2016 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, 研究開発機構, 機構教授 (00379900)
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2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 非平衡粗面抵抗則 / 非静水圧準三次元モデル / 渦層 / 粗度層 / 礫床河川 / 浮遊砂 / 掃流砂 / 段波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，鉛直方向を小さな計算格子で分割する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，流速の鉛直構造と圧力の非静水圧成分，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，著者らが開発してきた非静水圧準三次元解析法(GBVC法)に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の特徴は，流れの三次元構造を解析する主計算領の底面境界条件において従来から用いらてて来た平衡状態の流れの仮定を用いず，河床近傍の流れを連続式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る．本年度は，GBVC4-DWL法の河床極近傍の流れと粗度層に作用する流体力が解析できることに着目し，GBVC4-DWL法の河床変動解析への応用性について検討した．まず，流砂系の方程式から，従来の河床変動解析に用いられてきた仮定と課題を整理し，流れ系と流砂系の方程式を解く必要性を議論した．そして，非平衡粗面抵抗則(DWL)を用いた準三次元解析法(BVC-DWL法) に基づいた河床変動解析法を構築し，段波による激しい土砂移動現象に対して適用し，検証した．本解析法では掃流砂から浮遊砂の遷移には鉛直方向流速が考慮され，流砂運動は流砂系の連続式と流れ系との相互作用項を含む運動方程式により記述される．本解析法は段波が浜堤を越流する場合の河床変動に適用され，掃流砂層厚の変化に伴う急激な河床変動や流砂による抵抗増加を考慮でき，従来法に比べて実験結果の説明力が向上することを示した．
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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，流れの三次元性と河床極近傍の流れ，河床せん断応力を解析するため，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．これまでに構造物周りの局所流や水没する礫まわりの流れにおいてGBVC4-DWL法の妥当性を示すとともに，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，GBVC4-DWL法を河床変動解析に応用することにより，従来の河床近傍で平衡流れを仮定しなくてもよい力学的な流砂モデルの構築が可能であり，段波などによる急激な土砂異動と地形変化を解析できることが分かった．本研究は順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
礫床河川では，流れの抵抗だけでなく，生態系の評価などにおいても粗度層の流れを評価することが重要である．そこで，本研究ではこれまでに開発してきたGBVC4-DWL法の有用性，適用性および課題について検討する．
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| Causes of Carryover |
本研究成果を発表および研究データ収集のための学会の参加費が必要であったため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
印刷消耗品，学会参加費，旅費等に使用する．
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