1m DEMを想定
平面直角座標系の標高メッシュを使い、河道・堤防・氾濫原を同じ格子上で扱います。
Flood Inundation / 2D Shallow Water / Python
河川氾濫2次元
シミュレーション
1m標高メッシュ、河川データ、堤防データを利用し、洪水時の越水・破堤・氾濫域の広がりを可視化するPythonベースの解析デモです。 まずは軽量なサンプルで計算フローを示し、実務版では境界条件やGIS入力を強化します。
Overview
河川氾濫2次元解析の考え方
河川氾濫解析では、河道内の水位上昇、越水・破堤、氾濫原での水の広がりを2次元格子上で追跡します。 DEMと河川・堤防データを統合することで、浸水深・浸水範囲・流速の分布を地図として確認できます。
2次元浅水流モデル
Web掲載用サンプルでは拡散波近似の軽量モデルを示し、実務版では有限体積法や境界条件を強化します。
GIS連携
河川ポリゴン、堤防ライン、粗度区分、計算範囲をGeoPackageやShapefileから読み込む構成へ拡張できます。
Sample Output
最大浸水深分布の表示例
デモでは、河道と堤防を持つ人工DEMを作成し、上流流入と破堤想定を与えて、氾濫原に広がる水深を可視化します。 実データでは、GeoTIFFやGeoPackageから入力を読み込む構成に置き換えます。
Demo Result Figures
河川氾濫2次元シミュレーションのサンプル図
河川氾濫2次元シミュレーションの結果確認でよく使う、最大浸水深、時刻別浸水範囲、 流速・流向、浸水面積・浸水ボリューム・評価地点水位の4種類を追加しました。 実データに置き換える場合も、同じ図構成で解析結果を確認できます。
Input
入力データ
- 1m標高メッシュ DEM
- 河川範囲・河道中心線・断面情報
- 堤防データ、破堤・越水想定箇所
- 粗度係数、土地利用区分
- 上流流量ハイドログラフ、下流水位条件
Output
出力結果
- 最大浸水深分布
- 時刻別浸水範囲・水深
- 流速分布・流向分布
- 浸水面積、浸水ボリューム、評価地点水位
Workflow
解析フロー
デモでは簡易な拡散波近似でWeb掲載しやすい形にしています。実務版では、CFL条件を満たす時間刻み、保存性の高い数値スキーム、境界条件、構造物条件を追加します。
- 地形読込DEM、河川範囲、堤防、粗度区分を格子へ変換
- 境界条件上流流量、下流水位、降雨、破堤条件を設定
- 氾濫計算水位勾配と水深から2次元フラックスを計算
- 時間更新水深、最大水深、浸水範囲をステップごとに更新
- 結果出力GeoTIFF、PNG、CSV、Web地図用データとして出力
Python Source Sample
Pythonソースサンプル
以下は scripts/floodstream_2d_shallow_water_sample.py の内容です。
人工DEMを使った軽量デモですが、実データのGeoTIFF DEM・河川・堤防データへ差し替えるテンプレートとして利用できます。
scripts/floodstream_2d_shallow_water_sample.py Python
floodstream_2d_shallow_water_sample.py をダウンロード
読み込み中...Note
実務適用時の注意
このデモは河川氾濫解析の考え方をWeb上で説明するための簡易版です。実河川へ適用する場合は、河道断面、橋梁・樋門、堤防天端高、破堤幅、粗度係数、観測水位・浸水実績による検証が必要です。