2022 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

Research Project

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)	野村瞬東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (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) 大島逸平東北大学, 流体科学研究所, 助教 (40851845)
Project Period (FY)	2019-10-07 – 2024-03-31
Keywords	乱泥流 / 粒子懸濁液 / 密度流
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として認識されており、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ことを目標としている。実験結果から、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。 2022年度は，乱泥流を模擬した粒子懸濁液の連続注入を可能にする水槽模型実験装置の作成を行った。実験装置をもとに同比重の塩水密度流と粒子懸濁液の流動過程を観測し、運動性の際を検討した。また，粒子-流体の相互作用整理のための数理アルゴリズムの改良を並行して進めた。加えて、コロナ化で直接の訪問等が叶わなかったものの、EPFLの水工学研究室と定期的に研究交流を行い、2023年度に実施する研究内容について議論を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason コロナ禍で直接の交流が難しい状況であったものの、Web等によるやり取りにより継続的に研究を進めた結果、良い成果が創出されるに至っている。別途、模型水槽を使用した実験を通して流体の運動性把握のための開発が進んだ。また、実験結果を検証するための数値解析技術の向上が認められ、実験結果に即した数値シミュレーションを実施するための準備が整った。
Strategy for Future Research Activity	実験水槽を用い、懸濁液や塩水の流入量や粒子物性（粒度/吸着性）等によって変化する乱泥流の流況を、高精度に観察するとともに、各種計測装置を導入することで乱泥流や密度流の運動性を評価する手法を開発する。流れを観察するための実験設備を高度化し、流れの内部の流速・濃度分布・粒子-流体相互作用を明らかにする手法を模索する。並行して、超音波エコーや側面画像等の情報から領域の流体比重や粒径分布等の評価が可能か検討を進める。別途、独自開発を進めている粒子-流体連成解析コードの改良を推進し、乱泥流で生じる諸現象を再現するためのモデルの開発や計算手法を模索する。
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。令和５年度に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予定である。