良好なワンド環境創出のための水制設置法に関する水理学的研究

• Project/Area Number: 14750433
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 水工水理学
• Research Institution: Matsue National College of Technology (2003); Yokkaichi University (2002)
• Principal Investigator: 木村 一郎 松江工業高等専門学校, 土木工学科, 助教授 (60225026)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2003: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2002: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: ワンド / 水制 / 河川環境 / 開水路乱流 / 非線形乱流モデル / 三次元数値解析 / 数値解析 / 乱流モデル / 非線形k-εモデル / 大規模組織渦 / 移動一般曲線座標系

Research Abstract

本研究は代表的な河川構造物である水制の有するワンド形成機能に着目し,良好なワンド環境を創出するための効果的かつ経済的な水制設計方法について,水理学的観点から検討を行ったものである.水制周辺の流れ構造は渦や非定常水面振動を伴い,特に越流型水制では三次元性の強い複雑な乱流場が形成される.このような乱流場の詳細な検討には信頼できる数値解析モデルによる方法が適している.前年度までに水制周辺の非定常乱流場を再現するための数値解析モデルについて詳細な検討を行い,独自の改良を加えた非線形k-εモデルを乱流モデルとして用いた移動一般曲線座標系における三次元数値解析手法を提案した.このモデルについては実験結果と数値解析結果の詳細な比較を通じてモデルの妥当性を示した.今年度はこれを基礎モデルとし,主に次の2点に関する検討を実施した.
1.水制設計上重要となる各種水理パラメータが水刎ね効果,水質交換速度,流砂輸送等に及ぼす影響を整理
2.河床変動モデルと流れの数値解析モデルのカップリングによるワンド形成予測モデルの構築
(1)については,水制設置角度,水制設置間隔,相対的水制高さ,アスペクト比,水制設置数等を種々変化させた場合の影響について検討した.特に,水制角度は水制周辺の水質交換速度,水制間の土砂堆積等に支配的な影響を及ぼすことが示された.また,水制間隔については流れの非定常特性に深い関わりがあることが示された.(2)については現在も継続して検討中であるが,単純な移動床場に対して非平衡モデルを用いた場合,ほぼ妥当な結果を得ており,ワンド形成予測モデルの基礎をある程度構築することができた.

Research Products

• [Publications] T.Takemoto, I.Kimura: "Research on Environmental Education for Students in Mie Prefecture and in Japan"Proceedings of the Asia-Pacific Conference on Sustainable Energy and Environmental Technologies, Yokkaichi, Mie, Japan. 157-161 (2003)
• [Publications] I.Kimura, T.Hosda, S.Onda, A.Tominaga: "3D Numerical Analysis of Unsteady Flow Structures Around Inclined Spur Dikes by Means of a Non-Linear k-ε Model"Proceedings of the International Symposium on Shallow Flows, Delft, The Netherlands. Part III. 205-212 (2003)
• [Publications] I.Kimura, T.Hosda, S.Onda, A.Tominaga: "Numerical Studies of Open Channel Flows around Spur Dikes by Means of a Non-linear k-ε Model"Proceedings of Third International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena, Sendai, Japan. Vol.1. 389-394 (2003)
• [Publications] 木村一郎, 細田尚, 音田慎一郎, 冨永晃宏: "越流型水制周辺の三次元乱流構造と各種水理パラメータの関係について"第17回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (CD-ROM). E8-3 (2003)
• [Publications] 木村一郎, 細田尚, 音田慎一郎, 冨永晃宏: "越流型水制周辺の三次元乱流構造に及ぼす水理パラメータの効果"土木学会水工学論文集. Vol.48. 661-666 (2004)
• [Publications] I.Kimura, T.Hosda, S.Onda, A.Tominaga: "Computations of 3D turbulent flow structures around submerged spur dikes under various hydraulic conditions"Proceedings of Second International Conference on Fluvial Hydraulics, River Flow 2004. (in printing). (2004)
• [Publications] I.Kimura, T.Hosoda: "A Non-linear k-ε Model with Realizability for Prediction of Flows Around Bluff Bodies"International Journal for Numerical Methods in Fluids. Vol.42(印刷中). (2003)
• [Publications] 木村一郎, 細田尚, 音田慎一郎, 冨永晃宏: "越流型水制周辺の非定常三次元流れ構造に及ぼす水制設置角度の影響"土木学会水工学論文集. 47巻. 841-846 (2003)
• [Publications] 木村一郎, 細田尚, 音田慎一郎, 冨永晃宏, 武田誠: "不透過越流型水制周辺の三次元乱流構造に及ぼす水制設置角度の影響"四日市大学環境情報論集. Vol.6No.1. 45-76 (2002)
• [Publications] I.Kimura, T.Hosoda, S.Onda, A.Tominaga: "3D Numerical Analysis of Unsteady Flows Structures Around Inclined Spur Dikes by Means of a Non-linear k-ε Model"Proceedings of International Symposium on Shallow Flows, Delft The Netherlands. (印刷中). (2003)
• [Publications] I.Kimura, T.Hosoda, S.Onda, A.Tominaga: "Numerical Studies of Open Channel Flows Around Inclined Spur Dikes by Means of a Non-linear k-ε Model"Proceedings of 3rd International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena, Sendai Japan. (印刷中). (2003)
• [Publications] 木村一郎, 細田尚, 音田慎一郎: "非線形k-εモデルによる構造物周辺の流れ解析"第16回数値流体力学シンポジウム講演論文集. (CD-ROM論文集). (2002)