河川早瀬の流れ構造と早瀬で励起される不安定波

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久慈川(茨城県)の実測を通して以下の点を調べた。(ア)平瀬・早瀬・淵の流速変動。(イ)平瀬・早瀬・淵などに起きる水面変動の実測およびその理論的解明。まず、(ア)に関しては、流速の実測値をウェーブェット変換と呼ばれる信号処理手法により解析し、流れのパターンを可視化した。流速および水面変動の実測データからフル-ド数・レイノルズ数・レイノルズストレス・乱れ強度を平瀬および早瀬の各点で求め、特に早瀬のフル-ド数に注目した。また、平瀬・早瀬・淵の各点における流下方向のスペクトルの変形、一次元ウェーブェット変換を使って卓越周期や卓越スケール、流れの特性を調べた。今回の実測から得られた興味ある結果をまとめると、(1)早瀬では流速および水面変位の時空間変動が大きく、平均流のフル-ド数で早瀬を特徴づけることはできない。(2)早瀬の水面変動は3次元的で複雑であるが、淵では早瀬で励起された変動のうち特定の振動が水面波となって岸向きに伝播する。(3)淵の水面波動のスペクトルのピークは、早瀬の各点のパワースペクトルには現れない。(4)連続ウエーブレット変換で平瀬と早瀬を分類する場合、流速よりも運動量のデータを使った方が平瀬と早瀬で相違が見られる。また、(イ)の主な興味は、河床変化によって生じる不等流の不安定性に関するものである。ここでは、河川早瀬の定在波の線形安定性を調べ、淵に伝播する水面波の振動数を予測した。