広範な都市浸水現象を対象とした連成モデルによる数値解析
ゲリラ豪雨と呼ばれる局地的大雨や巨大地震による津波に起因する都市の浸水のリスクが高まっている。局地的大雨は長時間先までの予報が出来ないため，浸水発生までのリードタイムを確保するには高速な浸水解析が必要となる。また，津波を起因とする浸水では解析領域全体を3次元で解析することで高い解析精度を実現できるが解析負荷が高い。本研究では，まずGPUを用いて高速解析可能な下水道1次元及び地表面2次元の連成モデルを構築し，豪雨時の浸水実績図との比較により精度確認を行い，またリアルタイム浸水解析に適用可能であることも確かめた。次に，これにオープンソースの3次元流体解析コードであるOpenFOAMを連成させ，越波による浸水解析を実施した。越波部のみをOpenFOAMで解き，波浪伝播部及び堤内地を2次元モデルで解くことで，全領域を3次元で解いた場合と比較して精度を保ちながら高速に解析が可能であることを確認した。
キーワード：連成モデル，浸水，GPU，ナビエストークス方程式，OpenFOAM，浅水方程式
＊１ 技術センター 社会基盤技術研究部 水理研究室
＊２ IHCantabria, University of Cantabria
Numerical Analysis Using a Coupled Model for Extensive Urban Flooding Phenomena
The risk of urban flooding due to localized heavy rainfall events and tsunamis caused by massive earthquakes is increasing. As heavy rainfall events are difficult to accurately forecast in advance, rapid flood analysis is necessary to ensure lead time to prepare for flooding. In the case of flooding due to tsunamis, achieving high analytical accuracy requires 3D analysis of the entire domain, but this results in high computational load. In this study, we first constructed a coupled 1D sewer-2D ground surface model using GPUs for the purpose of rapid analysis. We verified the accuracy of the model by comparing the results with actual flood records during a heavy rain event and confirmed the applicability of the method for real-time flood analysis. Next, by coupling this model with OpenFOAM, an open-source 3D fluid analysis code, we conducted overtopping-induced inundation analysis. By solving the flow with OpenFOAM only in the overtopping regions and applying the 2D model to the wave propagation and land-side areas, we confirmed that it is possible to perform high-speed analysis while maintaining accuracy compared to full 3D analysis of the entire domain.
Keywords: coupled model, flood, GPU, Navier-Stokes equations, OpenFOAM, shallow water equations
*1 Hydraulic Research Section, Infrastructure Technology Research Department, Taisei Advanced Center of Technology
*2 IHCantabria, University of Cantabria