河川の断面変化部における3次元流れの研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02650351
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 板倉 忠興 北海道大学, 工学部, 教授 (70001138)
• 研究分担者: 森 明巨 北海道大学, 工学部, 助手 (00001339)
• キーワード: 河川断面変化部 / 複断面水路 / 開水路の2次流 / 開水路流の数値計算 / 河道変化 / 洪水流 / 水制

研究概要

1.河川断面急変部の流れの解析(板倉):今年度は、移動床水路内に水制状の突起物の列を配置し流れの3次元構造を明らかにした。水制の上流面では、剥離渦の下流側に生ずる水面付近の比較的強い流下方向の流れが、水制の上流面に当り、そのまま下降流となる。この下降流が河床付近に達すると、水路中央に傾いた逆流となる。水制上流面の河床砂は一旦上流側に移動し、流下方向の流れと合流する位置で巻き上がり、水路中央へと流出する。一方、水制の下流面では、側壁及び水制下流面に沿う剥離渦の流速が、河床においても比較的大きく、この流れに沿って河床砂が水路中央へ流出する。このように、水制の上流側および下流側では流れの機構が異なり、さらに、平坦な固定床上の流れとも全く異なっている。以上の2次流は静水圧分布の仮定のもとでは再現できず、本研究で開発された3次元の非静水圧数値計算モデルによって良く説明できることが明らかとなった。
2.複断面蛇行河川の流れの研究(森):複雑な境界条件の流れを安定に精度良く計算するために非構造格子の数値計算モデルを開発した。従来多用されている有限要素法では安定性に欠けるため、風上差分により簡単に安定性の高い計算法とすることが可能な有限体積法を採用した。しかし、非構造格子の風上差分は一次精度となるため精度の低下が懸念される。本モデルでは要素形状として幾何学的特性に優れているボロノイ図を用いている。本年度は、このことが計算精度に良好な結果を与えることを数値的に確認した。矩形断面直線水路において様々な格子点配列で等流計算を試みたところ、均一配列が収束性が良く精度も最良の結果が得られた。しかし、不規則配列や計算点密度が大きく偏った場合でも、実用上充分な精度で計算されることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] 森 明巨,板倉 忠興: "非構造格子数値解析における風上差分" 土木学会第46回年次学術講演会講演概要集. II. 464-465 (1991)
• [文献書誌] 山田 浩次,黒木 幹男,板倉 忠興: "水制周辺の流れ" 土木学会北海道支部論文報告集. 48. 365-368 (1992)
• [文献書誌] 飛山 裕之,黒木 幹男,板倉 忠興: "移動河道における水制の効果に関する研究" 土木学会北海道支部論文報告集. 48. 379-384 (1992)
• [文献書誌] 平井 秀男,森 明巨,板倉 忠興: "氾濫流の二次元数値解析の自動化に関する研究" 土木学会北海道支部論文報告集. 48. 397-400 (1992)
• [文献書誌] 秋間 隆,黒木 幹男,板倉 忠興: "常・射流混在流の河床変動計算" 土木学会北海道支部論文報告集. 48. 417-420 (1992)
• [文献書誌] 貢 連躍,森 明巨,板倉 忠興: "非構造格子を用いた有限体積法による河床変動計算の研究" 土木学会北海道支部論文報告集. 48. 427-432 (1992)