大規模水域における流体運動と物質輸送現象に関する水理学的研究

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本研究は、湖沼、貯水池、沿岸海域および河川などの大規模水域における流れと物質輸送を、ス-パ-・コンピュ-タを用いて精度良く予測するための数値解析モデルを開発するとともに、観測および実験結果と比較することにより検証することを目的としている。平成3年度に得られた成果を要約すれば次のようになる。1.汽水域におよび沿岸海域の流れと物質輸送:河口感潮域や汽水湖および沿岸海域の流れは、淡水と海水の混合による密度の非一様性だけでなく、潮位変動および河川流量んどの影響をうけ、複雑な挙動を示す。本研究では、従来解析が因難であった潮位変動が大きく設算格子間隔を越えるような場合について、自由表面変動の新たな解析法を開発することにより解析可能にした。さらに、この解析法を実水域に適用することにより、3次元的な塩水遡上および河口からの洪水流出過程を解析し、モデルの実用性を検証した。2.3次元解析による貯水池の富栄養化現象の解明:貯水池の富栄養化現象を解明するために、直交曲線座標系を用いて貯水池の複雑な平面形状を表現し、流れの滞留と水質指標の3次元的な分布特性を精度良く再現できる解析法を開発した。さらに、山間部の貯水池に適用し富栄養化の予測を行うことにより、水の華の発生などの水質現象と水理・水文条件の関係について新たな知見を得た。3.湖沼における密度流現象:成層化した湖沼の鉛直混合について、小スケ-ルの界面波が混合に及ぼす役割の着目し、水温計格子による多点同時観測結果から得られた水温鉛直分布形の時間変化過程を解析することにより、乱流拡散係数をモデル化した。4.一般曲線座標系を用いた高精度数値解析法の開発:複雑な路床形状を有する水域における密度流現象を解析するために、路床形状の正確な表現に有利な一般曲線座標系による鉛直2次元モデルを開発した。5.混相流および密度流のモデリングと諸係数の設定:本研究で対象とする流れのほとんどは空間的に密度が非一様であり、かつ土砂などの固体を含む複雑な流れである。平成3年度では、土砂と流れの相互作用を考慮した混相乱流の諸係数の設定法を考察した。