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．

.. list-table::
   :header-rows: 1
   :widths: 10 30 60

   * - GUI表示
     - 名称
     - 概要
   * - (0)
     - 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．
   * - (1)
     - 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 :math:`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．

.. list-table::
   :header-rows: 1
   :widths: 25 75

   * - 入力形式
     - 説明
   * - (0) 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．

.. list-table::
   :header-rows: 1
   :widths: 30 70

   * - 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）．

.. note::

   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．