実河川における自由水面の支配的挙動

抄録

　河川流のような開水路乱流における自由水面は流れの条件に応じ様々な挙動を呈する．河川流における自由水面が重力波として振る舞うと同時に，乱流のような特性を示すことは既に知られているが，支配的な挙動がFroude数等の条件に依存してどのように変調するかは必ずしも明らかになっていない．本研究では，河岸に設置したビデオカメラにより刻一刻と変化する水面の様子を動画像に記録し，それらの動画像から水面形状の復元を試みた．水面形状の復元は良好であり，これらのデータに対して，離散Fourier変換に基づく波数・周波数解析を主な手段とし，自由水面挙動について分析した．その結果，自由水面の挙動が流れと重力波の重ね合わせに加えて，両者の相互作用により生じる定常波の三つの振る舞いから成ることを見出した．更に，水面変動に対する流れの寄与率が定常波の波長またはFroude数の二乗に比例して減少することが明らかとなった．