2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the mechanism of flood inundation disasters involving sediment and driftwood and the development of an integrated numerical model
| Project/Area Number |
22H01596
|
|---|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Research Institution | Gunma University |
|---|
Principal Investigator |
清水 義彦 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (70178995)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川池 健司 京都大学, 防災研究所, 教授 (10346934)
長田 健吾 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 准教授 (30439559)
重枝 未玲 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70380730)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | 流木災害 / 洪水氾濫 / 河床変動 / 流木集積 / 堰上げ背水 / 個別要素法 / 開水路流れの数値解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，河道及び氾濫原での流れ・土砂・流木の相互作用系を水理実験から捉え，その突合せから新たな解析手法を構築することである．具体的には，個々の流木追跡を個別要素法から行い，これをオイラー的な流れ・流砂の解析に組み込み，河道・氾濫原を一体的とした統合的な流木流動モデルを作成する． R4年度の研究実施計画は，① 橋脚を伴う河道区間の流れ・流木・流砂に関する水理現象の検討及び② 流木・土砂を伴う市街地氾濫の水理現象の検討の2項目であり，①の検討は，本研究の根幹となるもので，橋脚を伴う河道区間の流れ・流木・流砂の相互作用が，過去の被災事例から典型的な力学過程であると判断して，これを基礎的な水路実験より検討した．これより，橋脚での流木集積過程では流下流木量が多くなるほど水深方向の閉塞化が進み，3次元性の高い現象となること，その特徴から生じるバックウォーター効果等を水理実験から評価した．そして，流木が橋脚の水深方向に集積すると流れの遮蔽効果が卓越し，その結果，下降流が生じ局所洗堀が助長されることが予測された．以上の水理実験より得られた水理現象の再現性，すなわち，水位と流況特性，流木群の移動軌跡，集積状況（立体構造）等をレファレンスとして，数値解析モデルを構築した．また，実河道への適用から，一般化座標系のもと，平面2次元・3次元解析をモードスプリット法から構成したハイブリッドモデルに，流木群による水体積の変化を考慮してFAVOR法の組み込みも行っている．②の検討では，河道・市街地氾濫の水理現象を捉える基本的な実験を行い，その現象を再現できる数値解析モデルを構築した．すわわち，橋脚の流木集積より河道からの氾濫過程を再現し，氾濫原での流れ，流木の挙動を追跡する数値解析手法を，氾濫原では非構造格子系のもとに作成し，計算結果は流木の挙動を再現できることを確認した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画（2項目）である① 橋脚を伴う河道区間の流れ・流木・流砂に関する水理現象の検討及び② 流木・土砂を伴う市街地氾濫の水理現象の検討について，ほぼ目的通り達成されている．すなわち，基礎実験の再現性をベンチマークとして，流れ・土砂・流木の相互作用系を取り込んだ新たな解析手法を構築した．とくに，２D-3Dハイブリッドモデルに，流木群による水体積の変化を考慮したFAVOR法を組み込むことによって流れの遮蔽効果を表現できている．流木集積に伴う鉛直下降流では非静水圧場の流れの解析が必要であるがこれについても簡便なモデル化で取り込むこともできている．当初，初年度（R4）において研究成果の一部でも論文投稿する予定であったが，それが成し得なったと言う点で区分(2)と判断した．R5年度では研究進捗に応じて随時，論文発表を行う．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策
令和5年度については，当初研究計画通り，③ 橋脚を伴う河道区間の流れ・流木・流砂に関する水理現象および流木・土砂を伴う市街地氾濫の水理現象の検討および④ 河道・氾濫域を一体とした土砂輸送・流木流動の解析を検討する．とくに，本年度は流木を伴う水理場での土砂輸送，河床変動についての水理実験をレファレンスとして，前年度に構築したモデルにおいて，流木を伴う移動床現象の精度検証，高度化を図る．また，河道・氾濫域を一体とした土砂輸送・流木流動の解析では，河道・氾濫域を接続した大型水理実験を対象に，本研究で提案する解析手法からその再現性を検討し，有効性と課題を検討する．
|
