緩・強混合型河川における塩分侵入と浮流粒子の拡散・堆積に関する研究

一般に、河口部は塩水と淡水,流出土砂の共存場であり、塩分侵入や浮流粒子の拡散・堆積を予測することは利水,防災および環境上ますます重要な課題となっている。本研究は、潮汐の作用により緩・強混合型に成層した河口部を対象として研究し、以下のような成果が得られた。1.粗度をつけたベルトコンベアー型水路の底層に塩水を、表層に淡水を供給して流れ方向に密度勾配をもつ混合型成層流を作り、熱膜流速計と塩分濃度計の同時点測定を実施して、浮力効果を受ける流れ,乱れ,分散係数などの特性を実験的に明らかにした。また、成層流における流れと乱れを統合的に完結させる解析手法を提示した。2.感潮河川における塩分侵入については、貯留量Vを独立変数とする解析手法を提案して筑後川,川内川の資料に適用した。この手法を用いると、水平座標xでは潮汐によって周期的に変化する塩分濃度が、ほゞVのみの関数として表示されることを見出し、この擬定流の分散方程式を解くことによって、塩分侵入を予測し得ることを示した。3.洪水時の淡水が海に流入して拡散する過程について、浮力効果を受ける乱流構造の変化を組み入れた解析手法を提案し、淡水の希釈過程、表面プルームの幅などを予測する実用的な図表が作られた。4.河口部における浮流粒子の拡散,沈殿を調べるため、まず、流れ方向に幅および水深の拡がる水路における3次元流体運動を、Galerkin有限要素流を用いて解析する手法を提案した。解析における計算容量を節約するための種々の工夫が導入されており、逆流域などの解析も可能である。この流れの解析と粒子の拡散方程式を用いて、土砂の堆積過程をシミュレートすることができる。

一般に、河口部は塩水と淡水,流出土砂の共存場であり、塩分侵入や浮流粒子の拡散・堆積を予測することは利水,防災および環境上ますます重要な課題となっている。本研究は、潮汐の作用により緩・強混合型に成層した河口部を対象として研究し、以下のような成果が得られた。1.粗度をつけたベルトコンベアー型水路の底層に塩水を、表層に淡水を供給して流れ方向に密度勾配をもつ混合型成層流を作り、熱膜流速計と塩分濃度計の同時点測定を実施して、浮力効果を受ける流れ,乱れ,分散係数などの特性を実験的に明らかにした。また、成層流における流れと乱れを統合的に完結させる解析手法を提示した。2.感潮河川における塩分侵入については、貯留量Vを独立変数とする解析手法を提案して筑後川,川内川の資料に適用した。この手法を用いると、水平座標xでは潮汐によって周期的に変化する塩分濃度が、ほゞVのみの関数として表示されることを見出し、この擬定流の分散方程式を解くことによって、塩分侵入を予測し得ることを示した。3.洪水時の淡水が海に流入して拡散する過程について、浮力効果を受ける乱流構造の変化を組み入れた解析手法を提案し、淡水の希釈過程、表面プルームの幅などを予測する実用的な図表が作られた。4.河口部における浮流粒子の拡散,沈殿を調べるため、まず、流れ方向に幅および水深の拡がる水路における3次元流体運動を、Galerkin有限要素流を用いて解析する手法を提案した。解析における計算容量を節約するための種々の工夫が導入されており、逆流域などの解析も可能である。この流れの解析と粒子の拡散方程式を用いて、土砂の堆積過程をシミュレートすることができる。