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2013 年度 実績報告書

植生を有する開水路乱流における運動量・物質輸送機構の解明とモデル化

研究課題

研究課題/領域番号 23360215
研究機関広島大学

研究代表者

河原 能久  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70143823)

研究分担者 横嶋 哲  静岡大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80432194)
椿 涼太  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80432566)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード流れ-植生の相互作用 / 乱流 / 抗力 / LES / RANS / 大規模水平渦 / 植生の変形
研究概要

本年度においては,実験,数値解析,現地調査を行い,河川における洪水と樹木群や沈水植物の相互作用の計測とモデリング,数値解析法の開発を進めた。
2種類の実験を行った。1つ目の実験では,樹林帯模型を配置した直線開水路における乱流を計測した。樹木帯の位置を水路中央と側壁沿いとし,それぞれに対して樹林帯が連続する場合と非連続の場合を対象とした。そして,樹林帯の位置と連続性が大規模な水平渦や流水抵抗に及ぼす影響を測定した。2つ目の実験では,複断面蛇行水路を用いて,高水敷先端に沿って存在する樹木群の位置の影響を計測した。そして,樹林帯は,流水抵抗を増大させ,水深を増加させるものの,流速分布に与える影響は小さいことを見出した。
数値解析では,LESと乱流モデルによる3次元解析を行い,実験結果の再現性を検討した。樹林帯が連続する場合には両方法とも水面・流速変動や平均流速の実験結果を良好に再現した。しかし,不連続の樹林帯に対しては,LESの方が乱流モデルよりも良好な結果を算出するものの,その再現性は低下した。従来の抗力係数と樹木密度を用いた流体抵抗の評価方法に課題があることを指摘した。そして,個々の樹木群要素周りの流れを陽に解像する数値解析手法を開発し,50本の円柱群周辺の流れを解析し,巨視的と微視的な流れの特性を検討した。巨視的な解析手法の基礎を与えるデータベースの構築に向けた準備を完了させた。
礫河川において,洪水が沈水植物であるオオカナダモに及ぼす影響を調査した。そして,柔軟な沈水植物群落の流水抵抗は河床と同程度であること,出水中に群落の外形を流線型とすることで群落全体の流失が抑制されていることを確認した。しかし,沈水植物の流失量とその地点の水理量や河床材料の間には明確な関連は認められず,沈水植物の機械的強度の影響などを検討する課題が残された。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 円柱群を過ぎる2次元流れの抗力特性2014

    • 著者名/発表者名
      横嶋哲,野田博,河原能久
    • 雑誌名

      土木学会論文集B1

      巻: 70 ページ: I_829, I_834

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 開水路乱流実用解析のためのLES法の基礎的検証2014

    • 著者名/発表者名
      久末信幸,中山昭彦,横嶋哲
    • 雑誌名

      土木学会論文集B1

      巻: 70 ページ: I_1441, I_1446

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The uncertainty of local flow parameters during inundation flow over complex topographies with elevation errors2013

    • 著者名/発表者名
      Tsubaki, R. and Kawahara, Y.
    • 雑誌名

      J. Hydrology

      巻: 486 ページ: 71, 87

    • DOI

      10.1016/j.jhydrol.2013.01.042

    • 査読あり
  • [学会発表] Primary velocity distribution in open channels with different vegetation layout – experiment and numerical simulation2014

    • 著者名/発表者名
      Kawahara, Y.
    • 学会等名
      4th Japan-Korea Mini-Symposium on Modeling and Measurement of Hydraulic Flows
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      20140328-20140328
    • 招待講演
  • [学会発表] Large-eddy simulation of turbulent flows through idealized emergent vegetation2014

    • 著者名/発表者名
      Yokojima, S.
    • 学会等名
      4th Japan-Korea Mini-Symposium on Modeling and Measurement of Hydraulic Flows
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      20140328-20140328
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical investigation of drag in regular arrays of circular cylinders2013

    • 著者名/発表者名
      Yokojima, S. and Kawahara, Y.
    • 学会等名
      66th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics, APS
    • 発表場所
      Pittsburgh,USA
    • 年月日
      20131124-20131126
  • [学会発表] Effect of vegetation configuration on turbulent flows in a rectangular open channel2013

    • 著者名/発表者名
      Yokojima, S., Kawahara, Y. and Yamamoto, T.
    • 学会等名
      35th IAHR World Congress
    • 発表場所
      Chengdu, China
    • 年月日
      20130908-20130908
  • [学会発表] Estimation of detachment rate of algae due to grinding by sediment transport using spectral image analysis2013

    • 著者名/発表者名
      Ishio,S., Tsubaki, R., Kawahara, Y. and Nakasdoi, Y.
    • 学会等名
      ISRS2013
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      20130902-20130905
  • [学会発表] Experimental study of turbulent flows in an open channel with different vegetation patches2013

    • 著者名/発表者名
      Matsubara, K., Kawahara, Y., Yamamoto, T. and Tsubaki, R
    • 学会等名
      35th IAHR World Congress
    • 発表場所
      Chengdu, China
    • 年月日
      2013-09-11
  • [学会発表] On the spatial distribution of aquatic plant in gravel river2013

    • 著者名/発表者名
      Tsubaki, R. and Kawahara, Y
    • 学会等名
      35th IAHR World Congress
    • 発表場所
      Chengdu, China
    • 年月日
      2013-09-10
  • [備考] 広島大学水工学研究室HP

    • URL

      http://www.civil-hu.jp/hyd/about.html

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公開日: 2015-05-28  

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