混合粒径河床

概要

実際の河床材料は単一粒径ではなく，様々な粒径が混じり合っています．粗い粒子は 流されにくく河床表面に残って粗粒化（アーマリング）する一方，細かい粒子は 選択的に流出しやすいため，河床の粒度構成は流れの条件に応じて時間的・空間的に 変化します．Cabernet2Dでは，この粒度構成の変化を考慮した河床変動計算を， GUI計算条件「Bed Material / Mixed Grain Size」タブで設定できます．

GUI表示

名称

概要

Uniform grain size（単一粒径）

河床材料を単一の代表粒径で扱う，最も簡便な設定．

Mixed grain size（混合粒径）

複数の粒径階級を持つ河床材料として扱い，交換層内の各粒径階級の存在比率 を時間発展させる．

交換層モデルの考え方

混合粒径計算では，河床を「交換層（exchange layer）」と呼ばれる表層とその下の 層に分けて扱います．交換層は流れとの間で土砂をやり取りする層で，各粒径階級の 存在比率 \(p_k\) を保持します．侵食・堆積に伴って交換層内の粒度構成が更新 され，これが掃流砂・浮遊砂の各粒径階級ごとの輸送量計算（限界掃流力・掃流砂量 式の評価）に反映されます．

GUIでは「Exchange layer thickness (m)」（交換層厚さ）として，この層の厚さを 設定します．

粒度分布の入力

GUIの「Grain size distribution」テーブルで，粒径階級ごとの構成比率を入力します． 入力形式は「Grain size input type」で選択します．

入力形式

説明

  1. Fraction (%)

各行がその粒径階級の構成比率（％）．合計が100%になるようにします （自動的に正規化されます）． 例：d=0.15mm: 10%，d=0.30mm: 20%，d=0.43mm: 40%，d=0.61mm: 20%，d=0.86mm: 10%

  1. Cumulative passing (%)

各行がその粒径より細かい材料の通過百分率（ふるい分析と同じ形式）． 値は単調増加である必要があります（粒径は自動的に昇順に並べ替えられます）． 例：d=0.15mm: 10%，d=0.30mm: 30%，d=0.43mm: 70%，d=0.61mm: 90%，d=0.86mm: 100%

いずれの形式で入力しても，内部的には合計1.0の構成比率に変換されてから計算に 使われます．

摩擦係数パラメータ

河床材料の摩擦特性として，以下のパラメータを設定します．

パラメータ

説明

Static friction coefficient

静止摩擦係数（既定値1.0）．

Kinematic friction coefficient

動摩擦係数（既定値0.5）．

注釈

これらの値を小さくすると，掃流砂の重力による移動効果が強くなり，河床の 微地形が滑らかになる傾向があります．小さくし過ぎると，再現したい微地形 が消えてしまうことがあるため注意してください．

出力

混合粒径計算を有効にすると，計算結果として以下の代表粒径が出力されます．

  • Mix mean grain size dm (mm)：交換層の加重平均粒径

  • Mix grain size d10 (mm) / d50 (mm) / d90 (mm)：通過百分率10%・50%・90%に 対応する粒径

これらの出力により，計算の進行に伴う河床表面の粗粒化・細粒化の進行状況を 確認できます．