水理構造物周辺の剥離流の制御工法の開発とその水工学への応用

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01850120
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中川 博次 京都大学, 工学部, 教授 (60027216)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 晋 徳島大学, 工学部, 講師 (50198157) ; 村上 正吾 京都大学, 工学部, 助手 (70166247) ; 辻本 哲郎 金沢大学, 工学部, 助教授 (20115885) ; 冨永 晃広 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (60135530) ; 弥津 家久 京都大学, 工学部, 助教授 (30109029)
• Keywords: 乱流 / 剥離流 / ボイル / ステップ法 / 開水路乱れ / レ-ザ-流速計 / 組織渦

Research Abstract

平成元年度の研究で、ステップ剥離流及び河床波剥離流の乱流構造とその発生機麹をかなり詳細に解明することに成功した。そこで平成2年度では、これらの剥離流の関する水理学・流体力学特性を総括し、剥離流に伴って生起する土砂・底泥などの物質輸送問題や掃流力問題に適用して、各種の乱流輸送問題を制御する工法を開発しようとした。すなわち、次の2点を精力的に研究実施し、これらを取りまとめて研究成果報告書を作成した。
1)河床波背後で起こる土砂の巻き上げ現象を、レ-ザ流速計および浮遊砂濃度計を同時使用して計測し、このメカニズムを解明した。次に、洪水流を想定して、非定常流れを自動流量発生装置で作り、河床波背後からの剥離渦をコントロ-ルして、これによって生起する土砂や底泥のliftーup現象を制御する工法を試みた。この剥離渦による物質輸送の制御は、河川還環問題できわめて重要である。
2)洗流力問題で鍵となる粗度急変剥離流の乱流構造を解明した。河川の堰・床止め工法で不十分な点は、このような河床の粗度が急変した流れを乱流構造がほとんど不明であり、これまで経験的にこれらの工法が設計されてきた点である。粗度が滑面から顕面に急変すると、河床せん断応力すなわち掃流力が滑面と粗面の境界で最大になる流下方向に低減してある一定値に達するというオ-バ-シュ-ト特性を本研究で初めて明かにした。このオ-バ-シュ-ト特性の内部機構を解明し、従来の経験的な堰・床止め工法を流体力学的に再検討し、合理的な水工設計に指針を与えた。

Research Products

• [Publications] 禰津 家久、中川 博次: "開水路粗度急変流れの流速分布及び河床せん断応力の応答特性." 水工学論文集. 34巻. 505-510 (1990)
• [Publications] Nezu,I.,H.Nakagawa: ":Turbulence Control of Mixing Layer in consluence of Urban Riban with different Water Qualities." 5th Int.Conference on Urban Stom Drainage. 1巻. 547-552 (1990)
• [Publications] Nezu,I.and Nakagawa.H: "Turbulence ControL of Coherent Vortex in Mixing Layer of OpenーChannel Parallel conflows." Proc.of Int.Conference on Physical Modeling of Transport and Dispersion,ASCE/AHR,MIT.No.12. 19-24 (1990)
• [Publications] Tominaga,A.and Nezu.I.: "Turbulence Measurements in Compound Open Channels." Memoirs of Faculty of Eng.,Kyoto University.52. 187-218 (1990)
• [Publications] 禰津 家久、中川 博次: "琵琶湖疏水の3次元乱流計測." 水工学論文集. 35. 345-350 (1991)
• [Publications] Tominaga,A.and Nezu,I.: "Turbulent Structure in Compound OpenーChannel Flows." J.of Hydraulic Eng.,ASCE.117. 21-41 (1991)