河道、氾濫原、パイプ ネットワーク (経路) を表す

2021 年 11 月 10 日更新

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この文書は、河川システムの洪水モデリング標準の一部です。 このトピックをカバーするドキュメントがさらに 4 つあります。 すべてのドキュメントを読んで、モデリング プロジェクトを開始するために必要な情報が揃っていることを確認してください。

このガイドは、主要な経路の特徴を表現する方法の概要です。 この情報はソフトウェア固有のものではないため、選択したソフトウェアのマニュアルも読む必要があります。

源、経路、受容体（SPR）アプローチでは、経路の構成要素は、水が源から受容体までたどるルートです。

河川モデルの場合、これは河道と関連構造物、迂回する水路と氾濫原です。 都市排水モデルでは、これはパイプ ネットワークと、パイプ ネットワークの追加料金時にアクティブ化される表面流路です。

河道とは、通常の状態で川が流れる地形です。 それは自然のものであることもあれば、運河の到達範囲やバイパスチャネルを含むこともあります。

河道とパイプ ネットワークは通常 1 次元 (1D) でモデル化され、断面データとネットワーク データが必要です。 通常、これを地形調査に含めます。 より多くの調査データを収集することなく、既存の水力モデルを使用しないでください。

地形調査の要件を指定する前に、適切なモデル解像度を決定する必要があります。 これは、以下をモデル化するときに適用されます。

1D モデルの場合、解像度は断面またはパイプ ノードの間隔です。

解像度を上げると、水面プロファイルの表現が向上します。 粗い間隔には、実際の水面プロファイルの変動は含まれません。

クーラント数の要件を考慮してパイプ ノードの間隔を定義する必要があります。 これについて詳しくは、タイムステップとパラメーターのガイダンスをご覧ください。 調査エリアを訪問して構造物や水路の特徴を特定すると、パイプ ノードの間隔を定義するのに役立ちます。

河川設計ガイド (FDG) では、水路断面の間隔は次のようにする必要があると述べています。

また、一般的に次のような間隔が必要であるとも述べられています。

スコットランド環境保護庁 (SEPA) (2016) は、次のセクションを配置することを提案しています。

均一に設計されたチャネルでは、限られた横断的な調査データを収集できる場合があります。 次に、補間単位を使用して、クーラント数と安定性を検討する必要があります。

モデルの解像度を上げると、より詳細な結果が得られ、場合によってはより正確な結果が得られます。 ただし、データ ポイントが増えるとより多くの計算が必要になり、モデルの実行時間が長くなる可能性があります。 1D モデルによる実行時間の増加は通常わずかであり、非リアルタイム モデリングでは許容可能です。

1D モデルの断面解像度の制限要因は、地形調査データの収集コストです。

提案された解決策とセクションの場所をモデリング方法のステートメントに含める必要があります。 これにより、プロジェクト マネージャーとクライアントは、時間とコストに基づいて適切なレベルの地形調査について合意することができます。

水理モデリングのための地形調査は、水路、水理構造、氾濫原などの河川特徴の現場測定です。

地形測量データを収集する場合は、測量サービスの国家標準技術仕様である LIT18749 に従う必要があります。 調査を依頼する前に、仕様全体を読む必要があります。

調査を行う場合、調査員は次のことを行う必要があります。

調査成果物は、油圧モデル用にすぐに使用できる形式で提供することをお勧めします。 チャネル モデルには次のものが含まれます。

これらを関連するソフトウェアにインポートし、測量図面と照合して確認する必要があります。

モデル ノードの命名規則を確認する必要があります。 個々のソフトウェアでは命名オプションが制限されていますが、一般的な規則では、河川識別子の後にモデルの距離 (モデルの下流境界から上流までの距離) が続きます。

たとえば、TRENT_01000 は、下流境界の 1,000 メートル上流にあるトレント川のノードを指します。 より大きなモデルの場合は、リーチ番号が必要になる場合があります。

適切な命名規則は、測量が測量された全長を表すかどうかを確立するのに役立ちます。 LIT:18686 モデリングの最小技術要件 (MTRM) には、モデル ノードに地理的参照を与える必要があると記載されています。

チャネルを表すために使用される各断面の輸送プロットを確認する必要があります。

特定の水位における輸送量は、断面を一連の垂直断面に分割し、それぞれの寄与を加算することによって計算されます。

これらのセクションは、Flood Modeller および InfoWorks-ICM パネル マーカーを使用して定義できます。 HEC-RAS では、バンク ステーションを使用した同様のアプローチが可能です。

マーカーを配置しないか、間違ったマーカーを配置すると、面積が増加することなく、短い範囲の水位で濡れた周囲が増加する可能性があり、これにより輸送が減少します。 これにより、モデルの結果が非現実的または数学的に不安定になる可能性があります。

測量会社からのデータにはパネル マーカーが含まれることがよくありますが、結果として得られる輸送プロットに基づいてパネル マーカーを修正することもできます。

1D モデルには、モデルの安定性を向上させる計算ポイントを追加する補間セクションを含めることができます。 これらは、上流と下流の調査断面間の補間されたチャネル特性を表します。 内挿の使用は標準的なモデリング手法であり、これらを適切に使用することは、モデルのパフォーマンスが低いか構築が不十分であることを自動的に示すものではありません。

測量断面間で水路形状が大幅に変化する自動補間を使用する場合は注意してください。 補間は現実的ではない可能性があります。 この場合、補間されたプロファイルを抽出して手動で変更することで、局所性をより適切に表すことができます。 補間セクションは、明示的モデルのクーラント数要件に従うように、十分な間隔をあけてください。

水圧構造は、開水路セクションでは表されない水路内のフィーチャであり、輸送を変更する可能性があります。 水圧構造物は通常人工的に作られたもので、次のようなものがあります。

これらの規格は、各構造タイプの主な考慮事項の概要を示しています。 各構造タイプと関連するモデリング係数を表す方法については説明しません。 モデリングの決定については、ソフトウェアのマニュアルを使用してください。

このガイドで説明する構造物は、河川系で見られるものの完全なリストではありません。 その他の潜在的な構造には次のものがあります。

これらの構造については、ソフトウェア固有のガイダンスに従う必要があります。

橋と暗渠には同様の制御水力学があります。 橋は通常、下流の長さに比べて暗渠よりも大きな開口部を持っています。 モデル化の目的で、構造物の下流の長さと開口部の高さの比が 5 未満の場合、構造物は橋として分類されることがよくあります。

橋や暗渠では流入が重要です。 アフラックスは、FDG によって「構造物が存在しなかった場合に存在するであろう水面高度の最大上昇」と定義されています。 この水位の上昇により堤防外への流れが生じる可能性がある洪水状況では、これが最も重要です。 FDG の図 7.22 は流出を示しています。 流入流量は損失頭数とは異なります。

通常、橋は流れに利用できる面積を減らします。 橋を通る流れ（一定時間）は一定であるため、面積が減少するということは、構造を通る速度が増加する必要があることを意味します。 これにより流れが加速されます。 この加速を促進するために、橋の上流の水面が増加して必要な圧力勾配が生じます。 これにより、流れが構造内に収縮するため、流線型の曲率が生じます。

モデル内の流出に影響を与える重要な構造特性を表す必要があります。 これらには次のものが含まれます。

ブリッジユニットの断面幅を指定する場合は注意が必要です。 これは収縮と膨張の損失に影響を与える可能性があり、すぐ上流の断面の幅と一致させることが常に適切であるとは限りません。 これは、上流セクションが延長された断面でモデル化されている場合に特に重要です。

一部のモデリング ソフトウェアでは、ブリッジが追加料金になったときにオリフィス流量方程式への切り替えを指定できます。 これは、上流の水頭すべてが橋を通じて運動エネルギーに変換されることを前提としています。 これは、高い頭壁を持つ構造物など、1D で越波やバイパスがない構造物にとって適切な仮定です。 1D モデル内で構造物がバイパスされたり、乗り越えられたりしている場合 (小さな歩道橋など)、上流の水頭の一部がこれらのバイパスする流れに電力を供給します。 このようなシナリオでは、オリフィス オプションは推奨されません。

調査範囲内のすべての橋を表す必要はない場合があります。 それはモデルの規模とプロジェクトの要件によって異なります。 たとえば、田舎の小さな歩道橋は水力に大きな影響を与える可能性が低く、大規模な洪水の際に流される可能性があります。 越波したり迂回したりすることが多いからです。 これらを地形測量および水理モデルから除外することはできますが、モデル レポートに記録する必要があります。

暗渠の水力学は橋の水力学に似ています。 これらを通過する流れは、入口制御または出口制御のいずれかに分類できます。 入口制御は開口特性によって流量が制御され、入口の下流側の変更は上流レベルに影響を与えません。 流れが出口で制御される場合、流れは下流のチャネルまたは暗渠バレルの特性によって制御されます。

暗渠の場合は、次のことも考慮する必要があります。

堰は、水が流れて上流の水位を上昇させることができる水路内の貯水構造物です。 彼らは次のことができます:

英国で一般的なタイプの堰には次のようなものがあります。

クランプ堰だけが寸法を定義しています。 これらは、前面が 1:2 に傾斜し、背面が 1:5 に傾斜した三角形のプロファイルを持っています。 これらのディメンションの詳細については、Flood Modeller ヘルプ ガイドをご覧ください。

デフォルトのモデル単位で必ずしも表されるとは限らない、あまり一般的ではない堰タイプが他にも多数あります。

フリーフロー条件では、堰は構造物の上流で亜臨界流を示します。 これは構造上で超臨界に変化し、下流では亜臨界に戻ります。 これは、下流の水位の変化が上流の水位に影響を与えないことを意味するため、上流の水位を測定することで堰を超える流量を計算できます。 詳細については、これらの規格の技術版を参照してください。

流量が多い場合、または下流レベルが非常に高い場合、水が上昇するにつれてフリー フロー状態はなくなり、超臨界流は発生しなくなります。 このような状況では、堰は溺れていると表現され、上流のレベルは下流の状況の影響を受けます。

モデル化している堰のタイプに適したモデル単位を選択することが重要ですが、ソフトウェアによって制限される可能性があります。 自由流れ条件の方程式を調査し、関連するモデル単位を複製する必要があります。 モデル内でバイパスするフロー ルートを表す必要があります。

水門は、工場の建物、防潮堤、魚の通り道、バイパス水路など、川の水路のさまざまな構造物に設置されることがあります。 さまざまなタイプのゲートには次のものがあります。

ゲートの種類の詳細については、FDG を参照してください。

ゲートの上および下の水力装置は、堰や暗渠に似​​ています。 ゲートをモデル化するには、次のものが必要です。

ゲートが自動化されている場合は、論理的なルールも必要になります。 論理ルールを使用すると、モデルが振動動作を示し、実際の水門の動きを反映しない可能性があります。 これは、論理規則によって引き起こされる水門の位置の急速な変化です。

たとえば、水位が上昇すると、水門が下がることがあります。 水位が下がると水位が低下し、上流の水位がすぐに上昇します。 これは循環プロセスとなる可能性があり、急激な変動を引き起こします。 これを防ぐには、レベルの指定された変更に対して移動が起こらない論理ルールで「デッド ゾーン」を使用できます。

水門から少し離れたモデル ノードに基づいて論理ルールを定義することもできます。

ポンプ場は、取水または送水によって、多くの低地システムや河川の水の動きを制御します。

ポンプ場を表現する方法は、選択したモデリング ソフトウェアによって異なります。 始める前に、次のことを考慮する必要があります。

動作ルールにより、ポンプがオンまたはオフになるときに急激な振動が発生する可能性があります。 これは水門で起こることと似ています。

貯水池は、給水、発電、または洪水防御を目的として水路に存在することがよくあります。 貯水池の水位は出口構造によって制御されるため、出口構造を正確に表す必要があります。

コンセント構造のタイプに応じて、次のように表すことができます。

貯水池をモデル化するときは、モデル内の開始水位を確認する必要があります。 出口のレベルより下に設定すると、貯水池は流入するハイドログラフの一部を放出する前に貯留することができます。 水位が出口レベルに設定されている場合は、モデル実行の開始時に貯水池が満杯であると想定されます。 これらの考慮事項を水力モデリング手法の記述に文書化する必要があります。

保管庫の寸法は、場合によっては水深測量データに基づいて、保管単位または断面のいずれかで表すことができます。 リザーバー出口レベルより下の保管庫の寸法は必ずしも重要ではありません。 このストレージがモデル シミュレーションの開始時にすでに使用されている場合、水面下の寸法は洪水ハイドログラフに影響しません。 これは、流出レベルと寸法によって制御されるためです。

1975 年貯水池法および 2010 年洪水・水管理法に記載されているように、貯水池の安全作業には水力モデルが必要になる場合があります。貯水池とその放水口、放水路をモデル化して、予想される洪水を含むさまざまな洪水現象を表現する必要があります。最大洪水（PMF）。 貯水池解析のための水文解析は、一般的に洪水調査レポート手法を使用して実行されます。

ほとんどの 1D ソフトウェアでは、構造の越波を可能にするユニットを含める必要があります。 これを指定しない場合、ソフトウェアは、利用可能な流路が構造の開口部を通過するものだけであると想定します。 これにより、洪水に対する構造物の影響が大幅に増加する可能性があります。

橋梁または暗渠のデッキ レベルは通常、地形測量に含まれるため、適切な係数を使用して越流堰または流出ユニットとして組み込む必要があります。 氾濫原の流路を 2D で表す場合、二重カウントを避けるために、流出幅は隣接する水路セクションの幅を超えてはなりません。 十分な下流長がある場合、デッキを 2D で表現することもできます (TUFLOW を使用する場合、通常、デッキの長さが 3 または 4 セル幅を超える場合にこれが当てはまります)。

暗渠が大きな堤防の下に流れを伝える場合、越流の制御として堤防の頂部を表現する必要があります。 暗渠入口より後退した堤防の場合、地形調査の対象外となる場合があります。 この場合、LiDAR 標高データを使用して頂上レベルを通知する必要があります。

パイプ ネットワークは、地表水、下水道、または合流排水路のための構造物のネットワークです。 彼らはたいてい都市部にいます。 ネットワークが次の場合、これらを河川と下水道を組み合わせたモデルの一部として水理モデルに含めることができます。

パイプ ネットワークをモデル化するには、次のものが必要です。

このデータは通常、既存の排水記録またはモデルで利用できます。 Chartered Institution of Water and Environmental Management (CIWEM) Urban Design Guide (2017) (UDG) には、既存のデータセットに情報が欠落している場合は、より多くのパイプ調査データを取得する必要があると記載されています。

マンホール調査は、「マンホール位置調査及び記録図作成に関するモデル契約書」（1993年）に従って実施する必要があります。 このデータを収集すると、資産の品質と状態を理解するのに役立ちます。

また、水力モデルの詳細を向上させるのにも役立ちます。 マンホール調査には次の出力を含める必要があります。

都市の排水ネットワークをモデル化するには、地形データが必要になる場合もあります。 その場合は、以下を含める必要があります。

詳細については、UDG を参照してください。

データを取得すると、UDG はパイプ ネットワークの標準化された命名規則の要件を定めます。 モデルとそのコンポーネント部分を正確に識別できるように、規則は堅牢である必要があります。

このモデルは、排水網の地理情報システム (GIS) データセットまたは既存のモデルから直接構築される可能性があります。 既存のモデルをデータ ソースとして使用する前に、そのモデルのネットワーク表現を注意深く確認する必要があります。 モデル化されたすべてのリーチの接続を確認する必要があります。

寄与するすべての集水域はノードに接続し、次に放流構造に接続する必要があります。 UDG では、パイプの長さとサイズが不足しているためにネットワーク データがどのように不完全になる可能性があるかを説明しています。 不完全なデータがある場合は、次のことを行う必要があります。

バックフォールは、ノードにおける受信パイプ反転レベルと送信パイプ反転レベルの間のステップです。 これらは、急勾配の集水域や、ネットワークの小さな分岐が幹線下水道に合流する場所でよく見られます。

一般的な下水道構造では、乱流を避け、メンテナンスを容易にするために、流入パイプと流出パイプが同じレベルにあります。 バックフォールが存在する場合は感度チェックを実行します。 受信パイプの下流反転レベルと発信パイプの上流反転レベルの単純なクエリでバックフォールを特定できます。

通常は公共下水道のみがモデル化されますが、接続された高速道路の排水を含めるように拡張することもできます。 ほとんどの場合、家庭内接続は含まれません。 UDG ユーザー ノート 15 には、モデル化されていないパイプの保管量を考慮して保管補償をマンホールに追加する方法が説明されています。

ファール パイプ ネットワークと複合パイプ ネットワークは通常、複数の構造を持っています。 これにより、処理施設への重力に逆らう流れまたは排出が制御されます。 地表水パイプ ネットワークは小規模であることが多く、複合システムに比べて水力学が単純で、構造が少なくなっています。 このガイダンスは現在でも有効であり、フラップ バルブは特に重要になる可能性があります。 ここでは、いくつかの典型的な構造について詳しく説明します。

流れは 1 つのパイプから 1 つまたは複数のパイプに分岐されます。 逆流レベルとオーバーフロー構造 (堰またはオリフィス) のサイズを知る必要があります。

堰のモデリングに関するガイダンスは UDG ユーザー ノート 27 に含まれており、オリフィスは UDG ユーザー ノート 02 に含まれています。

流れは圧力下で重力に逆らってポンプで送り出されます。 ポンプ速度、スイッチオンレベル、スイッチオフレベルを知る必要があります。

ポンプ場とその立上り本管のモデル化に関するガイダンスは、UDG に含まれています。

開口部は自動ルールまたは運用ルールによって異なる場合があります。 クレストレベル、開口部の高さ、開口部の幅を知る必要があります。

フローはネットワーク内で一時的に保持されます。 ストレージのボリュームと反転レベルを把握する必要があります。

WWTW の付属設備は非常に複雑です。 多くの場合、パイプ モデルは工場への入口で終了します。 これは通常、堰と流出口として表されます。

氾濫原は、堤防の頂上から周囲を囲む谷の側面の底部まで広がる、河道に隣接する土地の領域です。 氾濫原は、大流量が発生すると洪水になります。

水位が水路堤防、追加料金構造物、またはパイプ網の高さを超えて上昇すると、水が氾濫原に流出する可能性があります。

1D モデルを使用している場合、氾濫原の解像度は次のいずれかになります。

1D モデリング オプションの詳細については、このガイダンスで提供されます。

2D モデルを使用している場合、解像度はグリッドまたはメッシュの解像度によって決まります。

2008 年の洪水リスク管理研究コンソーシアム (FRMRC) による研究では、2D 固定グリッド解像度が浸水予測に及ぼす影響が調査されました。 これは、2 メートル、10 メートル、および 50 メートルのグリッド解像度を持つ TUFLOW ソフトウェアを使用したロンドンでのケーススタディに基づいています。

この研究では、予測されたピークレベルはテストされた各解像度で同等であり、浸水時間は 2 メートルモデルと 10 メートルモデルで同等であることがわかりました。

50mグリッドを使用した場合、浸水時間が変更されました。 しかし、この不確実性はモデルの流入境界の不確実性よりも小さいと考えられていました。 速度の結果では、解像度間の差が大幅に大きいことがわかりました。

この研究は「大河口におけるモデリングと洪水予測の基準 (2015) (SMFFLE)」に記載されており、さまざまなグリッド解像度の品質スコアを提供しました。

品質スコアは、都市部で洪水リスクが高い地域をモデル化する場合にガイダンスを提供するのに役立ちます。

しかし、FRMRCは、研究結果は一般化できないため注意が必要であると結論付けた。 これは、結果が以下によって異なるためです。

SEPA (2016) によると、使用できる確立された経験則は、主要な流路は少なくとも 3 つまたは 4 つのグリッド セルでのみ適切に表現できるということです。 モデルの解像度を決定するときは、可能性のあるフロー ルートとそのサイズを考慮する必要があります。

オーストラリア降雨流出プロジェクト 15 (ARRP) による研究でも、FRMRC の研究と同様の結論が出ています。 その結果、次のことがわかりました。

UDG 2017 実践規範には、2D ドメインのモデリングに柔軟なメッシュ アプローチを使用する場合の要素サイズの一般的な要件も含まれています。

UDG は、モデルを次のように定義するために必要な詳細レベルの値を示します。

モデル内の 2D ドメインの解像度は、必要な詳細レベルとモデルの実行時間および出力サイズとのバランスを取る必要があります。

たとえば、大規模なモデルは、より大きなグリッド解像度に制限される場合があります。 これは、洪水マッピングの目的に適している可能性があります。 ただし、プロジェクトでより詳細な出力が必要な場合は、モデルをトリミングして、より高い解像度を使用する必要がある場合があります。

これらの決定については、水理モデリング手法の記述で概要を説明する必要があります。 クライアントは、より粗い解像度が必要であると考えられる場合、プロジェクトのスコープ設定段階でプロジェクトのスコープ内でより多くの感度テストを指定する必要がある場合があります。

ほとんどの場合、氾濫原のジオメトリは、LiDAR などのリモートで検知されたデータによって通知されます。

ほとんどのモデルでは、リモートで検出されたデータを使用することが必要です。 これは、氾濫原が広範囲に及ぶため、地域全体にわたる地形調査の収集が非現実的であるためです。

リモートで検知されたデータに対して最も広く使用されているオプションは次のとおりです。

無人車両調査や写真測量など、その他のオプションも市販されている場合があります。

リモートで検知されたデータは、通常、さまざまな解像度で、フィルタリングされた形式とフィルタリングされていない形式で利用できます。

フィルタリングされたリモートセンシングデータは、通常、数値地形モデル (DTM) と呼ばれます。 DTM は地面のレベルを示します。 フィルタリングされていないデータセットであるデジタル サーフェス モデル (DSM) には、建物の屋根や植生などの他のフィーチャの標高が含まれています。

2D モデル ドメインのほぼすべての状況で、フィルタリングされたデータを使用する必要があります。

選択する解像度は、氾濫原の複雑さのレベルとモデルのスケールによって異なります。 たとえば、最終モデルよりも高い解像度で地上モデルを使用するメリットは限られています。

また、本質的に平坦で特徴のない氾濫原では、高解像度の地表モデルの利点も限られています。

解像度よりも狭い重要なフィーチャがある場合は、より粗い解像度の地表モデルに詳細を追加する必要がある場合があります。 これについては、このガイドの 2D モデリング オプションのセクションで詳しく説明します。

ローカライズされた地形調査を収集する必要があるシナリオが存在する場合があります。 たとえば、防衛頂や堤防のレベル、または測量測量所のバイパス ルートを含める必要がある場合です。

必要に応じて、LIT18749: 測量サービスの国家標準技術仕様をリクエストしてください。

環境庁の AIMS データセットには、洪水防御の場所と頂上のレベルに関する詳細が含まれています。 ただし、これらは頂上レベルの調査ほど正確でも詳細でもありません。 竣工時の建設図面からの頂上レベルを使用することも適切な場合があります。

水理モデル内で氾濫原を表現するにはさまざまな方法があります。

以下を使用して、氾濫原を 1D でモデル化できます。

通常は、GIS データを使用して氾濫原のジオメトリをデジタル化する必要があります。 1D モデルの場合、これらのファイルはシミュレーション目的には必要ないため、最終モデルの納品から取り出すことができます。 ただし、1D 氾濫原寸法の生成に使用されるすべてのファイルをモデルと一緒に維持する必要があります。

すべての氾濫原の流路を含めるためにモデルが十分に拡張されていることを確認することが重要です。 水がモデル領域の端に隣接している場合 (境界条件が伴っていない場合)、水は実際の範囲に到達できません。 これは「ガラスの壁」と呼ばれるもので、モデルではこれを回避する必要があります。

次の場合には、チャネル内断面の延長を使用する必要があります。

1D モデリングの仮定は、水位がそのタイムステップの断面全体にわたって一貫していることを意味します。 氾濫原が水路から切り離されており、異なる水位が予想される場合は、拡張セクションを使用しないでください。

延長部分は浸水が予想されるエリア全体をカバーする必要があります。 最初のモデリング シミュレーションを実行した後、調整が必要になる場合があります。

拡張断面を使用する場合は、断面の長さ全体にわたって異なる水理粗さを指定できます。 セクションを異なる搬送エリアに分割することもできます。

延長線は、流れの方向に対して垂直な氾濫原を表す必要があります。 蛇行がある場合、プロファイルがねじれる可能性があります。

HEC-RAS を使用している場合は、氾濫原部分に異なる到達距離を指定できます。

Flood Modeller を使用している場合は、相対パスの長さを変更できます。 また、保管は可能ですが、アクティブな搬送は妨げる拡張セクションにゼロのマニングの「n」値を使用することもできます。

氾濫原の水が積極的に運ぶことができず、氾濫原に貯留される場合は、保管エリアまたは貯水池ユニットを使用できます。

保管領域は、最低点から上に向かって充填される面積、体積、または標高曲線です。 それらは以下を表すために使用できます。

使用する曲線は、浸水が予想されるエリア全体をカバーする必要があります。 初期モデルのシミュレーションを行った後、調整が必要になる場合があります。

横方向スピルユニットを介してカーブをメインチャネルにリンクする必要があります。これにより、チャネル間の流れの移動が可能になります。 通常は、水路内のレベルが十分に下がったら、そのエリアから水を排出できるように 1D 構造が必要になります。 流出の寸法には、水が溢れる可能性のあるすべての領域が含まれている必要があります。

大規模なウォッシュランド システムがある場合は、複数の保管エリアを使用できます。 これらは流出ユニットによって相互にリンクされる必要があります。

氾濫原の流れが定義された断面内を流れる場合、平行水路を使用できます。 たとえば、メイン チャネルに隣接するドレイン チャネルまたはバイパス チャネル内です。

横方向スピルユニットを介してメインチャネルにリンクし、チャネル間の流れの移動を可能にすることができます。 越水前に氾濫原の水路が乾燥している場合は、モデルを安定して実行できるように甘味料の流れを含める必要がある場合があります。 甘味料の流れは、モデル化されたチャネルに適用される小さな人工の流れです。 これにより、モデルが空になるのを防ぎ、モデルのクラッシュを防ぐことができます。 これは使用しているソフトウェアによって異なります。

平行チャネルの横方向の範囲を超えて、さらに断面の拡張または保管領域を含める必要がある場合があります。 延長部分は浸水が予想されるエリア全体をカバーする必要があります。 初期モデルのシミュレーションを行った後、調整が必要になる場合があります。

1D モデルでバイパスを表現する必要がある場合があります。 たとえば、極端な流れのときに堰が大きな氾濫原の流路によってバイパスされる場合です。 この場合、流出ユニットを使用して、拡張セクションと同じ方法で氾濫原を表現できます。

氾濫原の複雑さに応じて、構造物が水路や氾濫原によって迂回される可能性があるため、慎重な図式化が必要になります。

水理構造物の越波について詳しくは、こちらをご覧ください。

2D モデルを使用すると、地上モデル上に水を流すことができ、通常は LiDAR データによって情報が得られます。 2D モデルを使用する場合、1D モデルとは異なり、事前に流路を決定する必要はありません。

これらは、大幅に優れた空間解像度を提供し、モデル化された領域全体にわたる 2D グリッドまたはメッシュにわたって方程式を解きます。

ただし、モデルの実行時間が長くなるため、2D ドメインをデフォルトとして使用しないでください。

2D モデルを開発するときは、次の点を考慮することが重要です。

手動でジオメトリを修正して以下を追加できる場合は、より粗い解像度を使用することが適切な場合があります。

固定グリッド モデルを使用する場合は、主な流れの方向に合わせる必要があります。

2D 氾濫原には、池や湖などの滞留水のエリアが含まれる可能性があります。

リモートで感知された地面の標高は、データ収集時の水位を表します。 これはモデルに直接読み取ることができます。 ただし、ここは固い地盤として扱われます。

水域が大きく、洪水の流路に影響を与える可能性がある場合は、初期水位を使用してそれを表すことができます。 その場合は、手動で地面のレベルを下げ、その上の深さまたは水位を指定する必要があります。 これにより、DTM データのみを使用する場合よりも、池や湖の水理をより現実的に表現できます。

氾濫原には、運河システムや内部排水板 (IDB) 排水ネットワークなど、より複雑な水域が含まれる場合があります。

次の場合、これらのフィーチャを 2D にリンクされた 1D チャネルとして表すことができます。

多くの場合、複雑なフィーチャを 2D で表現できる場合があります。 これを行うことを選択した場合、レポートではアプローチの制限を認識する必要があります。

使用するソフトウェアによっては、2D2D 連携モデルを使用できる場合があります。 これは、ある解像度または方向の 2D ドメインが、異なる解像度または方向の別の 2D ドメインにリンクされる場所です。

これは、大規模な 2D モデルの小さな領域でより詳細な出力が必要な場合に便利なアプローチです。 このアプローチを 1D2D モデリングと併用することもできます。

InfoWorks-ICM を使用している場合は、リンクされた 2D モデル ドメインを使用できません。 これは、ソフトウェアが柔軟なメッシュ 2D モデルを使用しているためです。 ただし、必要に応じて、さまざまなサイズのメッシュを相互にネストして、より詳細な表示を行うことができます。

ほとんどの場合、1D モデルのアプローチは水路を表すのに最適であり、2D アプローチは氾濫原に適しています。

使用するモデリング ソフトウェアに応じて、1D チャネルと 2D 氾濫原を接続するためにさまざまな方法を使用します。 ただし、一般原則は、ドメイン間の境界で 1D 水位を 2D の流れに変換することです。 採用される典型的なアプローチは、TUFLOW マニュアルの図 8-2 および 8-3 に示されています。

使用するソフトウェアに関係なく、従うべき重要な 1D2D モデリング原則がいくつかあります。

チャネル方向に平行な流れの仮定が無効になる場所には、1D2D 境界を配置する必要があります。 たとえば、氾濫原に水がこぼれる。 通常、これらは、水が構造物にこぼれるため、堤防の上または暗渠道路のデッキに設置されます。

これらの境界を正しく配置することが重要です。 バンクトップのチャネル側にある場合、2D フローの狭い領域が存在し、不安定になる可能性があります。 境界を氾濫原の奥に配置しすぎると、モデル内で堤防の天端レベルを表現できない可能性があります。

2D ドメインから 1D モデル ドメインの幅を (任意の点で) 削除する必要があります。 そうしないと、モデルは流れることができる領域を過大または過小評価することになります。 1D2D 幅は互いに一致する必要がありますが、グリッドまたはメッシュ サイズより小さい一致を取得しても利点はありません。

チャネル モデル内のすべてのノードは、補間を含む 1D2D 境界に接続する必要があります。

境界が比較的粗いセルまたはメッシュ サイズに関連付けられている場合、制御する頂点レベルが適切に表現されない可能性があります。 ジオメトリの変更を追加する必要がある場合もあります。

境界が洪水防御の頂上にある場合は、ジオメトリ変更を使用する必要があります。 可能であれば、測量データからの情報を使用して、モデル内の標高を知らせます。

一部のモデルでは、信頼できるが地理的に希薄な銀行レベルの調査データに依存するかどうかを決定する必要があります。 これは、地理的に広範囲にわたっていますが、精度が低い LiDAR データと比較します。

パイプ ネットワーク モデルを 2D 氾濫原にリンクするためのガイダンスは、UDG ユーザー ノート 40 にあります。

次のいずれかを使用して、1D マンホールを 2D サーフェスにリンクできます。

一部のモデルでは、2D ドメイン内に埋め込まれた氾濫原構造をモデル化するために 1D ユニットを使用する必要がある場合があります。 おそらくここは、大きな堤防が氾濫原を横切り、その下に小さな排水暗渠がある場所と考えられます。 これらの 1D 構造を上流と下流の両方で 2D ドメインにリンクできます。

氾濫原の構造を表すときは、次の点を考慮する必要があります。

この図は、ノーフォーク州アイルシャムのブレ川の 1D2D モデルの概略図を示しています。 このモデルの範囲には、多数の水路内水力構造を備えた主要水路の 1D モデルが含まれています。 これは、左バンクの 1D スピルを介して、右バンクの平行チャネルと 2D ドメインにリンクされます。 これは、必要となる可能性のある幅広いアプローチを示しています。

ノーフォークのブレ川における複数のモデリング アプローチの例。

初期条件は、モデルが非定常シミュレーションに必要とする開始条件です。 これらは、通常、シミュレーションを開始するために必要なチャネルまたはパイプ ネットワークの状態の推定値です。

初期条件には、(他の変数の中でも特に) 以下のものが含まれます。

ほとんどの場合、それらは通常のチャネル状態を表すはずです。 モデリング ソフトウェアによっては、水路、パイプ ネットワーク、または構造の初期条件の推定を含める必要がある場合があります。 シミュレーションを実行する前に、これらを含める必要があります。

実行するために条件を指定する必要のない他のモデリング ソフトウェアを使用している。 おそらく水理理論を使用して、短いモデル範囲での初期条件を推定できます。

低流量で定常モデル シミュレーションを実行し、その結果を使用して、それらを生成することもできます。 初期条件は境界条件によって定義されるため、場合によっては手動による変更が必要になる場合があります。 たとえば、既知の開始貯水池または潮汐水位がある場合です。

事前定義されたレベルを使用すると、モデルが不安定になります (たとえば、時間 0 で満潮レベルが強制されるなど)。 ウォームアップ期間にモデルを実行すると有益な場合があります。 これにより、洪水の波が到着する前に、境界条件を望ましい条件までゆっくりと上昇させることができます。

初期条件は、モデル ファイル内に保存することも、シミュレーション コントロールに読み込まれる別のファイルに保存することもできます。 別のファイルを使用する場合は、それをモデルと一緒に指定する必要があります。

初期条件が適切であることを確認する必要があります。 モデル開発中に不安定性が存在するときに初期条件が作成された場合、初期条件は範囲全体にわたって変動する可能性があります。 これにより、不安定性が継続したり、ピーク時の結果に影響を与えたりする可能性があります。 たとえば、初期状態の水位がピーク流量状態のレベルより高い場合です。

水理粗さは、水が水路や氾濫原を通過するときに受ける抵抗の尺度です。 水力モデリングでは、粗さ係数はこの流れに対する抵抗を表します。

マニングの「n」は、英国で通常使用される粗さ係数です。 マニングの「n」または同等のものを使用して粗さ係数を推定することは、FDG による水理計算の主な困難です。

水力学的粗さに影響を与える可能性のある要因は次のとおりです。

洪水時に予想される水路の状態を考慮する必要があります。 条件は集水域によって異なる可能性があるため、モデリング方法の記述で合意する必要があります。

流れがチャネル内に残っている場合、水理粗さに影響を与える要因には次のものが考えられます。

1D モデルの水力学的粗さを計算するために使用する必要がある典型的なアプローチは、Cowan (1956) によって定義されました。

マニングの「n」を推定するために、水理粗さに影響を与える可能性のある各要素に値が付けられました。

次に、次の方程式を使用しました: マニングの「n」 = (nb+n1+n2+n3+n4) と m の積

マニングの「n」の推定は主観的なプロセスです。 役立つように、さまざまな情報源 (Chow 1959、USGS、1984、および Hicks and Mason、2016) では、特定のマニングの「n」値に対するチャネル タイプの写真が提供されています。 これらは、さまざまなモデル間で一貫したアプローチを提供するのに役立ちます。 参照する：

FDG と HEC-RAS は両方とも、典型的なマニングの「n」値の指針値を提供します。 どちらも最小値 0.025 から最大値 0.0150 までの範囲になります。

Flood Modeller のヘルスチェック ユーティリティは、ガイダンス値も提供します。 ただし、マニングの「n」値が 0.018 未満または 0.100 を超える場合、エラーが返されます。 値が 0.030 未満または 0.060 を超える場合、警告が返されます。

範囲はモデルやモデラーによって異なる場合があります。 非常に詳細な校正データがない場合、正確な値を決定することはできません。 したがって、モデルのレビュー プロセスでは、適切な範囲がよく使用されます。

FDG は、典型的なマニングの「n」値の表を提供します。 この値の範囲は、水路では 0.025 (きれいな真っ直ぐな水路) から 0.150 (植生が濃い)、氾濫原では 0.025 (短い草) から 0.200 (木が密生) です。

HEC-RAS マニュアルで提供される標準値は、FDG と比較していくつかの場所で異なります。

Colebrook-White は、パイプ ネットワーク モデリングで最も一般的な水理粗さ係数です。 ただし、大口径パイプに最も関連するマニングの「n」を適用することもできます。

採択8の下水道では、地表水と側排水路の設計粗さは0.6mm、汚水管の設計粗さは1.5mmであるべきであると述べられています。 詳細な情報が入手できない場合は、これらの値を指定できます。 情報が入手可能な場合は、パイプの状態を反映するように更新する必要があります。 粗さは通常、スチールの 0.3 mm から石材パイプの 45 mm の範囲です。

パイプ ネットワークの水理粗さを計算する場合、過度の詳細レベルを提供する必要はありません。 たとえば、校正データのない場所で値を小数点以下 3 桁まで計算します。

キャリブレーションされていない範囲の粗さの推定には大きな不確実性があるため、推定は比例する必要があります。 十分な根拠がない限り、非常に正確な値は避けてください。 また、粗さの値を急速に変化させると、正確さの錯覚が生じる可能性があります。

2D 粗さ領域は土地利用に応じて変化する必要があります。 これは通常、OS MasterMap データセットによって通知されます。

LIT11327: 洪水と沿岸のリスクを評価するための計算モデリングでは、一部のソフトウェアマニュアルでは推奨事項が示されているものの、空間的に変化する 2D 粗さ係数に関する参照情報が不足していると記載されています。

モデル全体に​​ 0.100 の値を適用して、「参照ケース」のすべての 2D モデルを実行することをお勧めします。 結果を、設計実行で使用される空間的に変化するマニングの「n」値と比較する必要があります。

プロジェクトのスコープでこの要件が指定されることはほとんどありません。 彼らは通常、感度テストを通じて不確実性を評価します。 プロジェクト マネージャーは、これをプロジェクト スコープに追加することを検討する必要があります。 ソフトウェアで深さによって異なる粗さ値を適用できる場合は、浅い流れに対してより高い粗さを推奨します。 これは直接降雨モデリングに関連します。

2D モデルの粗さの値は、通常、モデルのグリッド サイズに応じて増加します。 そのため、他のモデリング上の決定によって異なるため、ここで一般的な範囲を指定することは適切ではありません。

FMRC は 2008 年に、サブグリッドスケールの水理粗度 (粗いグリッドモデル) を使用した場合の浸水予測への影響を調査しました。 SMFFLE でも参照されました。

調査では、密集して都市化したロンドンの氾濫原のケーススタディを使用し、TUFLOW 2D モデルは 2m、10m、50m の数値グリッドを使用してシミュレーションされました。 マニングの「n」値は、次のセルの中心に割り当てられました。

この研究では、氾濫原全体の到着時間に基づいて全体的な不一致指標を計算しました。 これらは、10 メートルおよび 50 メートル モデルの結果とベンチマークの 2 メートル モデルの結果と比較されました。 f(p) の最適化された形式が決定されました (注: 付属のドキュメントには記載されていません)。 提案されたパラメータ化手法は、セル中心部の土地被覆タイプに応じて粗さを割り当てる単純な方法と比較して、結果が改善されることがわかりました。 10m モデルでは通常、改善は 1 桁でした。 50m モデルでは、10m モデルほど一貫性はありませんでしたが、大幅な改善が観察されました。

1D 構造のモデリング ソフトウェアのデフォルトの堰係数が適切かどうかを検討する必要があります。 デフォルト値は正式な堰には適していますが、岩堰などの効率の低い構造物には調整が必要な場合があります。

ソフトウェアのデフォルトでは、通常、ユニットがチャネル内構造を表すことを前提としています。 流れをモデル化するには、1D モデルの流出ユニットと堰ユニットも必要です。

これらは、チャネル内構造よりも効率の悪い流路を表す可能性があります。 これらの構造の係数の選択に関する水力学の文献は限られています。 つまり、キャリブレーション データや事例証拠に合わせて調整を行うのは、モデラーの経験に依存します。

Flood Modeller と InfoWorks-ICM はこれまで、デフォルトの流出値 1.7 を使用していました。 洪水モデラーのマニュアルでは、これは丸い鼻を持つ水平頭頂堰に適していると説明されています。

Flood Modeller は最近、デフォルトの流出値を 1.2 に変更しました。 これは、丸い鼻の堰とはほとんど似ていない多くの構造物に流出ユニットが使用されていることを認めるためです。

堰や流出の効率が低い場合、洪水モデラーのマニュアルには、堰係数 (Cd) の値を減らす必要があると記載されています。

また、次のようにも述べられています。

現在の優れた実践では、0.8 ～ 1.2 の範囲の値が推奨されていますが、維持された芝生堤防の Cd 値の選択に関する正確なガイダンスは利用できません。

たとえば、洪水堤防よりも効率が低い、大きく生い茂った自然地盤の上の流れをモデル化するために流出が使用されている場合は、より低い値が適用される可能性があります。

このシナリオでは、ソフトウェアのデフォルトを変更し、採用された値を正当化する必要があります。 可能な場合は校正する必要があります。 これらの係数に対する感度テストの実行を要求される場合もあります。

下流境界は、水が 1D モデル ドメインと 2D モデル ドメインの両方から出ることを可能にするモデリング コンポーネントです。

モデリング ソフトウェアで水力モデル内の下流の境界を表現するには、以下を使用できます。

選択する下流境界は、所有するデータ、境界の位置、および地域の特性によって異なります。

不確実なデータを使用する場合、境界は対象領域から十分な距離を取る必要があります。 これは、仮定の影響を打ち消すのに役立ちます。

ステージハイドログラフ境界は、水平時間境界または水頭対時間 (HT) 境界と呼ばれることもあります。 これは、水位と時間の関係を示す段階ハイドログラフです。

次のような水路が背水環境に流れ込む場所で使用できます。

観測された洪水イベントにステージ水路境界を使用すると、記録されたゲージ レベルを表すために使用できます。

潮汐がある場合は、モデル流出のピークを満潮と一致させるかどうかを決定する必要があります。 これは同時確率問題の一部であり、提案する内容は水理モデリング手法のステートメントで概要を説明する必要があります。

流れハイドログラフ境界は、流れ時間境界または QT 境界と呼ばれることもあります。 これは、流れと時間を比較したハイドログラフです。 記録されたゲージ データが利用可能であり、モデルが特定の洪水イベントに合わせて調整されている場合、これを使用できます。 設計洪水イベントのモデリングには使用されません。

通常の深度境界は、河床または水面の傾斜に基づいて流量と水位の関係を自動的に生成する境界のタイプです。 この関係は、マニングの「n」方程式を使用して計算されます。 多くの場合、モデルの到達距離がゲージ、合流点、または潮の出口で終了しない場合、これが唯一の選択肢となります。

フローレベル境界は、定格曲線、QH または HQ 境界と呼ばれることもあります。 この境界もフローレベルの関係を使用しますが、通常の深さの境界とは異なり、これはユーザー定義です。 これらの境界の情報は、ゲージステーションの定格曲線から取得することも、既存のモデルから抽出することもできます。

下流境界の配置を慎重に検討する必要があります。 FDG によれば、境界は、そこでの結果に影響を与えないように、対象サイトから十分に離れている必要があります。

境界が対象サイトから水圧的に切り離されている場合、大規模な地形調査の必要性を避けるために、境界をより近くに配置できる場合があります。 たとえば、大きな堰の下流の場合です。

慎重に配置すると、境界における不確実性の影響を打ち消すことができます。 簡単な確認として、対象サイトと境界線との距離が背水長（L）を超えている必要があります。 これは、次の式を使用して推定できます。背水の長さ = 0.7 に深さを乗算し、勾配で除算した値 (m/m)

境界が 2D ドメイン内にある場合は、モデルから出るすべての流路を含めるのに十分な長さの境界を提供する必要があります。 こうすることでガラス張りを防ぐことができます。

たとえば、モデルが潮汐フラップを通って流出する場合など、境界をどこに配置するか選択の余地がない場合があります。 感度テストによって下流境界をモデル化する際に行った仮定を評価します。

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必要なドキュメントの参照番号 (LIT11327 など) を引用する必要があります。