柔軟な植生に覆われた流路の流れ構造に関する研究

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本研究では,近年重要となっている環境にも配慮した河川整備のための基礎として,植生粗度を伴う流れの構造について,特に植生が流れに対して変形,揺動するという効果に着目し,以下の検討を行った.はじめに,流れによって変形しない剛な植生層を伴う流れを従来の知見に基づき,植生による形状抵抗を運動量式のみならず,k-,e-方程式にも付加したk-eモデルによって予測計算し,種々の植生密生度,水理条件のもとでの流れの抵抗や砂面に働くせん断力の見積もりを得た.次に,植生が流れによって変形する効果について,植生の変形を片持ち梁の有限変形としてモデル化し,流れのモデルとカップリングして数値計算することから,種々の密生度,剛性を有する植生の変形量と流れ場の一般的な関係を得,従来の実験値の傾向を再現できた.さらに,得られた関係式をもとに,植生が変形することによる抵抗軽減効果を見積もった.植生は,条件により,流れとの相互作用により組織的に揺動する場合がある.穂波現象と呼ばれるこうした組織的揺動は流れに付加的な抵抗をもたらすことを水路実験により確認した.従来,穂波現象は植生境界での渦が可視化されたものと考えられているが,本研究では,流れと植生揺動の相互作用によって保内が出現するものとする立場から,穂波の出現を解析的に説明し,穂波発生の条件の定性的説明を行った.以上の検討により,柔軟な植生粗度を伴う流れ場の構造について,変形の効果については実用的な抵抗則の提示が可能となり,組織的揺動の効果については,抵抗則の提示等には至らなかったものの,流れ構造の検討とともにその発生機構について新しい見解を示した.