流水中にある土砂の転動と堆積に関する実験

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本研究は、流域での土砂移動のメカニズムを解明する基礎的研究として、河道での土砂移動を模擬的に再現・観察するものである。土砂移動の運搬・堆積過程は、重力による沈降と流体から受ける力で、「浮遊」と「転動」に大別される。本研究では、実験の容易さから「転動」に着目し、その挙動を観察するものである。実験は、土砂の代替として一様粒径のガラス粒子を用いて等流条件で実施した。ガラス粒子を単一で流下させて既往の研究成果との整合性を確認し、同条件で複数の粒子でその流下挙動を観察した。また、堆積過程を把握するため、水路内に円柱を設置して不等流条件で粒子の挙動を観察した。あわせて、新たな可視化方法として紫外線LEDを用いて、暗視化での粒子の流跡線を得る手法を採用した。得られた知見は以下の通りである。・単一粒子での実験では、平衡転動速度と粒子レイノルズ数の関係から、既往の実験結果と同様の結果が得られた。・複数の粒子での実験では、単一粒子と比べ転動速度のばらつきがみられた。また、平衡転動速度は単一粒子に比べ若干低くなる。これは、流水による転動過程に加え、粒子相互の影響を受けているためであると推察した。・粒子の転動過程を観察した結果、流下に伴い最短距離を転動するものではなく、斜めや"く"の字のように揺らぎながら転動すること、粒子相互、壁等に衝突しながら流下していることが観察された。・粒子の堆積過程は、円柱による局所流の発生により、その発生位置上流で、粒子の停止が発生する。その停止した粒子により上流から転動した粒子が帯状に堆積することが観察された。・本実験では、水深が粒子径の4～5倍程度しかなく、粒子の鉛直方向の挙動(粒子の重なり等)は観察できなかった。