氾濫分析結果的動態3D模擬

UC-win/Road xpswmm 外掛程式 Ver.2
(for Tsunami)

初版發佈:2010.09.21

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相關產品: UC-win/Road xpswmm

程式概要

氾濫分析/VR模擬

Road for xpswmm是在UC-win/Road匯入xpswmm的泛濫分析結果在3DVR空間表現氾濫水面的上升/下降的時間軸變化、氾濫水面的速流失量的時間軸變化、地下管線與管內水位的時間軸變化的外掛程式。

程式的功能與特點

時間軸變化

●氾濫水面上升/下降的時間軸變化

在xpswmm外掛程式免費版中,需要對每一個水面設定成可動模型,所以隨著水面上升而需要的工作量與隨之增加。而在xpswmm外掛程式中,會隨著時間軸在程式內部自動顯示水面上升以及下降,無需使用者手動設定。


●氾濫水面的流速向量的時間軸變化

可以依照時間軸來表現泛濫水面的流速以及方向,並加強流動感。


●地下管線與管內水位的時間軸變化

對下水道、人孔蓋鋪設狀況進行3D表現。實現了依照時間軸對管內水位的上升以及下降等氾濫分析結果進行視覺化。


根據淺水理論差分法的海嘯分析

基於即時虛擬實境UC-win/Road的海嘯視覺化功能。
透過與xpswmm的連動可以產生海嘯,並且自定義海嘯的位置、範圍和高度。
由淺水理論的差分法可預測將來有可能發生的海嘯的淹水範圍和淹水深度,計算對結構物的波力評價或漂流物搬運、計算各網格的波高及速度來製作海嘯高度分佈圖。提供與東北大學海嘯工學研究室(今村文彥教授)共同研究的分析模型。


相關資訊
・xpswmm海嘯分析例(釜石模型)

>> 海嘯分析(xpswmm)輸入支援服務 造價例(釜石模型)
>> 海嘯分析(xpswmm)輸入支援服務 費用例(釜石模型) ('12.02.13記載)


FORUM8 design festival2011 第5回 design Conference 「水工」Session 
「使用xpswmm海嘯分析和視覺化」  FORUM8 UC-1 開發第1Group

在以往設定防洪堤來阻擋水流的海嘯分析基礎上,新增了設想潰堤的場景,模擬釜石港的受災狀況,提供減少受災情況與視覺化的方案。

▲和海嘯分析軟體的連動分析

▲海嘯水面的反射和折射

▲建築物周邊的海嘯

▲海嘯到來後的數十秒(受災圖)

▲海嘯的流速跟向量

海嘯的產生機制

當在海底下發生地震時,海底下的地殼會產生劇烈的升降運動。處於地殼正上方的海面將上下震盪,所形成的大型海浪便形成了海嘯。
當收到海嘯警報後,在港口停泊的船隻爲了避難會停駛在離岸邊有一定距離的海域。這是因為在岸邊有一定距離的海域海底較深,受海嘯的影響也會較小。
「津波(tsunami)」的由來是因為相對於在離海一定區域的海域航行的船僅受到較小的影響,而「津」(港口)會受到嚴重的災害。現在,海嘯這個詞在英語中的表現也仍然引用日文「津波(tsunami)」的發音。
海嘯的速度是水深乘以重力加速度取平方根所得到的(v=√gd)。將水深設定為4,000m的話,海嘯速度約720km/h(200m/s),與噴氣式飛機的速度相同。

▲圖1 海嘯發生的概念圖

海嘯分析案例

●概要
今村研究室所進行的海嘯數值計算使用了淺水理論的差分法。海嘯分析就是對於將來有可能發生的海嘯進行預測,並對淹水範圍和淹水深度進行模擬。根據計算數值,計算出對構造物的波力評價、漂流物搬運,各網點波浪高度及速度等製作分佈圖。另外,關於海底地形資訊,有海上保安廳的公開的資料。

●輸入資訊等
關於輸入資訊,有震源資訊(震度、震源深度、位置)、海底地形數據(海拔高度、位置)、地形資訊等。

●分析結果例
接下來介紹2008年7月19日發生的福島縣外海地震的計算結果的一個例子。
地震的規模是M =6.6、震源深度10km的程度
這個研究成果雖然比氣象廳的預測到達時間晚20分鐘左右,但預測結果和觀測結果基本一致。

▲最大海嘯高度分佈例


■ 海嘯模擬 (粒子法分析結果利用提案模型)
將粒子法的分析結果在UC-win/Road上,作為可動模型並利用時間軸來動作的VR模型
(將海嘯的表現形式製作成VR的概念模型,並不完全適用於實際的海嘯分析。)

海嘯數值分析支援服務

使用今村研究室開發的海嘯分析碼,可以連帶使用在,適用於危害圖製作和海嘯避難預測等的分析支援服務或是UC-win/Road
另外,這個海嘯分析碼被認為也適用於危害圖製作和海嘯避難預測。
透過把UC-win/Road的地形、建築、樹木等基本資訊由Road數據連帶載入,可實現輸入的省力化。同時,將分析碼的計算結果輸入UC-win/Road可實現視覺化。


●輸入條件

震源資訊、海底地形數據、地形資訊


●分析結果示例

2008年7月19日福島縣外海地震的計算結果。和觀測結果基本一致。


●東北大學今村研究室的研究內容

東北大學海嘯工學研究室(今村文彥教授)進行著海嘯相關的研究,以下為研究內容。
研究內容
災害是由自然現象(外力)和人類社會的運作干涉而發生的。災害的形態也是伴隨著人類活動方式的變化而改變。將來的災害對策不僅要以過去的災害例為基礎,還要預測和社會發展一起變化的災害過程,適應於地域的發展和脆弱性研究。
海嘯工學研究室是世界上唯一從工學性的立場進行海嘯研究的機構。以災害對策、控制的理念為基礎, 主要進行國內外的現地調査研究、高精準度海嘯數值預測系統的開發、以及地域的海嘯對策支援。特別是海嘯分析技術,是作為被預測為世界海嘯被害國的國際性技術轉移對象,也是TIME(Tsunami Inundation Modeling Exchange)專案的核心位置。到目前為止,今村研究室的海嘯分析與技術轉讓給世界上7個國家以上,有利於海嘯災害的減輕。


▲印度洋海嘯(2004年)的分析動畫(東北大學海嘯工學研究室)


▲近年的海嘯產生地點

▲Several functions of coastal forest in Japan
(Hamada & Imamura,2003)

匯入xpswmm數據的界面

在此匯入《顯示位置的座標位置調整》、《洪水結果》、《管線數據》、《管流結果》。



▲(1)氾濫水面描繪選項

▲(2)下水道描繪選項


▲地下管線和管內水位


▲UC-win/Road 氾濫水面


▲UC-win/Road 氾濫水面流速和向量

(xpx, xp檔案)間的連動

管線、人孔蓋描繪、下水管線、人孔蓋的鋪設狀況圖示化、管流資訊的圖示化。



 

xpswmm和UC-win/Road的連動

 

xpswmm

數據變化方法

 

UC-win/Road for xpswmm

數據變換方法

 

UC-win/Road

1)結果檔案的選擇

可選擇多個從xpswmm輸出的時間軸結果檔案。

2)選項設定

  • 輸出檔案的選擇
    支援輸出到LandXML檔案和UC-win / Road模型作為輸出目標。
  • X-Y的方向
    結果檔案會輸出各網點位置的座標和深度(Depth),這時候可以分別把X、Y的方向選擇為東南西北南。另外、通常模型雖然會配置在專案的中央,但利用offset可以變更配置位置。
  • 深度方向
    Depth的方向可選擇垂直向上,向下。
  • 樓層
    可設定深度間隔和表示每個深度位置的顏色。

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(for Tsunami)
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