| 研究概要 |
日本の河川の多くは複断面蛇行河道形状となっており,高水敷上の水深や蛇行度といった水理特性によって洪水の流れ方が変化し,河道全体の抵抗や河床形状が変化する.研究代表者らは,複断面蛇行河道の流れと河床変動を解析する数値解析モデルを開発し,模型実験結果と数値実験結果を比較検討してきた結果,高水敷の粗度や低水路幅の影響が個々の現象に大きく影響を及ぼし,流れと河床形状の特性を変えていることを見出した.本研究は,研究代表者らが開発した数値モデルや実験結果から,高水敷や低水路緒量(幅,水深,粗度,蛇行度等)の違いに起因した流れや抵抗特性,河床形状の変化を検討し,複断面蛇行河道における流れ場や河床形状を決めるメカニズムとその支配量を明らかにし,このような流れ場の特性を説明できるようにすることを目的としている.相対水深と高水敷及び低水路の粗度の違いが複断面蛇行流路の流れと河床変動に及ぼす影響について検討した結果,複断面蛇行流路において流砂量の縦断変化が卓越するとき河床形状は単断面的蛇行流れの形状を示し,横断的な変化が卓越するとき河床形状が複断面的蛇行流れの形状を示すことが明らかとなった.実験と解析の比較から,複断面的蛇行流れにおいて河床付近で流速が集中している所では,実験における流砂量が解析よりも増大しており,平均流とせん断力の関係から定まっている平衡流砂量式の適用に問題がある可能性が大きいことを示した.蛇行度を変えた模型実験及び数値解析を行い,特に相対蛇行度と蛇行の絶対曲率が小さい場合には,流れの直進性が増大するために単断面流れ,複断面流れの場合にも内岸に最大主流速線が現れる複断面的蛇行流れになり,河床は縦断的に連続して洗掘されることを新たに見出した.種々の条件で数値解析,実験を基に流れ場の領域区分図を提案した.浮子を用いた現地観測の流量精度について数値実験的に検討し,観測断面の位置の選定によって最大で15%程度の流量観測誤差が生じる可能性があることを示した.流量が非定常的に変化する場合における流れ場について,流れ構造や抵抗の変化について検討を行い,洪水が高水敷に乗り上げたり,高水敷から落ち込む場合には水位,流量曲線が大きく異なり,相対水深が大きくなると低水路と高水敷の間における運動量交換が活発になるために,抵抗が増大するために,水位〜流量曲線が上昇時と下降時にそれほど変化しないことを明かにした.
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