趣味で計算流砂水理

Computational Sediment Hydraulics for Fun

札幌市清田区里塚の航空写真,古地図,地質図を並べてみた

またまたLeaflet.syncです.ブログへの埋め込み方がわかりました.

今回の北海道の地震液状化が生じた清田区里塚の地形を分析してました.

北海道札幌市清田区里塚の地震の影響の被害画像がヤバい!液状化で里塚ヤバすぎ,清田区おわった便りTwitterから届く,,, | What a story!in my Book

こう見ると谷底で人が住むところじゃないですね.

大きい版はこちら

github.com

Leaflet.Syncで真備町の写真を並べてみました

地理院真備町の被災直後の写真を公開していたいので,Leaflet.Syncで被災前,被災後,地形分類図を並べてみました.

いつもどおり,ブログに埋め込みたかったのですが,駄目だったので,githubに上げました.

Leaflet Sync Demo - with three maps listening

github.com

  • 被災箇所には旧川があったようです.
  • 破堤箇所は,特別水位が上がる箇所というよりも,越水で危険な状態にたまたまその箇所が切れた感じです.支川合流部で若干の弱部であったかもしれないですが,どこが切れてもおかしくない感じです.

小田川は,合流点付替えという大事業が今年度より行われる予定でした.確かに,高梁川の背水影響を受けづらくなりますが,抜本的な対策とは言えません.

今回の災害から,高い堤防は破堤時の浸水深が大きくなり,人的被害のリスクが高まることが理解できます.

あまり誰も言わないですが,築堤によるリスクは大きいな思いました.

私の改修案は,引き堤および旧川の復元です.これしかサスティナブルな開発はないと思います.


CDN(Content delivery network)を初めて使いました

私が知識不足なだけですが,CDNを初めて知りました. かなり便利ですね.

本番環境では禁止されているようですが,テスト環境だとサーバを立てずにnpmを使えるは非常に役立ちます.

2種類使ったので書いておきます.

UNPKG

npmのCDN化用です.jsやcssを使うためにコードに埋め込んでます.

RawGit

githubCDN化するのに使ってます.今回はhtmlですが,textやjsonCDN化に使えそうです.

Re:一次元河床変動計算

混合粒径モデル

ソースありがとうございます。私の方でもソースを読んでみて、計算回してみたいと思います。

個人的にはもう少し細かく粒径を切って計算を回して、粒度分布の形状をみたいかなと。

粒度分布の検討

中身を確認した上で、 上記のソースで表層の粒径と流砂量の分布を見てみたいと思います。

正規分布(粒径を対数変換)による粒度分布の推定(2個以上の混合正規分布の推定)のためのEMアルゴリズムは書けたので、 条件を決めていくつか試してみる予定です。言語はRなので、Pythonに変えるつもりです。

現在の河床変動解析のフレームワークで綺麗な対数正規分布になるようになるという結論なら、 それはそれで面白いかなと思ってます。

水位予測

記事について吟味させてください。 個人的には難しいところもありますが、甘えもある気がしています。

あと、計画や設計等々の絡みもあるので、一貫した態度を持たないといろいろ不整合が出てしまうのがなぁ、と。

一般の方々にも予測の難しさを知ってもらえるよう、あえていろいろディスクローズするのも 一つの手かなと思います。

国交省のとんでも水位予測について

あまりコラム的なことを書くのは趣旨が異なるので嫌なのですが思うことが多くあるのでまとめておきます.

水位予測の現状

去年の産経の記事がわかりやすいです.

https://www.sankei.com/premium/news/170711/prm1707110004-n1.html

要するに, - 精度が悪すぎて公開はできない. - 気象庁的には何とかしたいから指定区間は独自公開.

気象庁からみたら国交省の予測はありえない.基本がなってないので鼻で笑うレベルらしいです.

河川の予測は国交省しか出来ない的な印象ですが,測量データを公開しないので計算できないだけ.ほんとに誰かなんとかしてほしいです.

水位予測システムの改修

新システムに関する記事が以下です.

http://www.mlit.go.jp/common/001240498.pdf

https://www.sankei.com/region/news/180629/rgn1806290016-n1.html

水害リスクラインって...英語になってない...

モチベーションは正しいのですが,このモデルが相当まずい.

新たな水位予測システムの技術的なまず

このモデルは,京大 立川先生が提案したモデルです.

https://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp/dspace/bitstream/2433/194041/1/jscejhe.67.I_511.pdf

既存のモデルとの変更点は,「データ同化」と呼ばれる手法を用いて,観測値(水位)に基づき,計算条件を逐次修正(最適化)することにより予測精度を上げる点です. これ自体は問題ないのですが,問題は最適化している条件として,「粗度係数」と「流入量係数」としていることです.後者はまだ許される範囲(流入量係数じゃなくて流入量にしないと駄目)ですが,前者はありえない. そもそも,リアルタイム解析でパラメータを最適化するなんてありえない.こんなことしていたら,アポロは一生月に着きません. 気象予測をはじめとしたデータ同化を用いた数値予報システムはいくつもありますが,すべて状態量を同化しています.

なぜか国交省は,この論文一本を担保に今年度より2-3年,数十億かけて,この考え方によるシステムの入れ替えを行います.税金の無駄遣いもいいとこです.精度は期待できないでしょう.

急に立川さんがスタンスを変更

ところが,唯一の担保だった立川さんが今月号の土論で急にスタンスを変更してきました.

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jscejhe/74/2/74_32/_pdf/-char/ja

最新なので有料です.(DBに)

結論は,パラメータの同化では予測精度がでないので,状態量(貯留関数なので貯留高)の同化しましょうということです.

国交省はもう走り出したのにどうするのでしょうか..

立川さん含めこの手の研究で気になること.

  • なぜか,水文関連では粒子フィルタが好まれているようですが,ほとんどの論文で誤差分布が示されていないので,非ガウシアン分布になっているのかが不明です.ざっくり見た感じでガウシアンっぽいので,メリットがないのでは,

  • 立川さん程度の計算ならバックプロパゲーションで解けるのでは?

今後の期待

  • 河川は気象と比較するとまだまだ観測データが少ないので同化が難しい.今後は観測データが増えるようなので精度向上が期待できる.
  • 降雨流出過程が概念モデルにならざる得ないので同化が難しい.ここはブレイクスルーが必要

愚痴っぽくなりましたが,一技術者として思うことです.

はてブロでbokeh

bokehWelcome to Bokeh — Bokeh 0.13.0 documentationというD3.jsのpythonラッパーで遊んでみました.

D3.jsよりは楽で,pythonで書いたものをhtmlで吐き出す形式です. Web上で解析結果をインタラクティブに表示するのに使えそうです.

これとは別にplotlyPython Graphing Library, Plotlyというのが並んで有名らしいです.

一次元河床変動計算,掃流砂のみ混合粒径:コードは世界最短?

やっとできました.

計算条件

  • 境界条件:周期境界条件
  • 平均河床勾配:1/500
  • 水深1.4m
  • 粒径:7粒径区分,うち2粒径が動かない粒径(コード参照)
  • dx:200m,dt:1sec
  • 初期条件:一部区間に最大粒径の2倍程度のマウンドを設ける

計算結果と考察

 計算があってると仮定します.

f:id:SedimentHydraulics:20180719190217g:plain

  • マウンド部分が粗粒化が進んで,動かなくなります.単一粒径では起こらない現象です.
  • マウンド以外は分級が生じないです.ほとんど初期材料と構成が変わりません.分級は流れを制限する要因(河床勾配の変化等)がないと生じないと言えます.
  • 粒径によって伝搬速度が異なる.

コード

  • こんなにスッキリ書けるとは思いませんでした.まだまだ短く書けますが,可読性を考えてこんなところにしておきました.
  • あまり自信がないです.チェックしてください.

1D-bed-variation-model-of-sediment-mixtures

gistにもライセンスを

以前何かで読んだので書いてみました.beautifulsoupでおしゃれに.

粒度分布

吸収境界

地震動の吸収境界は、次のものが多く使われていました。

http://www.gms.bosai.go.jp/GMS/doc/B5766511.pdf

吸収境界の起債はp655以降にあります。 基本的には平面方向の地震動については吸収してもらわないといけないので、 便宜上、減衰させる方法になっています。

検討されている問題に対しては、 可能であれば物理的に境界を設定する方がよいかと思います。

河床材料粒度分布の一般化

論文

情報ありがとうございます。粒度分布の一般化については、次のものがありました。

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjseg1960/39/4/39_4_352/_pdf

河床材料ではありませんが、対数正規分布で近似していました。

水理公式集の例題プログラム集の北大の清水先生の1次元河床変動解析でも、 河床材料粒度分布を対数正規分布で近似してました。

藤田先生の論文「混合砂礫河床材料の空隙に関するシミュレーションモデル」でも、 対数正規分布で近似されていました(読んでるはずなのにすっかり忘れておりました)

https://www.jstage.jst.go.jp/article/prohe1990/50/0/50_0_1021/_pdf/-char/ja

こういった粒度分布を一般化することに意味があるかという疑問はありますが、 どうも対数正規分布であれば、平均と分散(3母数であれば、加えて下限)で概ね表現できるというのは、 面白いかなと思ってます。

課題

少し考えてみたのですが、次のようなものがあるような気がしています。

  • 対数正規分布として近似できるような状態とは?
  • 洪水中はどのようになっているのか?
  • 混合粒径で流砂量公式を適用した場合の流砂量の粒度分布(平衡給砂量)って?

河床材料粒度分布をパラメトリック(分布形を仮定してパラメータを推定)に決められるのならば、 意味があるのかなとは考えています。