• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

RIM法を応用したPIV流速計測による河川の乱流輸送過程と樹林化メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 22KJ1958
Project/Area Number (Other) 22J21373 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 22040:Hydroengineering-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

松本 知将  京都大学, 防災研究所, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords乱流構造 / 河道内植生 / 礫床流れ / 浮遊砂輸送 / 屈折率整合法(RIM) / PIV
Outline of Research at the Start

近年,国内の多くの河川で河道の樹林化が進行しており,洪水リスクの増大や生態系への悪影響といった河川管理上の問題を招いている.この樹林化問題への対策を計画的かつ適切に実施するために,河道内植生動態の予測手法の確立および向上が求められている.
本研究ではこの樹林化プロセスの解明について実験水理の観点から取り組む.まず,RIM(屈折率整合)法と呼ばれる可視化計測手法を導入し,流速計測を通じて未解明な点が多い礫河床や河川植生内部の乱流現象や土砂・種子の輸送メカニズムを明らかにする.さらに,流速計測によって得られた知見をもとに,乱流輸送現象に基づいた河道樹林化過程の新しい評価手法の確立を目指す.

Outline of Annual Research Achievements

河道内の植生動態を予測し,適切な河川管理に応用するためには,樹林化の素過程である植生群落内部および背後への細粒土砂の輸送堆積過程について詳細に解明する必要がある.本研究では水理条件や植生要素の配置・柔軟性などの諸条件を系統的に変化させて流速計測を実施することで,植生群落近傍における質量・運動量輸送過程の解明を試みる.
河道内に偏在する柔軟植生群落近傍における二次流構造とその浮遊砂輸送への影響を明らかにするために,直線実験水路において流速計測および浮遊砂投入実験を実施した.植生群落の下流側領域(後流域)を対象に,計測断面を細かく設定して鉛直面・水平面PIVを繰り返し実施することで,後流域の三次元的な乱流構造および二次流構造を計測した.また,群落背後における浮遊砂堆積量の計測を行い,PIVによって明らかになった乱流・二次流構造と浮遊砂堆積領域の比較を行った.
次に,水路右岸側に植生群落が偏在する開水路流れを対象に,水路実験を通じて植生群落近傍の乱流・二次流構造を明らかにした.群落幅=水路幅比が乱流構造および二次流の発達に及ぼす影響について考察するために,植生群落の横断方向幅のみを変化させた複数ケースを実験条件として設定した.鉛直面PIVおよび水平面PIVによる流速計測を実施し,植生群落近傍における平均流の遷移過程および鉛直・水平混合層の発達過程を明らかにした.また,鉛直面PIV・水平面PIVを組み合わせた二次流計測を実施し,植生群落近傍において渦状の二次流が発達することを明らかにした.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

植生流れの流速計測について当初の計画通りに実験を実施し,研究を遂行することができた.
柔軟植生群落流れの流速計測により,柔軟植生群落背後では剛体植生流れよりも顕著に二次流が発達し,二次流による運動量輸送への寄与が乱流混合による寄与よりも大きくなることが明らかになった.また,浮遊砂堆積実験の結果から,柔軟植生群落背後では二次流が浮遊砂輸送に寄与し,剛体植生のケースよりも堆積量が増加することが示された.
片側植生流れを対象とした流速計測実験では,植生要素先端付近の鉛直混合層における乱れの生成は群落幅が広いケースほど活発になる一方で,植生群落外縁近傍の水平混合層における乱れの生成は群落幅=水路幅比が60%程度のケースで最大となることが示された.また,群落幅=水路幅比が60%程度のケースでは二次流構造も最も顕著に発達しており,群落近傍の乱流構造が二次流の生成過程に寄与することが示唆された.

Strategy for Future Research Activity

今後の課題として,植生群落の流下方向長さによる平均流・乱流構造の変化が植生群落近傍の二次流構造および浮遊砂輸送に及ぼす影響を解明する必要がある.また,植生要素の柔軟性が質量・運動量輸送過程に及ぼす影響を明らかにするために,柔軟植生流れにおける流速と植生変位をPIVおよびPTVによって同時計測し,乱流の組織構造と植生揺動の相互作用についてより詳細に考察する必要がある.
次年度も継続して実験を行い,以上の未解明点の解明に取り組む予定である.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] FUNDAMENTAL STUDY ON TURBULENCE AND SECONDARY FLOW IN PARTIALLY VEGETATED CHANNELS WITH VARIOUS PATCH WIDTHS2024

    • Author(s)
      松本知将, 岡本隆明, 山上路生, 髙田真志
    • Journal Title

      Japanese Journal of JSCE

      Volume: 80 Issue: 16 Pages: n/a

    • DOI

      10.2208/jscejj.23-16080

    • ISSN
      2436-6021
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] EXPERIMENTAL STUDY ON INFLUENCE OF VEGETATION FLEXIBILITY ON VORTEX STRUCTURE AND SEDIMENT DEPOSITION2022

    • Author(s)
      松本知将, 岡本隆明, 山上路生, 岡田啓頌, 赤堀良介
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering)

      Volume: 78 Issue: 2 Pages: I_595-I_600

    • DOI

      10.2208/jscejhe.78.2_I_595

    • ISSN
      2185-467X
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] PIV measurement of turbulent flow and particle motion over a rough wall2022

    • Author(s)
      Matsumoto, K., Okamoto, T., Sanjou, M
    • Journal Title

      Proceedings of 12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena

      Volume: Osaka (online)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 河道内に遍在する植生群落近傍の乱流構造および浮遊砂堆積に関する実験的研究2024

    • Author(s)
      松本知将, 岡本隆明, 山上路生, 髙田真志
    • Organizer
      令和5年度 京都大学防災研究所 研究発表講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 片側水没植生群落近傍の乱流・二次流構造と群落幅の影響に関する基礎的研究2023

    • Author(s)
      松本知将, 岡本隆明, 山上路生, 髙田真志
    • Organizer
      第68回水工学講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 片側植生群落流れにおける乱流構造および二次流に関する実験的研究2023

    • Author(s)
      松本知将, 岡本隆明, 山上路生, 髙田真志
    • Organizer
      2023年度 関西土木工学交流発表会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 剛体・柔軟植生群落近傍の二次流及び浮遊砂堆積に関する実験的研究2023

    • Author(s)
      髙田真志, 松本知将, 岡本隆明, 山上路生
    • Organizer
      2023年度 関西土木工学交流発表会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 柔軟植生群落近傍における乱流構造および浮遊砂堆積に関する実験的研究2023

    • Author(s)
      松本知将, 岡本隆明, 山上路生
    • Organizer
      令和5年度 土木学会全国大会 年次学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Influence of vegetation height on turbulence structure and sediment deposition2023

    • Author(s)
      Matsumoto, K., Okamoto, T., and Sanjou, M.
    • Organizer
      40th IAHR World Congress, Vienna
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 植生群落近傍の渦構造・浮遊砂堆積に与える植生剛性の影響に関する実験的研究2022

    • Author(s)
      松本知将, 岡本隆明, 山上路生, 岡田啓頌, 赤堀良介
    • Organizer
      第67回水工学講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] PIV measurement of turbulent flow and particle motion over a rough wall2022

    • Author(s)
      Matsumoto, K., Okamoto, T., and Sanjou, M
    • Organizer
      12th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 植生群落周辺における乱流構造とその浮遊砂堆積への影響に関する実験的研究2022

    • Author(s)
      松本知将, 岡本隆明, 山上路生
    • Organizer
      2022年度土木学会関西支部年次学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 半球粗度上流れの乱流現象とその粒子挙動への影響に関する実験的研究2022

    • Author(s)
      岡田啓頌, 松本知将, 岡本隆明, 山上路生
    • Organizer
      2022年度土木学会関西支部年次学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi