シルトフェンスの最適な敷設計画のためのシミュレーションソフトウェア開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555149
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 秋山 壽一郎 九州工業大学, 工学部, 教授 (20192916)
• 研究分担者: 藤井 秀博 (株)大成建設, 技術研究所・構造研究部・海洋水理研究室, 室長
• キーワード: 土砂直投工 / 水質汚濁 / シルトフェンス / 固液混相流 / 濁水密度流 / 数値シミュレーション / LES / Smagorinsky Model

研究概要

本研究は、"汚濁拡散防止膜というハード"と"その適正な敷設法というソフト"が一体となってはじめて効果的な汚濁防止対策となるとの立場から、汚濁拡散防止膜の合理的かつ経済的な敷設を行なうための数値シミュレーションソフトウェアの開発を目的として研究を開始した。本年度の研究実績の概要は以下の通りである。
(1)数値モデルの構築
対象とする現象が大きな乱流スケールが支配的な高濃度濁水密度流であることを踏まえ、乱流モデルとしてはLES、混相モデルとしては1流体モデルに基づく数値シミュレーションモデルを開発した。高濃度固-液混相流においてLES中のモデル定数がどのような値を取るのかについて全くわかっていないので、下記の実験研究で得られた実験データを用いて、モデル定数の同定および数値モデルの検証を実施した。
(2)実験研究
現有装置の大型水槽(長さ10m、深さ1.3m、幅1.0m)内部に両面アクリル製の水槽(長さ6.0m、深さ1.0m)を設置した実験水槽を作成し、塩水塊あるいはガラスビーズと水を混合した濁水塊を直投することで浮力塊を発生させ、その落下から底面衝突を経て水平流動に至るまでの一連の流動プロセスを再現した。塩水塊では導電率計を用いた塩分濃度、画像解析による流動速度および形状の測定および算定を行った。濁水塊ではこれらの特性量の算定に加え、超音波ドップラー流速計および電磁流速計を用いた流速測定、および堆積粒子の算定も実施した。また、関西国際空港建設時のプロトタイプ実験に関する現地データの収集も行った。その他、本研究期間では流水中における落下粒子群の流動特性の把握と定量化、シルトフェンスが設置された場での濁水塊の挙動に関する知見と拡散抑制効果に関する知見などの有益な成果が得られた。

研究成果

• [文献書誌] 秋山壽一郎 ら: "有限な水深を有する静水中に直投された微細粒子群の数値シミュレーション"土木学会論文集. No.663/II-53. 43-53 (2000)
• [文献書誌] J.Akiyama et al: "Swarms of particles falling through stagnant and flowing waters"Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering, JSCE. Vol.18,No.2. 105-122 (2000)
• [文献書誌] 秋山壽一郎 ら: "直投粒子群の流動・拡散現象と乱れ特性に関する研究"水工学論文集. 第45巻. 1261-1266 (2001)
• [文献書誌] 秋山壽一郎 ら: "直投粒子群の底面衝突後の流動特性に関する実験的研究"水工学論文集. 第45巻. 1267-1272 (2001)
• [文献書誌] A.K.Jha,J.Akiyama et al.: "Numerical simulation of gravity currents"Annual Journal of Hydraulic Engineering. Vol.45. 979-984 (2001)
• [文献書誌] A.K.Jha,J.Akiyama et al.: "Numerical investigation on the motion of 2-D particle cloud"Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering, JSCE. Vol.19,No1(in press). (2001)