異なる時空間スケールを有する複合水理現象の合理的な数値解析法の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08456116
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 島田 正志 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教授 (10272436)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木ノ瀬 紘一 茨城大学, 農学部, 教授 (80234326)
• Keywords: 開水路 / 複断面水路 / 植生 / 1次元流れ / パイプライン / 特性直線法 / 時間補間 / 誤差解析

Research Abstract

河川での近自然工法、農業用水路での親水水路など、河岸や水路岸に沿って植生群を繁茂させたり,粗石群を設け、水質浄化、生物棲息の場、親水に配慮することが、今後の利水・治水に緊要である.植生に相当する杭群の抵抗を評価した開水路の横断方向流速分布を用いて,任意の検査断面におけるエネルギ補正係数,同時に算定されるエネルギ勾配を評価,一次元不等流計算法から流れ方向の水深変化を推定する方法を複断面水路に拡張できた。複断面水路(低水敷、高水敷)の流れを領域に分割し、それぞれの領域に亘って平均された流速を指標にした解析法(領域分割法)に適用可能な支配方程式を導き、解析法の問題点を改良しつつ、新たな水理計算法を理論的、数値的、実験的に検討し、提案した.
水撃モデルにより緩やかな非定常流(低周波)、水撃現象(高周波)、定常流の統一的な解析を可能にする手法を開発する.基本的考え方は、非定常流を波動現象として捉え、急変非定常流(水撃現象)、緩やかな非定常流に対して、精粗の格子を用意する.精粗の度合いをパイプラインシステムの特性、非定常流の性質、数値解析法に固有の誤差、所要精度から決める.パイプラインの流れ解析で良く使用される時間補間特性直線法(水撃解析)を対象に、時間補間を用いた場合の補間誤差の理論式と離散化誤差の半理論式を理論的、数値実験的に明らかにした。解析の対象とする波動の時空間スケールと所要精度を与えて、両誤差の許容限界値を満足する時間格子幅および最適な格子設計法を考案,時間補間混合法を新たに定式化した.パイプラインでの数値解析からその有効性を検証し,高周波,低周波とも解析精度に応じた効率的な解析が実行可能となることを実証した.

Research Products

• [Publications] 木ノ瀬紘一、森 望: "抵抗体群によって流水抵抗が場所的に異なる単断面水路の不等流計算" 農業土木学会論文集. 196. 41-48 (1998)
• [Publications] 木ノ瀬紘一、森 望: "新たな領域分割法による不等流計算(抵抗体群を杭群とした場合" 農業土木学会論文集. 197. 41-48 (1998)
• [Publications] 島田 正志: "水撃解析・特性直線法の時間補間誤差と格子設計" 農業土木学会論文集. 197. 1-8 (1998)
• [Publications] 島田 正志: "時間補間混合法による水撃解析の離散化誤差と格子設計" 農業土木学会論文集. 198. 53-61 (1998)
• [Publications] Shimada, M.: "Irrigation System (Paddy Field Engineering) (In press)" Shinzansha Scientech (Editor. Mizutani, M.), (1998)