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2014 年度 実施状況報告書

寒冷地河川管理のための河氷閉塞メカニズムを考慮した河氷変動計算モデルの開発

研究課題

研究課題/領域番号 26870023
研究機関北見工業大学

研究代表者

吉川 泰弘  北見工業大学, 工学部, 助教 (50414149)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード結氷河川 / アイスジャム / 河氷 / 氷板 / 晶氷 / 数値計算
研究実績の概要

過去に発生したアイスジャムの河道条件をみると,現地観測および既往研究から,川幅が狭窄部の地点,水深が氷厚に対して浅い地点,下流に固定した氷が存在している地点であることが多い.しかし,これらの地点において,アイスジャムの初期から終期までを観測することは困難であり,河氷閉塞メカニズムの時系列的な現象が未解明である.
平成26年度は,水理実験を実施し,河氷閉塞メカニズムの時系列的な現象を明らかにした.実験水路は幅0.8m,延長8m の水路を用い,実験で用いる氷は,実際の河氷と同等の比重(0.92) であるポリプロピレンとして,各閉塞地点を再現した実験ケースにおいて以下の測定を行った.平面動画撮影(水路上方にデジタルカメラ2 台を設置),側面動画撮影(水路側壁をアクリルで製作し水路側壁にビデオカメラを設置),水位測定(水面に氷が存在するため,水路床に圧力センサーを設置して測定),水温測定(水温により密度が異なるため測定).
得られた知見(1)本実験において,水路幅が狭い箇所の上流となる水深が深く流速の遅い箇所において,アイスジャムが発生した.氷板模型が堆積すると水位は上昇する.上流の水位が上昇し水面勾配が大きくなると,上流の氷板模型は下流へと流下する.下流では氷板模型の密集度が高くなるため,水位はさらに上昇する.本実験条件では,水路幅が狭い箇所,水深が浅い箇所ではアイスジャムは発生しなかった.(2)氷板のフルード数により,アイスジャム発生の可能性を評価できることが分かった.氷板サイズが大きく,氷板量が多く,流量が少ないほど,アイスジャムは発生しやすい.
本研究により得られた成果は,河道形状の影響を考慮したアイスジャム発生条件に関する新しい知見であり,アイスジャム災害の防災・減災対策を考案する際の重要な基礎資料となる.

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

平成26年度の研究の目的は以下である.
・河氷が閉塞する地点として,川幅が狭窄部の地点,水深が氷厚に対して浅い地点,下流に固定した氷が存在している地点に着目した水理実験を実施して現象を把握する.
平成26年度は,当初計画で予定していた実験を実施した.得られた実験データは,解析を進めており,順調に研究は進捗している.

今後の研究の推進方策

平成26年度の実験では,水深が浅い箇所でのアイスジャムの再現が出来なかった.また,実河川において支川が合流する箇所でのアイスジャム発生も予見されている.平成27年度は,水深が浅い箇所,支川合流部でのアイスジャムに着目した実験を行う予定である.
本研究で開発する計算モデルは,広く普及することを念頭におき,Lagrange的方法に比べて計算負荷が小さく,河川分野で一般に用いられているEuler的方法を採用する.河氷閉塞メカニズムは,河川の氷が物理的に河道を塞ぐため,河氷の移動速度が遅くなり河道内に堆積する現象が考えられる.本計算モデルは,固体である氷の流動を河川水と同様に運動方程式を用いて表現するため,河氷が物理的に河道に閉塞する現象をモデル化する必要がある.実験データを基に,氷と水の境界での摩擦,氷と氷の境界での摩擦,氷と河床の境界での摩擦を適切にモデル化する.本年度の研究の進捗により,河道条件を考慮した河氷閉塞メカニズムの表現が可能となり,より普遍性のある研究成果が得られる.

次年度使用額が生じた理由

当初計画では,動画解析ソフトウェア45万円を購入予定であった.このソフトウェアは,氷板模型の速度を計測できる.本年度は,共同研究者により,この解析を実施して頂いたので,本ソフトウェアの購入を見送った.

次年度使用額の使用計画

実験データを取得および解析するに当たり,必要となる機材などの購入を予定している.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] 寒冷地河川における晶氷発生計算モデルの開発と取水障害の発生条件2015

    • 著者名/発表者名
      吉川泰弘,黒田保孝,橋場雅弘,入交泰文
    • 雑誌名

      土木学会論文集B1(水工学)

      巻: 71_4 ページ: I_1327-I_1332

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 結氷河川における河道形状を考慮したアイスジャム発生条件に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      吉川泰弘,黒田保孝,伊藤丹,渡邊康玄
    • 雑誌名

      土木学会,河川技術論文集

      巻: 20 ページ: 241-246

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Study of Frazil Particle Distribution and Frazil Transport Capacity2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro YOSHIKAWA, Yasuharu WATANABE, Akashi ITOH
    • 雑誌名

      IAHR International Symposium on Ice

      巻: 22 ページ: 679-686

    • DOI

      10.3850/978-981-09-0750-1_1198

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A SIMPLE EQUATION FOR ICE SHEET THICKNESS AND ICE FORMATION/BREAKUP PREDICTION2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro YOSHIKAWA, Yasuharu WATANABE, Akashi ITOH
    • 雑誌名

      Journal of JSCE

      巻: 2 ページ: 203-213

    • DOI

      http://doi.org/10.2208/journalofjsce.2.1_203

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 氷板混合津波が橋桁に及ぼす波力特性に関する実験的研究2014

    • 著者名/発表者名
      佐藤好茂,阿部孝章,吉川泰弘,伊藤丹
    • 雑誌名

      土木学会論文集B2(海岸工学)

      巻: 70_4 ページ: I_1327-I_1332

    • DOI

      http://doi.org/10.2208/kaigan.70.I_851

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 鉛直2次元計算モデルを用いた河川津波による塩水遡上現象に関する数値実験2015

    • 著者名/発表者名
      吉川泰弘,阿部孝章,中津川誠,船木淳悟
    • 学会等名
      土木学会北海道支部,年次技術研究発表会論文報告集,第71号
    • 発表場所
      室蘭工業大学
    • 年月日
      2015-01-31 – 2015-02-01
  • [学会発表] 河道狭窄部がアイスジャム発生現象に与える影響2015

    • 著者名/発表者名
      北島笙子,吉川泰弘,黒田保孝
    • 学会等名
      土木学会北海道支部,年次技術研究発表会論文報告集,第71号
    • 発表場所
      室蘭工業大学
    • 年月日
      2015-01-31 – 2015-02-01

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公開日: 2016-06-01  

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