2021 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
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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)
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Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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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 |
低平地河川の多くは河床が細砂で構成されていることから,洪水時には大量の浮遊砂の移動を伴う大規模な河床変動が生じる.洪水時の流砂運動は,掃流運動から浮遊運動へと連続的に変化しているが,従来の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点に課題がある. 本研究では,底面付近の流れと乱れ,流砂の非平衡運動を考慮して掃流砂と浮遊砂を一体的に扱う準三次元洪水流・河床変動解析法を開発する.本年度では,昨年度までに構築した非平衡流砂モデルをさらに改良を加え,洪水時に浮遊砂の輸送が卓越する石狩川河口部に適用し,本解析法の妥当性を確認した. 本解析法の枠組みについては,Q3D-FEBS法(竹村・福岡,2019)により洪水流の三次元流れを計算し,これに底面での乱れエネルギーの輸送方程式を解くことにより,乱れの鉛直分布を計算した.掃流砂と浮遊砂の非平衡運動については,それぞれ連続式と粒子の運動方程式を計算し,掃流運動から浮遊砂運動への遷移については,砂粒子の運動方程式に流速の乱れ成分に起因する流体力を考慮することで,掃流運動(Saltation運動)から浮遊運動に遷移する単位時間当たりの体積割合を計算した.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輸送については,三次元格子において連続式と粒子の運動方程式を計算することにより,浮遊砂の輸送フラックスを評価した. 構築した解析法を石狩川河口部の昭和56年8月洪水に適用し,河口付近の河床変動,複断面的蛇行流れを伴う蛇行部の河床変動・土砂輸送機構の説明を試みたが,洪水後の実測の河床の測量結果よりも河床変動量が大きく計算されており,さらなる改良が必要である.
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
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,実河川に適用可能なように,前年度までに開発した解析法を簡略化した. 具体的には,浮遊砂の卓越する石狩川河口部の昭和56年8月洪水に本解析法を適用し,実測値との比較検討しているが,浮遊砂から掃流砂への遷移割合の評価とその妥当性の検証が難しく,この評価の仕方によって過剰な洗掘が計算されてしまう結果になった.そのため,浮遊砂から掃流砂への遷移した流砂は,そのまま河床に堆積させるように,計算モデルを修正するなどしており,計算法の開発にやや遅れが生じている.
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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.
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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.
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