まず難しいことは後回しにして、水を流してみましょう。極限まで単純な水路を作ってみます。
iRICはフリーの河川数値シミュレーションプラットフォームです。
iRICを起動し、River2Dソルバーを選ぶ
iRICを起動し、River2Dソルバーを選ぶと、下図のような状態になっているはずです。
まずは川底をつくる
下図左のようにオブジェクトブラウザー内の「Elevation」で右ボタンクリックし、「追加」ー「ポリゴンデータ」を選びます。すると、下図右のようにクリックで定義し、ダブルクリックか改行で完了と操作方法を教えてくれます。
とりあえず４点クリックして四角形を作りましょう。だいたい下図のように見えれば大丈夫です。ダブルクリックか改行すると「ポリゴンの値を入力してください」と言われます。最初から０が入っていると思いますので、そのままOKします。四角形は緑になりましたね？これで標高0ｍの平たい川底ができました。（ちなみに、これは川を上から見た状態です。横から見た状態ではありませんのでお間違いなきよう。）
川底の寸法を整える
ポリゴン上で右ボタンクリックして「座標の編集」メニューを選びます。すると下図中央の「ポリゴンの頂点座標」が現れますので、下図右のように数字を入れましょう。入れ終わったらOKします。もし右ボタンクリックしても「座標の編集」が現れないときは、ポリゴンが選択されていないかもしれません。オブジェクトブラウザーでElevationの下にあるポリゴンデータ１が選択されていることを確認しましょう。
たぶんポリゴンの大きさが変わって画面に収まらなくなったと思いますので、ツールバーの①「フィット」ボタンを押してください。下図のようになるはずです。川底（河床）が平らな幅10m、長さ100mぐらいの水路を作るつもりなのですが、計算したい範囲全体に確実に標高値がないとエラーになるので、少し大きめの川底を準備したのです。
川底の粗さを決める
水が流れる速さを決める要素として、川底の傾き（勾配）と川底の粗さ（粗度）があることは簡単に想像できるでしょう？川底が粗いと流れはゆっくりになり、川底がツルツルだと流れは速くなります。その粗さを決めるために、オブジェクトブラウザー内の「Roughness」を右ボタンクリックします。Elevationの時とまったく同じように、Elevationのポリゴンを囲うように四角形を作ります。（囲ってあれば形は歪んでいてもかまいません。）ダブルクリックするとRoughnessの値を入れるように言われますが、おそらく0.003と表示されていると思いますのでそのままOKします。これは、川底が3mmの砂で覆われている状態と思ってもらえれば結構です。
Roughnessはこれで定義されました。今後の作業に邪魔なので、オブジェクトブラウザー内のRoughnessのチェックを外して非表示にしておいてください。
水を流す範囲を決める
下図左のように格子生成条件を右ボタンクリックし、「格子生成アルゴリズムの選択」を選ぶと、下図右の「格子生成アルゴリズムの選択」が現れます。River2Dの場合、アルゴリズムは「ポリゴン形状から生成」の１つしかありませんので、これを選択してOKします。
すると、ElevationやRoughnessと同じようにポリゴンを描く画面になりますので、川底の内部に四角形を描きます。さらにElevationの時と同様に描いたポリゴンが選択されていることを確認してから右ボタンクリックで「座標の編集」を選び、下図右の数字を入力してOKしましょう。これで、幅10m、長さ100m、川底は標高0mで真っ平、3mmの砂が敷き詰められた水路ができました。
計算格子をつくる
水深と流速を計算する場所を決めます。（なぜそうしなければならないかは別の場所で説明します。）格子生成条件を右ボタンクリックして、「格子生成」を選びます。
すると、セル（River2Dの場合３角形）頂点の最小角度とセルの最大面積を入力するダイアログが現れますので、最大面積にチェックをつけ、８と入力してOKします。「地理情報の格子属性へのマッピングを実行しますか？」には「はい」を選びます。
この三角形のすべての頂点の水位と流量が計算されることになります。
水が流れ込む場所と流れ込む量を決める
水が流れるためには、どこかから水が流れ込まなければなりません。この例では、水路の右端から水が流れ込むことにしましょう。マウス操作で右端を拡大し、オブジェクトブラウザー内の「境界条件設定」を右ボタンクリックして「Inflow conditionの追加」を選びます。するとカーソルが十字形になるので、下図のように右端の辺の格子点をすべて囲み、ダブルクリックすると下図右の「境界条件」ダイアログが現れるので、「Fixed Discharge」に10と入力してOKします。これは、10m3/secの流量で右端から水を流れ込ませるということです。
格子点を囲むとき、決して外部に面していない格子点（下図の赤丸）を囲まないようにしてください。
水が流れ出す場所と、その場所の水面の高さを決める
川の水面の高さ（水位）はどのようにして決まるのか、これは大学で学ぶ水理学の一大テーマです。しかしここでは単純に、水が流れ出す場所に１ｍぐらいの堰があると考えましょう。堰があれば水がたまることはわかりますね？そして溜まった水の水面が標高１ｍになったと考えましょう。水路の左端を拡大表示し、境界条件設定を右ボタンクリックし、「Outflow Conditionの追加」を選びます。ポリゴンを描いたら、表示された「境界条件」のFixed Elevationに「１」と入力します。（最初からそうなっていると思いますので確認してください。）そしてOKしましょう。
上流の流量と下流の水位のことを、計算区間内と区間外の境界の条件という意味で「境界条件」と呼びます。
格子に属性をマッピングする
メニュー「格子」ー「属性のマッピング」ー「実行」を選びます。表示された「属性のマッピング」ウインドウで、「全てチェック」をクリックし、OKします。この操作は、生成した格子に、それぞれの格子の場所に設定された河床の標高や粗度、流入・流出境界条件の値を代入（マッピング）します。
以上でプリプロセッサ―の準備は終了です。
計算条件を設定する
メニューから「計算条件」ー「設定」を選びます。「計算条件」ウインドウが開くので、左側のInitial Conditionsタブをクリックし、「Upstream Water Surface Elevation」に１と入力します。これは、計算を始める前、水が流れ込む部分の水位が１ｍですよ、と決めているのです。こうすることで、計算開始前、この水路全体が１ｍの水位（川底の標高はゼロメートルなので、深さ（水深）は１ｍ）で水が溜まっている状態になります。またこの時、水は流れていません（流速ゼロ）。
このステップは、実はその他のパラメータも全部理解して設定しなければならない難しい部分なのですが、今回は難しいことは先送りにして、「保存して閉じる」をクリックします。
これで計算の準備はすべて整いました。
プロジェクトを保存する
それでは、プロジェクトを保存しましょう。メニューの「ファイル」をクリックすると、
- 名前を付けてファイルに保存（*.ipro)…
- 名前をつけてプロジェクトに保存
の２つの保存があります。
前者はすべてのデータが.iproという一つのファイルとして保存されるので、他の人とデータをやりとりするとき便利なのですが、対応していないソルバーがあります。後者は、新しいフォルダを作ってその中にいろいろなデータを収めます。SKラボは、.iproを使わないことを強くお勧めします。.iproを使っていて動作がおかしいときは、まずここを疑いましょう。
また、ファイルを保存する場所にも注意が必要です。日本語やスペースが混じったフォルダ名に対応していないソルバーがあります。SKラボは、C:\iricというフォルダを作って、その中に個々のプロジェクトのフォルダを保存することを強くお勧めします
さて、「名前をつけてプロジェクトに保存」を選ぶと、フォルダを選択する画面になりますので、C:¥iricの中に新しい空のフォルダを作ります。下図ではC:\iric\test01を作成してあります。フォルダを選んだら「フォルダーの選択」をクリックします。これでプロジェクトが保存されました。
いよいよ計算開始！
それでは、「実行」ボタンをクリックしてみましょう。すると、プロジェクトを保存せよと言われますが、もう保存したので「いいえ」で構いません。保存していないなら「はい」で保存しましょう。たちまち計算は終わるはずです。
可視化ウインドウ（２D）を開いてみよう
画面右上の「新しい可視化ウインドウ（２D）を開く」ボタンが虹色に変わっているはずです。クリックすると可視化ウインドウが開きますが、格子が描かれているだけです。
何を表示するかは、可視化ウインドウ左端のオブジェクトブラウザーにチェックを入れて選択します。下図では、流速(Velocity)、水深(Depth)、水深とベクトル形式の流速を表示させています。幅10m、深さ1mの水路に10m3/sの流量が流れるわけですから、流速は10m3/s÷幅10m÷深さ1m=1m/sになるはずですが、確かにそうなっています。少し誤差があるように見えるのは、右側の水位が少し高いからです。左端の水位は1mに固定されており、川底は水平なのですから、右側の水位が少し高くならないと水が流れません。その結果、右側の水深が少し深くなるので、流速は少し小さくなるはずです。計算結果を見ると、確かにそのようになっていますね。
可視化ウインドウはいろいろな表示ができますので、ヘルプからマニュアルを開いてご自身で試してみてください。
いかがだったでしょうか。難しかったですか？それとも思ったより簡単だったでしょうか？難しかった方も、すぐに慣れますから恐れないでください。興味を持って楽しんでいただけたら幸いです。Have fun!
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