| 研究課題/領域番号 |
21K04272
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
音田 慎一郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50402970)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 数値モデル |
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| 研究実績の概要 |
近年，激甚化する豪雨災害では，洪水流が河床や河岸を構成する多量の土砂を侵食し，河川の流路が大きく変動する現象が確認されている．これまでの河川洪水流予測，河床・河道変動解析では，実用性の観点から平面的な水の流れ場を解く巨視的なモデルが汎用されてきたが，災害リスクが高くなってきている中で，流路変動現象について精度の高い予測を行うためには，氾濫流の非定常的な挙動と，地形変化をもたらす河岸，河床近傍の流れと土砂輸送特性を取り扱うことのできるモデルの構築が必要である．その際，実際の河川では曲線形状を有していることから河道に沿った一般座標系を用いることが有用であると考えられる．
そこで本研究では，申請者が開発してきた表面流と浸透流を同時に予測できるデカルト座標系での流体解析モデル，土砂輸送モデルを河道に沿った一般座標系に拡張し，水際・河床近傍の複雑な流れの３次元性と土砂輸送特性を考慮することで，洪水中の３次元的な流路変動場を予測できる新たな計算力学的アプローチを構築する．
本年度はその第一段階として，表面流と浸透流を同時に予測できる３次元流体解析モデルを一般座標系に拡張することでモデルの発展を行った．水面変動の予測として，気液界面の追跡には密度関数法を適用した．直線水路，および湾曲水路の側壁に堰を設置した場合の横越流現象に関する既往の実験に数値解析モデルを適用し，モデルの妥当性を検証した．水深や平均流速の主流方向分布，横越流に伴う流量について比較したところ，概ね再現できることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は，表面流と浸透流を同時に予測できる一般座標系での３次元流体解析モデルと土砂輸送モデルを組み合わせ，水際・河床近傍の複雑な流れ構造と土砂輸送特性を考慮した数値解析モデルの構築を行い，河岸侵食を伴う流路変動現象，横越流に伴う破堤現象を精度よく予測できる３次元数値解析モデルの構築を目的としている．
そこで，現在までに３次元流体解析モデルを一般座標系に拡張することでモデルの発展を行った．また，開発した数値解析モデルを直線水路，および湾曲水路の側壁に堰を設置した場合の横越流現象に関する既往の実験に適用し，モデルの妥当性を検証した．水深や平均流速の主流方向分布，横越流に伴う流量について比較したところ，概ね再現できることを確認した．
さらに，現象を解明するために流路変動現象に関する水理模型実験を実施し，水理条件の設定を行った．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は，表面流と浸透流を同時に予測できる一般座標系での３次元流体解析モデルと土砂輸送モデルを組み合わせ，水際・河床近傍の複雑な流れ構造と土砂輸送特性を考慮した数値解析モデルの構築を行い，河岸侵食を伴う流路変動現象，横越流に伴う破堤現象を精度よく予測できる３次元数値解析モデルの構築を目的としている．そこで，デカルト座標系での３次元流体解析モデルを一般座標系に拡張するとともに，直線水路，および湾曲水路の側壁に堰を設置した場合の横越流現象に関する既往の実験に適用して，流れの基本的特性を確認した．
今後，水理模型実験を実施し，流路変動場での水際の流れと土砂輸送特性の現象解明に取り組むとともに，土砂輸送モデルを組み合わせて数値モデルの高度化を行い，模型実験に適用してモデルの妥当性を検証する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルス感染拡大防止の観点から次年度以降に模型実験を実施する際の経費として使用するため
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