各種水域の乱流構造特性とその移動床問題への水工学的応用に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01302046
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中川 博次 京都大学, 工学部, 教授 (60027216)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 晋 徳島大学, 工学部, 講師 (50198157) ; 清水 義彦 群馬大学, 工学部, 助手 (70178995) ; 村上 正吾 京都大学, 工学部, 助手 (70166247) ; 辻本 哲郎 金沢大学, 工学部, 助教授 (20115885) ; 禰津 家久 京都大学, 工学部, 助教授 (30109029)
• Keywords: 掃流砂 / 確率モデル / ピックアップレイト / ステップレングス / 粗度急変流れ / オ-バ-シュ-ト現象 / kーε乱流モデル / 植生

Research Abstract

本年度の研究によって得られた成果は次の通りである。
1.掃流運動の初期移動を特徴付けるpickーup rateに及ぼす砂粒径,掃流力の変動,非定常流れの加速度の効果を粒子の河床からの離脱の運動方程式に基づき検討し,その効果を簡便な近似式で表現した。提案された式は従来の広範囲にわたる砂粒径のpickーup rateの実験値と良好な一致を示しその妥当性が確認された。さらに提案式は河床背面のような掃流力が空間的に変動する場に対しても有効であることが実験的に明らかにされた。
2.掃流運動の流送過程を特徴付けるstep lengthとmoving periodを記述する枠組みを明かにし,掃流力の増加に伴い運動形態が滑動からsaltationに変化することを考慮してそれぞれに対応したLagrange的な数値模擬を行い掃流力の増加に伴うstep lengthの変化傾向を検討した。結果は平均値,変動係数とも実験値との対応は良好であった。さらに均質場を対象にした場合には確率論的な考察により,より簡単にその推定が可能であることを示した。
3.pickーup rate,step lengthとmoving periodより構成される掃流モデルを河床 背面,振動流・一方向共存場に適用,実験的に検討,非一様・非定常な流れ場での流砂モデルとしての妥当性を確認した。
4.植生を有する流れ場における浮遊砂濃度分布の制移過程を,kーε乱流モデルと砂粒の拡散方程式により再現した。結果は室内水路実験の結果と良好な一致を示し,その有効性が認められた。さらに砂粒の質量拡散係数と流れの運動量拡散係数とのReynoldsアナロジ-に基づく簡便な浮遊砂の制移過程モデルを提案し,これも実験結果との対応は良好であった。

Research Products

• [Publications] 村上 正吾: "掃流運動のモデルとstep lengthの評価" 水工学論文集. 35. 423-428 (1991)
• [Publications] 清水 義彦: "直立性植生層を伴う流れ場の構造に関する実験的研究" 土木学会論文集. 438. 31-40 (1991)
• [Publications] 村上 正吾: "河床砂礫のpickーup rate推定式について" 土木学会論文集. 443. 9-16 (1992)
• [Publications] Tetsuro Tsujimoto: "Concentration Distribation of Suspended Sediment in Vegetated Sand Bed Channel" Proc.of Int.Sympo.on the Transport of Suspended Sediments and its Mathematical Modelling. 265-272 (1991)
• [Publications] Hiroji Nakagawa: "Turbulent Structure and Suspended Sediment in Vogetated Bed Channel" Proc.of Int.Sympo.on Environmental Hydraulics. 421-426 (1991)