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RIM法を応用したPIV流速計測による河川の乱流輸送過程と樹林化メカニズムの解明

利用 RIM 方法的 PIV 速度测量阐明河流中的湍流传输过程和造林机制

基本信息

批准号：
22KJ1958
负责人：
松本知将
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

初年度の研究課題として，まず屈折率整合法（RIM）を応用したPIV流速計測による礫河床内部の流れ場の可視化計測に取り組んだ．室内水路において模擬礫床河川を再現し，水と屈折率が等しい低屈折率透明材質である高吸水性ポリマー（SAP）を模擬河床礫として用いることで，従来計測が困難であった礫背後の平均流・乱流構造の計測に成功した．また，実河川における樹林化の要因の一つである礫河床への種子の定着過程を明らかにするために，礫河床近傍および内部における浮遊粒子の挙動と乱流構造の関連についても検討した．模擬河床内部における粒子挙動とその周囲の流れ場の同時計測結果から，乱流の組織構造が浮遊粒子の礫河床への輸送および河床内部からの浮上を引き起こすことが示された．次に，植生群落拡大の要因となる群落周辺への浮遊砂堆積過程を理解するために，植生群落周辺における乱流現象の解明に取り組んだ．植生のパラメータとして植生高さや植生要素の柔軟性に着目し，曲げ剛性の異なる4通りの植生群落周辺の流れ場に対してPIV計測を実施した．その結果から，倒伏高さおよび植生揺動の変化が植生先端付近における鉛直渦および群落外縁における水平渦による運動量輸送過程に影響することが示唆された．一方で，群落近傍における渦構造や二次流の三次元的構造については十分な検討がなされていないほか，植生揺動形態と運動量輸送・浮遊砂輸送との関連についても未解明な点が多く残されている．これらの点についてのより詳細な考察を次年度以降の課題とし，引き続き実河川における乱流輸送現象の解明について水路実験を通じて取り組んでいきたい．

The research topic of the first year is the application of the refractive index integration method (RIM) to the measurement of PIV velocity and the visualization of flow field in gravel bed. Indoor waterways simulate gravel bed river reproduction, water refraction ratio is equal to low refraction ratio transparent material, high water absorption ratio (SAP) simulates gravel bed, and measurement of average flow and turbulence structure behind gravel is successful. The main causes of forest formation in river bed are discussed. The results of simultaneous measurement of the flow field of suspended particles in the simulated riverbed show that the structure of turbulent flow and the transport of suspended particles in the riverbed and the floating of suspended particles in the riverbed are different. In addition, the main causes of vegetation community growth and the process of suspended sand accumulation at the periphery of the community are discussed. Plant height, plant flexibility, plant stiffness, and flow field around the plant community were measured. As a result, lodging height and vegetation movement are affected by vertical vortices and horizontal vortices outside the community. On the one hand, the eddy structure near the community, the secondary flow and the three-dimensional structure are very complicated, and the vegetation dynamic form, the movement amount transport, the suspended sand transport and the relationship are not solved. This paper discusses the problems in detail in the next year, and introduces the solutions to the turbulent transport phenomena in rivers and waterways.