ken10308

山中　悠資

実河川を想定した一次元開水路における非定常流解析

細山田　得三

河川流の実態を把握することは，洪水などによる河川災害を軽減する上で重要である．また，河川流は絶えず土砂を輸送しているため，河川の地形は時々刻々変化しており，長期的には河川の治水安全性に影響を与える．さらに河口付近では，河床勾配が緩やかになり，河川流の影響が低下するが，海岸における波動やそれに応じた水位変動が土砂の輸送に影響し，複雑な地形を形成する．
現在，河川の複雑な地形を考慮できる数値モデルとしては平面二次元や三次元解析が提案されている．一次元での数値解析はこれまで擬河道網による水文流出解析や非定常流，等流・不等流などの水理量の解析において実績があり，河川断面の形状特性や高度の数値スキームを用いた解析が行われている．しかしながら，河川の実断面の複雑さと高度な数値スキームの両方を含んだ解析は報告されていない．河川の一次元解析は，河川の蛇行などを考慮することは困難であるが，解析を高速に行うことができ，計算機への負荷も少なく，さらに高度化される余地が残っている．本研究では，一次元に限定するが，河川の断面形状を正確に評価し，常・射流を考慮できるFDS(Flux Difference Splitting)法を用いた数値モデルの開発を行った．また，この数値モデルを用いて実河川流の解析を行った．さらに，海岸における波動が河川に侵入してきたとき水位がどのように変動するのか，様々な条件下で河川の下流方向から波を発生させることで解析を行った．
実河川流に関する解析は新潟県刈谷田川の河川断面を用いて行った．その結果，水面形と土砂輸送量については理論的に整合性のある結果を得ることができた．河床勾配が急な箇所では水深が小さく，土砂輸送量が多くなり，河床勾配が緩やかな箇所ではその逆の現象を示した．海岸における波動と河川流に関する解析は新潟県阿賀野川の河川断面を用いて行った．その結果，波が河口を遡上する距離は，河川の流量が450m3/s，波の周期10s，波の振幅が0.3mのとき，約50mとなった．この条件に対して河川流量，波の周期・振幅をそれぞれ変化させて同様の解析を行ったが，波の遡上距離は各解析ケースにより異なる結果となった．
本研究において，実河川の水面形，地形変化は河道地形や河床変動に伴う水位変化について理論的に整合性のとれた結果を得ることができた．また，海岸における波動と河川流に関する解析では，波の周期を変化させた場合で最も波の遡上距離が変化したため，波の周期と流れの固有周期の関係が，最も支配的に波の遡上距離に影響を与えるものだと考えられる．

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