2018.7 After flood

広島大学大学院工学研究科
内田 龍彦

2017.11 Google street view

船木大橋（県道82号線）

発表概要

1

開水路流中の樹木に作用する流体力の評価方法と流れの解析法

180726 第3回 流砂・河床変動に関する研究会

2• テーマ３：水没樹木を有する流れの水深積分モデルによる解析法
水没樹木群を有する流れの流速分布を決める要因は，乱流モデルよりもむしろ流れの非平衡性によって決定づけられている．

• テーマ２：水没する傾斜樹木に作用する流体力特性
流体力は単に投影面積と流速ベクトルの内積ではなく，流体力が作用する投影面積と面ベクトル方向の流速の積で評価されるべきである．

• テーマ１：不等流中の非水没樹木に作用する流体力特性
加速流れなど大スケールの圧力勾配のある流れでは，水流中に作用する抵抗体の形状抵抗は上昇する．

発表内容

・ エネルギー保存
空間平均からの偏差分を乱れエネルギーとして取り扱う方法が一般的であり，流体力項による乱れの生産項を加えることで評価されることが多い．精度は抗力係数評価法と乱流モデルの両方に依存するため，あまり検討された
3
例はない．

・ 運動量保存
抵抗体に作用する流体力項を負荷し，全体の運動量保存則を満足させる．
⇒流体力は抗力係数を用いて評価されることが多いが，抗力係数は抵抗体，流れの様々な条件によって変化する．
⇒CD=f(形，レイノルズ数，フルード数，配置，相対水深（水没），アスペクト比，流れの加速，減速，歪・回転)流体力を評価する場合は不等流や歪・回転のある流れであるが，多くのこれまでの研究は一様流や等流において調べられている．

・ 質量保存連続式において体積占有率を導入するか，見かけの流速を解くことで容易に評価可．

直接評価法
抵抗体周囲の流れを解像する高精度・高密度解析⇒樹木などの複雑形状体では困難
積分型評価法抵抗体の複雑形状とそれによる流れを解かずにある程度大きな空間において積分された方程式系を用いる．全ての抵抗を評価する場合と一部の形状を評価する場合に分かれる（樹木の場合は一般に群形状は評価するが個別樹木は評価しない）

抵抗体を有する流れの解析の課題

テーマ１：不等流中の非水没植生に作用する流体力特性とその評価手法

抵抗体
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
円柱群
透過性抵抗体透過性抵抗体透過性抵抗体透過性抵抗体透過性抵抗体透過性抵抗体透過性抵抗体流量(L/s) 河床勾配
4.85
1/400
6.55
1/17.43.95
1/17.45.64
1/17.41.72
1/17.4
2.06
1/400
3.32
1/400
4.85
1/400
2.06
1/400
5.64
1/17.42.25
1/17.43.66
1/17.4
5.35
1/400
5.35
1/400
1.58
1/400
4.65
1/17.46.81
1/17.4
5.35
1/400
5.35
1/400
5.35
1/400
5.35
1/400

流況
等流
等流
等流
等流
等流
等流
等流
加速流
加速流加速流
減速流
減速流
加速流
加速流
等流
等流
等流
加速流
加速流
加速流
加速流

Re (Ud/ν)
Re=1060
Re=3816
Re=3647
Re=3639
Re=4194
Re=831
Re=845
1893<Re<3455
1391<Re<2375
3872<Re<4642
1389<Re<4546
1270<Re<3510
1648<Re<1848
2091<Re<3133
Re≒300.7
Re≒221Re≒218.5
0.0585<Re<295.4
138.7<Re<240.45
181.6<Re<405.4
168.4<Re<275

Fr (U/√gh)
Fr=0.08
Fr=0.43
Fr=0.52
Fr=0.43
Fr=0.95
Fr=0.066
Fr=0.053
0.18<Fr<0.43
0.17<Fr<0.380.48<Fr<0.63
0.17<Fr<0.96
0.11<Fr<0.51
0.13<Fr<0.16
0.19<Fr<0.35Fr≒0.0196
Fr≒0.124Fr≒0.100.0585<Fr<0.178
0.0574<Fr<0.136
0.0861<Fr<0.348
0.0768<Fr<0.16

下流端水深 h 0 (m)0.164
0.06320.044
0.06040.015
0.10350.164
0.052
0.0322
0.045
0.06
0.106
0.10970.065
0.19440.11790.17410.1
0.12
0.06550.011

仮定・前提：
非水没の一様（水路幅スケールで見た時に密度が変化しない）な抵抗体とする．等流状態の抗力係数はReやアスペクト比によって変化せず，Frのみの関数とし，これをあらかじめ等流実験から得る（等流状態の抗力係数は分かっ4ているものとする）．

目的：
一次元流れにおける流れの加速，減速が抗力係数に与える影響評価

CaseCase LC 1
Case LC 2
Case LC 3
Case LC 4
Case LC 5
Case LC 6
Case LC 7
Case LC 8
Case LC 9
Case LC 10
Case LC 11
Case LC 12
Case SC 1
Case SC 2
Case LP 1
Case LP 2
Case LP 3
Case LP 4
Case LP 5
Case SP 1
Case SP 2

実験方法

Vegetation fallen by flood flow

Nuta River

Ushizu River

reduction inprojection area

Monami(wavy motion) (Flexibility)
Inclination(change in angle to flow)(reduction in projection area)
5

Inclination and Fall down with
reduction in projection area

Flow

Vegetation reactions to water flow

Monami with flexible
vegetation

Flowvegetation reactions to water flow need to be clarified.

テーマ２：傾いた植生に作用する流体力特性とその評価手法
To model the interactions of water flow and vegetation during flood event,Di
1 uri ur h   zr
 zr  zr cr 2hkhzbuvurubuRoughness
Layer

Main
Calculation
DomainVortex Layer

Slope roughness layer
without vegetationDi
1 uri ur, CD  02
 zr  zr crcr 

 k   z0 ln   Ar  ks 
1

DiC u u4k
1 uri urRoughness layer within D ri r  1   vegetation
 zr2 d  zr cr 2n d 2 / 4xyWall LawLayer

Slope roughness layer without resistance term

Roughness
surface heightzt

Resistance coefficient of theroughness layer cb

Flow

Bottom height zbz

テーマ３：水没植生を有する流れの水深積分解析法（GBVC4‐DWL）