一流体モデルによる掃流砂・浮遊砂・土石流の遷移域の評価と河床変動解析への適用

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24760394
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 竹林 洋史 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70325249)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 掃流砂 / 浮遊砂 / 土石流 / 一流体モデル / 河床変動 / 平面二次元河床変動解析

Research Abstract

当初の研究計画の順番を一部入れ換えた．当初は，2012年度に既存の流砂の構成側を用いてDNSを行い，浮遊砂と掃流砂の遷移領域の現象を明らかにし，鉛直平均モデルのための基礎的な知見を得る計画であったが，先に，2014年度に予定していた鉛直平均モデル（平面二次元河床変動解析モデル）を既存の流砂の構成側を用いて構築した．これにより，2013年度は，流砂の構成側を用いてDNSを行うとともに，当初予定の2013年度の研究内容の一部を行う．
まず，2012年度は，既存のデカルト座標系で記述された一流体モデルによる基礎方程式を複雑な河川地形を適切に表現できるように，一般座標系による基礎方程式として表現した．さらに，これら基礎式を用いた境界適合型の平面二次元河床変動解析モデルを構築した．これにより，これまで流動域とメッシュ形状の不適合により，流動深を高く，流速を遅く評価されていた土石流の流動解析において，適切な流動深と流速による土石流の流動解析が可能となった．
次に，構築した解析モデルを用いて掃流砂・浮遊砂・土石流の遷移域を有する場における河床変動解析を行い，既存モデルによる掃流砂・浮遊砂・土石流の遷移域の問題点を定量的に評価した．既存モデルでは，土石流から掃流砂への遷移は連続的に評価できるが，掃流砂と浮遊砂の遷移プロセスには多くの問題点が定量的に示された．特に，浮遊砂濃度分布が掃流砂層の厚さに強く依存するため，河床近傍の濃度の変化が大きい場合の浮遊砂濃度分布の評価は適切に評価できていないことが明らかとなった。
また，流砂の構成側を用いたDNS解析の解析プログラムの開発も行っており，2013年度の早い段階で完成する予定である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画を一部入れ換えたが，研究はおおむね順調に進展している．当初予定通り，2014年度末までには，当初の研究目的に到達するものと考えている．

Strategy for Future Research Activity

2013年度：土砂および水の混合物の一流体モデルを用いたDNS による掃流砂・浮遊砂の数値シミュレーション，粒子・流体モデルによる限界掃流力近傍における流砂機構の解明と一流体モデルの構成則の改良
2014年度：土砂および水の混合物の鉛直流速分布の変曲点不安定による河床形態の発生機構の解明，土砂および水の混合物の一流体モデルを用いた河床変動解析

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

研究打合せ、実流砂現象の把握、学会発表、研究会参加などのための旅費
解析に関する周辺機器（計算機は購入しない）など