蛇行する大潮河口における二次循環の直接測定

Direct measurement of secondary circulation in a meandering macrotidal estuary.

• Kirana Somsook
• Maurice A Duka
• Neriezza A Olap
• Joan Cecilia C Casila
• Katsuhide Yokoyama

抄録

湾曲した流路に沿って典型的ならせん状の流れ運動を引き起こす二次循環は、蛇行性を持つ河口域の複雑な形態力学的プロセスの原因となっています。古典的な二次循環現象は、水路実験や数値シミュレーションによって広く報告されているが、現場での観測はほとんど行われておらず、限られた流路断面しか観測されていない。本研究では、蛇行する大潮河口における古典的な二次循環の空間分布を洪水期と干潮期の両方で説明するために、船舶搭載型ADCPを用いて流速の集中的な測定を行った。フィールドでの測定では塩分濃度はごくわずかであり、対数パターンを示す流速分布は開水路の流れの状態を確認している。流れが湾曲部に入ると、一次および二次流速は外岸に向かってシフトしている。ベンドの頂点では、底流が内岸側に偏っているのに対し、地表付近の一次・二次流速は外岸側に偏っており、循環が促進されている。流れが湾曲部を出ると、底流の二次流れが表層流よりも優位になり、底流の速度ベクトルは内岸に向けられる。一次流れと二次流れの両方が、ベンド断面の非対称性と点棒の形成とともに、三次元ヘリカル流の伝播を引き起こす。本研究では、集中的なADCP調査により、古典的な二次循環の三次元構造を実際のフィールド条件で実証することに成功した。

Secondary circulation, which induces the typical helical flow motion along a curved channel, is responsible for the complex morphodynamic processes in fluvial streams and estuaries with meandering nature. Classical secondary circulation has been extensively documented through flume experiments and numerical simulations but field observations about this phenomenon are scarce and only limited to few channel cross-sections. In this study, intensive measurements of flow velocities were performed using a vessel-mounted ADCP in order to illustrate the spatial distribution of classical secondary circulation in a meandering macrotidal estuary for both flood and ebb phases. Negligible salinity is noted during field measurements and velocity profiles manifesting logarithmic patterns confirm open channel flow conditions. As the flow enters the bend, primary and secondary velocities are shifted towards the outer bank. At the bend apex, circulation is accelerated with near-surface primary and secondary velocities skewed to the outer bank while bottom currents are skewed to the inner bank. As the flow exits the bend, bottom secondary currents gain dominance over surface currents while the bottom velocity vectors are directed towards the inner bank. Both the primary and secondary currents cause the propagation of the three-dimensional helical flow alongside with the asymmetry in the bend cross-section and the formation of point bar. This study successfully pioneers in demonstrating the three-dimensional structure of classical secondary circulation in actual field conditions through intensive ADCP surveys.

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