数値流体計算を用いた波動場における沈降性浮遊粒子と密度流の相互干渉に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750458
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 細山田 得三 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70262475)
• Keywords: 密度流 / Turbidity / 数値流体シミュレーション

Research Abstract

平成12年度は本研究助成における初年度に当たる.今年度は河口付近の密度流現象(塩水くさびの遡上)と河川流との相互作用を調べることに着目して研究を行なった.沈降性浮遊粒子としては河川における土砂を対象とした.河口付近では河川流とそれに逆らって遡上する塩水くさびとの間に強力な乱流混合状態が形成され、それに伴って河川の濁度がピーク(Turbidity Maxima)をとることが知られている.この現象は実際の河川における計測においても報告されており、そのメカニズムや動態を把握することが河川管理のみならず環境因子の輸送現象を理解する上でも重要となっている.本研究では、流体数値シミュレーションの技法を用い,河川流、浮遊物質の輸送、密度場の輸送を単一の数値モデルとして取り込み、すべてを連立させて場の発展計算を行った。この数値モデルでは、(1)上流から輸送される土砂の沈降と塩水くさびの遡上との相互作用、(2)河床に堆積している沈降性物質が塩水くさび先端の強い乱流混合によって再浮遊(resuspension)する素過程の2つについて計算をおこなった。前者においては河川によって輸送される沈降性物質が塩水くさびに衝突し、河床に堆積した沈降性物質が再浮遊する動態を明らかにすることができた。後者では塩水くさび先端から発生した上向き物質フラックスによる浮遊土砂の発生と輸送の素過程が明らかとなった.また、そのフラックスによる塩水くさび先端でのTurbidity Maximaの発生過程の動態を明らかにすることができた。従来の研究では河床底面の形状は波状の凹凸ができることが報告されている。本研究において底面でのせん断応力、底面での浮遊物質のフラックス、底面での浮遊物質量の時空間分布を調べた結果、波状の分布形を持つことが示された.このことから、このような地形形状の特性は密度フロントの強い乱流混合によるものであることが明らかとなった。また本研究より、密度界面の変動やせん断不安定の構造なども明らかとなり、本計算法が高い汎用性と信頼性を有していることが明らかとなった。これらの成果は、国内外の研究発表会での公表を行っている。

Research Products

• [Publications] 細山田得三,福嶋祐介,早川典生,J.F.Atkinson,青山了士: "河口における密度流と浮遊物質の輸送に関する数値計算"水工学論文集 土木学会. 第44巻. 955-960 (2001)
• [Publications] Tokuzo Hosoyamada,J.F.Atkinson,N.Hayakawa,S.Aoyama: "Exact Numerical Simulation of Suspended Sediment and Salt Wedge around a River Esturary"Proc.of The 4th International Conference on Hydro Dynamics. 4. 827-832 (2000)