2018 Fiscal Year Annual Research Report
溶存酸素動態を新機軸とする永続可能な河川ワンド環境のインテリジェントデザイン
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17H03311
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山上 路生 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80362458)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 守啓 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 准教授 (00647042)
永山 滋也 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 研究員 (70540558)
岡本 隆明 京都大学, 工学研究科, 助教 (70599612)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 環境水理 / ワンド環境 / ガス輸送 / 水理実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水面のDO フラックスを正確に評価できるモデルの開発を進める。局所ガス輸送速度の計測方法とその理論を提案した。
特に界面の境界層厚に注目して、一様流れにおいて底面起因の乱流と界面の濃度境界層の関係を定式化した。これはカルマンの運動量方程式にヒントを得たもので、DOの輸送方程式を鉛直方向に水面から境界層厚さに対応する地点まで積分することで、濃度境界層厚に関わる時空間の輸送方程式が得た。これを解いて、濃度境界層厚さと流れ構造の関係、濃度度境界層厚さの空間分布の解析解を導出した。
この理論を検証すべく本年度では、実験室にて濃度境界層厚の実測を行った。この実測には、初年度に備品購入した極細の光学式DO計を用いた。DO濃度の鉛直方向プロファイルをexp関数にフィッティングさせて、局所の境界層厚を求める。これと物性値である拡散係数を使って、局所のガス輸送速度を正確に評価した。このような手法は一部海外のグループで試みられているが、開水路ではほとんどなく、新規性の高い話題である。この成果を土木学会論文集に投稿した（現在審査中）。
この理論によってガス輸送の効率が、平均流構造と乱れ構造の両者にコントロールされることが示された。今後理論の２次元化も検討して、ワンドのような局所流れに適用すれば、流速場の情報から、ガス輸送特性、すなわちDOの分布が評価でき、インテリジェントなワンドデザインにとって強力な評価ツールとなりえる。
また研究分担メンバーで、打ち合わせを行い、特に野外ワンドの現況と問題点を整理し、その解決の次年度の研究計画を立てた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
２次元ガス濃度方程式に一部仮定を取り入れて、濃度境界層厚さ（ガス輸送効率の評価パラメータ）の解析解を得たこと。
また、それを検証するための、高精度計測手法を開発し、理論の妥当性を証明した。
これらの成果を土木学会論文集に投稿したことから、順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究戦略としては、実際の河川管理の問題点を考慮した上で、課題とその対応策を明確化する。本年度までに流速構造とガス輸送の関係は一定の理解が得られたので、今後は野外ワンドの形状と開口部位置、さらには土砂輸送が流速構造に与える影響にも焦点を当てる
する．
分担者が得た個々のトピックの成果をカプリングして、DO輸送の主要な外的インパクトを組み込んだCFDシミュレータを開発したい。
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