2018 Fiscal Year Research-status Report
水際の流れと土砂輸送に着目した川の流路変動機構に関する計算力学的アプローチ
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18K04367
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
音田 慎一郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50402970)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 流路変動 / 数値モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，激甚化する豪雨災害では，普段水が流れていないところに洪水流が流れるとともに，河床や河岸を構成する多量の土砂を侵食し，河川の流路が大きく変動する現象が確認されている．これまでの河川洪水流予測では，実用性の観点から平面的な水の流れ場を解く巨視的なモデルが汎用されてきたが，災害リスクが高くなってきている中で精度の高い予測を行うためには，氾濫流の非定常的な挙動と，地形変化をもたらす河岸，河床近傍の流れと土砂輸送特性を取り扱うことのできる数値解析モデルの構築が必要である．そこで本研究では，河道内への土砂堆積による蛇行発達と側岸侵食現象を取り扱い，河道内における砂州の挙動，及び砂州形成に伴って生じる流路変動を精度よく予測できる３次元数値解析モデルの構築を目的としている．
本年度はその第一段階として，表面流と浸透流を同時に予測できるデカルト座標系での３次元流体解析モデルと土砂輸送モデル（平衡流砂モデル）を組み合わせ，水際・河床近傍の複雑な流れ構造と土砂輸送特性を考慮した数値解析モデルの構築を行った．モデルを直線水路での交互砂州形成過程，及び河岸侵食を伴う流路変動現象に関する既往の模型実験に適用し，モデルの妥当性を検証した．
さらに，河道湾曲部などの形状を少ない格子数で表現するため，河岸に沿った一般座標系を用いるとともに，界面捕捉法として密度関数法を適用した３次元流体解析モデルの構築を行った．連続蛇行流れに適用し，実験結果と比較することでモデルの妥当性を検証した．
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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
本研究は，表面流と浸透流を同時に予測できる３次元流体解析モデルと土砂輸送モデルを組み合わせ，水際・河床近傍の複雑な流れ構造と土砂輸送特性を考慮した数値解析モデルの構築を行い，河道内の砂州挙動，及び砂州形成に伴って生じる流路変動を精度よく予測できる３次元数値解析モデルの構築を目的としている．
そこで，現在までに３次元流体解析モデルと土砂輸送モデルをカップリングさせ，直線水路での交互砂州形成過程，及び河岸侵食を伴う流路変動現象に関する既往の模型実験に適用し，モデルの妥当性を検証した．その結果，交互砂州の形状特性については波高が若干小さいものの実験結果を概ね再現できることを示した．一方，河岸侵食を伴う蛇行流路形成過程については河岸侵食量が小さく，再現性が十分ではなかった．
さらに，流体解析モデルの一般座標系への拡張についても検討し，連続蛇行流れに適用した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は，河道内の土砂堆積による蛇行発達と側岸侵食現象を取り扱い，河道内における砂州の挙動，及び砂州形成に伴って生じる流路変動を精度よく予測できる３次元数値解析モデルの構築を目的としている．そこで，表面流と浸透流を同時に予測できる３次元流体解析モデルと土砂輸送モデルを組み合わせ，数値解析モデルの構築を行った．直線水路での交互砂州形成過程，及び河岸侵食を伴う流路変動現象に関する既往の模型実験に適用してモデルの妥当性を検証した．
今後，水理模型実験を実施し，流路変動を有する場での水際の流れと土砂輸送特性の現象解明に取り組むとともに，数値モデルの高度化を行い，模型実験に適用してモデルの妥当性を検証する．
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