河川・貯水池の結氷機構と熱収支に関する研究

河流水库冻结机制与热平衡研究

基本信息

批准号：
61550364
负责人：
佐渡公明
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kitami Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1986
资助国家：
日本
起止时间：
1986 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-61550364/
关键词：
熱収支結氷機構水温氷厚平衡温度

项目摘要

本研究は河川や貯水池の結氷機構について、理論的研究と現地観測を行ったものであるが、その成果を研究計画に対応させて以下に記載する。1.熱収支の現地観測当初予定していた常呂川水系富里ダムにおける冬期間の熱収支観測は、水位低下試験のため実施できず、代わりに屈斜路湖の氷板上で1987年1月23日〜30日まで熱収支観測を実施した。全熱収支量に占める各熱収支要素の割合は、純放射量が最大で、次いで顕熱・潜熱フラックスの順に大きかった。昼間の純放射量には全天日射量の影響が最も大きく、顕熱・潜熱フラックスについては風速による強制対流が支配的であることが分かった。2.平衡温度による水温解析河川水面に対する全熱収支量を線形化して平衡温度と熱交換係数を定義し河川水温計算のための1次元水温計算モデルを提案した。これより、乱流拡散を無視できる条件、水理・気象条件に対する水温の応答特性を明らかにした。3.平衡温度を用いた氷厚解析積雪の有無および表面温度(雪面か氷板表面)が既知か未知に分けて適用できる4本の氷厚算定の近似式を誘導した。これによりStefanやNeumannの式の適用条件が明確になった。氷厚増加に影響する要因については、平衡温度、熱交換係数、風速、積雪深、流速についてその影響を明らかにした。ところで、結氷板の温度上昇による熱応力については、我が国ではダムの安定計算に算入していない。しかし、この氷板熱応力については氷の構成方程式、クラック、両岸の拘束度等未解決の問題点があり、今後これらを調べていきたい。さらに流域全体に実用的精度をもって適用できる融雪熱量の近似モデルを開発していく考えである。

本研究主要针对河流、水库结冰机理进行理论研究和现场观测，根据研究计划，现将研究成果介绍如下。 1. 热平衡现场观测原定常吕川水系富里水坝冬季热平衡观测因水位下降试验而未能进行，改于1月在屈斜路湖冰面上进行1987年1月23日，1月1日至30日进行热平衡观测。从各热平衡要素占总热平衡的比例来看，净辐射最大，其次是显热和潜热通量。研究发现，白天的净辐射对太阳总辐射的影响最大，而在感热和潜热通量上，风速引起的强制对流占主导地位。 2.利用平衡温度进行水温分析我们将河水表面的总热平衡线性化，定义了平衡温度和热交换系数，并提出了用于计算河水温度的一维水温计算模型。由此，明确了在什么情况下可以忽略湍流扩散的条件以及水温对水力和气象条件的响应特征。 3. 利用平衡温度进行冰厚分析推导了计算冰厚的四个近似公式，可应用于有雪或表面温度（雪面或冰板表面）已知或未知的情况。这明确了Stefan方程和Neumann方程的应用条件。我们阐明了平衡温度、热交换系数、风速、雪深和流速对冰厚增加的影响。顺便说一句，在日本，冰盖温度上升引起的热应力不包括在大坝的稳定性计算中。然而，关于冰盖热应力仍然有一些未解决的问题，例如冰的本构方程、裂缝以及两岸的约束程度，我们希望在未来研究这些问题。此外，我们的想法是开发一个融雪热量的近似模型，该模型可以以实用的精度应用于整个流域。