自然法則に基づく安定性河道とデータ駆動型の河道の予知保全法による河川の多重性向上

通过基于自然规律的稳定性河道和数据驱动的河道预测维护方法提高河流冗余度

基本信息

批准号：
21H04596
负责人：
安田浩保
金额：
$ 26.87万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

2020年に開始した流域治水により、必要な箇所の水位を確実に低減させるためには、排水を計画した地点の前後の区間における洪水による河道の変形を抑制できる必要がある。このような河道の変形は、河床の自発的に形成される交互砂州が要因となるものと考えられている。2022年度は、交互砂州に関する以下の2つの成果を得た。一つ目の成果は交互砂州の流下速度の推定式の導出である。交互砂州は洪水時に流下する性質があると考えられており、この流下速度や流下の機構を解明するため、河床の変動を波動現象と見做し、河床の移流拡散方程式を導出した。また、同方程式における移流係数が交互砂州の流下速度となることを実証した。この成果は、来るべき洪水において河道のどこが水衝部となるかの推定に利用できる可能性がある。二つ目の成果は、交互砂州の発生の起源の特定である。人工改修により河床を平坦としても交互砂州が発生するが、この発生は砂礫で構成される河床の生得的な不安定性に由来するものと60年以上にわたり考えられてきている。これに対し、採択者らは、模型実験において1平方cm以上の空間的な密度で水面と底面を同時に測定できる手法を用い、交互砂州の発生から発達の過程について空間と時間の両方を細密に測定した。この測定の結果、初期条件として与えた平坦な河床においてさえ無視できない規模の水面波列が自励的に発生し、これが交互砂州の発生の起源となることを特定した。この成果は、交互砂州を有する河川において堤防の侵食や越流を根源的に回避するためには、現行の流路幅を縮小する必要があることを示唆する。

通过始于2020年的盆地控制，为了确保可以减少所需地点的水位，因此必须能够抑制计划排水所在地之前和之后的洪水造成的河道变形。据信，在河床中自发形成的交替的沙洲是导致河道变形的因素。在2022年，我们在交替的沙洲方面取得了两个结果：第一个结果是估算交替砂板的流速的方程式的推导。据信，交替的沙洲具有在洪水期间流动的特性，为了阐明下游的速度和流动机理，河床的波动被认为是振动现象和河床的对流扩散方程。还已经证明，同一方程式中的对流系数是交替的沙洲的流速。这项成就可以用来估计河道在即将到来的洪水中会变成水的何处。第二个成就是确定交替的沙洲发生的起源。即使河床平坦，人工装修也会导致交替的沙洲发生，但是60多年来，这被认为是由于河床的先天不稳定，由沙子和砾石组成。相比之下，申请人使用了一种允许在模型实验中以1平方cm或更高的空间密度同时测量水面和底部表面的方法，并详细测量了交流砂板的开发时空间和开发时间的测量。该测量结果确定，即使在初始条件是自我激发的平坦河床中，水波列车也无法忽视，这是交替的砂巴发育的起源。该结果表明，必须降低当前的流动路径宽度，以避免用交替的沙洲河流中路堤的侵蚀和溢出。