研究者詳細 - 田内　裕人

論文 - 田内　裕人

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Urban Flood Runoff Modeling in Japan: Recent Developments and Future Prospects

Akira Kawamura, Hideo Amaguchi, Jonas Olsson, Hiroto Tanouchi

Water ( MDPI AG ) 15 ( 15 ) 2733 - 2733 2023年07月 [査読有り]

Since the 20th century, Japan has experienced a period of very rapid urbanization. Cities have experienced substantial densification and expansion, resulting in gradually elevated flood risk. Urban flooding has also occurred in most large cities in Japan, particularly in Tokyo. In response to this growing problem, much effort and resources have been spent on research and development aimed at understanding, simulating, and managing urban flood risk in Japan. The objective of this review is to summarize, discuss, and share key outputs from some of the main research directions in this field, significant parts of which have been uniquely developed in Japan and only published in Japanese. After a general introduction to urban runoff modeling, in the next section, key historical works in Japan are summarized, followed by a description of the situation in Japan with respect to observations of precipitation and water level. Then, the storage function model approach is reviewed, including an extension to urban basins, as well as recent experiments with AI-based emulation in Japanese basins. Subsequently, we review the prospects of detailed hydrodynamic modeling involving high-resolution, vector-based Geographical Information System (GIS) data for the optimal description of the urban environment with applications in Tokyo. We conclude the paper with some future prospects related to urban flood risk modeling and assessment in Japan.

活断層型地震を対象にした災害廃棄物の発生量・組成・空間分布の早期予測システム

丸山結貴弥, 田内裕人, 江種伸之 (担当区分：責任著者 )

土木学会論文集 ( Japan Society of Civil Engineers ) 81 ( 22 ) 1 - 12 2025年02月 [査読有り]

外水氾濫を対象とした災害廃棄物の発生量・組成・空間分布の早期推計システム

田内裕人, 酒井崇之, 大塚義一, 中野正樹 (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

土木学会論文集 ( Japan Society of Civil Engineers ) 80 ( 22 ) 1 - 11 2024年03月 [査読有り]

A Transfer Learning Approach Based on Radar Rainfall for River Water-Level Prediction

Futo Ueda, Hiroto Tanouchi, Nobuyuki Egusa, Takuya Yoshihiro

Water ( MDPI AG ) 16 ( 4 ) 607 - 607 2024年02月 [査読有り]

River water-level prediction is crucial for mitigating flood damage caused by torrential rainfall. In this paper, we attempt to predict river water levels using a deep learning model based on radar rainfall data instead of data from upstream hydrological stations. A prediction model incorporating a two-dimensional convolutional neural network (2D-CNN) and long short-term memory (LSTM) is constructed to exploit geographical and temporal features of radar rainfall data, and a transfer learning method using a newly defined flow–distance matrix is presented. The results of our evaluation of the Oyodo River basin in Japan show that the presented transfer learning model using radar rainfall instead of upstream measurements has a good prediction accuracy in the case of torrential rain, with a Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) value of 0.86 and a Kling–Gupta efficiency (KGE) of 0.83 for 6-h-ahead forecast for the top-four peak water-level height cases, which is comparable to the conventional model using upstream measurements (NSE = 0.84 and KGE = 0.83). It is also confirmed that the transfer learning model maintains its performance even when the amount of training data for the prediction site is reduced; values of NSE = 0.82 and KGE = 0.82 were achieved when reducing the training torrential-rain-period data from 12 to 3 periods (with 105 periods of data from other rivers for transfer learning). The results demonstrate that radar rainfall data and a few torrential rain measurements at the prediction location potentially enable us to predict river water levels even if hydrological stations have not been installed at the prediction location.

A NUMERICAL SIMULATION OF DISASTER WASTE DISPOSAL IN WAKAYAMA CITY BY USING DHT MODEL

Soichiro ASAI, Tatsuya AKIYAMA, Hiroto TANOUCHI, Nobuyuki EGUSA (担当区分：責任著者 )

International Journal of GEOMATE 20 ( 80 ) 23 - 28 2021年02月 [査読有り]

QUANTITATIVE EVALUATION OF WATER POLLUTANT LOAD FROM KINOKAWA RIVER BASIN BY HIGH-FREQUENCY WATER QUALITY OBSERVATION

Hiroto Tanouchi, Akihisa Imoto, Kouichi Ishiura, Nobuyuki Egusa (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATE ( GEOMATE INT SOC ) 18 ( 66 ) 105 - 110 2020年02月 [査読有り]

In the Kinokawa river basin, as same as other watersheds around the world, excess runoff of nutrients to the ocean mainly due to human activities has become an environmental issue. This study conducted high-frequency total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) monitoring at several monitoring posts set downstream of the Kinokawa river in the Kii peninsula, Japan in order to evaluate water pollutant load from the basin quantitatively. The water sampling has been conducted about 90 times for over a year from May in 2018 at the monitoring posts. In the calm or the drought periods, TN and TP concentrations at Kinokawa river mouth were basically about 0.8 similar to 1.1 mg/L and under 0.05 mg/L, respectively. However, TN concentrations was exceeded 5.0 mg/L after one of the most intense storms, it was shown the TN concentration had a tendency extremely to rise rapidly in flooding condition. This tendency was similar in TP. The result of pollutant load analysis showed that 65% of the nitrogen load and 80 % of the phosphorus load from the basin was generated during a few and heavy flooding which were included in 5 % flow exceedance probability. These results imply it is essential that to understand and to predict how nutrients runoff in short-term during flooding events in order to accurately grasp long-term nutrient runoff amount.

Improving Urban Runoff in Multi-Basin Hydrological Simulation by the HYPE Model Using EEA Urban Atlas: A Case Study in the Sege River Basin, Sweden

Hiroto Tanouchi, Jonas Olsson, Goran Lindstrom, Akira Kawamura, Hideo Amaguchi (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

HYDROLOGY ( MDPI ) 6 ( 1 ) 2019年03月 [査読有り]

In this study, the high-resolution polygonal land cover data of EEA Urban Atlas was applied for land-use characterization in the dynamic multi-basin hydrological model, HYPE. The objective of the study was to compare this dedicated urban land cover data in semi-distributed hydrological modelling with the widely used but less detailed EEA CORINE. The model was set up for a basin including a small town named Svedala in southern Sweden. In order to verify the ability of the HYPE model to reproduce the observed flow rate, the simulated flow rate was evaluated based on river flow time series, statistical indicators and flow duration curves. Flow rate simulated by the model based on Urban Atlas generally agreed better with observations of summer storm events than the CORINE-based model, especially when the daily rainfall amount was 10 mm/day or more, or the flow exceedance probability was 0.02 to 0.5. It suggests that the added value of the Urban Atlas model is higher for heavy-to-medium storm events dominated by direct runoff. To conclude, the effectiveness of the proposed approach, which aims at improving the accuracy of hydrological simulations in urbanized basins, was supported.

災害廃棄物の適切な処理計画策定支援を目的とした収集運搬・処理連動モデルの開発

坂口直也, 田内裕人, 江種伸之, 大塚義一 (担当区分：責任著者 )

土木学会論文集G（環境） ( 土木学会 ) 74 ( 5 ) 195 - 202 2018年 [査読有り]

災害廃棄物の処理計画を策定する際には，最終処分場や仮置場の位置・設置数等を条件として想定・比較し，最適な計画を立案することが要求される．本研究では，様々な条件をシナリオとして設定可能な災害廃棄物収集運搬・処理連動モデルの開発を行った．本モデルでは，災害廃棄物の収集運搬過程と破砕・分別過程を考慮しながら廃棄物量の変化を追跡し，処理に要する日数を算出する．本モデルを南海トラフ巨大地震の被害が想定される都市に適用し，仮置場と運搬車両の運用について単純なシナリオを設定し，3年で処理を終えるために必要な運搬車両台数と破砕分別処理能力について検討した．その結果，条件を満たすためには運搬車両台数と分別破砕処理能力を大きくとる必要があり，より現実的な災害廃棄物処理シナリオを検証する必要があることがわかった．

紀の川流域を対象としたHYPEモデルによる水・栄養塩流出解析

田内裕人, 中村誠, 中村祐生, 江種伸之 (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

土木学会論文集G（環境） ( 土木学会 ) 74 ( 5 ) 223 - 232 2018年 [査読有り]

本研究では，世界各地の水・栄養塩の統合流出解析で利用実績のあるHYPEを紀の川流域に適用した．まず，スウェーデンのHYPE適用事例を参照してGISによりHYPEの基礎モデルを構築し，次いで河川の予測流量に対してキャリブレーションを実施した．その結果，特に低水時の河川流量を高精度で予測可能なHYPEが構築された．そして，同モデルを活用し，窒素・リンの流出解析を実施するとともに，計算された窒素・リンの河川水中濃度を観測値と比較した．その結果，窒素・リンの解析濃度は低水時において概ね妥当であり，特に窒素の河川水中濃度は精度よく予測できることが示された．本研究を通して，HYPEを用いた紀の川の水・栄養塩の流出解析が可能となるとともに，特に低水時において，HYPEを日本の流域の水・栄養塩流出解析に適用可能であることが示された．

降雨パターンと土壌雨量指数に着目した平成23年台風12号の土砂災害の誘因解析

田内裕人, 中村誠, 江種伸之, 平田健正 (担当区分：筆頭著者 )

土木学会論文集B1（水工学） ( 公益社団法人土木学会 ) 73 ( 4 ) I_1243 - I_1248 2017年 [査読有り]

平成23年台風12号の豪雨により，紀伊半島では大規模土砂災害が多発した．本研究では，気象庁の土壌雨量指数を用いた大規模土砂災害発生予測の知見蓄積を目的とし，紀伊半島南部の土砂災害現場を対象に，降雨パターンと土壌雨量指数の時系列変化に着目した解析を行った．その結果，表層崩壊・土石流現場では，土壌雨量指数が崩壊の約3時間前に履歴1位を上回った後，猛烈な雨により土壌雨量指数第1段タンクの貯留高が急激に上昇したことが分かった．また深層崩壊発生現場では，土壌雨量指数が長時間継続する強雨により履歴1位を上回り，土壌雨量指数の第2, 3段タンク合計貯留高がピーク近くになった際に崩壊が発生したことが確認された．以上により，土壌雨量指数を活用した表層崩壊・土石流と深層崩壊の発生予測に関する重要な知見が得られた．

平成24年台風4号を対象とした和歌山県新宮川流域における擬似温暖化時の降雨と土壌雨量指数の評価

西岡誠悟, 小林健一郎, 奥勇一郎, 江種伸之, 田内裕人

土木学会論文集B1（水工学） ( 公益社団法人土木学会 ) 73 ( 4 ) I_187 - I_192 2017年 [査読有り]

和歌山県新宮川流域は，台風の紀伊半島接近に伴い，近年豪雨により浸水被害，土砂被害を被っている．地球温暖化による気候変動でこれらの豪雨の規模が大きくなる恐れがあり，将来的な被害対策を講じることが喫緊の課題である．本論文では，課題検討の一助となるように，平成24年台風4号を対象として，気象解析モデルであるWRFを用いて，まずNCEPによる客観解析データを境界値として，対象台風の積算降雨分布の再現実験を行っている．また気候変動リスク情報創生プログラムでのAGCMによる計算結果を用いて，擬似温暖化実験を実施し，台風中心気圧や積算降雨の変化について再現実験との比較を行い，計算降雨を入力値として崩土発生リスクの増加について考察している．崩土発生リスクついては，タンクモデルにより求められた土壌雨量指数と時間降雨を用いて評価する．

多種類の揮発性有機化合物に汚染された帯水層における原位置バイオレメディエーションの浄化効果

福永翔太, 田内裕人, 江種伸之, 平田健正, 川本克也

土木学会論文集B1（水工学） ( 公益社団法人土木学会 ) 73 ( 4 ) I_61 - I_66 2017年 [査読有り]

本研究では原位置バイオレメディエーションの効果を検証するため，還元条件下での揮発性有機化合物(VOCs)の分解を対象に，数値解析により各物質の一次反応速度定数を算出した．対象地は，地下水から環境基準を超える塩素化エチレン類，塩素化エタン類，塩素化メタン類，およびベンゼンといった多種類のVOCsが検出された廃棄物不法投棄現場である．ここでは，飽和帯の浄化対策として嫌気分解と生物学的脱塩素化を利用した原位置バイオレメディエーションが適用された．数値解析の結果，VOCsでは基準とした塩素化エチレン類の自然減衰速度の最大40倍，DCMとベンゼンでもそれぞれ最大17倍，15倍の分解促進効果があることが明らかになった．この結果，還元条件下における原位置バイオレメディエーションがDCMとベンゼンに対しても有効な手法になり得ることが示された．

Assessing impervious area ratios of grid-based land-use classifications on the example of an urban watershed

Tatsuya Koga, Akira Kawamura, Hideo Amaguchi, Hiroto Tanouchi

HYDROLOGICAL SCIENCES JOURNAL-JOURNAL DES SCIENCES HYDROLOGIQUES ( TAYLOR & FRANCIS LTD ) 61 ( 9 ) 1728 - 1739 2016年07月 [査読有り]

When applying a distributed hydrological model in urban watersheds, grid-based land-use classification data with 10m resolution are typically used in Japan. For urban hydrological models, the estimation of the impervious area ratio (IAR) of each land-use classification is a crucial factor for accurate runoff analysis. In order to assess the IAR accurately, we created a set of vector-based urban landscape GIS delineation data for a typical urban watershed in Tokyo. By superimposing the vector-based delineation map on the grid-based map, the IAR of each grid-based land-use classification was estimated, after calculating the IARs of all grid cells in the entire urban watershed. As a result, we were able to calculate the frequency distribution of IAR for each land-use classification, as well as the spatial distribution of IARs for the urban watershed. It is evident from the results that the reference values of IAR for the land-use classifications were estimated very roughly and inherited errors of between about 7% and 70%, which corresponds to more than 100mm increase of direct runoff for the 1500mm annual average precipitation.

都市部の不浸透域を考慮したHYPEモデルの適用に関する検討

田内裕人, 河村明, 天口英雄, OLSSON Jonas (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

土木学会論文集G（環境） ( 公益社団法人土木学会 ) 72 ( 5 ) I_21 - I_26 2016年 [査読有り]

本研究では，都市構造を精度よく表現可能なポリゴン型不浸透域データであるUrban Atlasを活用し，広域水文・水質統合解析モデルであるHYPEモデルに都市部の不浸透域の流出特性を設定したU-HYPEモデルを提案するとともに，本モデルを流域面積と土地利用が異なる2つの流域に適用し，流出予測精度についての比較と検討を行った．その結果，U-HYPEモデルを活用することによって，従来の大陸スケールを対象とした流出解析モデルでは表現が困難であった降雨時のピーク流量について，対象流域の流域面積によらずに表現することが可能であることを示した．また，降水強度と流出予測精度の関係について検討した結果，U-HYPEにおいて降水強度の大きなイベントで洪水到達時間を過小評価する傾向が示唆され，HYPEモデル改善に関する複数の重要な知見が得られた．

都市部におけるポリゴン型不浸透面積率データを用いたHYPEモデルの流出予測精度向上に関する研究

田内裕人, 河村明, 天口英雄, OLSSON Jonas (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

土木学会論文集B1（水工学） ( 公益社団法人土木学会 ) 72 ( 4 ) I_427 - I_432 2016年 [査読有り]

 A HYPE (HYdrological Prediction for the Environment) model considering impervious land cover in an urbanized watershed is set up to improve prediction precision of storm runoff. The set-up of the model is based on the Urban Atlas that is polygonal land cover data with impervious information. Firstly accurate impervious area ratios in a target watershed are calculated using the Urban Atlas, and the ratios are set to the HYPE model. Secondly, appropriate parameters to describe hydrological property in an urbanized area are implemented for the HYPE model. The model was applied for the watershed including urbanized area of Svedala, Sweden. It was demonstrated that impervious information obtained by polygonal impervious area ratio data contributed precision improvement of runoff prediction by HYPE model in urbanized area.

都市流域における街区ポリゴンの自動構築手法に関する研究

田内裕人, 天口英雄, 河村明, 古賀達也, 萩原陽一 (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

水文・水資源学会誌 ( 水文・水資源学会 ) 28 ( 6 ) 298 - 303 2015年 [査読有り]

&emsp;高精度の街区ポリゴンデータは，都市流域において洪水流出・氾濫解析モデルを構築する際の基礎的データとして用いられている．本研究では，入手が容易で分断箇所を有するポリライン型道路縁データを入力とし，街区形状が複雑な都市流域においても高精度な街区ポリゴンデータを自動生成する手法を提案した．本手法では，まず接触する複数の道路縁を接合し道路縁データを構成する点の順序を街区内側が右側となるように形状特性を用いて並び替える．次に道路縁の分断箇所に補完線を加え，道路縁と補完線で囲まれた領域を街区として出力している．本手法を都市流域である神田川上流域に適用し検証を行った結果，99％以上の街区を自動的に構築することができた．この結果より，本研究で提案した街区ポリゴンデータの自動生成手法は形状が複雑な都市流域においても高精度な街区を構築可能であると考えられる．

神田川上流域における土地利用種別毎の蒸発散量および地表面温度の推定

古賀達也, 河村明, 天口英雄, 田内裕人

土木学会論文集G（環境） ( 公益社団法人土木学会 ) 71 ( 5 ) I_311 - I_317 2015年 [査読有り]

本論文では土地利用種別毎の浸透特性と土壌水分量の違いによる蒸発散量を表現できる蒸発散モデルを，高度に都市化が進展した神田川上流域に適用し，推定された蒸発散量を神田川流域における実測値と比較することによりその妥当性を検証するとともに，対象流域での気温および土地利用の違いが蒸発散量および地物表面温度の空間分布に及ぼす影響について評価した．実流域への適用にあたっては，東京都内で密に観測が行われているMETROSデータから作成した気温分布を土地利用種別地物毎に与え、日単位計算による地物毎の蒸発散量および地表面温度を推定した．その結果，気温により異なる土地利用種別毎の潜熱，顕熱および蒸発散量を推定できることを確認し，空間的な蒸発散量の違いおよび地物表面温度の空間分布について把握することができた．

都市域における洪水流出解析を目的とした微小道路要素の自動構築手法に関する研究

田内裕人, 天口英雄, 河村明, 中川直子, 古賀達也 (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

GIS-理論と応用 ( 一般社団法人地理情報システム学会 ) 22 ( 2 ) 93 - 102 2014年 [査読有り]

<p>In this study, a new automated construction method of minute road segments is developed. Numerical simulation models for rainfall-runoff and flood inundation model considering process on roads were based on so-called "Minute road segments" that are formed as simple shape polygons to calculate the flow on roads. In the developed method, firstly crossroads are demarcated from road sections of uninterrupted flow in order to simplify a polygon of road. Secondly road sections and crossroads are divided into minute road segments. The developed method was applied for Kanda catchment and the shapes of minute road segments were validated.It was demonstrated that minute road segments can be created by using the method of this study.</p>

都市域の道路形状特性に着目した新たな道路ネットワークデータの自動構築手法

田内裕人, 天口英雄, 河村明, 古賀達也, 萩原陽一 (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

土木学会論文集F3（土木情報学） ( 公益社団法人土木学会 ) 70 ( 2 ) I_115 - I_122 2014年 [査読有り]

道路ネットワークデータは，カーナビゲーションシステムにおける経路探索システムの設計や交通・氾濫シミュレーションモデルの構築など多様な用途に活用されている．本研究では，入手が比較的容易なポリゴン型の道路を入力データとし，道路形状が複雑な都市域においても手作業の修正を必要としない新たな道路ネットワークデータの自動構築手法を提案する．本手法では，まず道路を交差部と単路部に分離することで単純化し，次いで単路部の道路中心線を発生させるとともに交差部の道路中心線について単路部と整合させ作成し，さらに各道路中心線を連結することで道路ネットワークデータを自動構築している．提案した自動構築手法を東京都杉並区の道路線形が複雑な領域に適用した結果，道路形状によらず，ひずみの少ない道路ネットワークデータが得られた．この結果より，本研究で提案した自動構築手法は，道路ネットワークデータを自動構築するのに有用である考えられる．

1/2500地形図標準データファイルを用いた高度な地物データGISの自動構築に関する研究

田内裕人, 天口英雄, 河村明, 中川直子 (担当区分：筆頭著者,　責任著者 )

土木学会論文集B1（水工学） ( 公益社団法人土木学会 ) 69 ( 4 ) I_523 - I_528 2013年 [査読有り]

In recent years, the use of advanced delineation GIS data (ADGD) has become invaluable in studies that require accurate spatial distribution of land use. However, the preparation of ADGD, especially for urban catchment areas, is often tedious, time consuming and prone to errors, since these are mostly constructed manually using a digitized map. In this study, a computer algorithm (automated construction algorithm) was developed to automatically construct ADGD from a digitized 1:2500 topological map, using only geographical point features and geographic object boundaries that have land use attributes. A portion of the digitized map of the Kanda River basin was used to examine the accuracy of the newly developed algorithm. Evidences show that this algorithm can generate similar to more accurate geographical features when compared with the manual approach. The automated construction algorithm, thus, provide an accurate and efficient alternative in constructing ADGD, which can benefit future GIS-related studies.

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