【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】16K12828 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

施設配置問題 / 数理最適化 / 避難モデル / 退避壕 / 火山災害 / 最適化 / 避難施設 / 最適化モデル / 時空間ネットワーク / 最適配置問題 / 数理モデル / 火山 / アルゴリズム

【研究成果の概要】

火山噴火の際に，登山者や周辺住民が安全に避難するための避難施設の配置方法を決定する数理モデルを構築した．特に，噴火時にランダムに飛来する噴石を，確率モデルを用いて表現し，登山者が退避壕に安全に避難する経路を求めるための問題を定式化した．その上で，避難者が最も安全な経路を選択した場合に，期待避難者数を最大化する配置問題，避難困難地点の避難確率を最大化する問題，一定の避難確率を保証する条件下で最小の施設数を求める問題等を構築し，最適解の特徴を比較した．さらに噴石の飛来の密度が噴火口からの距離と時間に依存して変化することに着目し，時空間ネットワークを用いた拡張モデルを構築した．

【研究の社会的意義】

実際の現場において退避壕の具体的な配置計画を立てる際には，火山の特性，登山者や周辺住民の人口分布，予算総額などの，各事例に特化した様々な要因を考慮する必要がある．一方で，基礎となる数理モデルを構築した上で，最適な計画案を導くための枠組みを整備することも重要な課題であるが，こうした試みはこれまで十分になされてこなかった．本研究は，オペレーションズ・リサーチの分野で古くから研究されてきた，施設配置問題の枠組みを土台として，退避壕を適切に整備するための新しい問題を構築し，火山防災対策に資するための基礎となる数理モデル構築を行った．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】15K13561 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / アナログ実験 / 振動 / 圧力波 / 音波 / 気液二相流 / 噴火 / 模擬実験 / 素過程 / 数理モデル / 非線形振動 / 流体 / 圧力変動 / 周期性 / 噴出率 / 波動 / モデル実験

【研究成果の概要】

火山噴火を模擬する室内実験を行い，圧力変化や空中音波を計測した．模擬火山噴火実験で見られた間欠的な噴出を伴うノコギリ波状圧力変動に注目し，その発生機構を調べる実験とモデル構築を行った．その結果，この実験系が実際の火山振動に対して提案されているモデルと物理的・数学的に相似なシステムであることが示された．また，気泡振動による圧力波発生機構を調べた実験では，3種類のメカニズムが存在すること，空中や水中の音波という観測可能量から音源の情報を引き出すためには，メカニズムの特定が重要であることが示された．様々な現象を包括する模擬実験を詳細に観察し，複雑な火山現象に対する新たな示唆が得られた．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】22540431 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山現象 / 数理モデル / 実験 / 火山 / 地震 / 微動 / 空振

【研究成果の概要】

本研究は,比較的単純な噴火形態を繰り返す火道システムの確立した火山を対象に振動現象の観測データから,火道浅部の内部状態を推定する方法を確立し,一連の噴火活動中での噴火様式変化の推定に結びつけることを目的とした.本研究期間中に,2011年霧島新燃岳の噴火が発生し,準プリニー式噴火,マグマ湧出,ブルカの式噴火という異なる噴火に対する火口近傍で地震,地殻変動,空振という多項目の観測データを得ることに成功した.これらのデータを解析することで,ブルカノ式噴火に先行する傾斜変動の時間的変化と傾斜変動継続時間の関係から,火道内部でブルカノ式噴火の直前に進行するプロセスを解明した.また,微動と空振が同じ励起源から発生するメカニズムを,粘性の異なるアナログ物質を用いた実験により再現した.さらに,微弱な火口活動のシグナルを検出する手段を確立し,火山活動のモニターリングのレベル向上を図った.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)