2020 Fiscal Year Research-status Report
流れと流砂の二相流的非平衡運動を考慮した新しい河床変動解析法の開発
| Project/Area Number |
19K15102
|
|---|
| Research Institution | Chuo University |
|---|
Principal Investigator |
後藤 岳久 中央大学, 研究開発機構, 機構准教授 (70634682)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 非平衡流砂運動 / 浮遊砂 / 掃流砂 / 準三次元解析法 / 洪水流・河床変動解析法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
洪水時に大量の土砂移動を伴う低平地の砂河川では，浮遊砂の輸送が卓越し，浮遊砂の輸送が河床変動に大きな影響を及ぼす．砂河川の河床変動計算では，洪水中の流砂運動を掃流形態と浮遊形態とに分け，掃流砂は平衡掃流砂量式により計算し，浮遊砂は底面の平衡流砂濃度を底面境界条件とした浮遊砂の移流拡散方程式により計算しているため，掃流砂と浮遊砂の相互作用が十分取り込まれていない．
本研究では，底面付近の流れと流砂運動の非平衡性を考慮するため，掃流砂と浮遊砂，底面付近の流れの相互作用を取り込んだ洪水流・河床変動解析法を開発する．本年度では，昨年度構築した二相流的非平衡流砂モデルを，現地河川の広域区間に適用可能となるように改良した．改良した解析モデルの枠組みを以下に示す．
洪水流の流れ場については，水深積分モデルの枠組みで三次元流れを解析出来る準三次元解析法(Q3D-FEBS法，竹村・福岡，2019)により計算した．掃流砂の運動については，浮遊砂の浮上・沈降による運動量交換を考慮した掃流層内の運動方程式と連続式で計算した．掃流運動から浮遊砂運動への遷移機構については，底面付近の鉛直流速の乱れ成分による流体力を考慮した粒子の鉛直方向運動方程式から鉛直方向粒子速度を求め，これに掃流層の土砂濃度を掛けることにより，掃流状態から浮遊状態に遷移する流砂フラックスを表現した．ここで，底面付近の鉛直方向流速の乱れ成分は，底面での乱れエネルギーを等方性を仮定して鉛直方向の乱れ強度を算出し，これを標準偏差とした正規分布として評価した．そして，掃流砂から巻き上げられ浮遊砂に遷移した流砂の移動は，浮遊砂の移流拡散方程式により計算した．
構築した解析法を，浮遊砂の卓越した細砂で構成された阿賀野川の河口砂州に適用し，その開口や河口テラスの形成の過程を再現し，その機構を明らかにした．
|
| 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，実河川の広域の解析が可能な水深積分モデルの枠組みで，掃流砂と浮遊砂の相互作用を考慮した洪水流・河床変動解析法を構築するため，前年度開発した解析法の本質を失わない範囲で簡略化した．そして，構築した解析法を細砂で構成された阿賀野川の河口砂州に適用した結果，その適用性，開口や河口テラスの形成の過程を再現し，その機構を明らかにすることが出来ており，本研究は順調に進展していると言える．
|
| Strategy for Future Research Activity |
構築した解析法を浮遊砂の卓越する様々な実河川に適用して検証し，洪水中に浮遊砂の挙動が河床変動に及ぼす役割を明らかにし，低平地河川の河川管理に資する情報を提供する．
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの流行により，参加を予定していた国内外の学会が中止またはオンライン開催となり，旅費が不要になったため．また，オンライン開催により，学会参加費も当初より安価になったため．
今後，これらの予算については，外部のスパコン等の使用料の支払いに使用する予定である．
|
