混濁流ベッドフォームの形成メカニズム

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2020年度は，（１）密度流実験の結果をまとめた論文の投稿，（２）開水路で形成されるプレーンベッドの形成条件に関する論文の再投稿，（３）開水路流ベッドフォームの線形安定性解析およびその結果をまとめた論文作成・投稿，の３点を行った．（１）密度流ベッドフォームの形成条件を表すパラメーターとして，流れの下層を代表する値を用いた場合は，密度流ベッドフォームの安定領域は開水路ベッドフォームの安定領域とよく一致した．このことは，開水路と異なり密度流の場合は流れ全体ではなく下層のみがベッドフォームの形成に影響することを示唆する．（２）プレーンベッドには二種類のタイプがあることが既存研究で報告されており，これまでは，粒子の大きさや粒子の移動の有無によって二種類のタイプが区分されてきた．しかし，既報の開水路実験結果を収集した結果，二種類のプレーンベッドの安定領域は上記のどちらでも区分することはできず，粒子が浮遊砂として運ばれるか否かの境界によって区分できることが明らかとなった．（３）浮遊砂の有無がベッドフォームの形成に与える影響を検討するため，開水路流ベッドフォームの線形安定性解析を行った．本研究では，浮遊砂が(i)存在しない条件，(ii)存在しうる条件で解析を行った．その結果，粒子が細かいときは，浮遊砂を考慮すると，プレーンベッドが形成される水理条件を示す領域（擾乱が成長しない水理条件を示す領域）が大きく広がることが明らかになった．一方，この条件では，デューンが形成される水理条件を示す領域は大幅に狭まった．この解析結果は，既存研究における開水路流プレーンベッドの観測結果とも一致している．粗い粒子の場合は，浮遊砂を考慮しても安定領域の分布の違いはあまり生じなかった．すなわち，本研究により，浮遊砂によってデューンの形成は阻害され，プレーンベッドの形成が促進されることが理論的に明らかとなった．