分岐部跳水がひき起こす土砂移動停止による山地河道の突然変動機構の解明

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650447
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 長谷川 和義 北海道大学, 工学部, 助手 (70001328)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内島 邦秀 北見工業大学, 工学部, 助教授 (40003181) ; 藤田 睦博 北海道大学, 工学部, 教授 (80001139)
• Keywords: 分岐流路 / 射流 / 跳水 / 土砂堆積 / 流速分布 / 水面形 / MaCormack法 / 高解像スキーム計算

Research Abstract

山地河川の分岐流路閉塞が跳水内での急速な土砂堆積によるものと考え、跳水発生条件・分岐流特性・土砂堆積機構について現地観測・実験・理論解析および数値解析をおこない、以下の成果を得た。
1.最も単純な平行分岐水路における跳水は、(1)ベルヌイ解不成立時の流量配分比を必要条件とし、(2)渦状点の発生および安定跳水長以上の粗度長の存在を十分条件として生起する。
2.(1)平行分岐跳水における土砂堆積は跳水の消滅を招き、上流に新たな跳水を発生させる。(2)これにより、平行分岐部での閉塞は生じ得ないことが推測される。
3.石狩川水系白水川における12箇所の分岐閉塞観測にれば、(1)主流路の湾曲方向の違いにより、内側分岐(7箇所)・外側分岐(3箇所)・直線分岐(2箇所)の3種の形態が認められる。(2)主流路外壁から反力が働く内側分岐では土砂堆積高が低く、砂礫径も小さい。(3)分岐壁(中島)から反力が働く外側分岐では堆積高が1m以上に達しており、砂礫径も1mに近い。(4)直線分岐は少数で低い堆積を伴う。
4.外側分岐を模擬した実験によれば、(1)分岐壁の反力によって安全な跳水が条件によらず発生し、(2)土砂堆積に関わらず存在し続ける。(3)跳水内の分岐流は螺旋流的性質が弱く、堰上げ状態からの自由流出の性質を有する。(4)このため、流砂量配分比が流量配分比にほぼ等しくなっている。(5)しかし、分岐壁直前では巻き返し流れが強く、土砂堆積が生じ得ない。
5.保存則差分法の一種であるMaCormack法を2次元に拡張し、分岐部流れに適用した。(1)通常の人工粘性によっては分岐上流停留部の中立不安定は解消できず、(2)高解像スキームのTVD形式によって安定化させることができる。(3)分岐前の跳水水面形、流速分布などの再現性は良好であり、閉塞過程追跡の可能性が明らかになった。

Research Products

• [Publications] 長谷川 和義: "分岐部反力が働く射流分岐水路における流れと土砂堆積" 土木学会北海道支部論文報告集. 49. 409-414 (1993)
• [Publications] 長谷川 和義: "2次元MaCormack法を用いた射流分岐水路の流れの解析" 土木学会北海道支部論文報告集. 49. 397-403 (1993)
• [Publications] 長谷川 和義: "射流分岐水路における跳水の発生条件" 水工学論文集. 36. 361-366 (1992)
• [Publications] 長谷川 和義: "急勾配分岐水路における跳水の発生と土砂堆積" 土木学会北海道支部論文報告集. 48. 439-444 (1992)