2013 Fiscal Year Research-status Report
維持管理のための河道縦横断形と質の長期予測を目的とした河床・河道変動モデルの開発
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25820225
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
重枝 未玲 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70380730)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 河道の維持管理 / 長期予測 / 準３次元河床・河道変動モデル / 準平面２次元河床変動モデル / 河道分・合流点 |
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| Research Abstract |
本研究は，河道改修後の維持管理シナリオの検討に資する河床・河道変動モデルの開発を目的としている．当該年度では以下を行った．
(1)準3次元混合砂礫河床変動モデルの開発と特性速度を考慮した離散化手法の検討
既存の準3次元洪水流モデルと平面2次元混合河床変動モデルを統合し，準3次元混合砂礫河床変動モデルを新たに構築した．同モデルでは，底面流速によって底面せん断力の大きさと方向を変化させることで，底面での流れが河床変動に及ぼす影響を考慮した．底面流速の評価は，水深規模の渦による運動量交換を評価するモーメント方程式で行った．離散化には数値拡散が小さいHLLC法を適用した．河床変動モデルには，表層と貯留層の粒度変化を予測できる混合砂礫河床変動モデルを導入した．同モデルを分流点周辺の一様砂および混合砂礫河床での移動床実験結果に基づき検証した結果，局所洗掘等を再現できないために，分派流砂量等の再現に問題が残るが，同モデルが分流点周辺の河床変動や河床の質をある程度再現可能であるが確認された．さらに，流れと河床変動の相互作用を考慮した数値解析法を検討する目的で，流れと河床変動の基礎方程式をシステム方程式として取り扱い，特性速度を考慮したHLL法に基づく離散化手法を用いて平面2次元河床変動モデルを構築した．同モデルを移動床での1次元および2次元ダム破壊流れの実験結果に基づき検証した結果，1次元河床変動解析では HLL法の予測精度は高いが，平面2次元河床変動解析では平面的な特性波の伝播を取り扱うことができないために，予測精度が十分ではないことが確認された．
(2) 実験データの収集とモデルの検証
分・合流部での固定床と一様砂河床実験を行い，固定床および遮蔽効果の無い単純な状況での河床変動について，水位，流速，河床高，分流量・流砂量などのデータを収集，整理した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初，準3次元混合砂礫河床変動モデルだけでなく，河道変動を予測可能なモデルを開発するとともに，平面2次元モデルのように河道平面形状等の河道特性を考慮でき，1次元モデルのように高い計算効率で長期的な河床変動予測を目的とした準平面2次元河床変動モデルの開発を行う予定であった．しかし，特性速度を考慮した離散化手法の検討に予想以上の時間を要するとともに，準３次元河床・河道変動モデルでは，砂州が陸化する際に数値振動が発生し，解析の継続ができないという問題点が残った．そのため，当初の計画であった準3次元混合砂礫河床・河道変動モデルと準平面2次元河床変動モデルの開発までには到達できず，両モデルのモデルフレームワークの構築にとどまった．このように，当初の計画に比べ，研究の達成度はやや遅れている．
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| Strategy for Future Research Activity |
準3次元混合砂礫河床・河道変動モデルの問題点であった「砂州の陸化による数値振動の発生」の要因は，水深が非常に浅くなった場合に底面摩擦が非常に大きくなり，基礎方程式の一つであるモーメント方程式で数値振動が発生するためであることが，わかっている．現在，水深が浅くなった際の底面摩擦の取扱いについて，その離散化を含めて検討している．
準平面2次元河床変動モデルについては，モデルのフレームワークはできているため，現在プログラムを作成中である．順調にいけば，今年度中にはモデルの開発および検証を行える状況にある．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初，準平面２次元河床変動モデルに関する学会発表を行う予定であった．しかし，準３次元混合砂礫河床変動モデルの開発および特性速度を考慮した離散化手法の検討に予想以上の時間を要したため，準平面２次元河床変動モデルを構築するまでには到達できず，同モデルの発表を次年度に行うこととした．そのため，次年度の使用額が生じた．
未使用額については，準平面２次元河床変動モデルの構築あるいはその発表の旅費に充てる予定である．
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