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近年 、山 腹 斜面内 の雨水の浸透 ・流出等 とい った水循環 の素 過 程 の解 明 が進 むにつれて 、雨 水流 動の形態 を浸 透 に関 す る基礎方 程式 を直接数 値計算 する ことで求 め、lumped modelに よ らずに流出解析 を行お う とい う気 運 が高 ま ってきてい る。著者 らは既 に昨年 の本講演 会 におい て 、一 般 座標系 を導入す るこ とによ り、形 状 や 層厚 や 土 壌物理特 性が複雑 に変 化 しているの斜面 の水文特 性 を その ま まの形 で簡潔 に取 り入れ差分法 に よ り容 易 に基 礎式 の数 値計算 を行 え るモデ ルを開発 し、具体的 な2次 元 斜 面 に適用 して いる。 この度 、 この 数 値 モ デル を さらに3次 元地形 に適用で きる ように拡張 した 。 そ して 、 い くつか の特徴的 な形状 を有す る2 次 元 及 び3次 元斜面 に対 して数値 計算 を行 うことに より、降雨 の浸 透 ・流 出過程 に及ぼす地 形形状の影響 に つ い て検 討 を行 った。 2. 飽和-不 飽和浸透 流の数値計 算 1) 数値 計 算 モデルの概要 基 礎 方程 式 は、等方性 を仮定 した場合 の リチ ャーズの飽和 一不 飽 和浸 透 方程式[式(1)]を 用い 、土 壌 の物 理 特性 は一 つの層内 では場所 によらず一 様で ある とす る。式(1)に 対 して一般座標系 を導入 し座標 変 換 を行 え ば 、式(2)を 得 る。ただ し、こ こで導入 す る座標系 は 、境 界形 状 を数 値モデ ルに取 り入れ るため に 、座 標系 が 境界形 状 と一致 する ものを選 ぶ。式(2)の 中に現 れ る座標 変換 のため の各係 数は それ ぞれ 式 (3)-(a)(b)に 示す通 りで あ り、 これ は各 格子点 のデ カル ト座標 よ り容易 に求 め られ る。 こ の よ うに座標 変換 を行 うと変換空間 上で一般座 標系 は直 交 格子 とな ってお り、従 って、式(2)は 通 常の差 分 法 を用 い る こ とで容易 に解 くことが で きる。 また、境 界条 件 は 壁面 上 での各格子 点で圧力水頭 か また は壁面 を 通過 す る フ ラ ックスの形 で与 え る。 すなわ ち、自由水 と 接 す る面 で は静 水圧分布 を、不透水壁 では フラ ックスが 0と い う条 件 を与 え、地表 面では不飽 和の時 には降雨が 全 て浸 透 す る とい う条件 を与 え、浸透 能 を越 える と湿潤 状 態 に な る と し湿潤面 では大気圧 を与え る。 また、降雨 量 と浸 透 量 の 差が地表流 に な り、地 表流は急速 に流下 す る と した。 た だ し、境界 ξi面 を通 過す るフ ラック スは 式(4)の よ うに与 え られ る。 2) 数 値計 算 結果 (1)

Runoff Analysis by 3-D Numerical Model using a Curvilinear Grid System for Unsaturated Infiltration Infiltration