自然水域における拡散・分散過程とその模型手法に関する研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02302065
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 早川 典生 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (70143815)
• 研究分担者: 綾 史朗 京都大学, 工学部, 講師 (00026361) ; 小松 利光 九州大学, 工学部, 教授 (50091343) ; 玉井 信行 東京大学, 工学部, 教授 (90010818) ; 中村 由行 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (90172460) ; 福嶋 裕介 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (40111661)
• キーワード: 拡散 / 分散 / 乱流拡散 / 拡散模型 / 水理模型 / 数値模型 / 密度噴流 / 潮流

研究概要

自然水域の種々の幾何学的な形状や力学的要因に基ずく拡散・分散過程に関して、各分担研究課題毎に研究を進めると共に、全体テ-マを設定して研究集会を開催して討議を重ねることにより問題点を整理した。各分担課題毎の成果は以下のようなものであった。1.壁面密度噴流拡散現象に関してkーε乱流モデルを用いて解析し、乱流拡散係数の分布を明らかにした。2.閉鎖性水域としての中禅寺湖、大阪湾について乱流拡散係数を定式化した。3.貯水池の濁度制御に関わる物理模型と数値模型を構築した。4.複断面開水路の浮遊砂流れの拡散分散係数を導き実験的に検証した。5.海域での浮遊物質拡散をラグランジュ的に追跡する数値シミュレ-ションプログラムを開発し、流れと拡散の関係を明らかにした。また沿岸海域の拡散現象の二次元、三次元解析プログラムを開発した。6.拡散方程式の移流項の高精度差分について新手法を考案してテストした。また海域の一次元分散係数に関して新しい定式法を考案しその実用性を確かめた。7.河川流の一次元分散係数に関して、ラグランジュ的解析法の適用性を実験デ-タを基に示すと共に、パラメ-タ-の広い範囲でデ-タを収集し、その性状を明らかにした。8.東京湾における現地調査デ-タから、海域における乱流拡散係数を評価すると共に、フロ-ト追跡と固定点における潮流デ-タとの統計的特性の関係を得た。9.潮流の卓越する内湾において、開口部付近の渦の形成と海水交換の関連を水理模型実験により示した。10.潮流の卓越する内湾域における拡散係数のデ-タを集積してその法則性を示すと共に、柱状粗度を用いた水理模型中の拡散係数の制御方法を示した。
これら各種の水域で得られた拡散分散過程の知識と問題点を集積整理して報告書とした。

研究成果

• [文献書誌] N Hayakawa: "The similarity of horizontal diffusvity in the tidal hydraulic model" Proceedings of International Conference on Physical Modeling of Transport and Dispersion. 6B15-6B20 (1990)
• [文献書誌] Y.Fukushima: "Analysis of inclined wall plume by the kーε turbulence model" Journal of Applied Mechanics. 112. 455-465 (1990)
• [文献書誌] Y.Nakamura and N.Hayakawa: "Modelling of thermal stratification in lakes and coastal seas" “Hydrology of Natural and Manmade Lakes",IAHS Publication. 206. 227-236 (1991)
• [文献書誌] Y.Nakamura: "Vertical diffustivtiy in coastal seas" Coastal Engineering in Japan. 34. 57-80 (1991)
• [文献書誌] K.Ohgushi: "Development of a new finite difference model on advectionーdiffusion problem" Proceedings of XXIV IAHR Congress. C261-C267 (1991)
• [文献書誌] Y.Komatsu: "Simulations of tidal current and pollutant diffusion in a bay" Proceedings of International Symposium on Environmental Hydraulics. 847-852 (1991)
• [文献書誌] 小松 利光: "拡散シミュレ-ションにおける移流輸送の高精度計算法の開発" 土木学会論文集.
• [文献書誌] T.Komatsu: "On evaluation of dispersion coefficient in a bay" Proceedings of 2nd International Stmposium on Hydraulic and Environmental Modelling of Coastal,Estuarine and River WAters. (1992)
• [文献書誌] Y.Iwasa: "Predicting longitudinal dispersion coeffcient in openーchannel flows" Environmental Hydraulics. 2. 505-510 (1991)
• [文献書誌] Y.Iwasa: "Transverse mixing in a river with complicated channel geometry" Bulletin,Disaster Prevention Research Institute,Kyoto University. 41. 129-175 (1991)
• [文献書誌] K.Nakatsuji: "Effects of tidal modulation on river plume spreading" Hydraulic and Environmental Modelling of Coastal,Estuarine and River Waters. (1992)
• [文献書誌] 中辻 啓二: "SGS渦動粘性係数を用いた大阪湾潮流の有限要素解析" 水工論文集. 36. 693-696 (1992)
• [文献書誌] 羽田 英明: "貯水池のモデル化に関する実験的研究" 平成2年度土木学会中部支部研究発表会講演概要集. 186-187 (1991)
• [文献書誌] 加藤 晶久: "散水3床による濁水軽減策の実験" 平成3年度土木学会中部支部研究開発会講演概要集. 205-206 (1992)
• [文献書誌] 高津 治: "湖沼の水温構造の予測モデル" 水工学論文集. 35. 179-184 (1991)