気候変動の影響により激甚化，頻発化する水災害に対し，河川・流域における治水対策を関係者が協働して行う流域治水が行われている．流域治水を本格的に社会実装するため，流域治水の治水計画上の重要性を明確にし，現状の課題を考察する．今後，治水，まちづくり，環境保全等の課題解決に向け，流域治水は，施策の集約・連携の段階から統合・協働の段階へと発展させる必要があり，治水の目標や役割を見える化し，関係者間での共有が重要になる．このため，流域の水収支に基づく水理構造を活かした治水を提案する．また、支川等の小流域から水系の大流域まで重層的な流域治水計画，効果的な施策の展開に必要な施策マネジメント，脆弱性の認識や施策の効果の評価等に役立つ水災害リスクによるマネジメントについて考察する．

　実効性のある流域治水の実現には，都市計画的施策の評価手法の確立が不可欠である．本研究では石川県を流れる梯川流域を対象に人口減少下での小学校の統合を想定し，統合の実施時期や順序，対象地域内の年間移転世帯数を変化させたシナリオによる2050年までの都市構造変化の推定を行った．また，将来の極端降雨を入力とした氾濫解析結果を用いて都市構造変化下での洪水氾濫被害額を算定し，シナリオの違いが水災害リスクの軽減効果に与える影響を評価した．年間移転世帯数ごとの被害額の比較より，対象地域で十分な被害軽減効果を得るための年間目標移転世帯数の設定に有用な情報が得られた．統合時期や順序を変化させた際の比較は，年間移転世帯数が少なく，十分な被害軽減が得られない場合でも有利なシナリオの検討に有効である可能性が示された．

　気候変化に伴う水害の頻発化や大型化が懸念される中，様々な施策を組み合わせた流域治水が進められている．本研究では，一級水系梯川を有する小松市を対象とし，破堤発生時の被害軽減を目的とした氾濫制御施設の設置と，浸水リスクが高い地域からの移転を促す都市計画的施策を想定し，人口減少下にてそれらを実施した際の都市構造変化の推定と，氾濫被害額の算定を行った．氾濫制御施設及び都市計画的施策を単独で実施した場合，氾濫被害額の減少率はそれぞれ22.2%及び24.8%であり，両者を同時に実施した際の減少率は41.2%であった．また，氾濫制御施設設置と，それに伴う浸水深分布の変化を考慮した都市計画的施策を実施するとした場合には，減少率は49.0%まで増加し，複数の治水対策を適切に連携させることの重要性が示唆された．

　地球規模の気候変動により，短時間強雨の年間発生回数は増加し，大規模な豪雨災害が頻発し，現状の河道計画での対応の限界が露わとなった．一方で，生物多様性の保全や河川整備上の環境への配慮も重要である．治水と環境の両立という河川管理での課題について，氾濫流の制御技術を活用した流域治水手法に着目した．平成29年7月九州北部豪雨で大規模な浸水被害を受けた桂川流域を対象に，日本の伝統的な氾濫流の制御技術や遊水地を活用した流域治水手法について数値シミュレーションによる検証を行った．その結果，これらの伝統技術は氾濫流の制御に貢献し，被害の拡大を防ぎ，避難可能時間を大きく引き伸ばす効果があることが確認された．氾濫流の制御による流域治水は，河道改変の影響が小さく，環境上重要な河川への治水対策として効果的である．

　本論文は，富山県の1級河川を対象に，各種洪水対策の貯留効果を詳細なサブ流域単位で見える化し，流域治水対策効果を簡易的に評価することで，各流域の効果的な対策の組み合わせを提案したものである．対象とした対策は，田んぼダムの施工，ため池の事前放流等の計7つであり，対象河川においては既設ダムや田んぼダム，学校貯留が有効である可能性を示した．また，既設ダムの貯留を現状の貯留機能と捉えその他の対策効果との組み合わせ評価を行い，各河川で有効な対策を検討した．その結果，小矢部川，神通川，庄川において，それぞれ田んぼダム，学校貯留，新規ダムの建設が有効な対策であると明らかになった．本論文の対策評価手法は，詳細な数値解析などを伴わないため，迅速かつ簡易に各対策の効果を初期段階で比較検討する手段として有用である．

　2014年7月に甚大な土砂災害が発生した広島市安佐南区八木三丁目を対象に，土石流の数値シミュレーションを実施し，家屋等の構造物が土石流の流動特性に与える影響を検討するとともに，土石流氾濫域における土砂災害危険度の空間分布を検討し，安全なまちづくりのための土石流の数値シミュレーションの活用法を提案した．八木三丁目の土石流渓流の上流部に宅地開発が進み始めた1974年の宅地状態を基本とし，家屋の有無や新設家屋の配置等による土石流の数値シミュレーション結果を用いて危険度評価を行うことで，土石流に対する危険領域を視覚的に捉えることができた．このような評価は，現地調査等と異なり，比較的短時間で行えるものであるので，まちづくりにおける土砂災害の減災対策の計画段階において有用な手段になると考えられる．

　本研究は，日本全国の一級水系および二級水系を対象に，洪水被害額の軽減に資するため池を分類し，分類後のため池による洪水被害額の軽減効果を評価することを目的とした．ため池の被害額軽減の最大効果を知るため，氾濫解析において，ため池に水が貯留していない状況を想定した．加古川水系(18.6%)，芦田川水系(13.0%)，松浦川水系(12.8%)や，香川県(18.1%)，岡山県(8.6%)，兵庫県(7.4%)において，被害額軽減効果が高い．56水系，24県について，小流域の被害を軽減するため池の治水利用が見込まれる．一方，41水系，14県について，小流域の被害を軽減しないため池の治水利用が見込まれる．

　気候変動による外力の増加を考慮したリスク評価が数多くなされている．本研究では，新宮川水系熊野川流域を対象に温暖化予測値d4PDFの解像度20kmと力学的ダウンスケーリングした解像度5kmの違いによる将来的な頻度や傾向を把握することを目的とする．本研究では，以降に示す3つに着目した．(1)支川流域や本川の流域平均雨量，(2)流域全体の流出量，(3)本・支川の同時生起，である．その結果，5kmでは実績雨量の傾向を再現しており，将来実験値で上述した3つに着目すると，20kmの雨量や流量は5kmと比較して過小評価の傾向である．少なくとも，対象流域では20kmでの本川の流量や支川流域内の豪雨の同時生起を過小評価することから，この流域内で将来予測値を使用する際は5kmが適切であることが示唆された．

　洪水氾濫，内水氾濫，斜面崩壊を対象に，日本全域における気候・人口変動に伴う2015年から2100年にかけての曝露人口変化を共有社会経済経路（SSP）別に評価した．洪水氾濫，内水氾濫による曝露人口を45cm以上の浸水が発生した地域内に居住する人口と定義した．斜面崩壊の曝露人口を斜面崩壊発生確率が80%を超える地域内に居住する人口と定義した．いずれのSSPにおいても，正負を含む曝露人口変化率は，内水氾濫，洪水氾濫，斜面崩壊の順に高い結果となった．特にSSP5-8.5において内水氾濫の曝露人口が顕著に増加することが示された．気候変動と人口変動の単独の影響による曝露人口変化率をそれぞれ評価した結果，曝露人口に対して気候変動よりも人口変動の影響の方が支配的であることが示された．

　本研究は，人口減少地域における流域治水方策としての計画的氾濫の効果を推定した．まず，既存の降雨流出氾濫モデルの堤防モデルを左右岸で独立させた上で，堤防の高さを場所と時間に応じて可変とする改良を行った．次に，このモデルを人口減少地域に位置する阿武隈川流域に適用し，(1)堤防のない自然状態，(2)連続堤がある現在の状態，(3)白河・須賀川・福島盆地に1~5kmの大規模越流堤を導入した状態の3ケースを対象とした降雨流出氾濫計算を行った．その結果，大規模越流堤の導入によってピーク流量が2~20%低減すること，その効果として支川のバックウォーターの軽減が期待できること，それらの効果は下流へ向かうほど減衰することが分かった．また，流域内の複数の大規模越流堤の治水効果には相互作用があることが確認できた．

　昨今の気候変動などの影響により富山県でも洪水災害が頻発しており，気候変動への適応や流域治水の推進が求められている．本論文は，富山県の1級河川である小矢部川，神通川，常願寺川を対象に5kmメッシュの詳細な将来気候データであるd4PDFデータを用いて，洪水氾濫被害額の算定および各種適応策の費用便益分析を行ったものである．適応策はグリーンインフラや緩和効果の観点から，河道内植生伐採と田んぼダムに着目している．洪水氾濫解析および費用便益分析の結果，対象河川においては田んぼダムが効果的であると評価され，特に小矢部川では実施率50%で費用対効果が12.6，100%で14.9と高い効果を示した．河道内植生伐採も効果のあることが確認されたが，今後実施費用を抑えるため効果の高い個所での植生伐採の実施や，処理・運搬費用の取り扱いを考えていく必要がある．

　流域治水政策の基本情報である「地先の安全度」を全国で唯一整備している滋賀県であるが，独自の統合水理モデルには，「琵琶湖流入河川群からの流出や瀬田川洗堰操作に伴う琵琶湖自身の水位変動が未考慮で，琵琶湖洪水に対応していない」という課題がある．本稿では，上記の課題を解決するため，湖沼への流入量と湖沼からの流出量からなる琵琶湖の水収支モデルを構築し，氾濫モデルの境界条件とすることで，琵琶湖水位と連動した統合水理モデルを開発した．また，同モデルを用いて「多段階の地先の安全度マップ」を作成した．考慮の有無を比較した結果，琵琶湖水位の影響を直接受ける，湖岸周辺や流入河川，内湖については，最大浸水深・浸水継続時間に差が生まれる傾向がみられた．同モデルは，同様の湖沼システムを有する各流域に適応可能である．

　本研究では，流域治水に資する雨水貯留施設の流出抑制効果を定量的に評価し，貯留施設の最適な運用方法について検討した．島根県松江市を対象として，貯留施設を降雨期間内に基準に応じ切り替え操作を行うスイッチング貯留を提案する．松江市都市域の排水容量に相当する雨量6.75mm/hrを基準に，床下浸水発生時の内水位と連動させて貯留施設の操作を実施することで，平成18年7月の豪雨では，領域全体の氾濫水量が2.6%程度，市街地の氾濫水量が3.7%程度ピークカットされ，市街地の床上浸水発生面積も約5.5%減少した．さらに実降雨に対する貯留量と氾濫水量から貯留施設のもつ流出抑制効果を定量評価した．降雨波形・降雨規模に応じ適切な操作をすることで貯留施設の流出抑制効果が最大化されることが推測される結果が得られた．

　2023年7月豪雨による秋田市中心市街地における氾濫を降雨や河川水位の観測記録，最大の氾濫浸水痕跡位や氾濫浸水深の現地調査，定点カメラ映像の解析などを通して実証している．実証の結果，(1)中心市街地における今次の氾濫は明田地下道から流入した氾濫水の影響を有意に受けている（総降雨量に対する明田地下道総通過流量の割合が大きい)，(2)氾濫水は昔みず道であったような低地の通りに沿って卓越的に流れている，(3)今次の内水氾濫規模は秋田市が公表している150mm/h（1000年に1度程度）の想定降雨による内水氾濫規模を超えている，(4)秋田市楢山登町地区における最大氾濫浸水痕跡位は少なからず潮汐の影響を受けていることを明らかにしている．中心市街地における治水観点からの課題例も示している．

　都市域で洪水氾濫が発生した場合，路上の自動車が浮上し，漂流物となって建物に衝突被害を与えたり，氾濫流を堰上げして浸水域に変化を生じさせる恐れがある．また住民の避難行動に支障を及ぼすことも考えられる．本研究では，都市域での洪水氾濫時の浸水域の評価に自動車が与える影響を考慮した予測手法の構築を目的として，自動車の影響を考慮した非構造格子法による氾濫流モデルと自動車を単一の矩形要素として取り扱う数値モデルを構築した．構築した手法を実市街地での想定氾濫解析に適用した．得られた結果から，氾濫流で流送された自動車要素は相互衝突や建物を表す要素への衝突に影響されながら流動すること，氾濫域の一部では複数の自動車要素が集積塊を形成し，氾濫水の流動を阻害することで浸水深の分布に変化をもたらすこと等が予測された．

　本研究は，令和2年7月豪雨時の球磨川流域を対象に，降雨流出・洪水氾濫解析を実施し，降雨流出，洪水流下と氾濫現象，支川流域の水収支の把握を行ったものである．本研究から，（1)支川流域の水収支が把握され，（2）球磨川本川には，川辺川を含む支川流域から本川流量と同程度の流入があったこと，（3）被害が甚大であった人吉～渡区間では，支川流域から本川流量の16%程度の1,300m³/sの流量が流入したこと，（4）今回の降雨パターンは，一武～人吉水位観測所の支川と本川の流量ピーク発生時刻を概ね一致させるパターンであったこと，（5）被害軽減には，治水施設により流域からの流出流量の低下あるいはピークの発生時刻を遅らせ人吉水位観測所での流量を低減させる必要があること，などが確認された．

　令和２年7月豪雨に発生した大雨によって多くの家屋が被害を受けた．本研究は被害があった球磨川中流域の狭隘区間に焦点を当てる．この区間は狭い谷底であり高速流となるため，このような地域で建物被害発生条件を明らかにすることが非常に重要である．河川狭隘区間で建物被害を引き起こす流れの三次元水理特性を調査するために，建物一棟一棟ごとの流体力のサブグリッドモデルを備えたHy2-3Dモデルを用いた数値解析を行った．その結果，この区間から流された建物のほとんどは流速と浸水深が耐震基準を超えた．一方でいくつかの流失建物は流速と浸水深が耐震基準を下回り，建物の耐力がモデル家屋よりも低かったことから，水理学的および建築構造要因の両方に着目する必要性が示唆された．

　流域治水のさらなる社会実装のためには，定量的な対策効果評価が可能な数値解析モデルの開発が必須である．本研究では，RRIモデルと河川流・氾濫流一体解析用平面二次元モデルの融合モデル（RRI-RF2Dモデル）を開発し，印旛沼流域の高崎川に適用して，その有用性を検証した．その結果，ピーク水位縦断分布や氾濫範囲などを概ね良好に再現し，本モデルの基本的な妥当性が確認できた．また，河川と交差する道路盛土の上流側において，氾濫水が堰き止められることによる貯留効果が確認できた．この効果によって，道路盛土の下流側では洪水伝搬のリードタイム確保などが生じた可能性や，道路盛土が流域治水対策メニューの1つである氾濫水の制御に対して，一定程度の効果を持つことが示唆された．

　本研究の目的は霞堤の構造分類と，霞堤の洪水調節機能とその増進の考察である．始めに一級水系に存在する霞堤を構造で分類した．次に，分類を基に地形特性，霞堤の形状を変化させ数値解析を行った．最後に霞堤開口部に越流堤を設け解析した．その結果，霞堤下流のピーク水深は霞堤と越流堤によって減少した．越流堤を設けることで，霞堤への洪水の流入が遅れるため，霞堤下流の最大水深は，越流堤整備前と比べより低下することが明らかになった．さらに，越流堤は霞堤内部の浸水面積も減少させる．したがって，霞堤を締め切るよりも，霞堤開口部に越流堤を設けることで，霞堤下流及び内部の治水安全度の向上が見込まれる．

　東京湾では夏季に湾奥底層で貧酸素水塊が発生し，水産資源のへい死や地球温暖化にも影響しており，根本的な解決が求められる．過去の研究において，東京湾上に風速10m/s以上の南西風が与えられることで，DOの値が急激に回復することが発見された．しかし，基準となる10m/sの南西風について，定量的に評価されておらず，限界風速が異なる可能性がある．そこで本研究では，風エネルギーを詳細に考慮したDO回復速度の推定式を提案することを目的とする．結果，2010年と2011年の東京湾の湾奥底層のDOの時系列解析により，Wedderburn数によるDO回復速度の推定手法を提案し，南西風6m/sが20時間以上継続すると，DO回復現象が発生することが確認された．また，数値シミュレーションによって，現地観測で示されたDOの回復現象を確認できた．

　有明海湾奥部の気候変動に伴う水温の長期的な変動特性を明らかにするため，1973年から2023年までの50年間の浅海定線調査データ等をもとに解析を行った．水温データに代表的な周期関数である三角関数を当てはめることにより，各年の代表値を算出した．これより，有明海湾奥部の水温が長期的に上昇傾向にあることが示された．また，湾奥部における水温上昇率で沿岸部と中央部に有意な差異が認められたことから，陸域からの影響に変化が生じている可能性が示された．そこで，湾奥部に流入する河川の水温および流量の長期的な変動特性を調べることにより，陸域からの影響の変化について検討した．その結果，湾奥部水域においては，気温上昇に伴う流入河川水温の上昇により，沿岸部水域の水温の上昇がより促進され，湾奥部全体の水温分布が均一化する傾向にあることが示された．

　浅い湖沼における貧酸素水塊の挙動は湖上風況の影響を強く受ける．本研究では，浅い諏訪湖を対象に，異なる風条件を与えた3次元流動水質シミュレーションを実施し，風与条件の違いによる貧酸素化への影響解析を行った．観測風速を水平一様に与える条件と，大気モデルで作成した非一様な風条件を用いた2ケースの比較から，風場の空間分布を考慮することで諏訪湖の水平循環および水温成層がそれぞれ強化されることを示した．また，風場の空間分布，非一様性を考慮した条件では，底層における貧酸素化の頻度が増加することが示され，水平一様な風条件と比べて底層の貧酸素水塊の規模が計算期間を通じて大きいことが推定された．本研究の結果は，浅い湖沼における貧酸素水塊挙動を把握および予測するうえで，風場の精緻な表現の重要性を示唆している．

　本研究では，都市近郊の里山に残存する農業用ため池が，CO₂吸収源として適しているか否か，現地調査と数値シミュレーションを用いて奥池のCO₂吸収特性の視点から考察した．現地調査の結果より，対象とするため池には水草の生育に必要な栄養塩が十分に存在することがわかった．また，本研究で定義した光合成の活動の程度を示すΔDICについて，chl.aの関係から7月と10月の成層期に関して大きな傾向の違いが生じていたことがわかった．さらに，炭素動態について把握するために数値計算の妥当性を検証したうえで，溶存無機炭素DICについて数値計算を実施した．その結果，穏やかな気象条件において藻類による光合成が活発となり，CO₂を吸収していたことが推測された．

　植物プランクトンが大量に発生する鳥原貯水池は，典型的な富栄養湖である．中栄養湖では，水生植物の光合成により，大気からCO₂を吸収していることが過去の研究で示されている．対して，富栄養湖に関しては十分に研究が行われておらず，特に長期に渡るCO₂の排出・吸収に関する研究は少ない．大気とのCO₂フラックスを決定づけている水中のDICは，水質環境に応じて値が変化するため，その影響要因を解明する必要がある．そこで本研究では，烏原貯水池における2010年から2018年までの観測データを利用し，水質項目の相関分析，およびStructural Equation Modeling解析を行った．さらに，パス解析の結果に基づきボックスモデルを構築し，DICを支配している要因の解析を実施した．その結果，烏原貯水池におけるDICの変動に対して，光合成による減少，および溶存有機炭素の無機化による上昇が重要な要因であることがわかった．

　混合水深(zm)の評価方法を植物プランクトンの生育環境という観点から受熱期初期の水温とDOデータを用いて検討した．沖縄県久米島の山城池に水温水質自動観測装置を設置して，水温とDOの時空間的詳細鉛直分布を計測した．2時間毎に水深1cmの解像度で得られたデータを用いてThorpe長さ(L_T)の一定以上の水深(zm(L_T))と，DOの表層に対する一定差範囲内の水深(zm(ΔDO))のそれぞれを混合水深とした．卓越混合外力として水面冷却による対流が主である期間を対象としてzm(L_T)に対するzm(ΔDO)との関係を解析した．DO差分値として2～3%がzm(L_T)と最も相関が高かった．zm(ΔDO)の汎用性やダム水質保全での適用性および今後の課題について検討した．

　本研究では西日本の5つのダム貯水池を対象に，底層がほぼ無酸素状態となる際の水中のリンの鉛直分布特性を調べた．その結果，鶴田ダム貯水池では，中層から底層にかけてPO₄-Pが減少するパターンが他の貯水池よりも高頻度で出現していることが確認された．このような鉛直分布は，湖底に近づくにつれてPFeが増加することに加え，「湖底上のごく近傍で，溶出し酸化した鉄に，より多くのリンが吸着する」ことによって形成されている可能性が示された．また，同貯水池では，底泥のごく近傍を除いて，リン溶出の影響がリン濃度としてほとんど観測されないことも分かった．その主な要因として，上流から比較的高い硝酸態窒素が供給されていること，底泥に易分解性有機物が少ないことから，底層においても還元的環境が進行しにくい可能性が挙げられた．

　本研究では，気候変動の影響を受けやすい乾燥・半乾燥地域に区分されるモンゴル高原における，草原地域と砂漠地域の遷移区間において衛星観測データを用いた植生及びその他の水文量の時空間的な長期トレンド分析を行った．対象領域における植生，降水の長期トレンドは増加傾向であるが，この特性は緯度帯や標高，季節によって異なっていた．また，北緯46度付近では，植生の分布期間は短くなっているものの７，8月は草地が南に拡大していることが示唆された．さらに，地表面温度と気温は温暖化の正の影響と降水，植生増加による負の影響を受けており，本研究の対象領域における地表面温度及び気温は，植生と降水の増加に伴い，北緯約44度を境に南北差が大きくなっていることが示唆された．

　衛星搭載型マイクロ波放射計AMSRシリーズによる土壌水分推定値は，数十kmスケールの一つのフットプリント（FP）に対して一つの値が与えられているが，FP内の土壌水分の空間分布情報は未知である．そこで，本研究ではSentinel-1 SARデータから空間解像度100mの土壌水分マップを作成し，それを用いてFP内の土壌水分分布とAMSR土壌水分推定値がどのような関係があるのかを解析した．この結果，主に1) AMSR土壌水分推定値が概ね10%未満であれば，FP内の土壌水分のばらつきは概ねパーセンタイル値75%と25%の差が4%以下であること，2) AMSR土壌水分推定値が概ね10%以上の場合は土壌水分の空間分布のばらつきに様々なパターンが生じているため一概に説明できないこと，がわかった．

　GCOM-W/AMSR2とSMOSの各衛星土壌水分プロダクトについて，2012年7月から2020年12月までの8年6ヶ月間を対象に，世界各地の現地観測値と比較検証を行った．誤差特性の解析においては，植生量と土壌構造が土壌水分推定精度に与える影響に着目した．密な植生を有するマレーシアのサイトでは両プロダクトとも推定精度が顕著に低く植生の放射伝達モデルの改良は確かに重要である一方，葉面積指数（LAI）が1未満となる植生が疎な条件下に限定しても，特にAMSR2の推定精度は相関係数0.2~0.6に留まっており，土壌の放射伝達モデル改良の重要性も高いことが示された．SMOSと比べてAMSR2は推定精度の地域依存性が大きく，地域による乾湿分布の違いを表現できるモデル開発の必要性が示された．

　洪水予測においてアンサンブル気象予測の活用が進んでいるが，土砂災害予測に適用した例は少ない．本研究では，令和2年7月豪雨において九州で発生した線状降水帯を対象に，200メンバー降雨予測を用いた土壌雨量指数による土砂災害危険度予測を行った．土壌雨量指数の空間分布を可視化して，値や位置のばらつきを分類し，確認した．また土砂災害が多数発生した芦北町における，異なる5カ所の1km²の点で土壌雨量指数を計算した．結果，避難指示の発令目安に当たる警戒レベル4相当を超過したものは200メンバー中19%で，既往最大値を56%のメンバーが上回った洪水予測と比較して小さな値となった．局地的な現象である土砂災害には，確率が低い上位の値を見逃さずかつ降雨位置予測の不確実性を加味した予測が必要であると示唆された．

　本研究ではドロマイトのCT画像群から間隙構造を評価するとともに，構築した間隙モデルでの数値計算によって流動・輸送特性を評価した．連結間隙の塊である間隙クラスターは小さなものほど多数存在し，Box counting法による分析で間隙がフラクタル性を示すことがわかった．岩石内部の生物遺骸の形状に起因して，間隙構造がフラクタル性を示した可能性がある．また，間隙の標本バリオグラムは等方的であり，指数モデルへの適合性が高かった．流れ解析で取得した流速場は不均質であったとともに，流速の極めて小さいデッドエンドポアが確認された．また，輸送解析で得た下流面でのBreakthrough Curves (BTCs)はペクレ数が高いほど顕著なテーリングを呈した．これはデッドエンドポアの影響によるものと推察される．

　長崎県の島原半島は，地下水の硝酸性窒素汚染が深刻な地域の一つとして知られている．長崎県では，2006年10月より島原半島窒素負荷低減対策計画を策定し，地下水汚染対策を実施してきた．本研究では，その対策計画の中で県が測定し，公開してきたデータに基づく硝酸性窒素濃度の変化傾向の評価と，島原半島の中でも汚染が深刻である島原市の水道課が測定してきた硝酸性窒素濃度の変化傾向について，Mann-Kendall検定によって評価を行った．その結果，県が収集したデータによると，最近8年間の硝酸性窒素汚染は改善傾向にあると言えないことが分かった．対策計画以前については，濃度低減の要因を注意深く検討すべきと考えられる．また，島原市の水道水源井戸における濃度トレンドからは，改善傾向とは言えず，深刻な状況に近づきつつあると考えられる．

　河道内植生の消長過程や河床変動を予測するためには，植生群落背後のSteady wake regionにおける細粒土砂の堆積過程を理解することが重要である．本研究では植生群落背後の三次元的な乱流・二次流構造および浮遊砂堆積領域を解明するために，群落長さを系統的に変化させた4通りの全水没植生流れを対象に水路実験を行った．まず，計測断面を横断方向・鉛直方向に細かく設定して鉛直面PIV・水平面PIVによる流速計測を行った．その結果，群落長さによる鉛直・水平混合層の発達過程および二次流構造の変化に伴い，群落背後の主流速の回復過程が変化することが示された．次に，浮遊砂投入実験における群落背後の堆積状況の観察から，Steady wake regionやその下流で浮遊砂が堆積することが示唆された．

　河川橋梁は設置後老朽化が進行するとともに設置河道の状況が変化することもあり，近年数多くの橋脚洗掘被害が報告されている．これまで橋脚洗掘に関する研究は周辺流れや洗掘深を中心に多数行われてきたが，地形の特徴を考慮した研究は実河川での検討以外にほとんどない．そこで，本研究では，砂州上における橋脚洗掘現象を捉え，移動床水路実験にて一事例としての検討を行った．

　具体的には，非定常流量通水下で砂州を形成・流下させ，小判型橋脚の洗掘現象を調査した．橋脚内部に360度カメラを設置することで，通水中の洗掘河床高の変化を把握した．その結果，砂州の堆積域および洗掘域の特徴に基づく洗掘深の変動や，砂州洗掘域で最大の洗掘が発生することを明らかにした．また，砂州堆積域から洗掘域への移動に際して，局所洗掘された河床高が埋め戻されない現象も示した．

　床固め工，護床工などの固定床下流では局所洗掘が生じ，構造物の安定性を低下させる可能性があることから，現象を予測するための数値解析モデルの構築は河川工学的に重要な課題である．本研究では，表面流と浸透流を同時に予測できる一般座標系での3次元流れ解析モデルと平衡流砂モデルを組み合わせ，床固め工下流の局所洗掘に関する数値解析を行い，モデルの妥当性を検証した．潜り噴流時の河床近傍の流速分布，洗掘孔背後の砂堆の形成位置に関して再現性が不十分ではあるものの，潜り噴流時，および埋め戻し過程時の河床高，水位の縦断分布，流速分布の鉛直分布や最大洗掘深の時間変化に関して概ね再現できることを示すとともに，局所洗掘現象における浸透流の影響について考察を行った．

　第二種二次流は実河川のどこにでも存在し得るもので，遠心力に起因する第一種二次流と共存していると考えられる．したがって，第二種二次流は浮遊砂運動や河岸付近の洗掘をはじめとする土砂の移動形態に大きな影響を与えている．しかし，実河川において第二種二次流の重要性はほとんど注目されておらず，第二種二次流に関する基礎研究と応用研究の展開が待たれている．本研究は，このような背景の中で，第二種二次流の役割を明らかにするため，まずはアスペクト比が小さく第二種二次流が卓越する粗面開水路乱流場において数値実験を行った．これより，粗面開水路場の二次流速度は滑面開水路のものより大きくなること，粒子の運動は瞬間的な流速に大きく影響され運動していること等が明らかにされ，また，既往の実験結果との対応が示されている．

　破堤は，背後地の被害を急速に拡大させるため，破堤の発生し難い堤防構造の考案は非常に重要である．破堤は洗掘に起因する地盤変形により発生するが，砂地盤上に礫材を敷設することによって洗掘を抑制できることが既往の水理実験により示されている．しかし，そのような砂礫層の洗掘に関する数値解析が実施された例は見当たらない．そこで，本研究では，弾塑性モデルによって土砂変形を解く粒子法型数値モデルと個別要素法（DEM）をカップリングさせたモデルを構築して，砂礫層の鉛直噴流洗掘解析を実施する．本研究では，砂礫層だけでなく礫を配置せずに砂層のみとした場合の鉛直噴流洗掘解析も実施して両者の洗掘深を比較した．計算結果より，既往の水理実験結果と同様に砂礫層のケースでは洗掘が抑制されることが示された．

　本研究では，固体群と流体の三次元連成数値解析法により，混合粒径土砂流の数値実験を行い，流下に伴う鉛直分級に効果を及ぼす要素を分析した．解析結果の鉛直方向の平均速度からの差として各粒径の分級速度を定義し，この指標を用いることで分級の進行を定量的に考察可能とした．また，平均粒径に対する粒径の標準偏差の比を表す変動係数を粒度分布の指標として求めた．これらを用いて，速度勾配と粒度分布が分級過程に及ぼす効果を分析した．分析結果から，粒径の変動係数が大きいほど，速度勾配の増加に伴って分級の進行が顕著になることが確認された．

　近年の大規模洪水氾濫に伴う河川構造物被害が顕著であり，構造物周辺で発生する渦構造とその影響を直接的に受ける浮遊微細土砂との相互作用効果を明らかにすることが重要である．そこで本研究では基礎的な局所流である鉛直噴流洗掘実験に対して固液混相乱流モデルを適用し，浮遊微細土砂と三次元渦構造の相互作用効果を明らかにするために移動床・固定床解析を実施し，比較した．まず，移動床解析における洗掘横断形状や最大洗掘深の時系列変化は，実験値と良好に一致し，本手法の有効性を示した．また，両解析結果の比較より，微細土砂の巻き上げは大規模渦運動を弱める方向に働くことを示した．その要因が混相流版渦度方程式に含まれるトルク項であることを明らかにした．

　千葉県一宮川流域では2023年9月において台風13号により広域で浸水被害（R5水害）が発生した．一宮川流域では2019年10月に浸水被害（R1水害）が発生したことを踏まえ，流域治水対策が推進されてきた．今後の治水対策の方向性を考える上で過去水害と比較し，その効果を把握することは重要である．本研究では，一宮川流域におけるR5水害を対象とし，氾濫状況及び治水効果について明らかにすることを目的とする．その結果，R1水害と比べて雨量が増加したのに対し，市街地での河川水位・浸水深の低下を確認した．R5水害の再現計算より，R1水害以降に整備された調節池の有無により市街地付近の浸水深の低下が確認された．これらの結果より，R5水害の被害低減に治水対策事業が一定程度の効果が現れていることが定量的に示された．

　鳥取県では2023年8月15日に台風7号に伴う線状降水帯が発生し，千代川流域の佐治川では河岸侵食に伴う被害が発生した．一方，溢水による浸水が懸念されたが被害を免れた集落もあった．それは，直上流部の湾曲部に位置する幅広の谷底部が遊水・遊砂効果を発現し，直下の集落の浸水被害を防いだ可能性が考えられた．本稿では，中山間地の急流河川における幅広の谷底部を河道の拡幅部として捉え，拡幅部への貯留や堆砂が下流へ及ぼす影響を検証し，拡幅部の遊水・遊砂効果を整理することを目的とし，平面2次元河床変動解析を実施した．その結果，中山間地における拡幅部では，大きな粒径の巨礫も含んだ幅広い粒径の土砂を堆積させ，下流への土砂流出量を低減させ，水位上昇を抑制する効果があることが分かった．

　近年，豪雨の頻度と雨量が増加し，不浸透域の多い都市域では内水氾濫による被害リスクがより高まっている．本研究では，高松市市街地東部を対象として，下水道，建物と排水ポンプを考慮した内水氾濫シミュレーションを行い，浸水深の時間変化や避難リスクの空間分布と時間変化の特徴を考察した．その結果，建物を考慮することにより，浸水深や流速が増加し，浸水範囲が広くなる結果が得られた．また，建物を考慮していない場合，リスクを過小評価している危険性が示された．このような内水氾濫のリスクをより速く知るための手段として，対象地域の標高や氾濫流の流動特性を考慮した上で，下水管の満管状態を確認することにより，氾濫を事前に推察できることが示唆された．

　本稿では，田んぼダムの洪水調整機能が評価できる氾濫解析モデルを開発し，数理計画的に田んぼダムの具体的な最適配置を探索する手法を提案した．氾濫解析モデルには，非構造格子氾濫解析モデルに田んぼダム機能を追加したモデルを使用した．最適配置の探索には遺伝的アルゴリズムを使用し，田んぼダムのon(1)/off(0)を遺伝子配列として表現した．高時川流域の河川合流部に霞堤・複数の水田がある一部地域で適用した結果，水位が低減する配置を効率的に探索することができた．水田の貯留能力を超えない降雨に対しては配置による水位低下量は小さく，配置を考慮しなくても効果が期待できることが示唆された．一方で，水田の貯留能力を超える降雨に対しては配置による水位低下量は大きくなり，配置を考慮することが重要であることが示唆された．

　本研究では，既存のスマート田んぼダム機器に替わる安価なスマート排水ゲートを新たに開発し，本ゲートを用いてスマート田んぼダムを実施した場合の洪水被害軽減効果を評価した．山形県河北町槇川流域を対象とした解析モデルを構築し，複数の降雨シナリオで排水シミュレーションを行なった結果，スマート田んぼダムによる浸水面積および浸水量軽減率は，全ての降雨シナリオにおいて従来の田んぼダムより大きいことが確認された．豪雨時に外水の流入防止のために排水樋門が全閉される流域では，排水基準田面水位に達するまでの雨水を完全に貯留するスマート田んぼダムは，流出を許容しつつ雨水を貯留する田んぼダムと比べて，常に高い浸水被害軽減効果を発揮することが示された．

　地下空間における2次元浅水方程式による浸水解析は，階段からの流入量は越流公式等によって求めて地下空間部に直接入力する方法が一般的である．しかし，この方法では階段部の流れで生じる運動量を考慮できない．本研究では，3次元RANSによる階段流れ解析と2次元浅水方程式による解析結果を比較し，3次元RANSにおける階段流れでのエネルギー損失を再現できるマニングの粗度係数の推定式を作成した．本推定式を用いて，地下鉄駅を模した空間において2次元浅水方程式で浸水解析を行ったところ，3次元RANSに基づく歩行困難度分布パターンと概ね一致する結果を得られた．また，流入量を直接地下空間に与える解析手法では歩行困難度が過小評価され，危険箇所を見逃す可能性があることが分かった．

　京都府全域を対象に，気象庁の降水短時間予報を降雨流出氾濫モデルに入力し，洪水予測システムの予測精度を評価した．市町村を対象としたアンケート結果から，防災担当者は避難判断水位に対する予測を重要視していること，要求されるリードタイムは1から3時間程度であることが分かった．また，過去の4出水に基づく全42地点の予測精度は，1，2，3時間のリードタイムを想定した場合，避難判断水位の予測適中率はそれぞれ0.84，0.73，0.63であった．また，流域面積と予測精度の関係を分析した結果，流域面積が大きい方が予測精度が高くなること，上流域が100km2以下の中小河川においても，リードタイム1時間を想定した場合は，予測の適中率が0.78となり，中小河川の水位予測の実現可能性を示した．

　近年の地球温暖化に伴う豪雨の増加は，各地で水害をもたらしている．兵庫県では中・小河川も含めて氾濫も踏まえた6時間先までの水位・氾濫予測を目的に，兵庫県全域リアルタイム氾濫予測システムを運用している．本研究では更なる精度向上を目的に，面的な水位補正手法として，河道距離や直線距離などの4つの指標により相関の逓減を考慮した背景誤差共分散行列を推定し，最適内挿法による水位データ同化を行った．データ同化を行った水位データを計算初期値として予測計算の交差検証を行った．観測地点を同化地点と検証地点に分けて検証した結果，同化地点では精度が向上しており，検証地点でも精度が低下していないことを確認し，最適内挿法による水位データを兵庫県全域リアルタイム氾濫予測システムに適用した．

　車両基地等に留置中の鉄道車両を河川氾濫が発生する前に避難させる判断に用いるために，Today’s Earth-Japanによる降雨の流出・流下過程を考慮した氾濫予測手法の活用可能性を検討した．本検討では，過去の111件の河川増水事例を対象として，Today’s Earth-Japanを用いた場合の車両留置箇所付近の水位観測所における河川水位の精度検証を行った．その結果，捕捉率，見逃し率は良好であるとともに，河川氾濫予測のリードタイムは，実際に氾濫が発生した2019年台風19号の事例では全体の90%以上の地点で1日以上のリードタイムを確保できることが確認された．

　水防災にとって早期警報システムの整備は有効な手段の一つであるが，洪水予測には種々の不確実性が含まれるため正確な予測情報の提供は難しい．本研究では日和佐川を対象に予測の不確実性や的中率を明らかにすることを目的として予測実験を実施した．その結果，降雨予測の位置ズレによって洪水の過少予測が明らかになり，広域的な洪水予測の必要性が示唆された．また，台風性では非台風性に比べて3時間先までの予測の不確実性は小さいが，それ以降は予測時間とともに大きくなった．非台風性では予測時間によらずばらつきが大きかった．さらに，1時間30分前に氾濫危険水位の超過予測が期待できる一方で，その的中率は1時間先でも35.7%と高くない．以上より，洪水に関する予測情報の提供方法や不確実性等の理解が情報リテラシー向上のために重要となる．

　滝は上流方向へと移動する場合がある. 本研究では, 滝の落差角度と高さが滝上流の流況や掃流砂挙動に影響を与えることで, 移動形態が変化すると仮定し, 侵食実験とPIV解析, PTV解析を行った. 実験の結果，落差角度は侵食によって徐々に変化し，その角度がある角度以上になると，上流側にステップが形成されなくなる．最終的な落差角度は落差高によりある程度決まっているため，最終的に移動速度は落差高に依存することになる．また，落差角度が急になると，粒子衝突速度の増加位置が法肩から離れ，ステップの形成間隔が大きくなる．落差が大きくなると，跳躍距離の増加により衝突頻度が低下し，ステップが形成されづらくなることが示唆された．