開水路流れの縦渦構造と3次元土砂輸送分布に関する研究

1986 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 61550369
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 禰津 家久 京大, 工学部, 助教授 (30109029)
• キーワード: 乱流構造 / 2次流 / 開水路乱流 / サンドリボン / 縦渦 / 縦筋 / レーザ流速計

研究概要

直線状河川には水深程度の直径をもつ並列した縦渦群が存在し、これが流れの3次元流速分布の主因であり、主流方向に剥離を伴わない水理条件では縦渦に対応した河床形状がされるであろうことが航測写真や可視化実験から推測されている。 しかし、縦渦の流速は主流速の2〜3%であり、これを直接実測し、その実態や河床形状との関係を解明することは従来困難であった。 本研究は、近年開発された高精度レーザ流速計を用いて2次流の流速分布を、また、超音波測探器を用いて河床形状を計測することにより、流れの縦渦群と河床の縦筋との関連性を検討したものである。
本年度は、まず、一様砂を用いて平坦河床移動床からどのような機構で縦渦が発生し、縦筋が形成されるかに研究の焦点をしぼった。 すなわち、平坦河床上に通水し、縦筋が形成されるまでの発達過程での流れの乱流構造や流速分布を2成分レーザ流速計で計測し、主流速分布や上昇流・下降流がどのように発生するかを時間の経過とともに観測した。 次に、上流側に人工的なリッジを置き、この下流で縦渦・縦筋がどのように形成されるかを比較検討した。 その結果、1)縦渦・縦筋の形成過程で、主流速分布はトラフ上でふくらみのある分布を示し、全体的に高速となる。 一方、リッジ上ではトラフ上ほどのふくらみは見られず、直線分布に近い形状をなし、全体的に低速となる。 2)トラフ上で下降流、リッジで上昇流となり、縦渦と縦筋とは互いに強い相互作用を及ぼしている。 3)トラフ上での掃流砂はリッジ上より大きく、河床が横断方向に凸凹分布を示し、これが流砂量の3次元横断分布を示す原因であることなどが明らかにされた。

研究成果

• [文献書誌] 祢津家久,中川博次: 土木学会論文集. 369号. 89-98 (1986)
• [文献書誌] Nezu,I;Rodi,W: Journal of Hydraulic Engineering ASCE.112. 335-355 (1986)
• [文献書誌] 祢津家久,中川博次: 京都大学防災研究所年報. 29号B-2. 647-673 (1986)
• [文献書誌] Nezu,I;Nakagawa,H.: Proe.of 3rd Asian Congress of Fluid Meeh. 3回. 146-149 (1986)
• [文献書誌] 祢津,中川,天野,藤本: 第31回水理講演会論文集. 31回. 413-418 (1987)
• [文献書誌] Nakagawa,H;Nezu,I: Journal of Hydraulic Research. 25. 67-88 (1987)