2022 Fiscal Year Annual Research Report

Understanding and modeling the effects of sediment density and beach topography on sediment transport dynamics

Research Project

Project/Area Number	22H01598
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Yokohama National University
Principal Investigator	鈴木崇之横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 教授 (90397084)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伴野雅之国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, グループ長 (80549204)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords	沿岸砂州 / 締固め度 / ハイスピードカメラ / 土壌水分量
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題では，特に波打ち帯，および砕波帯での大規模地形変化や中長期的地形形状予測を実現するため，底質密度（空隙率）の変化，および沿岸砂州形状が及ぼす底質移動動態への影響を解明し，海浜応答メカニズムを明らかにする．さらに，これらをモデル化し地形変化モデルに組み込むことで精度向上につなげ，これまで評価が困難であった大規模地形変化に対応できるモデルの構築を目的とする．初年となる令和4年度においては，底質密度（空隙率）が底質移動動態（地形変化）に及ぼす影響の解明を目的として断面2次元水路内に構築し実験を実施した．実験では構築した沿岸砂州の粒径（d50 = ０.08 mm，0.33 mm），締固め度を変化（緩砂層，密砂層）させ，また，波形勾配の異なる3ケースの造波条件で移動床実験を行った．結果，粒径，締固め度が地形変化に及ぼす影響を把握することができた．地盤せん断力についても計測を行ったことから，今後は各計測項目の関連性を精査していく．また，沿岸砂州形状特性が底質移動動態（地形変化）に及ぼす影響の解明として，沿岸砂州形状（頂部高さ，および岸沖方向位置）を変化させた固定床実験を実施した．波浪場は低波浪，高波浪の2ケースとし，ハイスピードカメラを用いた画像解析により沿岸砂州の沖側，陸側底面近傍の流速値を計測し，形状特性による流速場への影響を把握した．加えて，現地波打ち帯において砂層内の土壌水分量を計測すると共に，同地点の地盤高をレーザー距離計により計測し，両者の関係性の検討を行った．結果，鉛直水分量勾配が負から正に変化する際に最も侵食量が大きくなり，これは上げ潮時に生じていることがわかった．これら，室内実験，現地調査により得られたデータの解析については令和5年度も継続して実施する．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本学所有の断面2次元水路用い，沿岸砂州の粒径（中央粒径，０．08mm，0.33mm），締固め度を変化（緩砂層と密砂層）させた移動床実験に加え，沿岸砂州形状（頂部高さ，および岸沖方向位置）を変化させた固定床実験を実施した．また，現地波打ち帯において，土壌水分量と微地形変化に関する現地調査も併せて実施した．室内実験では，締固め度を変化させた実験では砂層下部に穴をあけたホースを配置し，実験直前に水を噴出させることで緩砂層を構築した．こちらは，一昨年度の修士課程研究において検討を始めていた手法であったことから，大きな問題もなく進めることができた．沿岸砂州形状（頂部高さ，および岸沖方向位置）を変化させた実験は，令和5年度下半期に予定している移動床実験に向けての基礎実験として，固定床での実験を実施した．こちらは初めての試みであったこともあり，地形形状作成に時間がかかってしまったがハイスピードカメラを用いた実験を終了させることができた．解析は令和5年度においても継続して実施する予定である．現地調査に関しては，波打ち帯であったこともあり予備実験，本実験共に予定していたデータの取得ができ，波の遡上と土壌水分量の関係を把握することができた．解析については令和5年度も継続して実施していく．上記のように令和4年度については，概ね当初の予定通りの進捗状況となっている．今後の研究の推進方針については，事項に詳細を記載するが，現地調査を主とした検討を開始する．
Strategy for Future Research Activity	実施した室内実験については事前準備がある程度なされていたことにより，また，現地調査についても波打ち帯での実施であったことから概ね問題なく実施することができた．いずれについても継続的に検討が必要な項目があることから，令和5年度においても引き続き解析を実施する．令和5年度は茨城県波崎海岸にて現地調査を実施することを計画している．当該海岸ある港湾空港技術研究所が所有する研究桟橋において実施する．計測項目については令和4年度に実施した室内実験結果との比較検討，および統合も視野に入れ，同様な計測として計画を行う．計測項目としては，沿岸砂州における砂層内鉛直圧力勾配変化と地形形状変化との関係，および，沿岸砂州形状が及ぼす底質岸沖方向移動への影響把握を主とする予定である．前者については間隙水圧計を沿岸砂州に設置し，波浪場との関連性を把握し，室内実験との比較を行う．また，後者に関しては，沿岸砂州の沖側と岸側に異なる色の蛍光砂を投入し，観測最終日に底質コアを採取することで沿岸砂州形状が及ぼす底質動態への影響を把握する．現地調査は8月中旬から9月下旬の期間において約10日実施することを予定している．日程については気象海象に大きく左右されることから，予定期間は長めにとっており，かつ，事前に実施業者，および観測桟橋を所有する港湾空港技術研究所と綿密な打ち合わせを行い，この期間中に確実に実施できるよう調整を行う．