室内実験に基づく緩・強混合型河口密度流の河口境界条件と既存数値モデルの評価

• Project/Area Number: 04650451
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 加藤 始 茨城大学, 工学部, 教授 (40152730)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三村 信男 茨城大学, 工学部, 助教授 (60133089)
• Project Period (FY): 1992
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1992)
• Keywords: 緩・強混合型河口密度流 / 数値シミュレーション / 塩分濃度分布 / 河口境界条件 / 室内実験

Research Abstract

本年度の研究では、緩・強混合型の河口密度流の実験を行うと共に、それらのタイプの流れの数値計算が行えるような数値モデルを作成し、このモデルによる計算結果と実測値の比較を行った。
1.実験は既存の河口密度流実験装置を使って、緩・強混合形態の流れを発生させ、塩分濃度計とHot-film流速計を用いて、河口内外で空間的に塩分濃度と流速の時間変化を測定した。こうして得られた潮汐の各位相ごとの測定結果から、数値計算のための河口での境界条件を調べ、主として次のようなことがわかった。
(1)弱混合型では、河口の外でもずっと水面付近に薄く淡水の層が残るのに対して、緩・強混合型では河道内でできた濃度の中間層が下げ潮時に河口の外では横に広がりながら流出するが、河口から離れるにしたがって上・下の混合が生じ濃度が均一化していく。 (2)河口での濃度の時間変化は一種の台形分布で表し得る。 (3)〓^2C/〓^2x=0が河口での濃度の境界条件としてよく使用されるが、実験結果では〓^2C/〓^2xは0ではなく、マイナスのほぼ一定の値をもつ。
2.数値計算では、大きな水位変化を伴う河口密度流が計算できる数値計算モデルを岩佐・井上ら(1982)にならって作成した。せん断応力の与え方は鉛直流速分布が実測値をよく近似するようにKAJIURA(1964)の表現を使っている。このモデルを用いてテスト計算を行った結果では、強混合タイプの流れはよく再現できるが、緩混合タイプの流れの再現が十分ではないことがわかった。このモデルに実験で求めた河口での境界条件を組み込んで、緩混合型の河口密度流の計算を実施したが、現在のところまだ濃度分布の計算結果は実測結果を十分に再現するまでには至っていない。今後実測した濃度分布を計算出来るようにモデルの改良を図る計画である。