Development of a drag force model based on the flow obstruction rate - A feasible and low-load tsunami inundation analysis in urban areas -.

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04670
• Research Institution: Osaka Sangyo University
• Principal Investigator: 水谷 夏樹 大阪産業大学, 工学部, 教授 (50356036)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小笠原 敏記 岩手大学, 理工学部, 教授 (60374865)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 津波 / 段波 / 陸上遡上 / せん断応力 / 直接計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究はドライな陸上を遡上する非定常な津波の底面せん断応力を直接測定し，マニングの粗度係数を用いてモデル化されているモデル式を再評価し，改良することを目指したものである．
実験水槽で段波津波を発生させ，非定常なせん断応力を直接測定する試みについては，当初，ローラーに載ったプレートに作用する力を歪みゲージで直接測定することを試みた．しかしながらプレートにはせん断応力の他にモーメントも作用し，これらを切り分けることが困難であった．これに対し非接触型のレーザー変位計を用いてプレートの並進移動量を測定し，校正値によるせん断応力の評価を試みた．しかしながら，これについても作動プレートが必ずしも流下方向に並進移動するとは限らず，再現性の高い値を得ることが困難であった．
2022年度は，平成10年に製造された没水型の微小せん断応力計を入手し，これを用いた計測を試みた．段波津波の先端付近におけるせん断応力は再現性が高く，値も流速場から推定された値を説明することができた．しかし，水面が逆勾配となる最大水位以降は現実的ではない値となり，水位が逆勾配のまま流下する流れに対してセンサーの特性上の困難があった．これらの結果とPIVによる流速計測の結果，また，2020年度に行った一次元運動方程式によるせん断応力の推定結果と比較したところ，先端部のせん断応力のオーダーについては概ね説明できるが，方程式から推定されたせん断応力には負値が生じ，本計測においては負値が生じなかったことからこの原因について検討している．一つの要因として，流下方向に対して幅の狭い水路の実験であるため方程式は一次元を仮定しているが，横断方向流速や流下方向流速についても横断方向の速度差による影響が生じていることがデータから示唆され，底面せん断応力の評価において，水深方向だけでなく横断方向の面的な流速場の測定が重要であることが推定された．