2019 Fiscal Year Annual Research Report
溶存酸素動態を新機軸とする永続可能な河川ワンド環境のインテリジェントデザイン
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17H03311
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山上 路生 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80362458)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 守啓 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 准教授 (00647042)
永山 滋也 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 研究員 (70540558)
岡本 隆明 京都大学, 工学研究科, 助教 (70599612)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 環境水理 / ワンド環境 / ガス輸送 / 水理実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題のタイトルである、インテリジェントなワンドデザインでは、流れだけでなく局在化するスカラー量（この場合溶存酸素DO）を考慮する必要がある。ワンドの開口部のジオメトリは、本川との物質交換に大きな影響をもつが、様々な自然要因に左右される。そこで開口部の土砂堆積をモデル化した。直線水路に正方形キャビティゾーンを設けて，さらにワンドと低水路の開口部の閉塞率を可変とした．これは土砂堆積をモデル化したものである．通常の直線水路と異なり，ワンドのDO動態は２つのフラックス境界をもつ．すなわち、１つは自由水面（再曝気）で、もう１つは主水路との交換である．脱気したワンド内のDOの時間変化より、これらを定量評価した．開口部がわずか１%以下であっても，低水路からのDO供給の影響は大きいことがわかり，河川環境管理の観点から，主水路とワンドの連絡口の重要性が示唆された．
次に水面のDO フラックスを正確に評価できるモデルの開発を進め、居所ガス輸送速度の計測方法とその理論を提案した。特に界面の境界層厚に注目して、一様流れにおいて底面起因の乱流と界面の濃度境界層の関係を定式化した。これはカルマンの運動量方程式にヒントを得たもので、DOの輸送方程式を鉛直方向に水面から境界層厚さに対応する地点まで積分することで、濃度境界層厚に関わる時空間の輸送方程式が得た。これを解いて濃度境界層厚さと流れ構造の関係、濃度度境界層厚さの空間分布の解析解を導出した。
この理論を検証すべく本年度では、実験室にて濃度境界層厚の実測を行った。この実測には、初年度に備品購入した極細の光学式DO計を用いた。DO濃度の鉛直方向プロファイルをexp関数にフィッティングさせて、局所の境界層厚を求この成果は土木学会論文集（通常号）に掲載された。また研究分担メンバーで議論しワンドの現況と問題点を整理し、研究期間終了後に論文として報告する。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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