水域ネットワークに生じる流動・輸送現象に対する効率的解析手法の開発

开发水体网络中发生的流动和传输现象的有效分析方法

• 批准号: 13J02731
• 负责人: 吉岡 秀和
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Shimane University (2014)Kyoto University (2013)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J02731/
• 关键词: 地表水; 開水路網; 輸送現象; 連続時間確率過程; 有限要素法; 有限体積法; 浅水流方程式; コルモゴロフ方程式; 水域ネットワーク; 浅水流理論; 移流分散現象; 確率微分方程式; 溶質輸送方程式

地表水における溶質輸送現象には，乱流などの流体力学的擾乱に起因する不確実性が必然的に付随する．そのため，溶質輸送現象の解析を一貫的に行うには確率過程の概念に基づいて現象の統計学的な側面を評価する研究手法の適用が必要不可欠である．本研究では地表水における溶質輸送現象が本質的に不確実性を包含するという観点から，連続時間確率過程の一種である確率微分方程式の理論に基づき，現象に対する新規の数理・数値解析手法の開発を行った．具体的には，まず地表水での溶質粒子の挙動を支配する確率微分方程式を提案し，その数理的な諸性質を解明した．つぎに，確率微分方程式に対して独自の数物的な考察を加えることで，溶質濃度の支配方程式ならびに粒子の挙動の時空間的な不確実性の指標である空間分布型統計量の支配方程式を導出した．各方程式に対しては，有限要素法や有限体積法に基づいた効率的かつ精緻な数値解析手法の開発を行った．また，提案する解析手法を農業用排水システムにおける水質動態解析へ適用し，その有効性の検証を行った．以上に加え，上記のモデル化手法に基づき，1次元浅水流理論に立脚しつつも流れの水平2次元的な構造を効率的に数理モデル化に取り入れた決壊洪水に対する新規リスク解析手法の開発を行った．とくに，既往の1次元モデルが適用範囲外となる水路の分合流や屈曲，一般水路断面を含む常射流混在流れを精緻に再現し実問題への応用に耐える解析手法の開発を行い，その多様な場面への柔軟な対応性を詳細に確認した．また，東北地方太平洋沖地震により破堤した福島県須賀川市にある藤沼ダムの決壊洪水への適用では，複数の決壊シナリオを考慮したリスク解析を実施した．

Solute transport phenomena in surface water are caused by turbulence and hydrodynamic disturbances, and uncertainties are inevitable. The analysis of solute transport phenomena is consistent, the concept of accurate rate process, the statistical analysis of solute transport phenomena, and the application of research methods are necessary. In this paper, the fundamental uncertainty of solute transport phenomena in surface water is studied, and a new mathematical and numerical analytical method is developed to solve the problem. Specific differential equations governing the movement of solute particles in surface water are proposed and their mathematical properties are explained. The governing equation of solute concentration and the index of time-space uncertainty of particle motion are derived from the governing equation of spatial distribution statistics. Each equation is related to the finite element method and the finite volume method. Analysis of water quality in agricultural drainage systems In addition to the above, note the basic theory of the first dimensional shallow water flow theory, the foundation of the horizontal second dimensional structure, the efficiency of the mathematical theory, the introduction of the new method of analysis and the development of the flood control method. In the past, the first dimension of the channel was applied to the separation and convergence of the channel, the bending of the channel, the general channel section, the mixing of the jet flow, the fine reproduction of the problem, the development of the analytical method, and the detailed confirmation of the flexibility of the multi-dimensional scene. The Tohoku earthquake in the Pacific Ocean broke the dike and the city of Sukagawa, Fukushima Prefecture. The application of the flood control system to the flood control system was considered.

项目成果

連結グラフ上での非保存型移流拡散方程式に対する画合有限要素法

连通图非保守平流扩散方程的分数阶有限元法

• 发表时间: 2013
• 期刊: 土木学会論文集A2分冊(応用力学)
• 作者: 吉岡秀和;金城信彦、宇波耕一;藤原正幸
• 通讯作者: 藤原正幸

A hyperbolic longitudinal dispersion model of contaminant in open channel networks

明渠网络中污染物的双曲纵向扩散模型

• 发表时间: 2014
• 作者: Yoshioka;H.;Kinjo;N.;Mabaya;G.;Unami. K;and Fuiihara;M.
• 通讯作者: M.

大規模降雨時における植生を有する農業用排水路の連成浅水流動解析

大范围降雨期间农田排水渠与植被浅层水流耦合分析

• 发表时间: 2013
• 作者: 若園絢香;吉岡秀和;金城信彦;宇波耕一;藤原正幸
• 通讯作者: 藤原正幸

水生植物の繁茂する閉鎖性水域における吹送流解析モデル

水生植物丰富的封闭水域鼓风机流量分析模型

• 发表时间: 2013
• 作者: 髙木健司;吉岡秀和;宇波耕一;藤原正幸
• 通讯作者: 藤原正幸

Application of a conforming Petrov-Galerkin finite element scheme to analysis of longitudinal dispersion phenomena in open channel networks

应用一致的 Petrov-Galerkin 有限元格式分析明渠网络中的纵向色散现象

• 发表时间: 2013
• 作者: Yoshioka;H.;Kinjo;N.;Unami;K. and Fujihara;M.
• 通讯作者: M.