2016 Fiscal Year Research-status Report
蛍光砂を用いた混合粒径下における波打ち帯の漂砂移動特性に関する研究
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16K06521
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| Research Institution | Hakodate National College of Technology |
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Principal Investigator |
宮武 誠 函館工業高等専門学校, 社会基盤工学科, 准教授 (20435382)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 混合粒径 / 波打ち帯 / 漂砂 / 蛍光砂 / 浸透・滲出流 / 飽和度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
定常循環流実験において，濁度計及び画像濃淡値から色相の異なる３粒径の蛍光硅砂に対する濃度変換曲線を作成し，3粒径の蛍光硅砂の配合割合を変化させた３パターンの混合粒径について漂砂濃度の評価を行った．その結果，画像の色相分離により各色相に対する画像濃淡値から濃度変換曲線を用いて算出した各粒径の漂砂濃度の合計値は，混合粒径下での漂砂濃度にほぼ一致するとともに，流水中の浮遊砂の粒度分布においても精度良く計測可能であることを確認し，本画像解析法の妥当性を提示した．
次に上述した画像計測法を，濁度計等では直接計測できない波打ち帯の漂砂移動に関する可視化実験に適用させた．２次元造波水路内に細砂の割合が最も多い配合の混合粒径砂で構成した砂浜模型を製作するとともに，その遡上斜面上には同一配合の混合蛍光硅砂を敷設し，孤立波入射時の遡上波流水中に含まれる蛍光砂量を計測した．既往の研究から波打ち帯の漂砂移動に砂浜斜面の飽和度が大きく影響することから，飽和及び不飽和斜面にした２ケースについて行った．測定された蛍光砂量は，遡上波掃流に加え滲出流による揚力効果が加わることで，飽和・不飽和斜面でともに遡上時よりも引き波時で大きくなるが，その傾向は浸透水が速やかに滲出する飽和斜面において顕著となり，特に流出する細砂成分の増加が著しい．その結果，孤立波作用後の底質の粒度分布において，飽和斜面で粗粒化がより一層進み，前浜勾配の急峻化を助長することを明らかにした．
最後に，遡上波変形と飽和-不飽和浸透流の連成数値解析モデルにおいて，混合粒径に対する土壌パラメータの与え方について検討し，地下水位及び遡上波水位の実験値との比較を通じて混合粒径に適用させた．また，粒径別に求めた透過斜面の無次元掃流力は，実験で得た蛍光砂量の傾向を定性的ではあるが，概ね良好な結果で評価できることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では，飽和斜面条件下で３パターンの配合で構成した混合粒径砂に対する波打ち帯の漂砂移動に関する可視化実験を行い，混合粒径の粒度分布が波打ち帯の漂砂移動に及ぼす影響を検討する予定であった．しかし，細砂の割合が最も多い配合の混合粒径砂を対象とした可視化実験を通じ，砂浜斜面の飽和度が本研究で対象とする底質の粗粒化や浜崖の形成といった侵食現象に支配的であることが明らかになったことから，その現象の解明を優先し，混合粒径による粒度分布の影響を後に検討した方が，今後の実験に資すると判断し，砂浜斜面の飽和度に関する検討を優先して実施した．この検討は計画当初，次年度に予定されていたものであるが，それを先行して行ったものであり，実質的な研究の進捗に影響はない．今年度は上述の検討で得た知見をもとに，混合粒径の配合を変化させた残り２パターンの実験を行い，混合粒径の粒度分布による影響を検討する予定である．
一方，当初の計画では次年度で検討する予定であった遡上波と飽和-不飽和浸透流の連成数値解析モデルに与える混合粒径下での土壌パラメータ(透水係数や水分保持特性曲線)の与え方を前倒しで検討し，各種パラメータの最適化を図っている．また，底質の粒度分布に応じて無次元掃流力が評価できるモデルの構築を念頭に，単一粒径下で粒径別に透過斜面の無次元掃流力を推算し，実験で得た蛍光砂量の傾向と比較することで，混合粒径に対応できるよう改良点を整理している．
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| Strategy for Future Research Activity |
混合粒径の配合を変化させた残り２パターンに関する波打ち帯の漂砂移動に関する可視化実験を行い，粒度分布に応じた波打ち帯の漂砂移動特性を明らかにする．また，粒度分布に応じ，砂浜斜面の飽和度が波作用後の前浜地形変化や粒度分布変化に及ぼす影響にも言及し，混合粒径下での波打ち帯の漂砂移動が，砂浜斜面の飽和度に応じて浜崖の形成や底質の粗粒化に及ぼす影響を総合的に明らかにする．
また，土壌パラメータの最適化が図られた遡上波と飽和ー不飽和浸透流の連成数値解析モデルを用いて，透過斜面の無次元掃流力モデルを混合粒径下で生じる底質の粗粒化などの現象に対応できるよう改良し，底質の粒度分布に応じて無次元掃流力を評価できるモデルの構築を試みる．上述のモデルで得た混合粒径下に対する透過斜面の無次元掃流力は，模型実験で得られた蛍光砂量とは本質的に異なるが，分布形状の傾向などの定性的な比較を通じ，モデルの再現性や妥当性を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
混合粒径下での濃度変換曲線の作成において，計画当初，計上した粒度濃度や相分離が可能な仕様の濁度計が非常に高価であったため，計上した旅費を削り財源確保に努めていた．しかし，研究を遂行していく過程で，上述した仕様よりも安価な濁度計でも支障なく実験ができることがわかり，その分の残額が生じた．混合粒径下での波打ち帯の漂砂移動に関する実験では，当初の計画において飽和斜面条件下で３パターンの配合で構成した混合粒径砂により実験を行うものとし，それらに要する東北硅砂の経費を計上していた．しかし，研究進捗上，次年度で計画されていた飽和度による影響を１パターンの混合粒径砂で優先して検討する必要が生じたため，残り２パターンの混合粒径砂に要する東北硅砂分の経費を執行していないため残額が生じた．研究成果として，現在，投稿中の査読付き論文が年度を跨いで登載が決定するものであり，その分の経費においても残額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
２パターンの混合粒径砂に要する東北硅砂のための予算を速やかに執行するとともに，当初予定していた以上に可視化用の蛍光硅砂が消費しており，予め用意していた蛍光硅砂が不足する状況に陥っている．研究進捗上，新たに生じた蛍光硅砂製作用の蛍光塗料に要する経費を浮遊砂物質濃度濁度計による残額によって補填して執行する．投稿中の査読付き論文においても登載の可否が決定次第，計上予算を執行する予定である．
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