平面二次元分散波方程式を用いた洪水流・河床変動解析モデルの開発

利用平面二维分布波动方程开发洪水流量/河床变化分析模型

• 批准号: 20K22427
• 负责人: 五十嵐 善哉
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-09-11 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K22427/
• 关键词: 平面二次元分散波方程式; 河床変動解析; 河道内植生; 高水敷への浸透; 二層流; iRIC; 平面２次元分散波方程式; 数値解析; 河床変動; 分散波方程式; 河道管理

平面二次元分散波方程式を用いた洪水流・河床変動解析モデルの開発を進めている．荒川は高水敷幅が広く，横堤群が存在し洪水をゆっくりと流す特徴がある．また，特に中流域は低水路が深く，洪水時に動水勾配が大きくなるため，高水敷(透水層)への浸透を考慮する必要がある．そこで，河床変動解析の前段階として，平面二次元の洪水流・氾濫解析モデルに準二次元の浸透解析を組み込んだ．それにより，洪水の水位上昇期の解析精度が向上することが明らかになった．その成果は土木学会論文集(水工学)に投稿し，すでに公開されている．続いて，令和２年度から開発を進めていた平面二次元分散波方程式を用いた河床変動解析モデルの精度を検証するため，室内実験スケールの解析を実施した．本研究の河床変動解析では，掃流砂，浮遊砂を考慮した非平衡流砂量式を用いている．これまで当研究室が開発済みの平面二次元の洪水流・氾濫解析では，流れは水深積分型の連続式と運動方程式をといているが，樹木の抗力については準三次元的に扱っている．樹木の鉛直構造として高さごとに異なる直径や抗力係数を与えている（幹部は円錐形，樹冠部は円柱または円錐形にモデル化している）．これにより，洪水時の水位に応じて，樹木からの抗力を各高さで計算し，それを流れの運動方程式の項に組み込んでいる．本研究の河床変動解析ではこの考えを応用し，底面付近の流速を補正する二層流モデルを開発した．樹冠（水面付近）では抗力が大きいため流速が低下し，幹（底面付近）では抗力が小さいため流速が増加する．その結果，各高さにおける抗力は同程度になると仮定し，底面付近の流速を計算し，河床変動解析に用いた．その結果，パッチ状の樹林帯を設置した水理模型実験で観察された樹林帯前面部の洗掘が計算されることが明らかとなった．令和５年度では，定量的な検証のため，追加の水理模型実験を実施予定である．

Plane quadratic dispersion wave equation is applied to flood flow and riverbed dynamic analysis. Arakawa high water spread In particular, in the middle of the river basin, the low water channel is deep, and in case of flood, the dynamic water matching is large, and the high water layer (permeable layer) is necessary to consider. The first order of riverbed dynamic analysis is two-dimensional flood flow. Flood analysis is two-dimensional infiltration analysis. The analytical accuracy of flood water level rise period is improved. The results were submitted to the Proceedings of the Civil Engineering Society (Hydraulic Engineering) and published. In the second year, the plane quadratic dispersion wave equation was used to analyze the river bed movement. In this study, the river bed dynamic analysis, sweep sand, suspended sand is considered, and the non-equilibrium flow sand quantity formula is used. When the research laboratory is opened, the plane two-dimensional flood flow·flood analysis is reversed, the flow is reversed, the water depth integral type, the continuous equation of motion is reversed, and the resistance of trees is reversed, the quasi-three-dimensional flood flow is reversed. The vertical structure of trees is different in diameter and resistance coefficient. In this case, the water level in flood time is high, the resistance of trees is high, and the term of the equation of motion for flow is high. In this paper, the analysis of bed motion is carried out by means of the correction of the velocity near the bottom and the development of the two-layer flow. Canopy (near water surface) resistance is high, velocity is low, trunk (near bottom) resistance is low, velocity is high. As a result, the resistance of each height is constant, the velocity of the bottom surface is calculated, and the dynamic analysis of the river bed is used. The result is that the water model is set up in the shape of a tree, and the water model is set up in the shape of a tree. In the fifth year of the order, quantitative verification was carried out.

项目成果

DEVELOPMENT OF A TWO-DIMENSIONAL FLOOD FLOW SIMULATION METHOD CONSIDERING OF INFILTRATION INTO FLOOD PLAINS AND SAND LAYERS DURING FLOOD EVENT

洪水过程中考虑漫滩和沙层渗入的二维洪水模拟方法研究

• DOI: 10.2208/jscejhe.78.2_i_763
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B1 (Hydraulic Engineering)
• 作者: 五十嵐 善哉;田中 規夫;石原 慎也
• 通讯作者: 石原 慎也

洪水時の高水敷や砂層への浸透を考慮した平面2次元洪水氾濫解析法の開発

开发二维平面洪水分析方法，考虑洪水期间对高水床和沙层的渗透

• 发表时间: 2022
• 作者: 勝山祐太;勝島隆史;竹内由香里;安藤 宏恵;五十嵐善哉
• 通讯作者: 五十嵐善哉