趣味で計算流砂水理

趣味で計算流砂水理 Computational Sediment Hydraulics for Fun Learning

数値計算とか河川工学とかプログラミングのことを書いています

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メモ:d4PDFの5kmダウンスケーリングモデルSI-CAT DDS5TKについて

本業(河川屋)で使ったのでまとめておきます。


SI-CAT DDS5TKとは

気候変動適応技術社会実装プログラム SI-CAT(Social Implementation Program on Climate Change Adaptation Technology)によって作成された,力学的ダウンスケーリングによる水平解像度5kmのデータセット(「大気近未来予測力学的ダウンスケーリングデータ(東北から九州)by SI-CAT」,以下,SI-CAT DDS5TK と略す)

このデータはアンサンブル気候予測データベースd4PDFの20km解像度データを5kmにダウンスケーリングしたものである.

計算手法等は以下を参照

出典:大気近未来予測力学的ダウンスケーリングデータ(東北から九州)by SI-CAT (SI-CAT DDS5TK) の概要 https://www.restec.or.jp/si-cat/_public/202003b/SI-CAT%20DDS5TK%E6%A6%82%E8%A6%81_200228.pdf

解析の対象期間

  • 現在:1980-2011、現在:12パターン
  • 将来:2080-2111、将来:12パターン(6SST×2摂動)

であり、オリジナルのd4pdf 20kmと比較すると期間が短く、摂動およびSST(海面水温)の数がかなり少ない。

オリジナルのd4pdf 20kmは、解析期間約50年を連続して計算していますが、SI-CAT DDS5TKは1年ごとに7/24 00UTC ~ 翌年 8/31 00UTC期間で計算をしています。そのため、7/24~8/31までは助走期間として9/1からのデータを使用することが推奨されています。

出典:SI-CAT DDS5TK FAQ (2020.2.28) https://www.restec.or.jp/si-cat/_public/202003b/FAQ%E6%A1%88_200228.pdf

出典:国土交通省 第4回 気候変動を踏まえた治水計画に係る技術検討会(令和元年5月31日)資料2-2 気候変動を踏まえた治水計画の前提となる外力の設定にかかる予測モデルの評価 https://www.mlit.go.jp/river/shinngikai_blog/chisui_kentoukai/dai04kai/02_2_model_hyouka.pdf

解析の対象エリア

上記のとおり、九州~本州までを対象としています。

データ点数は、301×321=96,621です。

定義点を図化すると下のとおりです。(データが必要な方はコメント、DMください。公開します。)

データの座標系、地図投映法

地図投映法は、上記の対象エリアを矩形領域で定義するために、ランベルト正角円錐図法(標準緯度:北緯 30 度,60 度,標準経度:東経 140 度)を使用しています。

CRSは次のとおりです。(間違っていたらすいません。)

+proj=lcc +lat_0=0 +lon_0=140 +lat_1=30 +lat_2=60 +x_0=0 +y_0=0 +datum=WGS84 +units=m +no_defs

出典:大気近未来予測力学的ダウンスケーリングデータ(東北から九州)by SI-CAT (SI-CAT DDS5TK) の概要 https://www.restec.or.jp/si-cat/_public/202003b/SI-CAT%20DDS5TK%E6%A6%82%E8%A6%81_200228.pdf

河川計画への適用について

北大 山田先生の資料によると、河川流域程度の範囲で検討を行う場合は、20kmでは再現精度が悪いため、5km解像度のデータを使う必要があるとのことです。

出典:国土交通省 第4回 気候変動を踏まえた治水計画に係る技術検討会(令和元年5月31日)資料2-2 気候変動を踏まえた治水計画の前提となる外力の設定にかかる予測モデルの評価 https://www.mlit.go.jp/river/shinngikai_blog/chisui_kentoukai/dai04kai/02_2_model_hyouka.pdf

河川屋ならよく見る以下の「気候変動を踏まえた治水計画のあり方」のデータは、d4pdf(5km、SI-CAT)およびd4pdf(5km、yamada)(北海道のみ)を使用して作成されています。

出典:「気候変動を踏まえた治水計画のあり方」提言 (令和3年4月改訂)【概要】気候変動を踏まえた治水計画のあり方(改訂) https://www.mlit.go.jp/river/shinngikai_blog/chisui_kentoukai/pdf/r0304/00_gaiyou.pdf

公開場所

DIAS上で公開されています。

DIASデータ俯瞰・検索システム

ただし、全てダウンロードするのは非現実なくらい大変です。 オリジナルのd4pdfのようにエリア指定とは出来ないです。

雑談:メインPC:VAIO Zがとんだので、VAIO Zを批評します。⇒ 一般の方にはあまりおすすめしません。

年明け早々最悪です。厄年の洗礼かな。


VAIO Zが壊れた経緯

私のメインPC:VAIO Zが壊れました。(スペックはノートPCのスペック : VAIO Z - 趣味で計算流砂水理 Computational Sediment Hydraulics for Fun Learning)

store.vaio.com

症状は電源周りがやられて電圧がかからない感じです。放電も繰り返しましたが駄目です。

考えられる要因は年末年始に計算を回しすぎたことかなと。

導入から1年8ヶ月で短命でした。(ちなみに、私のPCで最も短命だったのはSurfaceProの8ヶ月)

私は3年おきにPCを買い替えるのでほとんどPCが壊れることは無いので、結構ショックです。

VAIO Zを購入した理由

私の購入したVAIO Zは約45万円です。

私のモバイル可能(私の中では1.2kg以内)な機種ではハイエンド機になると思います。

比較サイトでもおすすめされている方は多いです。(例えば、https://my-best.com/14728

私は移動中や出張先でも計算を回したいのでCPUやメモリはそれなりのものを選びます。

前回に使っていたVAIO(S?)が3年間問題なく使えたので思い切って本機を買いました。

壊れるまでの使用感

購入した当初から不安定でした。ハズレだったのかもしれません。

  • イヤホンのノイズ
  • イヤホンジャックのマイク入力の不具合
  • 純正ドックが不安定 ⇒ 1年で壊れた。
  • 髙負荷時に落ちる
  • 高負荷時にwifiが不安定等

これほどのスペックの機種であれば動画編集等の高負荷は想定内なので電源がやられるのは解せないです。

修理依頼から完了まで

サポートは非常に手厚いです。電話確認では3週間かかると言われましたが、1週間以内に修理完了しました。

webで依頼 ⇒ 翌日引取(土曜日) ⇒ 翌営業日:受け取り,修理開始 ⇒ 2日後:完了発送 ⇒ 翌日:受け取り

修理内容は、マザーボード修理と書いてありましたが、多分新しいマザーボードに交換したと思います。

まとめVAIO Zの批評

やはり一般の方にはあまりおすすめはしません。

サポートは手厚いので、高級車やハイブランド服のように少し不具合が出たら修理に出すようなメンテナンスができる人は使っても良いと思います。

ダム建設が河道に与える影響:十勝川を例に

十勝川について調べていた時に気になったのでまとめておきました。

一応専門としている土砂水理の話なので少しマニアックです。


十勝川についてのみを読みたい方はダム建設後の十勝川の変化まで飛んでください。


ダムによる河道への影響

まず、前提知識として自然河道では河道内流路は時間の経過とともに必ず位置や形が変化することを知っておく必要があります。

computational-sediment-hyd.hatenablog.jp

その上で、ダムが建設、運用されると以下の現象が起こります。

  1. 流砂が遮断され、洪水の規模が小さくなる(ピークカット)。
  2. 主流路が動きにくくなる(流路の固定化)。
  3. 主流路がどんどん深く掘れていく。
  4. 主流路以外の部分(砂州、高水敷)の冠水頻度が減少し、樹林化が進行する。
  5. さらに、主流路が動きにくくなる(流路の固定)。

以降、2~4を繰り返す。

関連する資料を以下に紹介します。

  • ダムによる下流河川への影響

ダム下流の河川環境改善に向けた環境放流に関する調査研究 平成24年度水源地環境技術研究所

  • 流路の固定化、樹林化のプロセスの模式図(ダムきっかけではないですが)

北上川上流における河道分析について 令和3年度 東北地方整備局管内業務発表会

  • 樹林化のプロセスの模式図

河川の樹林化原因に関する諸説のレビュー 土木学会 水工学委員会環境水理部会研究集会2014

  • 流路の固定化のプロセス(ダムきっかけではないですが)

土器川河床安定化対策に関する検討 四国地方整備局管内 平成30年度 技術・業務研究発表会

  • その他参考資料:ダムによる下流河道への影響等

国総研資料 第 521 号ダムと下流河川の物理環境との関係を分析する際に理解しておくべき日本のダムの基本特性

流路の固定化や樹林化が引き起こす問題として、礫河原や砂州などの物理環境や生態系を破壊することが挙げられます。これらは、ダムを取り除かない限り元に戻らず、ダムを取り除いても、回復には数10年の時間がかかると考えられています。

土砂還元や流水型ダム、排砂バイパスなどを使って、流砂の遮断を軽減することはできますが、それらの影響は気休め程度に過ぎません。

世界中では、このようなダム建設による負の影響を反省し、ダム撤去事業などが積極的に行われています。「Dam Removal」や「River Restoration」などで検索するとたくさんの情報がヒットします。ただし、注意するべき点は、ほとんどが小規模なダム(堰のようなもの)の撤去事例であり、大規模なダム(ハイダム)の撤去事例はほとんどないことです。

ダム建設後の十勝川の変化

本題ですが、十勝川のダム建設後の変化をみていきます。

十勝川

十勝川は1985年に十勝ダムが竣工しています。 下の航空写真の右は竣工後20年が経過した状況です。 典型的な流路の固定化、樹林化がみられます。

左:1974~1978年、右:2004年

リンク:地理院地図 / GSI Maps|国土地理院

札内川

札内川は1998年に札内川ダムが竣工しています。 下の航空写真の右は竣工後18年が経過した状況です。 それほど顕著ではないですが流路幅が狭くなってなり樹林が進行している状況です。今後さらに進行することが想定されます。

左:1974~1978年、右:2016年4月

リンク: 地理院地図 / GSI Maps|国土地理院

十勝川水系河川整備基本方針の変更に係る説明資料 令和4年9月

当該分野の研究動向

気候変動とも関連して様々な影響による流砂環境の変化に関連する研究は例えば以下のように多くみられます。

一方で、これらの研究は観測データを基にしたものが大半であり、しっかりとした物理モデルによる研究はほとんどみられないです。。 これは、 平面二次元(又は三次元)の河床変動計算は、長期計算を行うことが計算資源上難しいことが考えられます。 我々としても、現象解明のために、流れ、流砂、植生のインタラクションを長期間にわたり精度良く計算できる平面二次元河床変動モデルの開発は必要だと考えているところです。

おわりに

ここまでの話ではダムは不要かのように感じますがそんなことはなくて、特に利水面では重要な役割を果たしています。

ダムをつくると前述のような河道の変化が起こることを理解した上で改めてダムの必要性をいただければと思います。

私の個人的見解は、

We have to work with nature and not against it anymore.

です。(以下より抜粋)

www.nationalgeographic.com

参考図書

河川の土砂水理を物理的にしっかりと説明した書籍はあまりないのですが、以下が参考になると思います。

備忘録:「河道計画検討の手引き」の誤い-潜水橋による堰上げの影響

自明な内容ですが5年に1回くらい聞かれるので。

直リンク:http://www.jice.or.jp/cms/kokudo/pdf/tech/material/kadoukeikaku.pdf#page=93


下流断面1,2を矩形近似して運動方程式を立てると次のとおりになります。

\begin{align}
\dfrac{1}{2}\rho g {h_1} A_1 + \rho V_1 Q + D = \dfrac{1}{2}\rho g {h_2} A_2 + \rho V_2 Q  \\
\end{align}

式展開を行う。よく使う共役水深の式展開とほぼ同様です。

例えば、

より、抜粋p.140

\begin{align}
\dfrac{1}{2}\rho g(B_2{h_2}^2 - B_1{h_1}^2) - \rho Q^2\left(\dfrac{1}{B_2 h_2} - \dfrac{1}{B_1 h_1}\right)  -  \dfrac{Q^2}{2{A_2}^2}a C_d  = 0
\end{align}

\Delta h = h_2 - h_1を代入すると、

\begin{align}
\dfrac{1}{2}\rho g(B_2(\Delta h+ h_1)^2 - B_1{h_1}^2) - \rho Q^2\left(\dfrac{1}{B_2 (\Delta h + h_1)} - \dfrac{1}{B_1 h_1}\right)  -  \dfrac{Q^2}{2 B_2^2 (\Delta h + h_1)^2}a C_d  = 0
\end{align}

この式より反復法等を用いて\Delta hを求めます。

備忘録:プロキシ環境下でanacondaが急にネットワークに接続できなくなった要因

プロキシ環境下でanacondaが急にネットワークに接続できなくなりました。

色々調べると、プロキシ環境の変化によりssl_verifyがTrueだと接続できなくなっていたようです。Falseにすると通りました。

conda config --set ssl_verify False

Anaconda Prompt (Miniconda3) からパッケージをインストールできるようにしたい。

備忘録:windowsでwifiの候補リストが表示されなくなったときの対処法

windowsのアップデート等(私の場合はネットワークのリセット)でwifiの候補リストが表示されなくなったときの対処法です。

考えられる理由としては、以下のserviseが停止しているためと思われます。

WLAN AutoConfig

piyopiyocs.blog115.fc2.com

Network List Service

tooljp.com