2011河川技術論文集

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よりとしにばし
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, 1, 211 2Way A Study on Diversion Weir Height for Maintaining Two-way Channel 1 2 Tomonori NAGATA, Hiroyasu YASUDA and Yasuharu WATANABE 1 ( 2 2 1 ) 2 ( 9 211 2 ) ( 9 1) Attempts have been made to

1 , 1, 211 2Way A Study on Diversion Weir Height for Maintaining Two-way Channel 1 2 Tomonori NAGATA, Hiroyasu YASUDA and Yasuharu WATANABE 1 ( ) 2 ( ) ( 9 1) Attempts have been made to reconnect the current river channel (which was previously straightened in river improvement work) with previous meanders in channels remaining as oxbow lakes, on the Shibetsu River in the northeastern part of Japan. The purpose of this project is to restore the rich natural environment that had been lost in the straightening, while maintaining the channel s function of enabling floodwater to flow away safety. Such a channel is known as a two-way channel as it has two passages, and has a diversion installed downstream from the divergence point to facilitate the flow of water to the meandering side. This study presents a method of creating a computational grid for two-dimensional analysis of such a two-way channel. This method also enables detailed advance verification of the height required for long-term management of river channels with divergence and confluence points. Key Words : Two-way channel, Two-dimensional analysis, Diversion, Flow Distribution Ratio 1. 2way 22.km 1 2way 9 1) m Oxbow Lake Weir 1

2 SP2 SP22 SP2 SP1 SP1 SP1 Grid Number = x 21 Grid width = 1.m x.m SP2 SP2 SP SP12 SP2 SP1 SP SP SP SP SP SP SP SP2 2 SP HSP HSP HSP 12 HSP HSP HSP2 HSP HSP Grid width =.~1.m x 1.m 1 m 図 2 測線配置河床高平面図測量図一般座標系計算格子 X,Y All Discharge Surveyed Discharge Rain Fall Time=1h Discharge (m/s) 1 1 Time=11h 2 2 Time=2h 1 2 Amount of rain fall (mm/h) HSP 2 HSP HSP2 HSP HSP2 HSP2 HSP2 HSP2 HSP22 HSP1 HSP HSP HSP Bed Elevation SP SP2 SP SP SP Weir SP SP SP-2-1 Time (hour) 図流量変化 21/12/ 12: 12/ 12: 1 1 まず等分割した横断測線間を線形補間し河床デー 2 2 図河床形状を三角平面でモデル化一般座標格子点の投影タの分布密度を高める次に格子幅 1m の直交座標系格子 X,Y を作成し各格子点近傍の河床データをそける複雑な流況の把握には煩雑な計算格子構成作業がれぞれ点抽出する抽出した点に対して各格子伴うため実用に耐えうる解析は行われてこなかった点との距離の 2 乗に反比例した重み付けを行い補間本研究ではまずこのような 2way 河道における平対象点の標高値を得る逆距離加算法図 2 は以上面二次元解析を可能にする計算格子構成手法を提案しの補間によって得られた河床形状を平面図で示したもたそして当手法を用いた水理解析を行い現地観のであるが測量時に撮影された航空写真との比較か測データとの比較から解析結果の精度検証を行うととら分岐合流部における局所洗掘や砂州前縁線などをもにこの解析モデルを用いて 2way 河道の自律的維持明瞭に表現し得ることがわかった次にこの正方格子を可能にする適切な分流堰高に関する検討を行った状の河床データを図に示すような三角平面の集合体としてモデル化する最後に図に示すような任意 2. 解析手法と計算条件の一般座標系格子 X,Y を作成しこの各格子点を (1) 計算格子作成ような各格子点一般座標系の標高値が得られる先の三角平面上へと投影することで図中の点で示す 2way 河道における河道断面の計測は作業効率上蛇行直線両区間をそれぞれ別々に実施するため図 2 以上より平面的な偏在性を有する標高データを元にしながらも任意の一般座標系格子が作成可能となるに示すように分岐合流部で各区間の測線が交差し合う形となるこれは 2way 河道を扱う上での大きな特徴 (2) であるとともに解析を行う際の障害ともなっている現地観測流量水位計算対象期間ここで解析結果の検証に用いる水位流量の現地観本研究ではこのような河床データをもとにして計測状況について述べる図は昨年の年間最大流量算に供する任意の一般座標系格子を作成するため次を記録した 12 月日 2 : 前後の試験地総流量蛇のような手順でデータの処理を行った行部直線部の合計の時刻変化と時間降雨量を示し - 2 -

3 H-Q m : () (1) RIC-Nays 2d solver 2) 2) CIP (uh) t (vh) t + (hu2 ) + (huv) + (huv) y + (hv2 ) y = hg H τ x ρ + Dx (1) = hg H y τ y ρ + Dy (2) h t + (hu) + (hv) = () y x, y: u, v: t: h: H: g: ρ: τ: D: HSP12 () Manning-Strickler ) d =.mm n = k s 1/. g, k s = 2d () k s : d: () SP SP 2 1m 9 φ = 2cm ) n =.1 τ x ρ = gn2 u u 2 + v 2 h 1/, D x = D y = [ (uh) [ (vh) τ y ρ = gn2 v u 2 + v 2 h 1/ () ] + [ ] (uh) y y () ] + [ (vh) y y n: : () ] () SP SP2 2m HSP12 HSP m m /s 9m /s (1) 9 a) Time=2h 12 1: 11.m /s.%

4 SP2 Q = 11. (m/s) r =. (%) SP2 Time : 21/12/ 1: 1 2 Distance from Confluence Point (m) SP SP 2 SP HSP2 SP-2 HSP HSP HSP12 HSP2 HSP2 HSP water surface elevation (cal) 図 [Time=2h] Time : 21/12/ 2: auto-gage (WL) velocity vector (cal) 2 Distance from Down Stream Edge (m). (m/s) 流速ベクトル水位面標高平面図左蛇行区間縦断図右上直線区間縦断図右下 SP2 Q =.2 (m/s) r =.9 (%) SP2 HSP12 HSP HSP SP SP Distance from Confluence Point (m) SP SP 2 SP HSP2 SP-2 HSP HSP HSP12 HSP2 HSP2 HSP12 HSP water surface elevation (cal) 図 [Time=11h] HSP HSP auto-gage (WL) velocity vector (cal) 2 Distance from Down Stream Edge (m). (m/s) SP SP 2 流速ベクトル水位面標高平面図左蛇行区間縦断図右上直線区間縦断図右下 Velocity (m/s) の水面形を比較的良好に再現し得ることがわかった Time=11h b) Time=2h 1. 増水期 Time=11h 次に図の 9 時間後にあたる増水期の流況を図. に示すこの時総流量は.2m /s に増加する一方で Time=1h 蛇行区間の流量配分比率は %まで低下することがわ 2 1 かったこれは水位の上昇に伴って分流堰の影響 All Discharge (m/s) 図平均流速の変化蛇行:SP 2 直線:HSP21 が相対的に弱まることに起因しておりこの時すでに増水期のある流量を境として直線区間側を主流としは蛇行区間側を主流とした流れが形成されることを裏た流れに切り替わっていたことを意味している付ける結果であるまた左図からもわかるように流このことは流速の変化にも如実に現れており図速は蛇行区間側で相対的に高く直線区間は堰直下からの左図から直線区間の流速が卓越している状況が見て合流点の間で停滞した状態となる図に示す平均流とれるまたこの時増水過程の只中にありながら蛇速で比較すると両区間には約 1. 倍の開きがあった行区間の流量はすでにピークに達し平均流速は図直線区間の縦断図からは分流堰の上下流は非常にに示すようにピークを越えてやや低下し始め直線緩やかな水面勾配を成し堰を完全越流した流れはそ区間との差が徐々に広がりつつあることがわかるの上下流で堰高相当 1m 程度の水位差をもたらすこ縦断図を見ると分流堰を越える流れは波状跳水をとがわかるこれにより蛇行区間の流れは右上図の伴う不完全越流状態となり直線区間の水位差はほぼように分岐合流点を直線的に結ぶ水面形となり堰解消されるとともに分岐合流点を結ぶ蛇行区間の水上下流の水位差に応じた急峻な水面勾配を成すことが面勾配は非常に緩やかなものへと変化したことがわかわかるまた水位の実測値と計算値との整合性は高るこれは増水期における水位上昇量が堰の上下く流量変化とともに大きく変動する蛇行直線両区間流で大きく異なることに起因している - 2 -

5 HSP12 Time : 21/12/ 2: HSP12 SP 2 SP-2 water surface elevation (cal) HSP2 SP 2 9 [Time=1h] 1 9 Weir top GL Weir SP2 SP2 HSP2 HSP2 SP HSP Q =. (m /s) r = 1.1 (%) SP SP auto-gage (WL) velocity vector (cal). (m/s) HSP HSP HSP HSP 1 2 Distance from Confluence Point (m) 2 Distance from Down Stream Edge (m) 21/11/1 Suppressed Weir (Current) 2/12/ Suppressed Weir (Restored) 2/9/12 Notched Weir 1 2 Distance from left side (m) 1 c) Time=1h 9.m /s 1% 9.m/s.m/s 29 2way 2m 2cm Distribution Ratio (%) Suppressed Weir Suppressed Weir after Flood Notched Weir Notched Weir after Flood Cut Down Weir Height 2. ~ 11 Restore Weir Height 2. ~ All Discharge (m /s) 11 (2) 1 HSP way 11 9

6 1 9 Suppressed Weir Suppressed Weir after Flood Notched Weir Notched Weir after Flood 1 9 CASE1 Current Weir Height CASE2 Raising +cm CASE Raising +2cm CASE CutDown -2cm CASE CutDown -cm Distribution Ratio (%) Qm=m /s Qm=2m /s Distribution Ratio (%) (A) 2 Qm=2m /s Qm=1m /s 2 1 Qm=1m /s Qm=m /s All Discharge (m /s) 12 1 Q=m /s Qm=1m /s All Discharge (m /s) (1)c) m /s 1m /s 1) 1m /s m /s 1m /s 9% m /s () ±cm 2cm Q m =1m /s Q=m /s A Q m =1m /s 2cm 2way. 2way 2way 1), 1 pp ) 2d solver: flow e.pdf ), (I) pp ) pp ) 2 pp.- 9 pp ( )

, COMPUTATION OF SHALLOW WATER EQUATION WITH HIERARCHICAL QUADTREE GRID SYSTEM 1 2 Hiroyasu YASUDA and Tsuyoshi HOSHINO

, COMPUTATION OF SHALLOW WATER EQUATION WITH HIERARCHICAL QUADTREE GRID SYSTEM 1 2 Hiroyasu YASUDA and Tsuyoshi HOSHINO , 2 11 8 COMPUTATION OF SHALLOW WATER EQUATION WITH HIERARCHICAL QUADTREE GRID SYSTEM 1 2 Hiroyasu YASUDA and Tsuyoshi HOSHINO 1 9-2181 2 8 2 9-2181 2 8 Numerical computation of river flows have been employed