湖沼或いは貯水池に流入した濁水によって誘起される乱流混合現象に関する研究

浑浊水流入湖库引起的湍流混合现象研究

• 批准号: 08750621
• 负责人: 泉 典洋
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750621/
• 关键词: 濁水; 密度成層; 二重拡散; 浮遊砂; 乱流拡散

貯水池内の水は上層ほど温度が高い温度成層を形成している.この成層化した貯水池に洪水で発生した濁質を大量に含んだ濁水が流入すると,貯水池の躍層部や水底に濁水層を形成する.このとき流入した濁水の温度が濁水層より上層の温度より高いと濁水は上昇し対流を形成する.このような温度と濁度という二つの異なる物質による拡散は二重拡散現象の一種である.本研究では,温度を制御するのが困難であるため塩水を用いて密度成層を作り実験を行った.実験では密度成層中に流入する濁水の挙動についてビデオを用いた詳細な観察を行うと同時に,水槽内の水をサンプリングすることによって塩分濃度及び密度を速度し成層中における濁水の挙動を明らかにした.実験によって得られた主たる成果は以下の通りである.(1)成層中に流入した濁水は濁質を沈降させるとともに密度を減少させる.これによって浮力を得た濁水の一部はフィンガリングを起こしながら成層中を上昇していく・このときのフィンガリングの水平方向スケールは1cm内外,鉛直スケール(長さ)は1-3cm程度であった.また,このようなフィンガリング現象は濁水層より上方の水が連続成層を形成している時のみ見られる現象であり,階段状の成層の場合には見られなかった.(2)フィンガリングによる対流によって濁水と成層が激しく混合する層(混合層)が形成されるが,濁水層内部では上方ほど濁度が高く,上方ほど塩分濃度が高い状態が形成されている.濁度と塩分濃度を合わせた全体の密度は下方ほど大きくなっており一時的に安定な成層を形成しているが,濁水の上昇が弱まり濁質の沈降が進行すると,塩分濃度の逆勾配による不安定が生じ間欠的な対流が発生する.特にフィンガリングが停止して混合層の上面が下降する際には混合層の上方に,ある一定の鉛直スケールを持った対流セルが形成され,これによって明瞭な不連続層が幾つも形成される.

储层中水的上层形成温度分层。当浑浊的水含有大量的浊度，该水泛滥到该分层的水库中时，在山脊和储层底部形成浑浊的水层。当此时浑浊水的温度高于高于浊水层的温度时，浊水水会上升并形成对流。这种通过两种不同的物质（温度和浊度）扩散是一种双重扩散现象。在这项研究中，很难控制温度，因此使用盐水产生密度。我们制作了层并进行了实验。在实验中，我们使用视频进行了详细的观察结果，该视频关于流向密度分层的浊流行为，同时对水族馆中的水进行采样，以加快盐度和密度，以揭示分层过程中浊水的行为。从实验中获得的主要结果如下：（1）流入分层的浊水会沉降浊度并降低密度。这导致一部分被指法浮出水面的浑浊水，从而导致分层。此时的指法水平尺度在内部和外部为1厘米，垂直尺度（长度）约为1-3厘米。此外，只有当浊水水层上方的水形成连续分层时，才能看到这种指法现象，而在阶梯状分层中没有看到。 （2）由指法引起的对流会产生层（混合层），其中浊水和分层彼此剧烈混合，但是上部的浊度较高，并且上部盐度更高。形成了高分数浓度的状态。结合浊度和盐度浓度的整体密度朝向底部增加，并暂时形成稳定的分层，但是随着浊水的升高和浊度的沉积发生，由于盐度的反向梯度，并且发生了间歇对流。特别是，当指法停止和混合层的顶部表面下降时，在混合层上方形成了一个具有一定垂直尺度的对流单元，该对流层形成了混合层，该层形成了几个不同的不连续层。

项目成果

藤井・泉: "成層化した貯水池に流入する濁水の挙動" 土木学会東北支部技術研究発表会講演概要. (印刷中). (1997)

Fujii 和 Izumi：“流入分层水库的浑水的行为”日本土木工程师学会东北分会技术研究报告摘要（出版中）。