■市販ソフトウエア

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  現在日本の都市氾濫解析を行うに際して、これまでによく使われていたシステムに以下の3つがあります。

InfoWorks CS

米国Innovyze社

江守商事株式会社

株式会社シビルソフト開発

 

「InfoWorks」は、1975年にイギリスの水理研究所とウォーリングフォード水理研究所で開発されたシミュレーションモデルを改良したソフトです。

都市型下水道ネットワークの資産情報の管理と計画を統合した次世代型シミュレーションソフトウェア
 ・強力なデータ管理システム
 ・ワークグループでのモデル管理ソリューション
 ・モデル構築ツールとシミュレーションツールを完全装備
 ・統合ソリューション

価格:問い合わせ

株式会社シビルソフト開発ホームページから引用

xpswmm

フォーラムエイト

 

xpswmm(Stormwater&Wastewater Managemement Model)は、1969〜1971年にアメリカ環境保護庁(U.S.Environment Protection Agency)の指導・援助により、コンサルタント会社Metcalf and Eddy社、フロリダ大学(University of Florida)、Water Resource Engineers社(現Camp,Dresser and McKee,Inc.)の3機関によって開発されたコードに起源を持つシステムです。
 ・河川、下水道、河川と下水道の統合解析などに適用
 ・DTM等の数値地図データ等の活用が可能
 ・逆流や背水、ループをなすネットワーク流れ等を厳密に解析
 ・対策施設(バイパス管、貯留施設等)の組込、効果検証が可能
 ・浸水シミュレーションでは、管路と地表面の氾濫現象とが連動
 ・結果を3Dやアニメーションで表示

価格:660,000〜3,300,000円(税別)
 (標準を1000ノードとすれば2,250,000円(税別))
年間保守料金 115,000〜375,000円(税別)
 (同上280,000円(税別))

フォーラムエイトホームページから引用

CTI-MIKE11

建設技術研究所

MIKE by DHIソフトウェアは、DHIの多くの科学的研究や世界各地でのコンサルタント業務での使用経験に裏打ちされた水環境シミュレーションモデルです。MIKE by DHIソフトウェアは、降雨から河川・海洋まで、上水道から下水道まで、全ての水問題に適用可能です。

価格:問い合わせ

 

DHIホームページから引用

 これに対して、国土技術政策総合研究所や大学などで純国産の解析エンジンの開発が行われるようになりました。

 この国土技術政策総合研究所で開発した「Nilim2.0」や、徳島大学環境防災研究センターの故岡部健士教授が公表したものをもとにニタコンサルタント(株)で開発・改良された「X-Okabe」は、計算部分に力を注いだシミュレーションエンジンであり、入出力、特に入力については弱く、かなり内部を知っている技術者でもそれだけでは使用が困難な状態のようです。ここに汎用的な入力やビジュアルな出力を加え「Nilim2.0」と「X-Okabe」を簡単に使えるようにしたソフトが出現してきました。

氾濫解析

計算エンジン:国土技術政策総合研究所「Nilim2.0」
(無償)

ニタコンサルタント(株)「X-Okabe」

五大開発(株)


「氾濫解析」
― AFREL(アフレル) ―
Application of Flood Risk EvaLuation

 

「氾濫解析」は、計算エンジンに国土技術政策総合研究所から無償公開されている「NILIM2.0※ 」とニタコンサルタント(株)から提供された「X-Okabe」を使用した氾濫解析シミュレーションシステムです。
○「NILIM2.0」 エンジン
 ・外水氾濫解析、内水氾濫解析、内外水複合氾濫解析
 ・下水道や河川はメッシュに依存せずに実際の位置に配置し、上部のメッシュ位置、管路下端で接続するモデルとし、NILIM2.0にてシミュレーションを実施します。
○「X-Okabe」エンジン
・内水氾濫解析、潮位を考慮した解析
・海岸近くの解析などで潮位の上下を考慮した解析を行う事が出来ます。

価格:920,000円(税別)
年間保守料金 無料

五大開発(株)ホームページから引用

 その他大学、ゼネコン、設計コンサルタントなどで独自の氾濫シミュレーションソフトを公開しているケースは多数ありますが、汎用とまで はいっていないようです。

 上記の5シミュレーションエンジン(シミュレーション理論)のうちどれを使うかについての議論はいろいろとありますが、平成21年3月に出た現在この分野の最も優先的な指針である「内水ハザードマップ作成の手引き」には、その中で、優先度の高い文献として、「NILIM2.0 都市域氾濫解析モデル、平成20 年3 月、国土技術政策総合研究所水害研究室 」があげられています。今後の解析ではNILIM2.0など国産の解析エンジンを使用することに集約されていくと思われます。

■新ソフト
 「氾濫解析」  − AFREL(アフレル) − Application of Flood Risk EvaLuation

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 では、NILIM2.0、X-Okabeを使ったシミュレーションソフト「氾濫 解析」 とはどんなソフトなのでしょうか。

 「氾濫解析」は、計算エンジンに国土技術政策総合研究所から無料配布されているNILIM2.0 とニタコンサルタント()から提供されたX-Okabeを使用した氾濫解析シミュレーションシステムです。

 この「氾濫解析」をのNILIM2.0エンジンでは、河川からの破堤に起因する「外水氾濫」、下水道からの溢水による「内水氾濫」、これらを組み合わせた「内外水複合氾濫」解析が行えます。また、X-Okabeエンジンでは潮位を考慮した内水氾濫解析を行う事が出来、これらのエンジンであらゆる水理現象に対応することができるようになります。

 NILIM2.0エンジンでは、下水道は実際の位置に基づく、人孔、管路網を入力し、その上部のメッシュ位置、管路下端で接続する河道位置等を設置し、モデル化、NILIM2にてシミュレーションを実施します。

 X-Okabeエンジンでは、下水道の人孔はメッシュに依存して配置し、解析を行います。また、NILIM2.0では対応していない潮位を考慮した解析を行う事も可能です。

 「内水氾濫」では氾濫シミュレーションの結果により、簡易ハザードマップ等の作成や、排水路改修計画、下水道敷設計画、排水ポンプ設置計画等に 利用できます。  

 計算エンジンの一つを無料配布の「NILIM2.0 」を使うため、驚きはその価格です。従来の輸入ソフトの約1/4となり買いやすい価格に設定されています。

価格:920,000円(税別)
年間保守料金:無料

 

解析エンジン NILIM2.0 X-Okabe
開発機関 国土交通省国土技術政策総合研究所 ニタコンサルタント株式会社
主な特徴   降雨による下水管路からの溢水が地表面を流下して拡散する現象と、下水管路等の流下状況を判定して、再び下水管路等へ戻る現象の解析が可能。  
(※下水集水エリアを対象地域全域に設けることが必須)
 下水道が整備されていない地区を含む地域において、開水路と下水道による排水状況を考慮して、雨水が地表面を拡散する現象の解析が可能。
降雨による湛水量の算定イメージ

>>拡大表示

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 降雨は、まず下水路に流入し、次に下水路から溢れ出した水が地表面と開水路に流れ込み処理される。処理できない溢水量が湛水量となる。  降雨は、まず地表面を流れ、下水路、開水路に流入する。下水路、開水路で処理できない溢水量が湛水量となる。



水理モデル概要  大別して 「地表面モデル」「開水路モデル」「下水道モデル」および「河道モデル」のサブモデルを備え、河川からの破堤・溢水に起因する外水氾濫、下水道からの溢水による内水氾濫、それらを組み合わせた内外水複合氾濫までの水理現象に対応することも可能。  大別して 「地表面モデル」「開水路モデル」「下水道モデル」のサブモデルを備え、下水路の未整備地区を含む地域での開水路・下水道からの溢水による内水氾濫、また、河川からの破堤・溢水量を入力することにより外水氾濫への対応が可能。さらに、それらを組み合わせた内外水複合氾濫への対応も可能。                              (※破堤・溢水量は別途算定)




地表面(氾濫原)モデル 2次元不定流(運動方程式・連続式)                メッシュに区分して2次元氾濫解析が可能である。

同左

開水路モデル 1次元不定流方程式 
(※慣性項を無視し、場の加速度項を考慮)
(※矩形断面のみ対応可能)
1次元不定流方程式   
(※Dynamtic wave式により、場の加速度項、圧力項、摩擦抵抗項から算定)         
(※矩形断面のみ対応可能)
下水道モデル Diffusion wave式                           自由水面の有無により連続式を「開水路流れ」と「圧力流れ」で区別。
 (圧力流れと開水路流れの遷移計算が可能)
(※管渠形状:矩形・円形に対応可能)               (※マンホールからの噴き出し量の算定可能)          (※マンホールは雨水流入箇所として取り扱う)    
1次元不定流方程式(Dynamtic wave式)
 →プライスマンスロット法により圧力管を表現            (※管渠形状:円形のみ対応可能)                 (※マンホールからの噴き出し量の算定不可)          (※マンホールは雨水流入箇所として取り扱う)            
河道モデル 1次元不定流モデル 低い地盤標高を与え河道を表現し、地表面モデルを用いて河道計算を行う。



潮位 外水氾濫解析において河川下流端の水位として設定可能 メッシュ端部に直接潮位の入力が可能
降雨特性 時系列データの入力 同左
水理構造物 樋門
排水機場
同左

 

  NILIM2.0 X-Okabe
地表面モデル

同左

河道モデル
水路モデル
下水道モデル


○「氾濫解析」ソフトを使用した場合の特徴(NILIM2.0)

@下水道管路を考慮した氾濫現象への対応
 
 河川からの破堤・溢水に起因する外水氾濫、下水道からの溢水による内水氾濫、これらを組み合わせた内外水複合氾濫までのあらゆる水理現象に対応することが可能です。

 NILIMモデルで、下水道管路からの溢水が地表面を流下して拡散する現象と、下水道管路の流下状況を判定して再び下水道管路へ戻る現象を解析することができます。
 河道モデル、氾濫モデル、下水道モデルに分かれ、河川からの破堤・溢水に起因する外水氾濫、下水道からの溢水による内水氾濫、これらを組み合わせた内外水複合氾濫までのあらゆる水理現象に対応することが可能です。

国土技術政策総合研究所
ホームページ
から引用

A下水道管内の流れ、マンホールからの噴き出しを再現
 
 下水道管内は開水路流れ、圧力流れを考慮しており、マンホールからの噴き出し → 内水氾濫の過程を再現することが可能です。

下水道管内は開水路流れ、圧力流れを考慮しており、マンホールからの噴き出し→内水氾濫の過程を再現することが可能です。NILIMモデルは、国総研において地表面氾濫水と管路内水位との関係を水理実験により確認しており、この実験係数により、マンホールからの溢水量・流入量の算定を行っています。

国土技術政策総合研究所
ホームページ
から引用

B氾濫原における様々な構造物をモデル化
 
 氾濫原を表すメッシュ上に様々な構造物や排水施設をモデル化することが可能です。
NILIMモデルは、氾濫原を表すメッシュ上に様々な構造物や排水施設をモデル化することが可能です。これによって構造物による氾濫水の移動阻害や水路等による流水の移動、排水機場による河川への排水等の氾濫水の水理状況への影響を考慮することが可能であり、河道や下水道への行き来も考慮できます。

※国土技術政策総合研究所 ホームページから引用

 
 

 

○「氾濫解析」ソフトを使用した場合の特徴(X-Okabe)

@下水道管路が整備されていない区域でも解析可能
 
 NILIM2.0では下水道(雨水)が整備されている事を前提にエンジンが開発されており、計算ロジックとして降雨は全て下水道に流入して、下水道の許容を超えた分が噴出して氾濫すると言う流れになっています。したがって、下水道(雨水)が整備されていない地域ではどんなに降雨強度を高めても氾濫が起きない結果になってしまいます。しかし、X-Okabeでは下水道が無くても氾濫解析を行う事が出来るロジックとなっており、NILIM2.0よりも汎用性に優れている作りとなっております。

A潮位を考慮したモデルで解析可能
 
 X-Okabeでは標高が低い土地や海抜0メートル地帯など潮位の影響を受ける区域の氾濫解析で、潮位を考慮したモデルを作成して解析を行う事が可能です。なお、潮位のデータは気象庁のホームページから入手できます。

Photo by (c)Tomo.Yun

B氾濫原における様々な構造物をモデル化
 

 X-Okabeモデルでは、NILIMモデルと同様に解析区域をメッシュで表現し、そのメッシュ上に様々な構造物や排水施設をモデル化することが可能です。排水路や下水路は地表面との水の交流、盛土は氾濫水の移動の制限、排水ポンプや下水ポンプは任意のメッシュへ水を移動、潮位メッシュには潮位を設定することにより潮汐を解析に反映させることが可能です。


○入力

 「氾濫解析」では、NILIM2.0及びX-Okabeにて計算を実施するにあたり必要なデータを簡単なインタフェースで入力することができます。NILIM2.0とX-Okabeでは解析エンジンが異なるため、入力項目についても異なる入力方法となっている部分もありますが、基本的にはフローチャートコントロールに沿って簡単に入力可能です。


  NILIM2.0では、下水道管路内の流量・水位などは、開水路式と圧力管式のいずれかで計算されます。その計算過程では人孔の位置における地表面湛水位および河道水位、または各人孔の受け持つ集水域を割り当てる必要がありますが、「氾濫 解析」では、これらを簡単なインタフェースで入力することができるようになっています。

<NILIM2.0入力データ例>

下水道・・・管路規模緒元、人孔緒元、下端水位データ、ポンプ等、(氾濫原)降雨データ、盛土、内水排除ポンプ設定、地盤高、水路高、地表面の底面粗度係数、建物占有率等

<X-Okabe入力データ例>

下水道・・・管路規模緒元、人孔への流入範囲メッシュ、排水ポンプ(下水)、(氾濫原)降雨データ、盛土、排除ポンプ(排水路)、地盤高、水路高、地表面の地目、建物占有率、潮位等


○主な機能


○平面データの読み込み(共通)

○画像データの読み込み(共通)
図形情報と属性情報をもったシェープファイル(Shape File)の読み込みが可能です。

<建物データ ・・・ SHP

航空写真等の画像データの読み込みが可能です。
ただし、緯度・経度をもったワールドファイルが読み込み先のフォルダにあることが必要です。
<画像データ ・・・ BMP、JPG、TIF、PNG>

○メッシュ範囲の設定(共通)

○建物面積率の自動入力(共通)
任意の多角形またはポリゴンシェープファイルを読込むことにより、不定形状のメッシュ領域を設定できます。 「建築物の外周線」シェープファイルデータを用いて、メッシュ内の建物率が自動計算できます。

○人孔(マンホール)の入力(NILIM2.0)

○管路の入力(NILIM2.0)
背景地図上をマウスでクリックすることで、簡単に人孔を配置し、排水区を設定します。 上流の人孔→下流の人孔の順でクリックする事により簡単に管路を設定することが出来ます。

○人孔(マンホール)の入力(X-Okabe)

○下水道管路・排水路の入力(X-Okabe)
メッシュ上をマウスでクリックすることで、簡単に人孔を配置し、排水区を設定します。 メッシュ上の任意の位置を連続してクリックすることで下水道管路や排水路を簡単に配置します。

○その他(盛土など)の入力(共通)

○解析結果の出力(共通)
背景地図の周辺をマウスでクリックすることで、盛土の配置・削除が簡単に行なえます。 最大湛水深図、雨量適用域、また時系列湛水深図は動画ファイル(AVIファイル)に出力ができます。
   


読み込み可能なデータ
各種ファイルデータの読み込みが可能です。例えば、現地周辺の領域をうまく説明したいときには航空写真等の画像(BMP)データを貼り付ければプレゼン能力を一段と向上させることができます。

 

■パンフレット、デモ版 HOME
 
パンフレット 「氾濫解析」
デモ版 評価版ダウンロード
オートデモ 準備中


 

■データ簡単作成ノウハウ1

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 地図データの取得を簡単に!

レンタル利用料金:5,000(税別) / 1ヶ月

      ※レンタルのみとなります

GODAI Map Readerは、氾濫解析に必要な以下のデータを一括で簡単に取得できるシステムです。
 

  @ 背景地図データ
  A 地盤高データ
  B 土地利用細分メッシュデータ
     
以下に示す煩雑な手順を行わなくても、
地図上でマウスを使って囲むだけで指定ができ、
データを一括ダウンロードできます。
( 対応するメッシュの認識を自動で行います。 )

○「氾濫解析」 データ作成手順

1.背景地図の元となるデータを集める
  @ 背景地図の元となるデータ
  A メッシュに入力する地盤高データ
  B メッシュの地目(X-Okabe)または底面粗度係数(NILIM)の元となる土地利用細分メッシュデータ又は地理情報付き画像ファイルが必要となります。
  下記手順でダウンロードしたデータを変換します。
     
    ・背景地図
       下記サイトより「基盤地図情報、基盤地図情報 基本項目」がダウンロードできます。
ダウンロードしたデータは、「基盤地図情報閲覧コンバートソフト」で変換しシェープファイルを作成できます。
 データ変換の手順は「基盤地図情報からシェープファイル作成」にて説明します。

<国土地理院 基盤地図情報の閲覧 ダウンロードサービス>
http://fgd.gsi.go.jp/download/ 
     
    ・地理情報付き画像ファイル(地図)
      < 地図センターネットショッピング - 写真データ>
http://net.jmc.or.jp/photo_data.html 
航空写真・衛星写真データの購入ができます。
     
    ・地盤高
      下記サイトより「基盤地図情報、基盤地図情報 数値標高モデル」がダウンロードできます。

<国土地理院 基盤地図情報の閲覧 ダウンロードサービス>
http://fgd.gsi.go.jp/download/ 
     
    ・土地利用細分メッシュデータ(地目または底面粗度係数)
      下記サイトより「土地利用細分メッシュデータ」がダウンロードできます。
ダウンロードしたデータはX-Okabeでは「地目」としてNILIMでは「底面粗度係数」の入力データとして読み込みます。

<国土数値情報ダウンロードサービス>
http://nlftp.mlit.go.jp/ksj/index.html


データ変換の手順は「国土数値情報からシェープファイル作成」にて説明します。
       
2.降雨データの入手
  降雨データは「財団法人気象業務支援センター」から「アメダス観測10分値データ」 を購入できます
    ・財団法人気象業務支援センター
      http://www.jmbsc.or.jp/index.html 
     

 

@背景地図データを「基盤地図情報」から作成 

@−1.基盤地図情報 基本項目のダウンロード
基盤地図情報ダウンロードサービスを利用するにはユーザー登録が必要になります。IDとパスワードの発行手続きをおこない、そのIDとパスワードでログインしてください。ログイン後に「ダウンロード」画面で示した基本項目の「ファイル選択へ」ボタンをクリックすると「条件や範囲を選択する」画面に進みます。

 



 

@−2.ダウンロードする基盤地図情報の選択
目的の地域と必要な基盤地図情報項目を選択して「ダウンロードファイル確認へ」ボタンを押すと「ダウンロードファイルリスト」画面へ移動します。

 

 

@−3.ファイルのダウンロード
必要な項目にチェックを付けて赤枠の「まとめてダウンロード」ボタンをクリックし、チェックを付けたファイルをまとめてダウンロードします。また、赤点線枠の「ダウンロード」ボタンを押下して、個別にダウンロードすることも可能です。

 

@−4.基盤地図情報ビューアー・コンバーターでの変換
ダウンロードしたデータを「基盤地図情報ビューア」で変換・編集して、 氾濫解析に読込みやすいデータにします。

 

 

枠の「基盤地図情報閲覧コンバートソフトをクリックして、ダウンロードした「FGDV.zip」を圧縮解除し、FGDV.exeをダブルクリックで基盤地図情報閲覧コンバートソフトが起動しますので、
 「ファイル→新規プロジェクト作成」又は「新規ファイル」ボタンで「新規プロジェクト作成」画面を表示し、赤枠の「追加」のボタンを押下し、ダウンロードしたファイルを選択して要素を登録します。この際、圧縮したままのファイルを追加してプロジェクトを作成することが可能です。
読み込み後と主画面に対象データが表示され、左側の「レイヤーリスト」に要素名が表示されます。

 

@−5.シェープファイルで出力する

 


主画面に表示されている領域を必要な部分のみを拡大表示します。その後、メニューの「エクスポート」を選択し『エクスポート』画面を表示します。 変換種別を「シェープファイル」に設定します。

氾濫解析では直角座標系のデータを用いるため、「直角座標系に変換」をチェックし、地域の座標系を指定します。そして、変換する領域を設定しますが、「(おおむね)現在表示されている要素のみを出力」を選択すると表示されている部分のみを変換・出力してくれるため、不要な地域のデータを削除してくれるため便利です。最後に、任意の出力フォルダを指定して「OK」ボタンを押すとシェープファイルが作成されます。

直角座標系番号の確認は下記サイトより行えます。
わかりやすい平面直角座標系地図 ← 地図のでの確認
http://www.gsi.go.jp/sokuchikijun/jpc.html

 

●シェープファイル出力時のファイル名について

要素名 ファイル名
行政区画界線 AdmBdry.shp
行政区画代表点 AdmPt.shp
町字界線 CommBdry.shp
町字の代表点 CommPt.shp
海岸線 Cstline.shp
水域 WA.shp
水涯線 WL.shp
建築物 BldA.shp
道路縁 RdEdg.shp
鉄道の中心線 RailCL.shp
標高点 ElevPt.shp

 

A地盤高データを「基盤地図情報」からダウンロード 

A−1.解析領域のメッシュ番号を確認
ポイントデータ作成ツールなどで解析する領域のメッシュ番号を確認します。
 (クリックした場所のメッシュ番号が画面上部に表示されます。)

 

A−2.基盤地図情報 数値標高モデルのダウンロード
ダウンロードの項目から赤枠で示した数値標高モデルの「ファイル選択へ」ボタンをクリックすると条件や範囲を選択する画面に進みます。

 

A−3.ダウンロードする地域の選択
ダウンロードするデータの条件と領域をを設定します。その後、[ダウンロードファイル確認へ]ボタンを押して「ダウンロードファイルリスト」画面へ移動します。

 

A−4.ファイルのダウンロード
県単位ごとの大量のデータが表示されるので、全てをダウンロードしようとするとかなりの容量になります。それで、先ほど確認したメッシュ番号のファイルにチェックを入れて<まとめてダウンロード>ボタンで必要なファイルのみをダウンロードします。

 

A−5.データの展開
ダウンロードされたデータは圧縮されているので、解凍しておきます。この解凍したxmlファイルを氾濫解析の地盤高として読み込みます。

 

B土地利用細分メッシュデータを「国土数値情報」からダウンロード 

B−1.基盤地図情報のダウンロード
赤丸で囲んだ「JPGIS2.1」が選択されている事を確認して、「土地利用細分メッシュ」へ進む。

 

 

B−2.ダウンロードする地域の選択
ダウンロードする地域をクリックすると選択できます、選択終了後「選択」ボタンを クリックすると「データのダウンロード(3.ファイルの選択)」画面に進みます。

 

 

B−3.測地系の選択
測地系が「世界測地系」のデータを選択し、赤枠の「次へ」ボタンを押下すると「国土数値情報に関するアンケート調査への回答のご協力のお願いについて」画面に移動します。ここでアンケートと同意書に同意してデータをダウンロードします。

 

B−4.データの展開
ダウンロードされたデータは圧縮されているので、解凍しておきます。この解凍したxmlファイルを氾濫解析の地目(X-Okabe)または底面粗度係数(NILIM)として読み込みます。


 

■「氾濫解析」での解析事例

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準備中

 

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