JP6936749B2

JP6936749B2 - 浸水予測プログラムおよび浸水予測システム

Info

Publication number: JP6936749B2
Application number: JP2018030527A
Authority: JP
Inventors: 悟史山口; 尚史楠田
Original assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Current assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2038-02-23
Also published as: JP2019144984A

Description

本発明は、洪水氾濫による浸水を予測するコンピュータプログラムおよび浸水予測システムに関する。

水害対策では、浸水深を想定することが不可欠である。たとえば、水害に遭ってはいけない建物の床高の決定、非常用電源の据え付け高さの決定などでは、想定浸水深が最も重要な要素である。この想定浸水深に関する情報源として、行政機関が作成する「浸水想定区域図」が挙げられる。
「浸水想定区域図」は、特定の条件下においてその地域で想定すべき最大の浸水深を提供するものである。浸水深は、想定する破堤シナリオ（堤防のどの区間が、どの水位で、どのように決壊するのか）によって大きく異なる。この特性を考慮し、「浸水想定区域図」では、次の工程が採用される（非特許文献１）。

まず、特定の条件下（例えば、１００年に一度の大雨による河川増水など）で想定される破堤シナリオを複数用意する。この破堤シナリオでは、破堤に関する諸条件（破堤箇所、破堤開始水位、破堤敷高など）が定義される。
次に、それらのシナリオごとに、氾濫シミュレーションを行う。これにより、対象地域に展開されたメッシュのセルごとに、浸水深が求まる。最後に、これらメッシュのセルごとに、すべてのシナリオにおける最大の浸水深を求める（この処理は、「最大包絡」と呼ばれる）。

一方、特許文献１には、破堤点ごと、時系列の浸水想定区域を表示し、破堤後の浸水の時間経過による浸水状況の変化をアニメーションで表示する「動く浸水想定区域ビューワーシステム」が記載されている。このシステムでは、ユーザが破堤点を１か所指定すると、その地点が破堤すると想定した場合の浸水深分布が地図上にアニメーション表示される。つまり、ユーザが指定した破堤シナリオに関する氾濫シミュレーション結果が提示される。ユーザは、破堤開始から何時間後に、どこが浸水するかを把握することができる。

特開２００８−８３１６７号公報

国土交通省水管理・国土保全局河川環境課水防企画室、国土技術政策総合研究所河川研究部水害研究室、「洪水浸水想定区域図作成マニュアル（第４版）」、平成２７年７月国土交通省水管理・国土保全局河川環境課水防企画室、「浸水想定区域図データ電子化ガイドライン（第２版）」、平成２７年７月．

従来のシステムでは、ある地点についての浸水予測時刻を提示することができないという側面があった。
その原因としては、破堤シナリオに、破堤開始時刻の情報が含まれないためである。従来のシステムでは、破堤シナリオに基づく氾濫シミュレーションを、あらかじめ行っておくことを前提とする。すなわち、想定される破堤シナリオを作成し、そのシナリオに基づいたシミュレーションを行い、その計算結果データ（浸水解析結果データ）を保存し、必要に応じロードできるようにしておくものである。このようにすることで、浸水解析結果データが必要となった場合に、再び氾濫シミュレーションをすることなく浸水解析結果データを得ることができる。

一方で、具体的に、どのような破堤がいつ発生するか、シナリオを作る時点では知ることができない。しかし、複数の（多くの場合、数百から数千通りの）破堤シナリオを想定すれば、現実に発生する破堤は、それらの想定のいずれか１つに近いことが期待できる。とはいえ、このようにして作られた破堤シナリオには、当然のことながら、その破堤シナリオがいつ発生するかの時刻に関する情報が含まれない。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、複数の破堤シナリオの想定が考えられる場合であっても、最も早く浸水する時刻に関する情報を提示することができるプログラムコンピュータプログラムを提供することである。

本発明に係る、コンピュータが実行する浸水予測プログラムは、河川の予測水位を求める第１のステップと、予測水位から予め設けた複数の想定破堤点ごとの破堤開始予測時刻を算出する第２のステップと、想定破堤点ごとに予め算出済みの破堤開始から浸水開始までの地域ごとの時間的長さを、破堤開始予測時刻に加えて想定破堤点ごとの浸水開始予測時刻を地域ごとに算出する第３のステップと、想定破堤点ごとに既に格納済みの地域ごとの浸水予測時刻と浸水開始予測時刻とを比較して、早い方の時刻を地域ごとの浸水予測時刻として格納すべき値とする第４のステップとを有し、第２のステップから第４のステップを設定した破堤シナリオの数に応じて繰り返し実行することを特徴とする。

本発明によれば、複数の破堤シナリオの想定が考えられる場合に、最も早く浸水する時刻の情報を提示するコンピュータプログラムを提供することが可能となる。

本発明に係るコンピュータプログラムを実行するコンピュータシステムの構成を示す概略ブロック図である。浸水解析結果データの破堤シナリオ情報のデータ構造および具体的データ例を示す図である。浸水解析結果データのメッシュ定義情報のデータ構造および具体的データ例を示す図である。浸水解析結果データの浸水開始までの時間メッシュデータのデータ構造および具体的データ例を示す図である。メッシュの位置を示す図である。浸水予測プログラムの処理を示すフローチャートである。地図上に浸水予測時刻を重ねて表示するＧＵＩを示す図である。ＰＣによって実行される処理の流れを示すシーケンス図である。

以下、本発明の実施に係る形態を実施例として、添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るコンピュータプログラムを実行するコンピュータシステムの構成を示す概略ブロック図である。
本実施例のコンピュータシステムは、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）１００によって構成され、併せて、入出力部１１０を備える。入出力部１１０は、キーボード１１１およびマウス１１２などから成る入力部と、ディスプレイ１１３などから成る出力部とによって構成される。ユーザは、入力部のキーボード１１１またはマウス１１２から命令を入力し、出力部のディスプレイ１１３から結果を視覚的に確認することができる。

ＰＣ１００は、その内部に少なくともメモリ１２０およびＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１３０を備える。メモリ１２０には本発明に係る浸水予測プログラム１２１が展開される。この浸水予測プログラム１２１は、ＣＰＵ１３０が実行する命令によって構成される。ＣＰＵ１３０は、浸水予測プログラム１２１の命令に従い演算を実行し、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）１４０へのアクセスおよび入出力部１１０との情報の交換などを行う。以下の説明において、浸水予測プログラム１２１に基づく処理は、実際には、浸水予測プログラム１２１に記述された命令に従いＣＰＵ１３０によって実行される処理である。

ＨＤＤ１４０には、少なくとも、地図データ１４１、浸水解析結果データ１４２および、浸水予測時刻メッシュデータ１４３が格納されており、浸水予測プログラム１２１はこれらのデータを読み込むことができる。ここで、ＨＤＤ１４０は、ＰＣ１００に内蔵されても、ＰＣ１００の外部に接続されても、または、ＰＣ１００からネットワーク経由でアクセスできる別の装置に接続されてもよい。

地図データ１４１は、ユーザに場所を理解させる情報であればよい。地図データ１４１として適している情報には、例えば、地名、行政界、道路、鉄道、衛星画像、等高線および海岸線などが挙げられる。

浸水解析結果データ１４２は、破堤シナリオ情報２１０、メッシュ定義情報３１０およびメッシュデータ４１０から構成される。これらの情報は、データベースに格納してもよいし、フォルダおよびファイルに格納してもよい。後者の場合には、例えば、非特許文献２に定義された、フォルダ構造およびファイル形式を使ってもよい。

図２は、浸水解析結果データ１４２の破堤シナリオ情報のデータ構造および具体的データ例を示す図である。
破堤シナリオ情報２１０は、破堤シナリオＩＤ２１１、河川名２１２、河川流量２１３、破堤点の中心の経度２１４、破堤点の中心の緯度２１５、破堤点の中心の河川距離標２１６、破堤点の左岸・右岸の別２１７、破堤開始水位２１８および危険度２１９から構成される。

個別に、破堤シナリオＩＤ２１１は、破堤シナリオＩＤを一意に識別するための情報である。危険度２１９は、高い順にＡ、Ｂ、Ｃなどで表し、離散的な値をとり、ユーザが設定する情報である。例えば、破堤点位置が重要水防箇所に含まれる場合、ユーザは危険度２１９に高い値を設定する。また、同じ破堤点に複数の破堤開始水位を設定し、破堤開始水位が高いほど危険度２１９に高い値を設定してもよい。例えば、堤防天端高を破堤開始水位にした場合には危険度Ａ、計画高水位を破堤開始水位にした場合には危険度Ｂ、などと設定する。

図３は、浸水解析結果データ１４２のメッシュ定義情報のデータ構造および具体的データ例を示す図である。
メッシュ定義情報３１０は、領域南西端の経度３１１、領域南西端の緯度３１２、東西方向のセルの個数３１３、南北方向のセルの個数３１４、東西方向のセルの長さ３１５および南北方向のセルの長さ３１６から構成される。

図４は、浸水解析結果データ１４２の浸水開始までの時間メッシュデータのデータ構造および具体的データ例を示す図である。
浸水開始までの時間メッシュデータ４１０は、ある特定セルに対して、領域南西端から東西方向に数えた当該セルまでの数４１１、領域南西端から南北方向に数えた当該セルまでの数４１２および値４１３から構成される。値４１３として、浸水開始までの時間が格納される。これは、破堤開始を起点とし、当該セルが浸水を開始するまでの時間的長さを示す情報である。この場合の値４１３の単位は、時間の長さを表す、例えば「分」が使われる。

また、このデータ構造は、浸水予測時刻メッシュデータ１４３にも使われる。ただし、浸水予測時刻メッシュデータ１４３の場合、値４１３としては、浸水開始時刻が格納される。これは、当該セルが浸水を開始する時刻を示す情報である。この場合の値４１３は、例えば「日付および時刻」が使われる。

図５は、メッシュの位置を示す図である。メッシュ定義情報３１０およびメッシュデータ４１０を用いることで、セル５１１の四隅の緯度および経度が特定できる。これにより、メッシュデータを地図に重ねて表示することができるようになる。

図６は、浸水予測プログラム１２１の処理を示すフローチャートである。浸水予測プログラム１２１は、ＣＰＵ１３０によって実行され、処理の主体となるが、以下の各ステップでは、主体の記載を省略する。

スタートして、まずステップ６０１（Ｓ６０１）では、河川水位の予測を行う。この処理には、河川の任意の場所の水位が得られる手法を使うことができ、例えば、１次元河川不定流解析が好適である。このステップ６０１（Ｓ６０１）により、予測水位が求まる。

ステップ６０２（Ｓ６０２）では、浸水予測時刻メッシュデータ１４３を初期化する。この初期化により、このメッシュデータ１４３は、セルごとの値として無効値を格納する。

ステップ６０３（Ｓ６０３）では、破堤シナリオＩＤ２１１ごとに、次のステップ６０４（Ｓ６０４）からステップ６０９（Ｓ６０９）までの処理を繰り返す。

ステップ６０４（Ｓ６０４）では、先に求めた予測水位が、破堤開始水位２１８を超えるか否か、および超える場合は破堤開始予測時刻を算出する。先に求めた予測水位が、破堤開始水位２１８を超えない場合には、破堤開始予測時刻は無効値となる。このステップ６０４（Ｓ６０４）により、無効値を含めた破堤開始予測時刻が得られる。

ステップ６０５（Ｓ６０５）は、破堤するか否かの判断ステップであり、破堤する場合、すなわち破堤開始予測時刻が無効値でない場合（Ｔｒｕｅ）には、ステップ６０６（Ｓ６０６）からステップ６０８（Ｓ６０８）を実行する。破堤しない場合、すなわち破堤開始予測時刻が無効値である場合（Ｆａｌｓｅ）には、処理を行うことなしにステップ６０９（Ｓ６０９）へ飛び、次の破堤シナリオを読み込むことになる。また、この判断ステップの条件分岐を改変して、破堤しかつユーザが選択した破堤シナリオである場合に、ステップ６０６（Ｓ６０６）からステップ６０８（Ｓ６０８）を実行するようにしてもよい。ユーザが破堤シナリオを選択する方法については後述する。

ステップ６０６（Ｓ６０６）では、浸水開始までの時間メッシュデータ４１０をＨＤＤ１４０から読み込む。

ステップ６０７（Ｓ６０７）では、読み込んだ浸水開始までの時間メッシュデータ４１０を、破堤開始予測時刻６３２に加える。この加算値をメッシュのセルごとに算出し、浸水開始予測時刻とする。

ステップ６０８（Ｓ６０８）では、メッシュのセルごとに、浸水予測時刻メッシュデータ１４３に格納すべき値を求める。格納すべき値は、既に格納済みの浸水予測時刻メッシュデータ１４３と、先のステップ６０７（Ｓ６０７）で求めた浸水開始予測時刻とを比較し、時刻の早い方の値である。ただし、浸水予測時刻メッシュデータ１４３に格納された値が無効値の場合には、先のステップ６０７（Ｓ６０７）で求めた浸水開始予測時刻を格納すべき値とする。このステップ６０８（Ｓ６０８）で得られた値を、浸水予測時刻メッシュデータ１４３に格納する。すべての破堤シナリオＩＤ２１１についての処理が終了すると、最も早い浸水予測時刻が求まり格納されることになる。

ステップ６０９（Ｓ６０９）では、すべての破堤シナリオＩＤ２１１についての処理が終了していない場合、ステップ６０４（Ｓ６０４）に処理を戻し、終了した場合、ステップ６１０（Ｓ６１０）に処理を移す。

ステップ６１０（Ｓ６１０）では、浸水予測時刻メッシュデータ１４３をＨＤＤ１４０に保存する。

ステップ６１１（Ｓ６１１）では、地図データ１４１および浸水予測時刻メッシュデータ１４３をＨＤＤ１４０から読み込む。

ステップ６１２（Ｓ６１２）では、読み込んだ浸水予測時刻を地図上に重ねて表示するＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）により、ディスプレイ１１３にウィンドウ７００が表示される。
以上の一連の処理を終了することで、浸水予測プログラム１２１はエンドとなる。

図７は、地図上に浸水予測時刻を重ねて表示するＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）を示す図である。このＧＵＩは、ウィンドウ７００から構成される。このウィンドウ７００は、図６のステップ６１１（Ｓ６１１）により出現するもので、浸水予測プログラム１２１がディスプレイ１１３に表示するものである。

ウィンドウ７００には、ＨＤＤ１４０に保存されている地図データ１４１を基に、地図７１０が表示される。図７では、地図７１０に記載された鉄道の線路７１５、駅７１６および河川７１７が表示される。ユーザは、キーボード１１１またはマウス１１２を使って、地図の表示範囲および縮尺の入力を行うことができる。地図の表示範囲の変更は、例えばマウス１１２のドラッグ操作などにより行う。地図の縮尺の変更は、例えばマウス１１２のホイールの回転操作などにより行う。地図７１０には、北の向きを示すアイコン７１３および縮尺の凡例７１４を表示させることができる。

また、地図７１０に重ねて、破堤点を示すアイコン７１１が表示される。このアイコン７１１は、破堤点の中心の経度２１４および緯度２１５（図２）が示す地図上の位置に表示される。

さらに、地図７１０に重ねて、浸水予測時刻メッシュデータ１４３（地図上では７１２）が表示される。その際に例えば、それぞれのセルが浸水開始時刻に応じた色で塗りつぶされて表示される。ここで、色が示す時刻は、図７の左下部に示すように、凡例７１３により確認できるようにしてもよい。

ウィンドウ７００には、破堤シナリオのリスト７２０が表示される。例えば、リスト７２０は、フォルダ７２１と破堤シナリオＩＤ２１１を表すアイテム７２２とから構成される。フォルダ７２１には、ユーザが任意の名称をつける。図７には、危険度２１９（図２）が「Ａ」の破堤シナリオを格納した「重要水防箇所フォルダ７２１」、破堤点の左岸・右岸の別２１７が、「左岸」である破堤シナリオを格納した「左岸フォルダ７２３」、「右岸」である破堤シナリオを格納した「右岸フォルダ７２４」を作成した場合を示す。

また、１つの破堤シナリオは、複数のフォルダに格納することもできる。例えば、図７に示すように、ユーザがフォルダ７２４を選択すると、そのフォルダ７２４に含まれる破堤シナリオＩＤ（ＢＰ００４〜ＢＰ０１２）が表示され、任意の破堤シナリオＩＤを選択することができる。あるいは、ユーザがフォルダを開き、アイテムを１個以上選択することもできる。この破堤シナリオの選択がなされると、浸水予測プログラム１２１がステップ６０５（Ｓ６０５）から再び実行される。この際のステップ６０５（Ｓ６０５）の処理としては、破堤しかつユーザが選択した破堤シナリオである場合には、ステップ６０６（Ｓ６０６）からステップ６０８（Ｓ６０８）を実行する。

図８は、ＰＣ１００によって実行される処理の流れを示すシーケンス図である。
浸水予測プログラム１２１は、前述のステップ６０１（Ｓ６０１）からステップ６１２（Ｓ６１２）までを実行する。これらのステップは、浸水予測プログラム１２１に記述された命令に従うＣＰＵ１３０によって実行される。また、ＨＤＤ１４０に対しては、データの読み込みがステップ６０６（Ｓ６０６）およびステップ６１１（Ｓ６１１）で、データの書き込みがステップ６１０（Ｓ６１０）で、それぞれ発生する。処理結果の出力については、入出力部１１０のディスプレイ１１３へのウィンドウ７００の表示が、ステップ６１２（Ｓ６１２）で発生する。さらに、ウィンドウ７００においてユーザが破堤シナリオを選択する場合には（ステップ８０１）、浸水予測プログラム１２１がステップ６０５（Ｓ６０５）から再び実行されることになる。

１００ＰＣ、１１０入出力部、１１１キーボード、１１２マウス、
１１３ディスプレイ、１２０メモリ、１２１浸水予測プログラム、
１３０ＣＰＵ、１４０ＨＤＤ、１４１地図データ、１４２浸水解析結果データ、
１４３浸水予測時刻メッシュデータ、２１０破堤シナリオ情報、
３１０メッシュ定義情報、４１０浸水開始までの時間メッシュデータ、
７００ウィンドウ、７１０地図

Claims

コンピュータが実行する浸水予測プログラムであって、
特定の河川の少なくとも破堤点の位置および当該破堤点の破堤開始水位の情報を有する破堤シナリオに対して、
前記河川の予測水位を求める第１のステップと、
前記予測水位が予め設けた複数の想定破堤点ごとに前記破堤開始水位を超える場合の破堤開始予測時刻を、当該予測水位の予測時点に基づいて算出する第２のステップと、
前記想定破堤点ごとに予め算出済みの破堤開始から浸水開始までの地域ごとの時間的長さを、前記破堤開始予測時刻に加えて前記想定破堤点ごとの浸水開始予測時刻を前記地域ごとに算出する第３のステップと、
前記想定破堤点ごとに既に格納済みの前記地域ごとの浸水予測時刻と前記浸水開始予測時刻とを比較して、早い方の時刻を前記地域ごとの浸水予測時刻として格納すべき値とする第４のステップと
を有し、
前記第２のステップから前記第４のステップを、設定した前記破堤シナリオの数に応じて繰り返し実行する
ことを特徴とする浸水予測プログラム。
請求項１に記載の浸水予測プログラムであって、
地図データおよび前記地域ごとの浸水予測時刻を読み込む第５のステップと、
読み込んだ前記地域ごとの浸水予測時刻を、読み込んだ前記地図データ上に重ねてウィンドウとして表示する第６のステップとを
有する浸水予測プログラム。
請求項１または２に記載の浸水予測プログラムであって、
ユーザが前記設定した破堤シナリオを選択することを受け付ける浸水予測プログラム。
請求項２または３に記載の浸水予測プログラムおよび地図データを格納する記憶部と、
前記浸水予測プログラムを実行するプロセッサと、
請求項２または３に記載のウィンドウを表示する出力部と、
ユーザの操作入力を受け付ける入力部と
を備える浸水予測システム。