2015 Fiscal Year Research-status Report
粗度の多重スケール性と非平衡粗面抵抗則に基づく礫床河川の流れの解析法の開発と応用
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26420505
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
内田 龍彦 中央大学, 公私立大学の部局等, 教授 (00379900)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 非平衡粗面抵抗則 / 底面流速解析法 / 渦層 / 粗度層 / 底面勾配 / 湾曲 / 礫床河川 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，三次元解析法に比べて計算コストが小さい平面二次元解析法の枠組みの中で，流れの三次元性を考慮し，河床極近傍の流れと河床せん断応力を精度よく解析するため，河床近傍の流れの非平衡性を考慮できる非平衡粗面抵抗則(DWL)を導入した一般底面流速解析法(GBVC４-DWL法)を開発した．DWLは，流れの解析において底面境界条件を与える際に用いられてきた対数分布則などをもちいずに，河床近傍の流れを運動方程式に基づいて解析し，動的に底面境界条件を定める方法であり，BVC法だけでなく，準三次元解析法や三次元解析法などに容易に導入可能である．このような解析法は，特に大きな粗度が点在する礫床河川の解析において重要である．本研究では，水没する巨礫が点在する流れに適用し，GBVC4-DWL法は背後に剥離を伴う水没巨礫群が粗面上に存在する流れを精度良く解けることを示した．2D解析法から，BVC4-DWL法までの種々の解析法について，巨礫を有する流れや湾曲流れにおいて比較し，各手法の妥当性と精度，適用限界を明らかにした．また，湾曲水路の流れと河床変動に対してBVC法を適用し，その妥当性を明らかにした．急湾曲水路において，2D解析法と種々のBVC法を比較し，湾曲水路における種々の現象に対して必要な解析法と課題を明らかにした．さらに，勾配をもつ底面境界について，流れの境界条件と土砂輸送量の解析法を導出し，その必要性を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本論文は，三次元解析法に比べて計算コストが小さい平面二次元解析法の枠組みの中で，流れの三次元性を考慮し，河床極近傍の流れと河床せん断応力を精度よく解析するため，国内外に例のない非平衡粗面抵抗則(Dynamic rough Wall Law: DWL)を用いた非静水圧準三次元解析法(BVC4-DWL)を開発した．DWLは，BVC法だけでなく，準三次元解析法や三次元解析法などに容易に導入可能である．本研究では，礫床河川において，DWL法を導入する必要性を，水没粗度を有する実験に適用し明らかにするとともに，従来の対数分布則を用いた壁法則の問題点も示した．さらに，従来水深積分モデル考慮されてこなかった底面境界の勾配の影響の評価手法を新たに提示した．また，湾曲水路において必要な解析法と課題を明らかにした．以上より，本研究は順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
局所洗掘は掃流力の非平衡性によって引き起こされる現象であるため，河床近傍の流れの非平衡性の評価が重要である．特に，洗掘孔が時間的に変化する場合非平衡性は大きくなる．従来の解析法において，洗掘深や洗掘速度を小さく見積もる原因の一つは河床近傍の局所平衡の仮定と考えられる．そこで，本研究ではこれまでに開発してきた底面境界条件の与え方を河床変動解析に応用留守ことにより，従来課題であった局所洗掘問題や河口砂州などの大規模地形変形の解析がどの程度改善されるのかについて検討する．
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| Causes of Carryover |
2015年度研究成果を発表する2016年度の国内外の学会参加費，旅費等のため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2016年度の国内外の学会参加費，旅費および必要な消耗品費
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