8月に第3回ライフストーリー研究会夏期研究会にて発表し、ライフストーリー研究の専門家から主に解析手法についての助言を得た。本研究の解析はライフストーリー分析指標(山本、2015)をもとに行っているが、本研究の場合、このうち語りに登場する「他者・社会」に関する発話に注目する分析【3】に該当する部分が多いことが明確化された。

このことはNIPT経験がクライエントの「個人的・内面的な経験」であるよりもむしろ「他の人々や社会の中」で経験されていることを示唆するものと考えられた。2017年9月には第14回日本質的心理学会にて発表を行った。質的研究の研究者らと意見交換し、他者・社会」の中に含まれる「胎児」には現時点で胎内に存在する実体としての「胎児」ほかに、将来生まれ育つが今はまだ存在していない、仮の存在としての「仮置きの子ども」の2つの異なる意味づけがなされていることへの気づきを得た。自然妊娠群については当初予定の3-5名を越えて十分な検討ができている。しかし、生殖補助医療後のクライエントならびに本研究への参加者が少ないことから、この群に対するインタビュー募集を継続した。現時点で当初予定の3-5名を満たす参加希望者を得ることができたが、インタビューの実施と解析がやや遅れている。これまで受検者の日々の暮らしの中でのNIPT経験を把握することを目的としたインタビュー研究を実施し,今年度はその結果をライフストーリーの学術誌に報告した。その後,自然妊娠女性と不妊治療女性の経験について比較を通じた検討を行った。対象者は家族歴・胎児異常指摘なしのNIPT陰性例の妊婦15名(自然妊娠群9名、生殖補助医療後妊娠群6名)。NIPT結果説明後に募集を行った。インタビュー開始から終了までを「何についての語りなのか」という視点からカテゴリ化し順序を把握した後,ライフストーリー分析により他者や社会に言及している部分を抽出し解析した。2016年2-11月に57名に募集を行い11名にインタビューを実施した。不妊治療を受けた妊婦11例に対して追加の研修参加募集を行い4名が参加した。インタビュー所要時間は約30分-150分,時期は妊娠15週から32週,場所は岩手医科大学または語り手のご自宅で実施した。語り手全員に共通するカテゴリは「年齢への言及」,「検査への感想」,「ダウン症・障がい」だった。「不妊治療について」,「流産」(例「ようやく授かったのに。一回目のトラウマがある」),「男女の違い」(例男性は心の痛みは感じても体の痛みはわからない)は不妊治療群において見られた。他者や社会に言及している部分として全例で「夫」,「親」,「胎児」が該当し, 90%が「インターネット」について言及した。両群ともに「親戚」や「友人」,「職場」等との関わりの中でNIPTを経験していた。「子どもを選ぶことになるのではないか」という発話は両群において見られた。不妊治療の有無に関わらず共通点は多く,相違は語り手の個別性によるところが大きいことが示唆された。研究対象者の募集、インタビューの実施とその解析を継続する。関連学会での成果発表を行う。妊娠中にインタビューを実施した10名に対して出産後のインタビューを行う。同時に、生殖補助医療を受けた妊婦に限定して、初回インタビュー募集を継続することとした。インタビュー解析と関連学会での発表を継続する。
鉱物結晶の原子間多体相互作用ポテンシャルモデル

N2、O2、H2O、NH3などの無機分子、および酸化物、水酸化物さどの結晶構造から切り出してきた小規模ないし中規模の原子集団系(例えば[H3SiO4]、[H6Si2O7])について、原子・分子間の幾何学的配置をさまざまに変えながら非経験的分子軌道法計算(DV-X α法、Gaussian98wど)を行い、配置に対する全エネルギー、電子密度分布などの変化の様式を調べた。また、これにより得られた情報を用いて、各原子の周りの電子密度分布の変化と、2体相互作用と多体相互作用の様式・寄与などについて、相互作用の分離・解析を行なった。さらに、2体および3体の原子分子間相互作用の表現形式を定め、そのパラメータを具体的な値として決定し、それを分子シミュレーション計算が可能なようにプログラム開発を行った。またより一般的な多体相互作用モデルとして電荷平衡化法に関する実効電気陰性度、実効イオン化ポテンシャル、遮蔽効果などのパラメータ決定を行なうと同時に、電荷平衡化法-分子動力学法のプログラム開発を行なった。これらののモデルとプログラムを用い、いくつかの主要造岩鉱物、鉱物-水・水溶液系などについて、温度、圧力、組成を変化させ、モデルの実証を行なった。その結果、従来のモデルに比べ、構造や物性の再現性が大幅に改善され、地球や惑星における様々な物質の存在の場における構造や物性の予測に用いることができることがわかった。本年度は特にN_2およびO_2について、Gaussian94wを用いて、分子内(O-OおよびN-N)および分子間(O-O_2およびN_2-N_2)の精密な分子軌道計算を行なった。その結果、基底関数系として、6-311G(2df)という極めて大規模なものを用いて、ようやく分子間相互作用を半定量的に再現できることが分かった。しかし、さらにN_2およびO液体と固体の状態方程式を定量的に再現するためにはファン=デル=ワールス相互作用を大きくする必要があることも判明した。すなわち、分子間相互作用を表現するためには極めて大きな基底関数が十分ではなく、さらに経験的な補正を必要とするという事実が判明した。このN_2およびO_2の分子内・分子間相互作用を用いて、ゼオライトへの吸着の分子動力学法シミュレーションおよびモンテカルロ法シミュレーションを行なった結果、吸着等温線を定量的に再現でき、さらにそのミクロな挙動に関して重要な知見が得られた。次年度では、CO_2、NH_2、CH_4などの多原子分子から、SiO_2系などの超高分子系までに対して、相互作用の決定法を確立して行く。N2、O2、H2O、NH3などの無機分子、および酸化物、水酸化物などの結晶構造から切り出してきた小規模ないし中規模の原子集団系(例えば[H4SiO4]、[H6Si2O7])について、原子・分子間の幾何学的配置をさまざまに変えながら非経験的分子軌道法計算(DV-Xα法、Gaussian98wど)を行い、配置に対する全エネルギー、電子密度分布などの変化の様式を調べた。これらのモデルとプログラムを用い、いくつかの主要造岩鉱物、鉱物-水・水溶液系などについて、温度、圧力、組成を変化させ、モデルの実証を行なった。
岩盤不連続面の弾性波伝播特性に関する基礎的研究

ジオトモグラフィー手法を用いた地盤調査技術は,石油・石炭などエネルギー資源探査の分野で用いられ,近年土木の分野においても,トンネル切羽前方や地下発電所建設予定地等の地質調査,ダム基礎におけるグラウト効果の判定等に用いられている。しかし,弾性波を用いたジオトモグラフィー法では,初期走時を用いた速度解析が主流であり,対象領域の弾性速度分布状況の把握は行えるが,力学定数との関連付けは未だ十分ではない。特に,不連続性岩盤の力学的挙動を支配する不連続面の分布状況およびその力学特性を定量的に評価することに関しては,現状のジオトモグラフィー技術では不十分であると考える。弾性波ジオトモグラフィー解析より得られた結果から,不連続面の分布特性および力学的特性を把握するには,様々な条件下での岩盤不連続面を透過する弾性波の伝播特性を把握する必要があると考える。本研究では,不運続面を含む供試体を一軸およびせん断状態下にし,弾性波を透過し,不連続面の状態が弾性波伝播挙動に与える影響を調べた。一軸状態では,不連続面の頻度,充填物の有無,ラフネスをパラメータとし,その各々に関して,拘束圧を変化させて実験を行った。一軸状態では,不連続面の併合課程を模擬するもので,いずれの条件においても,弾性波速度より弾性波の振幅減衰が鋭敏に反応することが確認できた。また,せん断状態は,不連続面の開口を模擬するもので,凹凸の破壊により接触面積が増加し,透過波の振幅の影響がでることが確認できた。
高分子ブレンド系の界面張力に及ぼすブロック共重合体の添加効果

ポリマーブレンド界面の界面張力に対するブロック共重合体の添加効果はブレンドの偏析の強さに強く依存し、臨界共溶温度から温度を下げていくにつれ界面張力は、一旦増加した後再び減少する。本研究では、この界面張力の極大現象の解明を試みた。界面張力測定には静滴法を用い、液滴プロフィール読取の画像処理の改善、試料部の実験操作改良などを現有装置に加え精度良い測定を行った。ポリスチレン(PS)/ポリジメチルシロキサン(PDMS)ブレンドにジブロック共重合体PS-block-PDMSを添加したブレンド系について、ブレンドの臨界点近傍においてその界面張力-温度関係の極大位置の添加濃度依存性と界面張力-ブロック共重合体濃度関係での界面張力の飽和濃度の温度依存性を調べた。一方、Leiblerの理論、Noolandiの理論の考えをもとにモデル理論を提出しこの極大現象を理論的に考察した。その結果、極大現象はホモポリマーの重合度Pに比較してジブロック共重合体の重合度Nが十分大きいときに見いだされるものであり、N/P<1では臨界点より偏析を強くしていっても極大は現れず界面張力は単調に増加すると考えられることが明らかとなった。理論は実験条件であるN/P=18で極大現象を良く説明し、極大を示す温度は共重合体の濃度の増加とともに臨界点に近づくとの実験結果を再現する。しかし、定量的には高濃度で理論と実験に背理がみられ、これは高濃度においての添加高分子の析出の可能性と理論の不十分さを示唆するもので、今後の更なる研究が必要である。
光制御型ゾルーゲル反応と超低温結晶化による有機/無機ナノハイブリッド材料の開発

光硬化性エポキシアクリレート(EPACR)とテトラチタニウムイソプロポキシド(TTIP)を用いて、透明で高屈折率なEPACR/TiO_2ナノハイブリッド材料の開発を行った。TiO_2の合成はエタノール中で行い、水・塩酸の量を制御して、一次粒子径が10nm以下の超微粒子を安定に分散させた。その後、硬化前のEPACRオリゴマー中へ分散させた。この際、TiO_2粒子表面にEPACRがグラフトすることでTiO_2粒子の凝集を防ぎ、分散安定性を向上させることに成功した。TiO_2粒子とEPACRの化学結合はFT-IR測定により確認した。前年度では、TTIPとEPACRが至る所で反応してしまったため流動性は失われたが、ある程度TTIPからTiO_2へ変化させることで、反応性を抑制し、TiO_2を24vol%程度まで充填しても、流動性を保持することができた。ハイブリッドフィルムの光学特性として、光透過率は550nm以下の波長領域ではTiO_2の充填率の増加に伴い低下する傾向が見られたが、550nm以上ではEPACR単体と同等の透過率(90%程度)を有しており、ハイブリッドフィルムの外観は黄橙色透明であった。屈折率はTiO_2の充填率の増加に伴い、線形的に増加していく傾向が得られた。マトリックスの粘度コントロールでTiO_2の分散制御を行うため、複合化直後、2週間後、4週間後に光硬化させたハイブリッドフィルムの光透過率を測定したところ、ほとんど変化しておらず、TiO_2粒子は硬化前のオリゴマー中で安定に分散していると考えられる。今後、この手法が様々な硬化性樹脂と無機粒子のナノハイブリッド材料の開発に役立つと思われる。光照射によるマトリックスの粘度コントロールでTiO_2の分散制御を行うため、光硬化性オリゴマー中で無(水・溶媒)ゾル-ゲル反応によるTiO_2の合成を行った。サンプルとして光硬化性オリゴマーには側鎖にカルボン酸をもつエポキシアクリレート(EPACR)、チタンアルコキシドにはテトラチタニウムイソプロポキシド(TTIP)を用いた。高分子材料とTiO_2を複合化させることで、TiO_2特有の紫外線防御効果を付与できることが知られている。本研究で作製したハイブリッドフィルムは黄色透明であり、紫外線防御効果を示した。ゾル-ゲル反応に必要な水・酸を加えずとも、EPACR中に存在するカルボン酸のみでTiO_2を合成することが可能であることが分かった。モルフォロジー観察よりTiO_2は20nm以下の粒子径で分散していると推察された。しかし、TTIPの充填率が20wt%を超えるとマトリックスが架橋してしまい、硬化前のオリゴマーの流動性が失われたため、光照射によるマトリックスの粘度コントロールを行うことができなかった。これは、反応性の高いTTIPがEPACRと至る所で化学反応してしまい、低分子量のEPACRが高分子化してしまったためであると考えられる。今後、高分子材料の屈折率制御へ展開していくためにはTiO_2の充填率を大幅に増加させた場合でも、マトリックスの流動性を保持しなくてはならない。そのためには、TTIPと光硬化性オリゴマーとの反応性を低下させる必要がある。これは、TTIPの表面積を小さくすることで、反応する場所を少なくできると考えられる。今後の研究では、TTIPからTiO_2へある程度変化させた後に光硬化性オリゴマー中への分散を行う。
高密度水文観測による不均質な山地崩壊発生メカニズムの解明

テンシオメータを用いた高密度水文観測網により、前年度は無降雨時及び降雨時に発生する不均質な水文現象のデータを取得できた。それを用い、今年度は(A)三次元浸透計算モデルにより、観測斜面の水文過程を高精度で再現することができた。さらに(B)基岩湧水が斜面水文過程に与える影響について詳しく解析できた。以下、「研究実施計画」に照らし(A),(B)の具体的内容を述べる。(A)不均質性を考慮した三次元浸透計算モデル構築観測斜面を多数の四面体要素メッシュに分割することで物理モデル化し、三次元のRichards式を有限要素法で解くことで浸透計算を行った。複雑な透水係数分布を任意に設定して難透水層や選択流路などの特性を再現し、さらに基岩湧水による水供給を実測値に基づき与えた結果、観測された三次元水流を良好に再現することができた。このように、斜面水文特性の中でも特に把握が困難な透水係数分布と水供給を、浸透計算を用いることで高精度に推定することができた。(B)基岩湧水が斜面水文過程に与える影響の考察斜面上の一点から発生する湧水が、斜面流出全体の90%を占めていることがわかった。さらに湧水点から斜面末端までの間では常に飽和定常流が起こり、非常に圧力伝播しやすい環境であることがわかった。水理解析式から斜面の有効透水係数を推定すると、土壌サンプル値に比べ非常に大きな値を示し、マクロボアやパイプの発達が進んでいることが示唆された。このように、湧水の存在により斜面末端部の水文・生物環境に大きな不均一性が生まれることがわかった。高密度水文観測網により、無降雨時及び降雨時に発生する不均質な水文現象を詳しく把握できた。さちに三次元浸透計算モデルにより、観測斜面の水文過程を高精度で再現することができた。以下、「研究実施計画」に照らし具体的内容を述べる。(A)リアルタイム高密度水文観測&崩壊観測これまで各観測点の基岩面上にのみ設置していたテンシオメータを、表層・中層に増設した。これにより、合計118本のテンシオメータを約74m^2の観測斜面に設置するという前例の無い高密度での三次元的な土層内水流観測が可能になった。観測斜面にLANケーブルを敷設しオンラインでのデータ回収を行うことで、大規模降雨時の水流データを欠測無く取得できた。無降雨時において、基岩湧水の発生地点では恒常的に鉛直上向きの水流フラックスが発生し、中層に乗り上げた水流は難透水層により鉛直浸透を阻害され、基岩面上でなく中層の飽和側方流として流下していく様子が観測された。降雨ピーク時は、通常の降雨浸透現象では発生し得ない基岩面上の連続した高圧力帯と、それに沿った上向きフラックスが難透水層の内部で観測され、風化基岩層内部の亀裂を通る選択的流路の存在が示唆された。このように三次元かつ高密度の水流観測により、複数の不均質な水文現象に起因する複雑な水流挙動を把握することができた。(B)不均質性を考慮した三次元浸透計算モデル構築観測斜面を多数の四面体要素メッシュに分割することで物理モデル化し、三次元のRichards式を有限要素法で解くことで浸透計算を行った。

観測斜面の水文過程把握の点においては、大規模降雨時の欠測の無いデータが取得できたことからほぼ達成できたといえる。さらに水文過程のモデル化も順調に進んでいる。ただし、自然降雨による崩壊観測と崩壊予測モデル構築は未だ達成できておらず、今後の課題である。これまでに十分なデータが得られた高密度水文観測については、管理に多大な時間と労力を必要とするため、今後は規模を縮小しながら継続する。今後は主に自然降雨による崩壊観測を目指し、Webカメラを用いた観測を続ける。また前年度の水文観測結果の解析から、水文過程の経年変化の存在が明らかになった。僅かな研究例しかないテーマなので、解明のために今後は(これまで観測を行っていない)積雪期を跨いだ水文観測に取り組む。