2020 Fiscal Year Research-status Report
Dynamic mechanism of turbidity current for long-distance sediment transport through integration of numerical science and high resolution measurement technique
| Project/Area Number |
19KK0110
|
|---|
| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
西浦 泰介 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), グループリーダー代理 (60509719)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 瞬 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), 研究員 (20705701)
古市 幹人 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), グループリーダー (50415981)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
|
| Keywords | 海底乱泥流 / 大規模数値計算 / 超音波計測 / 海底地盤 / 粒子流体シミュレーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
海底で大規模に進行する土砂流れ（乱泥流）の被害予測・リスク管理に向け，スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）の水工学研究室と共同研究を進めている．地震や季節的な水位変動に起因する「海底斜面の不安定化」により頻発する乱泥流は，海底構造物を破壊しながら数千km以上流動する．しかしながら，その発生場所や規模の予測は困難であり，海洋における大規模なインフラ整備や海底資源開発の妨げとなっており，被害の定量化や適切な対策の立案を行うことが重要となっている．
本研究では，共同研究の相手方であるEPFL研究室が有する高精度超音波計測技術と初期・境界条件が管理可能な水槽実験設備を利用し，①粒子懸濁液の速度場，濃度場，粒度分布を計測する手法を確立を目指し，②乱泥流の詳細な運動メカニズムを明らかにする．実験結果をもとに，研究代表者らが有する③粒子-流体相互作用を考慮したシミュレーション技術の高度化を図り，④乱泥流の長距離土砂輸送メカニズムについて論理性・普遍性・客観性を有する包括的な説明手法を提案することを目的としている．
本年度は，乱泥流を模擬した粒子懸濁液の連続注入による水槽実験の結果整理を進め，乱泥流が流動中の懸濁粒子の堆積過程を整理し，物理法則に従って粒子が運搬され堆積するメカニズムを買いらかにした．この事実は，乱泥流が長距離土砂移動におけるメカニズムに深く関係すると考えられるため，今後，実験や解析を通して分析を進める予定になっている．また，乱泥流の流動中の可視化を目指した手法の開発に取り組んだ．適切な粒子，流体を選定することにより，高精度で流体の内部可視化ができることが確認され，次年度以降に実施する，粒子-流体の相互作用整理のための水槽実験の足掛かりとすることができた．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
長さ6.0m，高さ1.0m，幅0.3mの実験水槽で生成された粒子懸濁液による模擬乱泥流の速度構造が整理できた．実験結果は乱泥流が斜面方向に力のつり合いを保ち，同質の形状で領域底面に沿って流動することを明らかにした．当該実験事実の更なる理解により，乱泥流の長期運動メカニズムの要因を整理できる可能性が示唆されることとなった．
また，長さ4.6m，高さ0.2ｍ，幅0.14ｍの水槽で行った小規模実験についても結果の考察を行い，乱泥流の運動メカニズムの整理を行った．
|
| Strategy for Future Research Activity |
懸濁液の①初期比重，②流入量，③粒子物性（粒度/吸着性）等によって変化する乱泥流の流況を，流れ方向に設置する計測装置によって観測する手法を開発する．流れを観察するための実験設備を試作するとともに計測環境を整備し，粒子と流体によって引き起こされる諸現象を整理し，底面や流れの上層部における流速・濃度分布や粒子-流体相互作用を明らかにする．
あわせて超音波エコーや側面画像等の情報から領域の濃度分布の定性的な評価が可能か検討を進め，速度・濃度・粒子径のプロファイリング技術を確立する．計測結果をもとに粒子-流体連成解析コードの整備を進め，混相流中で生じる要素レベルの現象を明らかにする方法を模索する．
|
| Causes of Carryover |
コロナ禍により予定していたEPFL（＠スイス ローザンヌ）における研究打ち合わせが実施できなかったため．
令和3年度以降にEPFLで実施する研究の打ち合わせ，滞在費用および，計測用水路の作成費用に充てる．
|
