3次元流体運動・底泥輸送モデル

Abstract

本研究では，3次元の流体運動（乱流，平均流）と粘着性底泥の挙動および輸送を再現するモデルとそのテスト計算結果を示す。流体運動のモデルはBoussinesq近似と静水圧近似を仮定した準3次元のモデルである。一方，粘着性底泥のモデルは，3次元の底質濃度に関する移流・拡散方程式の数値計算に基づいている。フロックの沈降速度は，底泥のフラクタル次元を用いたフロックの大きさを関数とした新しい定式化を行っており，均一サイズの場合はストークス則に一致する。これはWinterwerp (1999)によって提案されたもので，流体の乱流運動によってフロックが凝集したり破壊されたりしてフロックの大きさが時間的に変化する効果が含まれている。本研究では，このフロックの沈降速度の定式化を，3次元の流体運動を含む底質輸送の公開モデル，ECOMSEDに導入し，エスチャリーでの底泥の挙動を解析するテスト計算を行った。

A three dimensional finite difference model system for hydrodynamics and cohesive sediment transport is described. The hydrodynamics model is based on the hydrostatic and Boussinesq approximation. The simulation of cohesive sediment transport process is performed solving the 3D-conservative advection-diffusion equation of concentration. From fractal description of mud flocs, a new formulation for settling velocity is provided as a function of floc size, which is consistent with Stoke’s law. The evolution of floc size, hence settling velocity in a turbulent environment, is described through a new flocculation model of Winterwerp (1999) that includes the effects of turbulence induced aggregation and floc breakup. The flocculation model is introduced and implemented in ECOMSED, a three-dimensional hydrodynamics and sediment transport model, and applied to simulation of evolution of settling velocity of cohesive sediment.