| 研究課題/領域番号 |
21H01432
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
椿 涼太 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80432566)
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| 研究分担者 |
戸田 祐嗣 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60301173)
尾花 まき子 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (10447831)
赤堀 良介 愛知工業大学, 工学部, 教授 (50452503)
川村 里実 (山口里実) 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 主任研究員 (70399583)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 礫河川 / 中小洪水 / 土砂動態 / 時系列 |
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| 研究実績の概要 |
北海道を流れる十勝川水系札内川をフィールドとし，6月に実施されたダムからのフラッシュ放流にあわせて，ハイドロフォンと圧力変動計測装置・Spheraの二つの計測装置を一セットとして三箇所に配置して，フラッシュ放流中の土砂移動量と圧力変動のデータを取得した．このフィールドでは，粗粒化は進行しておらずフラッシュ放流を含めた中小出水でも，一定の土砂移動がおきる．河川管理者が工区設定を行って継続的に河川環境調査を実施しており，人為的攪乱として水路掘削が行われた工区を中心とした調査を行った．
現地計測では，地点毎に，ハイドロフォンで取得される2チャンネル (Ch), 96 kHzの圧力変動データ，圧力変動計測装置・Spheraにより得られる3 Ch, 50Hzの圧力変動データを取得した．ハイドロフォンデータについては，これまでの計測イベントに比べて土砂移動量が多かったことから，データ分析方法のチューニングを行うことで，土砂通過量の時系列を取得した．Spheraで得た圧力変動データについては，スパイクノイズが確認され，水理実験によりその原因が土砂の圧力センサ近傍への衝突であることを突き止めた．逆にそのスパイクノイズを用いて土砂通過量を算定することを試み，水理実験結果については，ある程度定量的な評価ができることを確認した．また，圧力変動データを分析することで，底面せん断応力をある程度評価できることを確認した．
流れと河床変動の平面二次元数値計算を実施して，現地計測地点周辺の流況について再現を行った．網状の流路網について全体的な洗掘・堆積の傾向を捉えることはできたが，掘削水路の河床変動については実績をあまり再現することはできなかった．
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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
現地調査でおおむね計画通りのデータが取得できた．また水理実験による基礎的な検証なども実施でき，データ分析方法の検討が進み，データから理解できる現象を把握することができた．ただし３台のハイドロフォンのうち１台は機器の浸水によりデータが取得できなかった．浸水対策のために機器更新を試みたが，その特注製品の納期が半導体不足などの理由により次年度の秋頃になることがわかり，一部予算の繰り越しを行った．
中心的な計測点である掘削水路の中央では，放流中の画像を取得して，実河川の可視化計測技術を利用して流速分布と流量を分析して，数値計算の検証データなどに利用した．
検証用の水理実験で実施する可視化計測のためのブルーレーザーシート光装置を購入した．また，水理実験と数値計算に利用するワークステーションを購入した．数値計算により網状流路での流量配分についてある程度再現することができたが，掘削水路の河床変動についてはあまり再現することができなかった．掘削水路では常射流の限界流に近い条件であり，土砂移動についても限界掃流力に近い状況になっており，微妙な流れの違いが河床変動や土砂移動量に敏感に反映されることが原因と考察した．このことからも，現地計測にて，局所的な土砂移動量や流況を把握することの重要性が改めて確認できた．
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| 今後の研究の推進方策 |
現地計測で得られた圧力変動データから，底面せん断応力以外の情報を抽出するための基礎検討を行うために，数値計算結果と水理実験を用いて，Spheraを含む粗面流れを再現し，Spheraで計測する底面圧力と乱流の関連の検討を進める．
水理実験では，実河川の礫河床を水路で再現して通水し，Particle Image Velocimetryを用いて，流速分布を取得しつつ，現地調査でも使用するSpheraにより圧力データを取得する．数値計算では水理実験を，大規模な乱流を直接解像するLarge Eddy Simulationを用いて再現する．
Spheraで計測される底面圧力と，内部の圧力や流速の相互相関の空間分布を把握して，底面圧力から流況を把握できる空間的な範囲を明らかにする．また，イジェクションやバースティングといった乱流イベントとSpheraで計測される底面圧力との関係を検討する．
現地計測については，蓄積されたハイドロフォン・Spheraおよび地形変化のデータから，流れ・土砂移動・河床変動の相互作用について計測データに基づく分析をすすめる．
現地計測結果・水理実験・数値計算で得られた成果を活かし，フラッシュ放流の放流水量を削減しつつ攪乱効果の発揮を狙う方策を，計測結果から提案することを狙う．
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