2014 Fiscal Year Annual Research Report
空気混入流の水理特性に基づく階段状水路水理設計法の開発
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24560628
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
高橋 正行 日本大学, 理工学部, 准教授 (10318363)
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2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 階段状水路 / 空気混入水流 / エネルギー損失 / skimming flow / 比エネルギー / 水理構造物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
急傾斜地の水路や堰・ダムを流下する高速流を傾斜面上で減勢させる方法として階段状水路の利用は有効である．階段状水路で大流量のときに生じるskimming flowでは，平坦傾斜水路よりも短い流下距離で水面から空気が混入される．空気混入開始断面をinception pointと呼び，下流側では空気混入流となる．この空気混入流は不等流区間を経て，各ステップごとの水深と流速が同じ大きさになる擬似等流状態になる．階段状水路の水工設計のためには，不等流ならびに擬似等流の空気混入流特性（水深，流速，比エネルギー）を知ることが重要である．
擬似等流区間の空気混入特性については，Journal of Hydraulic Research[50(4),427-434]で明らかにた．
平成26年度は，フィルダムなどで多く用いる水路傾斜角度θ=19°，26°，30°および重力式ダムなどで多く用いるθ=50°を対象に相対ステップ高さS/dc（Sはステップ高さ，dcは限界水深）のskimming flowについて，研究代表者が開発した解析的に空気混入不等流の水面形を求める方法[土木学会論文集B1(水工学)69(4),I_913-I_918]を適用し，水深および空気混入率の測定値との比較検討を行った．その結果，解析法の妥当性が明確になった．
平成24年度～平成26年度の研究期間全体を通じて得られた成果として，広範囲な水路傾斜角度とステップ高さのもとで，洪水時に形成される空気混入skimming flowの水面形状，流速，空気混入率，エネルギーを明らかにした．また，研究代表者が開発した空気混入水流の水面形を解析的に求める方法が水路傾斜角度θ=19°～55°のskimming flowに対して適用可能であることが確かめられ，θ=19°～55°の階段状水路の水理設計法を確立した．
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