報告書番号

N17004

タイトル（和文）

降雪片含水率の数値評価法の開発と電線着雪シミュレーション解析コードSNOVALへの導入

タイトル（英文）

Development of a numerical method for evaluating liquid water fraction of falling snowflakes and its introduction into the snow accretion simulation code SNOVAL

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背 景
送電線の着雪による雪害の多くは湿雪で発生することが多い．これは，雪が適度な水分を含むことで雪片と電線との付着力や雪片同士の結合力が強まるためである．これらの力は主に降雪片の含水率によって支配されていることは知られているが，電線への付着のしやすさを含水率に基づいて定量的に評価した研究は少ない．当所では，電線着雪の時間的発達がシミュレーション可能な解析コードSNOVALを開発しており，現地観測結果との比較を行っている．しかし，SNOVALでは，単一粒径を仮定した簡易な降雪片含水率評価モデルを用いているため，電線着雪の成長開始時刻の再現性に課題が残されている．
目 的
粒径の異なる多数の降雪片の融解過程を考慮した降雪片含水率評価モデルを開発することによりSNOVALを改良し，現地観測データとの比較から着雪の成長開始時刻などの再現精度および着雪の成長開始条件を検討する．
主な成果
1. 粒径分布を考慮した降雪片含水率評価モデルの構築
上空気温が0℃となる高度から地面に向かって雪片が落下する間に，乾雪が湿雪や雨へと変化する現象をモデル化した（図１）．この降雪片含水率評価モデルの特徴は，様々な粒径を持つ降雪片の粒径分布，および粒径毎の含水率と落下速度の時間的・空間的変化が評価できる点にある．
2. SNOVALの電線着雪事例への適用と着雪の成長開始条件
降雪片含水率評価モデルをSNOVALに組み込むとともに，ワイヤ支持式着雪サンプラ（模擬電線）を用いて得られた釧路地区における着雪観測事例（2011～2015年度）へ適用した．雨またはみぞれから湿雪へと変化した後に電線着雪が始まった5事例に対して，シミュレーションされた着雪の成長開始時刻は観測された開始時刻とほぼ一致した．着雪開始時の雪片の平均含水率はいずれの事例においても約0.4であり，これが着雪の成長開始条件と推定された（図2）．
今後の展開
SNOVALを釧路地区以外の着雪事例へ適用し精度検証を行うとともに落雪モデルの精度向上を図る．また，電線着雪被害発生時の着雪量の再現や推定量評価に活用する．

概要 （英文）

Simple empirical equations to evaluate the liquid water fraction of falling snowflakes have already been proposed by using measurable parameters such as meteorological elements on the ground. These equations are not versatile because they are estimated based on the meteorological data of specific regions. In contrast to the empirical equations, the snow accretion simulation code SNOVAL (Ver.3) can evaluate the liquid water fraction physically by considering the melting process of falling snowflakes. However, this method is restricted to the evaluation of a single snowflake with a representative particle size. Since snowflakes in actual snowfall are different in size, we have developed a numerical method for evaluating the averaged liquid water fraction of snowflakes of various sizes, which allows to predict surface precipitation types, i.e., dry snow, wet snow, and rain. It is found that the average liquid water fraction of snowflakes depends not only on the surface air temperature and relative humidity but also on the vertical temperature profile in the atmosphere and precipitation intensity. SNOVAL (Ver.3) is updated by introducing the average liquid water fraction and the velocity of falling snowflakes into the snow accretion factor and the density of snow deposit. This improved version of SNOVAL applies to five snowfall events changing from rain or sleet to wet snow. The comparison of temporal changes of observed snow loads on conductor samples installed in the eastern Hokkaido area with the calculated results reveals that snow accretion starts when the average liquid water fraction of snowflakes becomes less than approximately 0.4.

報告者

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