High-resolution analyses on sediment transport of blowing snow and duststorm with large-scale wind tunnel

大型风洞高分辨率吹雪沙尘暴输沙分析

基本信息

批准号：
20H01983
负责人：
新屋啓文
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では，吹雪や砂嵐に代表される固気混相流が引き起こす自然災害の基礎理解に資するため，風成作用による粒子輸送現象の発生・発達で主要な役割を担う地表面の侵食・堆積過程に着目している．本年度（2年目）では，1年目に構築した実験系で雪粒子のスプラッシュ過程（雪面への雪の衝突）を高速度撮影するとともに，砂床の乾湿に応じた飛砂の発生条件に関して砂浜で現地観測を実施した．飛雪の風洞実験は，防災科学技術研究所の雪氷防災研究センター・新庄雪氷環境実験所の低温風洞装置で行われた．人工雪を風洞底面に敷き詰め，風洞入口から十分に離れた地点でデジタルスチルカメラによりスプラッシュ過程を撮影した．飛雪粒子の可視化に用いたレーザー光の雪面での反射を抑えるため，雪面と水平にレーザー光を照射した．その結果，風洞の上部および側面の2方向から飛雪粒子を撮影することに成功した．一方，飛砂の野外観測は新潟県沿岸部の五十嵐浜で実施され，冬期に降水が多いものの強風によって湿った砂浜で飛砂が発生している．ポータブル型超音波風向風速計で飛砂の発生条件を調べるとともに，自動撮影カメラで飛砂の有無と輸送状態（間欠性，連続性）を判定し，さらに，土壌水分センサーで砂浜の湿り具合を体積含水率で定量化した．その結果，10分間隔で乱流強度を示す摩擦速度と飛砂の発生確率を整理したところ，湿った砂面での飛砂の臨界摩擦速度は乾燥した砂面の1.5倍程であった．野外観測で飛砂発生に及ぼす地表面の乾湿状態の効果を示すことに成功したが，含水率と臨界摩擦速度の関係を解明するための風洞実験が必須と考えられる．

该研究主题的重点是表面的侵蚀和沉积过程，这些过程在空气渗流引起的粒子传输现象的发生和发展中起着重要作用，以便有助于对由固体混合相流引起的自然灾害的基本了解，例如暴风雪和沙霉。在今年（第二年），我们使用第一年构建的实验系统拍摄了雪颗粒的飞溅过程（与雪表面的雪碰撞），并在海滩上进行了现场观测，该照片涉及根据沙床干燥，潮湿的条件而产生飞行沙子的条件。使用低温风洞的风隧道设备在灾难预防科学技术研究所以及Shinjo Snow and Ice环境实验站进行的，用于飞行雪的风洞实验。人造雪被放在风洞的底部，并使用数字静止摄像机在离风洞的入口足够远的位置拍摄了飞溅过程。为了抑制用于可视化雪表面的雪颗粒的激光的反射，将激光光水平照射到雪表面。结果，我们能够从两个方向拍摄雪地颗粒：风洞的顶部和侧面。同时，在尼加塔县的沿海地区伊加拉西海滩（Igarashi Beach）进行了户外观察，尽管冬季有很多降雨，但由于强风而在湿沙滩上产生了飞行沙滩。使用便携式超声风向和风向计检查了飞行沙子的发生条件，并使用自动拍照摄像头确定了飞行的沙子和运输状态（间歇性和连续性）的存在或不存在，并使用土壤湿度含量含量水分量化了沙滩的湿度。结果，我们组织了摩擦速度，该速度显示了湍流的强度以及以10分钟间隔发生飞行沙子的可能性，并发现在湿砂表面上飞行的沙子的关键摩擦速度约为干砂表面的1.5倍。现场观测成功证明了干燥和潮湿的条件对飞行沙子的产生，但是人们认为，风洞实验对于阐明水含量与临界摩擦速度之间的关系至关重要。