| 研究概要 |
河川の治水安全度を評価する上で、その基本は流れの抵抗則の確立であり、粗度係数の予測精度の向上が重要となる。実河川における流れの抵抗特性は、多種多様な河床波、河床材料、河道形状、河道内の植生群落、更には河川構造物により複雑な相互作用系によって総合的に規定される。そのため、現状では経験的に得られた見かけの粗度係数によって判断され、既知の境界条件から数理的、演繹的に粗度係数を算定することは困難な状況にある。本研究では,二次元粗度と三次元粗度における完全粗面乱流を比較するために,同一の代表径を有する球状粗度および円柱粗度が規則的に路床に最密充填配列された完全粗面乱流において抵抗特性および粗度近傍の乱流構造について検討し,以下の知見を得た.1)同一の代表径を有する球状粗度および円柱粗度が路床に規則的に最密充填配列された完全粗面乱流においては,円柱粗度に較べて球状粗度の抵抗が大きい.2)無次元主流速分布では,対数則領域における同一の無次元高さにおいて球状粗度上の主流速は円柱粗度に較べて小さくなる.3)球状粗度および円柱粗度とも粗度近傍には安定した上昇流および下降流が形成され,その大きさは円柱粗度に較べて球状粗度の方が大きい4)粗度近傍におけるレイノルズ応力の直線分布からの欠損量は,球状粗度および円柱粗度とも粗度径の増大に伴って大きくなる.5)球状粗度および円柱粗度とも乱れの強さは鉛直方向にはRoughness Sublayerの外側で指数関数による乱れ強度式によって良好に再現されているのに対して,粗度近傍では過大評価され,粗度径の増大に伴ってその適合性は低くくなる.6)Nikoraによって提唱されたForm induced stressを球状粗度および円柱粗度上の完全粗面乱流に適用し,試算されたForm induced stressは円柱粗度に較べて球状粗度で大きくなる傾向が示された.
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