平面二次元分散波方程式を用いた洪水流・河床変動解析モデルの開発

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K22427
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 五十嵐 善哉 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (80881698)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2024-03-31
• Keywords: 河床変動解析 / 底面流速

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，平面二次元解析の枠組みの中で，洪水時の植生周辺を含む河床変動が解析可能なモデルの開発を行った．
令和２年度，荒川流域において非平衡流砂量式を用いた河床変動解析の初期モデルを作成した．特に浮遊砂の巻上や堆積に関する解析精度を向上するには，ピーク水位だけでなく水位上昇と低下の速度についても高精度に解析される必要がある．そこで，令和３年度は水位上昇や低下を高精度に解析するためのモデルの改良を実施した．その結果，埼玉県と東京都を流れる荒川本川において，水位ハイドログラフの形状（水位上昇および低下速度）を精度よく解析するためには，高水敷への浸透を考慮する必要があることが明らかとなった．荒川本川の中流域は，川幅が広く，高水敷と低水路河床高の比高差が大きい．また，令和元年東日本台風は降雨継続時間が長かった．これらの要因から，高水敷への浸透が無視できない条件となったと考えられる．
上記の実河川における河床変動解析手法の開発と並行して，植生周辺の河床変動現象を再現可能な解析手法の開発を行った．本研究で用いている平面二次元解析では，運動方程式を解く際に樹木の鉛直構造を考慮している．具体的には，水深に応じて幹部，樹冠部で異なる抗力係数や投影面積を用いて各高さの抗力を求め，それを積分した抗力項を計算している．しかし，主流速については幹部，樹冠部によらず水深平均流速を用いている．樹冠を有する樹木の場合，樹冠より幹部の抵抗の方が小さいため，幹部（底面付近）では流れが加速される．河床変動解析においては，底面付近の流速が重要なため，二層流の河床変動解析法を開発した．その結果，令和元年の洪水時にも観察された樹木前面部での洗堀が再現可能となった．