Sediment transport model considering SGS classification and its application to fine sediment dynamics in a watershed

考虑SGS分类的泥沙输运模型及其在流域细泥沙动力学中的应用

• 批准号: 22H00228
• 负责人: 内田 龍彦
• 金额: $ 27.21万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00228/
• 关键词: 分級; 粒度分布; 空隙率; サブグリッドスケール; 細粒土砂; 土砂堆積; 土砂・洪水氾濫; 蛇行; 樹木; SGSモデル; マルチスケール; 混合粒径; 多重スケール

流体による粒状体の輸送問題は様々な分野で取り扱われるが，河川における土砂輸送では，土砂の粒径分布，掃流力分布が規定する極めて広い多重スケール現象である点に特徴がある．本研究では，申請者らが独自に開発してきた二つの解析法（オイラー型混合粒径土砂輸送モデル，底面流速解析(BVC)法に基づき，サブグリッドスケール(SGS)の分級作用を考慮した土砂輸送モデルを開発する．そしてマルチスケールの流れによる分級作用が土砂輸送や地形変化にどのように影響しているかについて明らかにする．さらに，これらをモデル化し，流域スケールの分級作用を解析できる広域の細粒土砂の動態モデルを構築し，検討する．本年度は開発ステージの基礎的な研究ついて検討した．SGSスケール分級を生み出す三次元流れが底面抵抗と土砂輸送に与える影響を検討するために，水路蛇行による付加的な抵抗と土砂輸送について検討した．二次流による鉛直方向の運動量交換により水路底面のせん断応力は増加し，それは幅水深比が小さく，相対粗度が大きいほど大きいことを示した．移動床では二次流による抵抗増分と河床波の発達の相互作用により，同じ流量，給砂量による河床勾配は水面勾配と比較して変化しないことを示した．また，蛇行水路の細粒土砂輸送を明らかにするために，樹木の抵抗評価法と樹木が二次流に与える影響をBVC法により調べた．BVC法は既往の実験結果を説明できることを示し，内岸樹木と外岸樹木の二次流と抵抗に及ぼす影響の違いを明らかにした．また，BVC法を用いた混合粒径解析法を検討した．併せて従来の混合粒径河床変動解析法における細粒土砂流出解析時の連続式と流砂領域の問題を明らかにし，ＡＰ理論を用いた混合粒径モデルの必要性を示した．

The transportation of granular materials in the fluid flow field is characterized by the distribution of particle size and sweeping force in the soil and sand transportation in the river. In this study, the applicant independently developed two analytical methods (i.e., mixed particle size soil and sand transport model, bottom velocity analysis (BVC) method, base velocity analysis (BVC) method, and classification of soil and sand transport model (SGS) method. The classification of soil and sand transportation and topographic transformation has great influence on soil and sand transportation. In this paper, we analyze the classification effect of the watershed structure and the dynamic structure of the fine-grained soil in the basin. This year, the basic research on the development of soil and sand transportation was carried out.SGS classification was carried out. Three-dimensional flow was carried out to investigate the impact of soil and sand transportation on the bottom surface. The vertical movement of secondary flow increases with the increase of the pressure on the bottom of the channel and the decrease of the depth ratio of the amplitude and the relative thickness. Moving bed is characterized by the interaction between secondary flow resistance and bed wave propagation, the same flow rate, sand supply, bed surface matching and water surface matching. BVC method is used to evaluate the resistance of trees and the influence of secondary flow. BVC method is used to explain the previous results. The BVC method is used to analyze the particle size of the mixture. The necessity of using AP theory to solve the problem of flow sand domain is demonstrated.

项目成果

河川横断構造物下流の湾曲部における河岸侵食箇所の流れ場の解析

过河结构下游弯曲断面河岸侵蚀点流场分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Jie Luo;Shingo Asamoto;Kohei Nagai;冨山 遼，内田龍彦，井上卓也，鳩野美佐子，小林大祐，永井秀和，松尾大地
• 通讯作者: 冨山 遼，内田龍彦，井上卓也，鳩野美佐子，小林大祐，永井秀和，松尾大地

COMPARISONS OF ADVANCED DEPTH-INTEGRATED MODELS WITH TWO AND THREE-DIMENSIONAL MODELS FOR BEND FLOWS

先进深度积分模型与二维和三维弯曲流动模型的比较

• 发表时间: 2022
• 作者: Fikry Purwa Lugina;Tatsuhiko Uchida
• 通讯作者: Tatsuhiko Uchida