2015 Fiscal Year Research-status Report
寒冷地河川管理のための河氷閉塞メカニズムを考慮した河氷変動計算モデルの開発
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26870023
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉川 泰弘 北見工業大学, 工学部, 助教 (50414149)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 結氷河川 / アイスジャム / 河氷 / 氷板 / 晶氷 / 数値計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は以下の2つの研究を実施した．
１ 氷のサイズ，氷の流下量，河川流量に着目し，河氷閉塞メカニズムとの関係を明らかにする実験を実施した．同じ氷のサイズでも，遅い速度で河道を通過する場合と，速い速度で河道を通過する場合では，閉塞メカニズムが異なると想定される．これらの関係を明らかにするために，水理実験の実験条件を以下のように設定した．氷のサイズを4cm×4cm(厚さ6mm)と8cm×8cm(厚さ6mm)の2パターン，上流からの氷の投入量を0.3L/sと0.6L/sの2パターン，上流からの水の流量を2.8L/s，3.5L/s，4.2L/sの3パターンとした．水理実験における氷の速度に関しては，市販の動画解析ソフトを用いて，PTV(Particle Tracking Velocimetry，粒子像追跡流速計) 解析を実施し，定量的に値を得た．本解析により，アイスジャム発生時は，氷板模型の枚数が増加し，氷板模型の速度が減衰することが分かった．
２ 河氷閉塞メカニズムを表現できる物理モデルを構築した．河氷閉塞メカニズムは，河川の氷が物理的に河道を塞ぎ，河氷の移動速度が遅くなり河道内に堆積する現象である．実験データを基に，アイスジャムによって氷が堆積する現象について，個々の氷の集合体と捉えて，この氷の集合体に加わる力を考慮した物理モデルを構築した．本研究により得られたアイスジャムの物理モデルは，氷の速度，氷の厚さ，氷のサイズ，川幅縮小比のパラメーターで表現される．
本研究により得られた成果は，河道形状の影響を考慮したアイスジャム発生条件に関する新しい知見であり，アイスジャム災害の防災・減災対策を考案する際の重要な基礎資料となる．
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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
平成27年度の研究の目的は以下である．
・氷のサイズ，氷の流下量，河川流量に着目し，河氷閉塞メカニズムとの関係を明らかにする実験を実施する．
・河氷閉塞メカニズムを表現できる物理モデルを構築する．
平成27年度は，当初計画で予定していた実験を実施し，実験データの解析により物理モデルを構築した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は，以下の2点について研究を進める．
(1) 河道内で河氷が閉塞するメカニズムを適切に組み込んだ河氷変動計算モデルを開発する．様々な河道条件における河氷閉塞メカニズムを再現可能な計算モデルは，現在，開発されていない．本研究で得られる研究成果を基にして，河氷閉塞メカニズムを，時間的，空間的に再現可能な計算モデルを開発する．本計算モデルにより，気象条件と河氷閉塞の関係が明らかとなる．
(2) 本計算モデルの計算結果の妥当性を水理実験データとの比較から検証する．本計算モデルの汎用性を高めるために，計算結果の妥当性の確認が必要である．本検討では，水理実験における氷の挙動，水位の変動について，本計算モデルで再現可能かの検証を行う．計算結果の妥当性が確認されれば，本計算モデルの信頼性が高くなり，寒冷地河川管理を支援する強力なツールとなるだけでなく，気候変動が結氷河川へ与える影響評価や氷を流木や石などに置き換えた計算手法への応用の可能性を示すことが出来る．
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| Causes of Carryover |
当初計画で想定していた研究打合せの回数が減となったため，使用額に変更が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験データを解析するために必要となる消耗品などの購入を予定している．
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