260 280 γθη1） 300
180 200 220 240 260 280 γω 300
ミ5No
160
一一
繋蔓嚢曇霧挙牢呼
220 240 260
上流端より180沈 ｛竺
1
180 200
ξ璽i鑑運竃麹〜捲螂言…搾
16。
280 ア白り 300
上流端より220ml 1竺竺
180 200 220 240 260
図4．44横断流速ベクトル図（メグナ川）
280 γ↓｝ηリ 300
94 第4章 3次元流数値計算モデルの適用性に関する研究
c）突堤周辺部の流れ構造について
以上の計算結果より，突堤周辺部における流況の模式図を図4．45に示す．破線は底面近 傍の流向を表している．図より，突堤周辺部では剥離渦，螺旋流，および底面流に沿った 鉛直渦の3つが主な渦流として発生しているものと考えられ，特に，初期局所洗掘過程に
関しては，これらの渦流とともに緩傾斜護岸に沿って流下してくる加速された底面近傍の 流れにより発生するものと考えられる．
図4．45 突堤周辺部における流況の模式図
d）底面せん断応力について
図4．46に，1周期（120秒）における河床せん断応力を平均化したものを示す．図より，
突堤先端部では縮流の影響によるせん断応力の増加が見られるが，それと同程度にせん断 応力の大きな領域が，先端部より下流側約100m付近の剥離渦が通過する領域に発生して いることが分かる．この計算結果から推定すると，護岸上で流砂が発生しないと仮定すれ ば，突堤先端部から下流側約100〃2付近で最も流砂量が大きくなるという結果が得られ，
前出図4．39に示される現地での状況とは若干異なるものの，突堤先端部から発生する剥離 渦等の影響により，かなり下流側で洗掘が発生する可能性が指摘される．
300
3
250
200
150
100
50 100 150 200 250 300 350x（m）400
図4．46 底面せん断応力コンター図（τ／τo）
ττ0 ：底面せ F平均底
断応力
ｹん断
心力、
、、
A o
一
3 一一一−一一 一 一 ≡ 一 一 一 一一←一一一一一一一 一一一一一一
②． ②
@ さ
7＼
4．4．2 百間川・ニノ荒手周辺の流況に関する数値計算
〔1〕現地の概要
岡山県を流れる旭川の放水路である百間川で は，平成4年に改定された旭川の工事実施基本計
画を基に，百間川に2，000〃23／∫（旭川本川に4，000 功3／5）を流下させるように定められ，当初の計画
によると図4．47に示されるニノ荒手堰は全面撤 去されることになっていた．しかし，ニノ荒手は
その歴史が古く，貞享3年（1686年）からの築
造当時の石積みが良好な状態で現存しており，ま た，近年このような歴史的土木構造物を後世に伝 えていくことの重要性が認識されつつあること から，その現地保存の可能性が検討されている［13］［38］．一方で，ニノ荒手は河川を横断して設 置されていることから，洪水時などには荒手を越 流する流れが存在する．その流況は，第3章で示 したように，上下流の水位差あるいはその他の水 理条件により，荒手直下流部で急激な洗掘を発生
させる潜り噴流状態となることが予想され，その 場合，荒手下部からの河床材料の抜け出しや荒手
ω㎜
1
800
600
400
200
0
0 図4．47200 400 ω 600
百間川・分流部周辺の河床 位コンター図（2002）
の沈下，あるいはそれに伴うよる石礫の流出など，荒手自身が被災する恐れがある．
そのため，これまでに，ニノ荒手下流部の局所洗掘にっいては，（財）土木研究センター により大型模型実験による各種検討が行われており［13］，それによると，計画分流量 2，000〃23／ぷに対し，それより小さい500〃23／ぷ時に最大洗掘深が発生するとされている．これ は，流量500〃23／ぷの時にはニノ荒手下流部の流況が潜り噴流状態であるのに対し，それ以 上の流量では水位差の関係等から波状跳水状態となり，洗掘が進行しないためとされてい る．しかし，これらの結果はあくまでも模型実験によるものであるため，複雑な河床形状 を有する実河川においても，その流量時に実験同様の流況が発生するとは限らない．そこ で，本項では，実河川である百間川・ニノ荒手周辺の流況を対象とし，本3次元流数値モ デルの適用を試み，実験結果との比較からその再現性について検討を行なう［14］．
〔2〕計算条件について
図4．48（図4．47の枠内）に計算で使用する百間川・ニノ荒手周辺の河床位コンターを，
また，表4．10および表4．11にそれぞれ計算条件および計算ケースを示す．計算は，大型 模型実験［13］により，波状跳水状態になるとされている流量1，000〃23／ぷ（Case1）と，潜り 噴流状態になるとされている流量500〃23／ぷ（Case2）の2Caseを対象とする．下流端水位 にっいては，大型模型実験の結果による値を使用し，また，マニングの粗度係数について
96 第4章 3次元流数値計算モデルの適用性に関する研究
50
100
150
ミ
0 50 」00 150 200 γ伽り 250
図4．48 百間川・ニノ荒手周辺の河床位コンター図（2002）
表4．10 計算条件（百間川）
計算時間間隔∠パθC） 0，002 流下方向メッシュ間隔4x（功） 1．5
横断方向メッシュ間隔∠γ（m） 1．5 表4．11 計算ケース（百間川）
鉛直方向メッシュ間隔∠z（m） 0，375
Case1 Case2
x方向 125
流量0（1η3／ぷ） 1，000 500
メッシュ数 γ方向 180
下流端水位（m） 7，725 6，035
2方向 26
マニングの粗度係数 η 0，025
Kγ 3．0
人工粘性係数
κレP 0．1
最小体積率㌃．（％） 20
は前野［38］と同様の値を計算領域全体にわたって適用する．初期条件として，下流端を堰 上げた状態における浅水流モデルによる計算結果（水深，流速）を与え，また，上流端の 境界条件として，図4．47に示される領域を励メッシュの浅水流モデルにより計算し，そ れにより得られた各方向（x，γ方向）の単位幅流量を与える．
〔3〕計算結果と考察 a）Case1について
Case1の計算結果として，図4．49に図4．48に示される①〜④断面の縦断流速ベクトル 図を，また，図4．50に水面形コンター図をそれぞれ示す．図4．49より，流量1，000〃13／∫
では堰上を剥離した主流は水面付近を流下しており，特に，④断面では計算結果は実験結 果同様，水面形が波状形状を呈する波状跳水状態となっている．したがって，Case1にお
ける流量・水位条件であれば，計算は実験同様，荒手下流部にて大きな洗掘は発生しない ことを指摘している．一方，図には示していないが，横断方向流速については堰下流部に おいて右岸から左岸方向へと底面付近へ潜り込む流れが発生していた．しかし，その流速
値は非常に小さく，主として流下方向流速が卓越していることが確認された．また，図4．50 より，左岸導流堤下流部では水面形が乱れていることが分かるが，これは導流堤先端部よ り発生する強いカルマン渦による影響であり，導流堤の左右側面部では大きな水位変動が 常に発生していることが確認された．
例﹁巨∈﹂Lo例﹁巨ト ー 4 ー ト ー﹂L旬例﹁巨﹁﹂Lω例﹇目
n6 6 4 2 4
2