ANUGA / Debris Flow Style / 2D Shallow Water

ANUGAを使った
土石流2次元デモ

ANUGAの2次元浅水流ソルバーを使い、渓流谷を流下する土石流を「高粗度の混合流体」として概略表現するPythonデモです。 本格的な2相土石流モデルではありませんが、1m DEM・河川・堤防・砂防施設データを使った到達範囲の説明用デモとして拡張できます。

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ANUGA土石流デモの解析フロー

Overview

ANUGAで行う土石流風シミュレーションの考え方

ANUGAは本来、洪水・津波・氾濫などの2次元浅水流を解くためのPythonライブラリです。 このデモでは、土石流を厳密な土砂・水の2相流としてではなく、Manning粗度を大きくした高濃度流体として扱い、 流下経路、堤防・盛土による遮蔽、最大流動深をWebで説明できるようにします。

ANUGAの2次元浅水流

ANUGAの三角形メッシュと有限体積法を使い、stage・流動深・運動量を時間発展させます。土石流は高粗度の混合流体として概略表現します。

DEM・河川・堤防に拡張可能

デモでは人工地形を使いますが、実務版では1m DEM、河川ライン、堤防・道路盛土、砂防施設を地形条件へ反映できます。

SWW・PNG・GIS出力

ANUGA標準のSWWファイルに加えて、最大流動深や最大流速をPNG・CSV・GeoTIFFへ展開する構成にできます。

Sample Output

最大流動深分布のサンプル図

サンプル図では、上流の発生源から谷沿いに流下し、砂防施設や下流の堤防・盛土に影響されながら広がる最大流動深を示しています。 実務データでは、ANUGAのSWW出力をQGIS/Crayfishで確認し、必要に応じてGeoTIFFやWeb地図用タイルへ変換します。

ANUGA土石流デモの最大流動深サンプル図
上流発生源から渓流谷を流下する土石流風の最大流動深分布イメージです。

Demo Result Figures

ANUGA土石流2次元デモのサンプル図

SWW結果ファイルの説明図、最大値分布、時刻別スナップショット、到達時刻・危険度区分図、QGIS/Web向け出力例まで、 ご指定の5項目に対応するサンプル図を追加しました。

ANUGA標準のSWW結果ファイルのサンプル図
1. ANUGA標準のSWW結果ファイル SWW出力をイメージしやすいように、解析領域、初期条件、出力フレームの概念をまとめた説明用サンプル図です。
最大流動深分布と最大流速分布のサンプル図
2. 最大流動深分布、最大流速分布 最大流動深と最大流速を並べ、谷筋での強い流下と下流での広がりを確認できる図です。
時刻別の流動深、流速、水面標高のサンプル図
3. 時刻別の流動深・流速・水面標高 複数時刻のスナップショットを使って、流動深、流速、水面標高の時間変化を追跡できる図です。
到達範囲、到達時刻、危険度区分図のサンプル
4. 到達範囲・到達時刻・危険度区分図 到達範囲、到達時刻、危険度区分図をまとめ、避難・防災検討で使いやすい形式にしたサンプルです。
QGIS表示用のPNG、GeoTIFF、CSV、Web地図用データのサンプル図
5. QGIS表示用のPNG / GeoTIFF / CSV / Web地図用データ PNG、GeoTIFF、CSV、Web地図用ポイントレイヤのような、外部ツールへ展開しやすい成果物イメージをまとめた図です。

Input

入力データ

  • 1m標高メッシュDEM、またはANUGA用の補間済み地形関数
  • 解析範囲ポリゴン、河川中心線、堤防・道路盛土、砂防施設
  • 発生源ポリゴン、初期土砂量、代表流動深、または供給ハイドログラフ
  • Manning粗度係数、評価点、出力間隔、計算時間
  • 既往災害範囲・堆積範囲などの検証データ

Output

出力結果

  • ANUGA標準のSWW結果ファイル
  • 最大流動深分布、最大流速分布
  • 時刻別の流動深・流速・水面標高
  • 到達範囲・到達時刻・危険度区分図
  • QGIS表示用のPNG / GeoTIFF / CSV / Web地図用データ

Sample Export Files

同梱サンプルファイル

ANUGA土石流2次元デモ用に、PNG、CSV、JSON、GeoTIFF、GeoJSON、凡例PNG、QGISスタイル（QML）を同梱しています。

Workflow

解析フロー

  • 地形作成で河道掘り下げ・堤防盛土・砂防施設を反映
  • ANUGA三角形メッシュを作成
  • 発生源流動深、粗度、境界条件を設定
  • SWWを出力し、最大流動深・最大流速・到達時刻を後処理
  • PNG、GeoTIFF、CSV、Web地図用データへ展開

Workflow

解析フロー

Web掲載用のサンプルでは人工地形を使ってANUGAの実行構成を示しています。実務版では、DEMとベクトルデータを前処理してANUGAの三角形メッシュへ変換し、 発生源条件と粗度条件を調整しながら複数ケースを比較します。

  1. 地形作成DEMを補間し、河道掘り下げ・堤防盛土・砂防施設を反映
  2. メッシュ生成矩形または解析範囲ポリゴンからANUGAの三角形メッシュを作成
  3. 初期・境界条件発生源流動深、粗度、反射/透過境界を設定
  4. 時間発展stage・x/y momentumを更新し、wet/dryを含む流下を計算
  5. 結果出力SWW、最大流動深、最大流速、PNG、GeoTIFF、CSVへ展開

Python Source Sample

Pythonソースサンプル

以下は scripts/anuga_debris_flow_demo.py の内容です。 ANUGAを使って人工渓流地形上の流下を計算し、最大流動深を保存するテンプレートです。

scripts/anuga_debris_flow_demo.py Python / ANUGA

anuga_debris_flow_demo.py をダウンロード

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References

公式リンク・マニュアル

ANUGAを実務検討へ発展させる場合は、ANUGA本体のドキュメント、ユーザーマニュアル、SWW結果ビューア、GitHubの更新状況を確認してください。

ANUGA Documentation ANUGA GitHub ANUGA User Manual PDF ANUGA Viewer ANUGA概要ページ

Note

実務適用時の注意

このデモはANUGAの2次元浅水流モデルを利用した説明用テンプレートです。土石流の濃度変化、粒径、侵食・連行、堆積、間隙水圧を厳密に扱うものではありません。 砂防計画や詳細設計に使う場合は、D-Claw等の土石流向けモデル、既往災害範囲、堆積厚、流下痕跡、現地調査結果との比較検証が必要です。