2022 Fiscal Year Annual Research Report
流れと流砂の二相流的非平衡運動を考慮した新しい河床変動解析法の開発
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19K15102
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
後藤 岳久 中央大学, 研究開発機構, 機構准教授 (70634682)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 掃流砂 / 浮遊砂 / 洪水流・河床変動解析 / 準三次元解析 / 非平衡流砂運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低平地を流れる多くの河川では，河床が細砂で構成されており，洪水時には大量の浮遊砂の移動を伴う大規模な河床変動が生じる．従来から一般的に用いられている河床変動解析では，洪水中の流砂運動を掃流形態と浮遊形態とに分け，掃流砂は平衡掃流砂量式により計算し，浮遊砂は底面の平衡流砂濃度を底面境界条件とした浮遊砂の移流拡散方程式により計算している．しかし，流砂の掃流運動と浮遊運動は連続的に変化するため，掃流砂と浮遊砂の非平衡運動を考慮して両者を一体的に評価する必要がある．
本研究では，底面付近の流れと乱れ，流砂の非平衡運動を考慮して掃流砂と浮遊砂を一体的に扱う準三次元洪水流・河床変動解析法を開発した．本年度では，昨年度に構築した非平衡流砂モデルを改良し，昨年度の検討において，実測の洪水前後の河床変動等を十分説明出来なかった石狩川河口部の洪水時の流れと河床変動，土砂移動を説明した．
構築した本解析法では，Q3D-FEBS法(竹村・福岡，2019)により洪水流の三次元流れを計算し，これに底面での乱れエネルギーの輸送方程式を解くことにより，乱れの鉛直分布を計算した．掃流砂と浮遊砂の非平衡運動については，それぞれ連続式と粒子の運動方程式を計算し，掃流運動から浮遊砂運動への遷移については，砂粒子の運動方程式に乱れ成分に起因する流体力を考慮することで，掃流運動から浮遊運動に遷移する単位時間当たりの体積割合を計算し，沈降する浮遊砂は河床に直接堆積するものとした．そして，掃流砂から巻き上げられ浮遊砂に遷移した流砂の輸送については，三次元格子において連続式と粒子の運動方程式を計算することにより，浮遊砂の輸送フラックスを評価した．
これにより，石狩川昭和56年8月洪水を対象として，複断面的蛇行流れに伴う3次元的な流れと浮遊砂運動，河床変動を説明した．
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