任意曲面を有する流路の流れと地形変化予測に関する高度計算技術の開発

近年，豪雨災害が激甚化する中で，洪水流が河床や河岸を構成する多量の土砂を侵食し，河川の流路が大きく変動する現象が確認されている．これまでの河川洪水流，河床・河道変動解析では，実用性の観点から平面的な水の流れ場を解く巨視的なモデルが汎用されてきたが，災害リスクが高くなってきている中で，流路変動現象について精度の高い予測を行うためには，氾濫流の非定常的な挙動と，地形変化をもたらす河岸，河床近傍の流れと土砂輸送特性を取り扱うことのできるモデルの構築が必要である．その際，実際の河川では曲線形状を有していることから河道に沿った一般座標系を用いることが有用であると考えられる．そこで本研究では，申請者が開発してきた表面流と浸透流を同時に予測できるデカルト座標系での３次元流体解析モデル，土砂輸送モデルを河道に沿った一般座標系に拡張し，水際・河床近傍の複雑な流れの３次元性と土砂輸送特性を考慮することで，曲線形状を有する流路の流れと地形変化を予測できる新たな計算力学的アプローチを構築する．本年度は，一般座標系に拡張した表面流と浸透流を同時に予測できる３次元流体解析モデルを用いて，湾曲水路の側壁に堰を設置した場合の横越流現象に関する数値解析を行い，堰の高さに伴う３次元的な流れ構造の違いについて考察した．また，土砂輸送モデルを一般座標系に拡張し，上記の流れのモデルと組み合わせ，基本的な河床変動計算への適用について検討を行った．

近年，豪雨災害が激甚化する中で，洪水流が河床や河岸を構成する多量の土砂を侵食し，河川の流路が大きく変動する現象が確認されている．これまでの河川洪水流，河床・河道変動解析では，実用性の観点から平面的な水の流れ場を解く巨視的なモデルが汎用されてきたが，災害リスクが高くなってきている中で，流路変動現象について精度の高い予測を行うためには，氾濫流の非定常的な挙動と，地形変化をもたらす河岸，河床近傍の流れと土砂輸送特性を取り扱うことのできるモデルの構築が必要である．その際，実際の河川では曲線形状を有していることから河道に沿った一般座標系を用いることが有用であると考えられる．そこで本研究では，申請者が開発してきた表面流と浸透流を同時に予測できるデカルト座標系での３次元流体解析モデル，土砂輸送モデルを河道に沿った一般座標系に拡張し，水際・河床近傍の複雑な流れの３次元性と土砂輸送特性を考慮することで，曲線形状を有する流路の流れと地形変化を予測できる新たな計算力学的アプローチを構築する．本年度は，一般座標系に拡張した表面流と浸透流を同時に予測できる３次元流体解析モデルを用いて，湾曲水路の側壁に堰を設置した場合の横越流現象に関する数値解析を行い，堰の高さに伴う３次元的な流れ構造の違いについて考察した．また，土砂輸送モデルを一般座標系に拡張し，上記の流れのモデルと組み合わせ，基本的な河床変動計算への適用について検討を行った．