2023 Fiscal Year Research-status Report
Comprehensive evaluation of flood control, water use and ecomorphological functions of rubble-mound river structures
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22K04341
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
道奥 康治 法政大学, デザイン工学部, 教授 (40127303)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 河川構造物 / 流体力 / 透過流 / 流量制御 / 水位制御 / 自然浄化機能 / エネルギー減衰 / 洪水解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多自然川づくりでは，自然環境の創出や修景，さらに経済性を期待して，土砂・木材・石材・植生などの自然材料を用いることが多い．石積み構造物の施工例は床止め・落差工，井堰，水制，護岸，魚道などにしばしば見られるが，経験知の技能に頼ることが多い．ロックフィルダムの場合には浸透流解析に基づく水理設計が可能であるが，石積み工を河川構造物に使う場合には流量・水位が変動するために，構造物が水面下に潜る冠水状態から流れが構造物に伏没する状態まで流況が様々に変化し，開水路流と浸透流を一体化した水理解析が必要である．申請者は過年度の科研費補助事業（基盤研究(C)「自然材料を利用した水工構造物の学理構築と公式化」，2017-2022年度， 17K06588）で得られた石積み堰公式を利用して，石積み堰が設置された開水路の非定常流解析を実施し，同一諸元の不透過堰との比較を通して石積み堰の貯留・疎通特性，洪水減勢機能，構造物各所の流体力成分，汚濁除去率などの時間履歴特性を明らかにした．本研究では中小河川の水文・地形に発生し得る単一ピーク型のモデル洪水と水路の諸元を設定した．簡単のため堰形状を直方体とするがアスペクト比を変化させて井堰～床止め～帯工などの石積み水工構造物に対応する水理解析とした．様々なピーク流量と洪水継続時間を組み合わせて石積み洪水履歴曲線に及ぼすハイドログラフの影響が明らかにされた．これにより石積み水工構造物の治水・利水・環境機能に関する基本性能が相当程度に解明されたと考えている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
次のような研究の新規性・独自性が得られたことにより，当初計画での想定よりも研究が進捗したと判断している．
【治水機能に関する水理特性（不透過堰との比較）】①増減水中における疎通・貯留能力（堰上げ効果）の推移とRegime Shift (Hysteresis curve)，②石積み堰に作用する流体力各成分，内部抗力の縦断分布，流体耐荷力に関する構造上の留意点，③増減水中の流体力の時間履歴．④エネルギー減衰特性：増減水や堰諸元が流水減勢におよぼす影響
【利水機能に関する水理特性（不透過堰との比較）】①様々な流量条件・堰諸元における貯留高，②流れのRegimeと貯留高・通過流量との関係，③透過流・伏没流・越流の出現に及ぼす堰諸元の影響
【環境機能に関する水理特性】①流れのRegimeと物質濃度の縦断方向変化との関係，②流量・水位変化，流れのRegime Shift，堰諸元などが汚濁除去率に及ぼす影響，③増減水中の汚濁除去率の時間履歴，④複数基の石積み堰を直列配置した場合の汚濁除去率
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で用いた水理モデルの妥当性は水理模型実験により確認されているが，実寸規模での検証，自浄作用を規定する反応定数の同定，内部抗力の計測などが研究成果を実装する上での課題と考えられる．また，構造物の環境機能を評価するためには，短期流出相当の非定常流解析だけではなく，数年から数十年規模の長期流出に対して得られる自浄機能評価が必要である．過年度は主に一次元水理解析を実施したが，本研究で開発した二層流モデルを斜め配置・凹型堰軸の石積み堰の治水・利水・環境機能解析や交互砂州河川の自浄機能評価などに適用するために二次元水理解析を進める予定である．2024年度は本研究課題の最終年度となるために石積み水工構造物の水理設計に加えて維持・点検や管理の方策についても検討し，技術の実用化の方向性を提示する予定である．
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