非定常な流れ場における土砂輸送理論の体系化に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02452203
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 中川 博次 京都大学, 工学部, 教授 (60027216)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 仁志 京都大学, 工学部, 助手 (40243068) ; 北村 忠紀 京都大学, 工学部, 助手 (00243064) ; 村上 正吾 京都大学, 工学部, 助手 (70166247) ; 辻本 芳郎 金沢大学, 工学部, 助教授 (20115885) ; 禰津 家久 京都大学, 工学部, 助教授 (30109029)
• Keywords: 非定常流 / 流砂の確率モデル / ピックアップレイト / ステップレングス / ムービングペリオド

Research Abstract

本年度の研究によって得られた成果は次の通りである.
1.非定常・非一様な流れ場における土砂輸送モデルは,初期移動特性を表わすpick-up rate,流送特性を表すstep length(あるいはmoving period)と移動速度によって構成されることを示した.流れの変化に関する時間スケールがmoving period程度である場合には,前述の全ての特性量を用いて土砂輸送現象は表現される.すなわち流砂量,河床高変化は時間,空間軸上に記述されることになる.時間スケールが十分に大きい時は,pick-up rateとstep lengthより構成される従来型の確率モデルに一致することを証明した.
2.圧力勾配が時間的・空間的に変化する流れ場における河床静止砂粒の移動開始時の運動方程式の解に流体力の変動の効果を確率論的考察により付加することで,砂粒径,流体力変動の強度,圧力勾配の強度をパラメータとするpick-up rateの推定式の一般化を図った.得られた推定式は振動流・一方向流共存場での実験値と良好な一致を示した.
3.洪水流下での河床変動に関する水理実験を行ない,上流側からの流砂の給砂条件によって特に洪水の減水期における河床の埋め戻しが大きく変化することを示した.1.及び2.で展開したモデルをこの実験に適用した結果,モデルの有効性が確認された.従来のモデルでは十分でなかった洪掘初期の河床高変化が良好に再現された.
4.洪水流下での浮遊砂fluxと運動量fluxの同時計測を行い,両者の時間的な変化過程に相似性があることを見い出した.この相似性にもとづく浮遊砂の緩和過程モデルを提案し,相対濃度分布が増水期には一様化,減水期には水面付近の分布がやせることを予測した.この結果は室内実験,野外観測の結果とも一致した.

Research Products

• [Publications] Hiroji Nakagawa: "Stochastic simulation of bed-load transport under oscillation-current coexisting flow" Proc.6th International Symposium on Stochastic Hydraulics. 197-204 (1992)
• [Publications] 中川 博次: "流砂の時間軸上の非平衡性を考慮した漂砂量式" 海岸工学論文集. 39. 311-315 (1992)
• [Publications] 禰津 家久: "非定常開水路流れの乱流構造" 乱流シンポジウム講演論文集. 24. 144-148 (1992)
• [Publications] 後藤 仁志: "PSI-セルモデルによるSaltation層の解析" 海岸工学論文集. 39. 266-270 (1992)
• [Publications] Tetsuro Tsujimoto: "Turbulent flow over bed covered by rigid vegetation" Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering. 10. 13-25 (1992)