Searching for the mechanism of river channel network formation using the maximum entropy production principle and challenge to mathematical morphology

利用最大熵产生原理寻找河道网络形成机制并对数学形态学提出挑战

基本信息

批准号：
21K18740
负责人：
横尾善之
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Fukushima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は，2021年度に着手した流域内の河道網構造とエントロピー生成率最大化の原理の関係についての検討を進めた．具体的には，中川(富山県)，土器川(香川県)，菊池川（熊本県)，阿武隈川(福島県)を対象として，エントロピー生成率最大化の原理によって流域内の河道網構造が形成されている可能性を検討した．特に，増水時・減水時にもエントロピー生成率最大化の原理に従って河道網が拡大・縮小するのかという点について検討した．その結果，平水時・増水時・減水時のいずれもエントロピー生成率最大化の原理によって河道網が形成されている可能性が示された．以上の研究成果は，学術雑誌への投稿に向けて原稿を執筆中である．これに加えて，河床波の形成機構をエントロピー生成率最大化の原理を用いて説明できる可能性も検討した．具体的には，既往研究で報告されている河床波に関する水理実験の結果を河床波の数値モデルで再現することで，河床波の発生条件にエントロピー生成率最大化の原理が関係している可能性を検討した．その結果，河床波の発生条件にエントロピー生成率最大化の原理が関係している可能性が見いだされた．ただし，河床波の発生条件にエントロピー生成率最大化の原理が関係している明確な証拠を得るには至らなかった．そのため，河床波の発生条件にエントロピー生成率最大化の原理が関係している可能性については河床波の数値モデルを用いた検討を続ける必要がある．

2022财年，我们继续开展2021财年开始的流域内河道网络结构与熵生成率最大化原理之间关系的研究。具体来说，我们以中川（富山县）、土木川（香川县）、菊池川（熊本县）、阿武隈川（福岛县）为对象，利用以下原则构建了流域内的河网结构：我们考虑了它形成的可能性。特别是，我们根据熵产率最大化的原则，研究了即使水位上升或下降时河网是否会扩张或收缩。结果表明，在正常水位、高水位和低水位各时段，河道网络可能按照熵产率最大化的原则形成。上述研究成果目前正在起草中，准备提交给学术期刊。除此之外，我们还研究了利用最大化熵产生率原理解释河床波浪形成机制的可能性。具体来说，通过使用河床波数值模型再现先前研究中报道的河床波水力实验结果，我们发现最大化熵生成率的原理与河床波的生成条件有关。结果发现，熵产生率最大化的原理可能与河床波浪的产生条件有关。然而，我们一直未能获得明确的证据表明熵产生率最大化的原理与河床波浪的产生条件有关。因此，有必要利用河床波浪数值模型继续研究熵产生率最大化原理与河床波浪产生条件的可能性。