河床波の形成とその変形に関する数値流体力学的研究

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本研究は、急速な進歩を見せている計算機ハードウエア・ソフトウエアを援用して、河川にみられる水流と河床材料の相互作用により生じる小・中規模河床形態、流砂量、抵抗則等に対して、数値流体力学的な研究を進め、河川における移動床水理学への応用を図ろうとするものである。得られた研究成果を略記すれば以下のようである。1)河床波の実体と発生・発達に関する理論的研究:流れの水理学的特性、河床材料特性の異なった河川における河床波の実態を明らかにするために、現地河川における資料、河床波の発生、発達過程に関する室内実験資料を収集し、整理した。2)河床波と河床波上の流れに関する数値実験的研究:河川流は、水域の境界形状の影響を強く受けるため、境界形状の表現が容易で、正確な表現の可能な一般曲線座標系を導入した数字モデルを導いた。すなわち、自然座標系、高精度差分法を用いた平面二次元数値モデルを構築し、流砂の堆積による河床の変形と、流れの解析について数値実験を進め、数値予測の可能性とそのレベルについて検討した。一方浮遊砂流については、乱れレイノルズ数が低い領域を考慮したk-εモデルを混相流に拡張し、固相と液相の乱れ速度の差に起因する相互作用項を含んだ鉛直2次元モデルを提案した。モデルの数値解析により、流速分布、濃度分布、乱れ特性量を求め、従来の実験結果と比較した結果、本モデルの有用性が確かめられた。3)河床波と河床波上の流れに関する実験的研究:河床波と河床波上の流れに関する基礎的な水理実験を行った。特に、この種の課題で問題となる非定常流砂量の測定法の開発を中心に行い、実時間データ処理が可能で、簡易な自動計測法である、流砂の衝突音を利用した、"音響による流砂量計測法"の開発を行った。