2022 Fiscal Year Annual Research Report

Systematization of scientific principle and formulae for designing hydraulic structures constructed with natural materials

Research Project

Project/Area Number	17K06588
Research Institution	Hosei University
Principal Investigator	道奥康治法政大学, デザイン工学部, 教授 (40127303)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2023-03-31
Keywords	河川構造物 / 流体力 / 透過流 / 流量制御 / 貯留機能 / 自然浄化機能 / エネルギー減衰
Outline of Annual Research Achievements	水系に共存する砂礫・植物などの自然素材を河川構造物に供することにより，流れの多様性が生まれ良好な景観の創出が可能となる．改修区間や整備対象の地先近傍から材料を低廉に調達することが可能であり，構造物は多孔性・透過性を備えていることから水辺・水中生物の生息・生育空間としての機能を有するとともに，乱流生成による曝気促進，礫間接触酸化浄化システムのように有機物・濁質の分解・除去など浄化機能を期待することもできる．本研究では水防林・植生護岸の流勢・流砂制御，石積み堰の水位・流量制御，堰貯留部の水質浄化機能，取水工の局所流緩和対策，交互砂州・蛇行砂礫河道の自浄機能など，自然材料を用いた様々な水工構造物の学理を構築してそれらの水理特性をパラメータ化・図表化することにより水工設計に供し得る公式体系を提供することを目的としている．最終年度においては，石礫を用いた堰・頭首工，砂州の交互配置，河道法線の蛇行化に対象を絞り，平水・洪水時を想定した構造物の治水・利水・環境機能を明らかにするために水位・流動構造，石礫層内の滞留時間と汚濁除去率の評価を試みた．過年度までは構造物の水理特性に特化して定常水理解析のみを実施してきたが，当然のことながら構造物は低水から高水に至る流量変動に応じて様々な流況に暴露される．そのため広範な水理条件に対する構造物諸元（水位，流量，流速，流体力，水理学的滞留時間など）のデータセットを水理公式として整理し，非定常水理解析を実現するための準備を進めた．これは2022年度採択の科研費基盤研究「石積み水工構造物の治水・利水・環境機能に関する総合評価」の起案へとつながった．本年度は新旧二つの科研課題を併行し，中小河川の中流部を想定したモデル洪水に対して直角配置石積み堰の非定常解析によって水位・流量・汚濁除去率・流体力などの洪水履歴特性を明らかにした．