| 研究課題/領域番号 |
23K17776
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分22:土木工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
内田 龍彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00379900)
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| 研究分担者 |
井上 卓也 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (20647094)
鳩野 美佐子 広島大学, 防災・減災研究センター, 特任助教 (40837019)
横嶋 哲 静岡大学, 工学部, 准教授 (80432194)
椿 涼太 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80432566)
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| 研究期間 (年度) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2025年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 渦 / 波速 / 水面画像 / PIV / 水面変動 / 水面流速計測 / 波 / 洪水流 / 壁法則 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では水面流況から水面下の流れや河床を推定するために，申請者らの開発した流れ数値解析法と水面の画像解析技術を組み合わせる．水面流況の平均構造は大きな流れの三次元渦構造は水深平均流速場から決定されることから，渦糸の運動を引き起こす流れ場の推定問題とすることができると考えた．この検討は壁法則の開発そのものであり，これまで曖昧とされてきたサブグリッドスケールの三次元流と乱流を分離した新たな壁法則の展開に繋がり，その成果は環境流体研究全体に波及する．さらにこの成果を水面の高精度解析にフィードバックさせ，重力波の波速分布と流速分布の変形量を抽出し，河床形状，河床粗度の推定法に挑戦する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では水面流況から水面下の流れや河床を推定するために，申請者らの開発した流れ数値解析法と水面の画像解析技術を組み合わせた水面撮影動画からの水面下の流れと河床の推定法を確立することを目的としている．
今年度は蛇行流路における水面流速の測定と三次元解析，二次元解析および渦度方程式を用いた底面流速解析法の解析結果と比較し，水面流速解析精度の比較などの基礎的検討を行った．底面流速解析法は二次流の影響を考慮できるために，水面流速の解析精度が二次元解析よりも向上し，三次元解析に近い結果が得られ，実験結果をよく説明できることが分かった．
波成分からの内部流況評価のために，洪水時の表面撮影画像から河床高を含めた内部流況を推定するための第一ステップとして，二点間の水位計測データから水面流速と水深の推定方法の開発を行った．本研究では，水面変動計測の変動成分を周波数ごとに分離し，それらの上下流への伝播速度と流下方向流速，微少振幅波理論の波速と比較し，点計測から時間変動波形の伝播速度を求め，特徴的な周波数を抽出し伝播速度を求め，水面変動と水深の関連性について検証を行った．これより波の伝播速度では前進波で全体的に実験値と理論値が近い値を取り，水表面流速では水面変動より求められるものがPIV法によって求められるものと近い値を取ることが分かった．これらより常流場において水面変動の点計測により水深と水表面流速が推定できる可能性について示唆された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
蛇行流路のPIV計測を行い，水面流速などを抽出したが，波成分，乱流成分との分離法の検討には至っていない．しかし水面流速について解析法の基礎的比較は行えた．
一方で，波の部分の考察を別途進めるために，二点の点計測値から得られる時間変動波形の二点間の伝播速度から分散関係式を用いて水深が計測できることを示した．また，同様の検討を行っている研究者との情報交換を行えた．
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| 今後の研究の推進方策 |
蛇行流路のPIV計測を行い，平均流成分，波成分，乱流成分の分離を行い，各抽出成分の精度検証を行う．そして，これらに対する底面流速解析法の妥当性を検討し，内部流況推定法を検討する．
一方で水面変動成分の時間変動波形の移動から内部流況と流速の推定についても検討を進める．二点間の計測については，蛇行流路においても実施し，水路平面形状が与える影響についても検討する．また，二点間の時間変動波形の移動だけでなく画像解析を意識し，水面の空間波形の伝播速度に着目したより詳細な検討を実施する．
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