2022 Fiscal Year Annual Research Report
Sediment transport model considering SGS classification and its application to fine sediment dynamics in a watershed
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22H00228
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
内田 龍彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00379900)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 卓也 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (20647094)
溝口 敦子 (寺本敦子) 名城大学, 理工学部, 教授 (40362280)
鳩野 美佐子 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40837019)
音田 慎一郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50402970)
河原 能久 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 名誉教授 (70143823)
横嶋 哲 静岡大学, 工学部, 准教授 (80432194)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 土砂堆積 / 分級 / 細粒土砂 / 土砂・洪水氾濫 / 蛇行 / 樹木 / SGSモデル / マルチスケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流体による粒状体の輸送問題は様々な分野で取り扱われるが，河川における土砂輸送では，土砂の粒径分布，掃流力分布が規定する極めて広い多重スケール現象である点に特徴がある．本研究では，申請者らが独自に開発してきた二つの解析法（オイラー型混合粒径土砂輸送モデル，底面流速解析(BVC)法に基づき，サブグリッドスケール(SGS)の分級作用を考慮した土砂輸送モデルを開発する．そしてマルチスケールの流れによる分級作用が土砂輸送や地形変化にどのように影響しているかについて明らかにする．さらに，これらをモデル化し，流域スケールの分級作用を解析できる広域の細粒土砂の動態モデルを構築し，検討する．本年度は開発ステージの基礎的な研究ついて検討した．
SGSスケール分級を生み出す三次元流れが底面抵抗と土砂輸送に与える影響を検討するために，水路蛇行による付加的な抵抗と土砂輸送について検討した．二次流による鉛直方向の運動量交換により水路底面のせん断応力は増加し，それは幅水深比が小さく，相対粗度が大きいほど大きいことを示した．移動床では二次流による抵抗増分と河床波の発達の相互作用により，同じ流量，給砂量による河床勾配は水面勾配と比較して変化しないことを示した．
また，蛇行水路の細粒土砂輸送を明らかにするために，樹木の抵抗評価法と樹木が二次流に与える影響をBVC法により調べた．BVC法は既往の実験結果を説明できることを示し，内岸樹木と外岸樹木の二次流と抵抗に及ぼす影響の違いを明らかにした．また，BVC法を用いた混合粒径解析法を検討した．併せて従来の混合粒径河床変動解析法における細粒土砂流出解析時の連続式と流砂領域の問題を明らかにし，ＡＰ理論を用いた混合粒径モデルの必要性を示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
SGS分級を引き起こす流れ機構の検討が重要であることに気づき，AP理論に基づくオイラー型混合粒径モデルのBVC法への導入と検証が遅れている．しかし，三次元流れによる抵抗増分と流砂量，樹木が流れと二次流に与える影響など，SGS分級に関わる重要な流れ機構を検討することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
二粒径混合粒径についてはAP理論に基づくオイラー型混合粒径モデルが出来つつあるので，多粒径への拡張とこれをBVC法への導入し，SGS分級効果の検討に展開する．さらにこの土砂輸送モデルを三次元解析に適用にマイクロ分級現象の解明と実河川の大きなスケールに検証し，長い区間の細粒土砂動態の解明に発展させる．
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