甑島の分岐 した湾で発生す る長周期水位変動 の数値解析
5
0
0
全文
(2) 甑 島の分 岐 した湾 で発生 す る長周 期水 位変動 の数 値解 析. 図‑4 図‑3. 及 びKは,そ. 数 及 び 重 力 加 速 度 で あ る.ま. 長 方形 湾 の湾奥 中 央 にお け る波 高増 幅率 の計算 結果 と 線形 解析解(合 田,1963)の. 小 島漁 港 にお ける長周 期水 位変 動 の観測結 果 の一例. 静 水 深,Coriolis係. 217. 比較. た,Ah. れ ぞ れ,水 平 拡 散 係 数 及 び海 底 摩 擦 係 数 で. あ る. 入 射 境 界 で は,反 射 吸 収 造 波 に よ る無 反 射 境 界 条 件 を 導 入 し,反 射 波 を領 域 外 に透 過 さ せ た.ま. た,海 域 内 に. 設 け た境 界 は,放 射 境 界 と した.他 方,陸 域 境 界 で は, 完 全 反 射 条 件 を仮 定 した.こ れ らの 境 界 条 件 の も とで 式 (1)〜(3)を 差 分 法 に よ っ て 解 く数 値 解 析 プ ロ グ ラ ム を 作 成 した.. 図‑5. モデ ル湾 の解析 の ための計 算対 象領 域. 3. 長 方 形湾 を対 象 と した長 周 期水 位 変動 の数 値 解析 数 値 モ デル の検 証 の た め に,一 様 静 水 深 の長 方 形 湾 に お け る 湾 水 振 動 の数 値 解 析 を 行 な った.長 方 形 湾 の 湾 長 lは,3,000mで. あ り,湾 幅 は,600mで. 入 射 境 界 に お い て,周. あ る.. 期T=100〜1,500sの. 4.. モ デル 湾 を対 象 と した長 周期 水位 変 動 の数値 解 析. 2本 に 分 岐 した 湾 形 を 有 す る浦 内 湾 を想 定 した モ デ ル 湾 を 対 象 と して,湾. 規則波を. 内 に お け る長 周 期 水 位 変 動 の数 値 シ. ミュ レー シ ョ ンを 行 な った.す. なわ ち,図‑5に. 発 生 さ せ た.各 周 期 の 入 射 波 を10周 期 発 生 さ せ た と こ ろ,. に 湾 幅 が 一 様 で2本 に分 岐 したT型. いず れ の 場 合 に も,湾 内 の 水 面 変 動 の 波 高 及 び平 均 水 位. 規 則 波 を入 射 させ て 解 析 を行 な っ た.. が 定 常 状 態 に な った.こ の と き の,長 方 形 湾 の 湾 奥 中 央 に お け る波 高 増 幅率 の 計 算 結 果 を 図‑4に 示 す.本. 論文 に. 図‑5に お い て,湾. 湾 に,様. 示す よ う 々な周期 の. 幅 は,い ず れ の 分 岐 湾 も600mで. る とす る.本 研 究 で は,LA,LB及. お い て,波 高 増 幅 率 は,湾 口 に お け る水 面 変 動 の 波 高Hi. 型 湾 の 湾 形 を図‑6の よ うに5種 類 に 変 化 さ せ,波. に 対 す る,対 象 地 点 に お け る水 面 変 動 の波 高Hの 比k=. 率 の 計 算 結 果 を 比 較 す る.. H/Hiで. 表 わ す も の とす る.. 図‑4よ り,第1モ. 更 に,T型. ー ド(こ れ は,湾 長lと 入 射 波 波 長L. の 比 がl/L≒0.22の 場 合 に現 れ る.)の の,そ. して,第2及. 形 解 析 解(合 で き る.な. 周 期 と波 高 増 幅 率. び第3モ ー ドの 周 期 の計 算 結 果 が,線. 田,1963)と. ほ ぼ一 致 して い る こ とが 確 認. お,長 方 形 湾 の第1モ ー ドよ り も周 期 が 短 い. あ. びLCの 値 を変 え てT 高増 幅. 湾 と異 な る湾 形 の湾 も対 象 とす る.堀 川 ・. 西 村(1967)は,水. 理 実 験 を 実 施 し,様 々 な湾 形 の湾 に. 発 生 す る 湾 水 振 動 の 特 性 を 調 べ た.ま (2003)は,複. た,Derunら. 雑 な 湾 形 を 有 す る 湾 に つ い て,湾. を幾 つ. か の長 方 形 湾 に分 割 して 湾 水 振 動 の解 析 を 行 な った.こ こで は,図‑5及. び図‑6に 示 す 湾 内 の点 線部 と一 点 鎖 線 部. 第2及 び第3モ ー ドの 波 高 増 幅 率 は,計 算 結 果 と線 形 解 析. の そ れ ぞ れ に鉛 直 壁 を 設 け る こ と に よ って,I型. 湾(長. 解 と にず れ が見 られ る.本 モ デ ル の 基 礎 方 程 式 系 で あ る. 方 形 湾)とL型. して,T. 非 線 形 浅 水 方 程 式 系 が 分 散 項 を 含 ん で い な い た め,分 散. 型 湾 を対 象 と した数 値 解 析 を 行 な い,湾 の 応 答 特 性 を 比. 効 果 が 非 線 形 効 果 と同 オ ー ダ以 上 に現 れ る場 合 に は,本. 較 す る.. モ デ ル が波 高 を 過 大 に評 価 す る可 能 性 の あ る こ と に留 意 して お く必 要 が あ る.. 湾 を 作 成 し,I型 湾,L型. 数 値 解 析 で は,3.の 辺 を 入 射 境 界 と し,振. 湾,そ. 計 算 と同 様 に計 算 対 象 領 域 の 左 幅 が0.1mで. 周 期 が100〜2,000s. の範 囲 内 の 様 々 な周 期 の 規 則 波 を発 生 させ た.海 域 の 上.
(3) 218. 海. 岸. 工. 学. 論. 図‑6. 図‑7. Case1の. 文. 集. 第55巻(2008). 各 モデ ル湾 の湾 形. 各 モ デ ル 湾 に お け る湾 奥 中 央 の 波 高増 幅率. 図‑8. (LA=2,000m,LB=3,000m,LC=700m). 図‑9. Case3の. 各 モ デ ル湾 に お け る湾 奥 中 央 の波 高 増 幅 率. 図‑10. (LA=1,300m,LB=3,000m,LC=700m). 辺 及 び 下 辺 は,放 い て20mで. LCの =3. 値 が700mで. 水 深 は,全. 海域 にお. 算 格子 間隔及 び計算 時間 間. 隔 を そ れ ぞ れ △x=△y=100m及. び △t=0.5sと. し た.. ま た は,Bに す.対. がT型. 各 場 合 の,図‑5の. 400〜700sの. 間 で 見 ら れ,そ. け る 波 高 増 幅 率 が4〜12と 湾 長LBが. 等 し いCase. れ. の 固 有 周 期 は,. の 周 期 で は,湾. 点で. 短 い 程,k1,k2と. 之 浦 漁 港 は,湾. 奥 のB地. びCase3で. や. 島漁 港 が 位 置 す る湾 奥 の. 短 い程,k1が は,k2が. も高 くな る.. 点 か ら外 れ て,や. 低 く,k2が. 高 くな り,. ん1よ り も高 い.k1は,い. ず れ の場 合 に お いて もB地 点 の方 が 高 いが,k2は,Case 1及 びCase3でA地 第1,第2モ Case1で. 点 の方 が 高 い.ま. た,LAが. 短 い程,. ー ドと も,固 有 周 期 が 短 くな る. は,湾 長 の構 成 比 が 浦 内 湾 に近 い 値 に設 定 さ. 奥 中 央 にお. れ て い る た め,浦 内 湾 の水 深 や 湾 幅 と い った 湾 形 に 関 す. お い て,桑. 高 の 比 率 が,Case1に. る量 が 一 様 で あ る と近 似 で き るな らば,各 分 岐 湾 間 の波. な っ て い る. 1〜3(図‑7〜9)に. 示. 湾 に は,I. 湾 と 異 な る 特 有 の 固 有 周 期 が 存 在 し,こ ー ドの 周 期 と な る.そ. Case1及. 湾 奥 のB地. ー ドの 波 高 増 幅 率k1が 第2モ ー ドの波 高 増 幅. り も高 く,LAが. A地 点 で は,LAが. 湾 奥 中 央 地 点A,. お け る 波 高 増 幅 率 を そ れ ぞ れ 図‑7〜10に. 湾 の 第2モ. は,第1モ. 照)の. 沖 側 に位 置 して い る.一 方,小 びCase4(LA. 象 と し た す べ て の 場 合 に お い て,T型. 型 湾 やL型. 各 モ デ ル湾 に お け る湾奥 中央 の 波高 増 幅 率. 之 浦 漁 港 が あ る分 岐 湾(図‑2参. な お,桑. ,000m),Case2(LA=2,300m,LB=3,000m),. ,000m)の. Case4の. 率k2よ. 等 し い,Case1(LA=2,000m,LB. Case3(LA=1,300m,LB=3,000m)及 =LB=2. 各 モ デ ル湾 に お け る湾 奥 中央 の波 高 増 幅 率. (LA=LB=2,000m,LC=700m). 射 境 界 と し た.静. 一 様 で あ る.計. Case2の. (LA=2,300m,LB=3,000m,LC=700m). 類 似 し た傾 向 を 示 す と考 え られ る..
(4) 219. 甑 島 の分 岐 した湾 で発 生 す る長 周期 水 位変 動 の数 値解 析. (a) 第1モ 図‑11. Case5の. ー ド(T=1,750s). 各 モ デ ル湾 にお け る湾 奥 中 央 の波 高 増 幅 率. (LA=2,300m,LB=3,600m,LC=1,400m). Case1に お い て,第1及 れ ぞ れ,約1,150s及 るA地. び 第2モ ー ドの 固 有 周 期 は,そ. び640sで. 点 に お いて,k1≒7.2及. あ り,小 島 漁 港 の 位 置 す びk2≒8.0で あ る.そ. 第2モ ー ド周 辺 の 周 期 を 持 っ 入 射 波 に よ っ て,小. して, 島漁港. の あ る 分 岐 湾 の 湾 水 振 動 が,桑 之 浦 漁 港 の あ る分 岐 湾 の 湾 水 振 動 よ り も大 き な振 幅 を 示 す こ とが わ か る. 更 に,LAが. 等 しいCase1(図‑7)とCase4(図‑10). を 比 較 す る と,LBの 地 点 が,そ. 長 いCaselで. れ ぞ れ,B地. 短 いCase4で. 点 及 びA地. は,逆 転 し,k1及. れ ぞ れ,A地. 点 及 びB地. な お,図‑7〜10よ. は,k1及. (b) 第2モ. びk2の 高 い 図‑12. 点 で あ る が,LBの. Case5のT型. ー ド(T=670s). 湾 に お け る 第1及. び 第2モ. ー ドの 波 高 増. 幅率 の分 布. びk2の 高 い 地 点 が,そ. 点 とな る.. り,T型. 湾 の 第1モ ー ドは,L型. 湾. やI型 湾 に比 べ て周 期 が 長 くな る こ とが わ か る. ま た,図‑6のCase5(LA=2,300m,LB=3,600m, LC=1,400m)で AとLBの. は,LCがCase1の2倍. 長 さ も共 にCase1よ. LA/LB≒0.64で. と長 く,ま た,L. り長 い.し. か しな が ら,. あ り,こ の 湾 長 比 は,Case1の. び浦 内 湾 の約0.65に 近 い 値 で あ る.Case5の て,図‑5の. 湾 奥 中央 地 点A,ま. 幅 率 を図‑11に 示 す.こ. た は,Bで. の場 合,T型. 約0.67及 各湾 に おい. 現 れ る波 高 増. 湾 の 第1及 び第2モ ー. ドの 周 期 は,そ れ ぞ れ,約1,750s及. び670sで. あ る.こ. 図‑13. 小 島漁港 と桑之 浦漁 港 に お け る波 高増 幅 率. れ ら両 者 の モ ー ドの波 高 増 幅 率 の,湾 内 に お け る分 布 を そ れ ぞ れ 図‑12(a)及 び(b)に 示 す.第1モ 部 付 近 の み に 節 が あ る が,第2モ. ー ドで は,湾. ー ドで は,湾. 口. 口部及 び. 湾 の 分 岐 点 付 近 の2箇 所 に節 が 生 じ る. 5.. m×7,350mの. 湾 奥 の 小 島 漁 港(図‑5のT型. 示 す8,100. 面を 対. 東 シ ナ海 か ら長 周 期 波 が 入 射 す る と仮 定 し,図‑2の. 左. 々 な 周 期 の 規 則 波 を 入 射 させ た.. 点 に 相 当 す る.). び700sで. あ る.ま た,T≒800sの. と き,小 島 漁 港 と 桑 之 浦 漁 港 の波 高 増 幅 率 の比 が 最 大 に な る.図‑13の. 実 地 形 の 浦 内 湾 の 結 果 と,図‑7〜11の. 湾 内 に入 射 す る長 周 期 波 の正 確 な 入 射 波 高 を 得 るた め, 図‑2に 破 線 で 示 し たA‑A断. と,浦. の. 点)か. 島 漁 港 の 第1及 び第2モ ー ドの 周 期Tは,そ. デ ル 湾 の結 果 と で,第1及. 面 に 放 射 境 界 を 設 け,こ. 湾 のA地. ら外 れ た 場 所 に位 置 す る桑 之 浦 漁 港 の 波 高 増 幅 率 を 図‑ 13に 示 す.小. れ ぞ れ,約1,560s及. 領 域 を 対 象 と して 解 析 を 行 な っ た.. 端 を入 射 境 界 と して,様. のA‑A断. 面 に お け る 水 面 変 動 の 波 高Hiに. の 波 高 増 幅 率 と,他 方 の分 岐 湾 の 湾 奥(同B地. 浦 内 湾 を 含 む海 域 の 水 深 を海 上 保 安 庁 水 路 部 の海 図 か ッ シ ュで 読 み取 り,図‑2に. 湾 口 と して,A‑A断. す る波 高 増 幅 率 を求 め る こ と とす る.. 浦 内 湾 を 対 象 と した 長 周 期 水 位 変 動 の 数 値 解 析. ら,50〜100mメ. 断 面 に お け る 反 射 波 成 分 を 除 外 した.こ. 内 湾 の周 期 は,第2モ. モ. び 第2モ ー ドの 周 期 を 比 較 す る ー ドは,Case1,2,ま. た は,.
(5) 220. 海. Case5に 近 い 値 を 示 し,一 方,第1モ とCase5の. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). ー ドは,Case1〜4. 間 の 値 を示 して い る.浦 内 湾 と モ デ ル湾 で,. 各 モ ー ドが現 れ る入 射 波 周 期 に こ う した 違 いが 生 じ る原 因 と して,1)モ. デ ル湾 に お け るLCの 設 定 の 妥 当 性,2). 実 地 形 の湾 の水 深 と湾 幅 が,湾 す る こ と,そ. して,3)湾. 奥 に向 か って 徐 々 に 減 少. 形 の微 細 な 凹 凸 や,I型. 湾 とL. 型 湾 に見 られ る よ うな 湾 曲 の影 響 が 挙 げ られ る. 波 高 増 幅 率 の 値 は,波 高Hiを るが,こ. の 場 合,第2モ. 幅 率 は,約8.6で. あ り,Case1に. る.し か しな が ら,第1モ 増 幅 率 は,約16.0で. 求 め る 場 所 に も依 存 す. ー ドの 小 島 漁 港 に お け る 波 高 増. (a)T=1,600s. 近 い値 が 算 出 さ れ て い. ー ドの 小 島 漁 港 に お け る 波 高. あ り,Case1の. 約1.8倍 の 値 と な っ て. い る.こ れ は,浦 内 湾 と モ デ ル 湾 で,水. 深や湾 幅の場所. 的変 化 を 含 む 湾 形 に違 い が あ る た め で あ ろ う. 小 島 漁港 に お け る長 周 期 水 位 変 動 の実 測 値 と して は, 図‑3の 観 測 結 果 の 他,周 の最 大 値 が1m程. 報 告 が あ る.図‑13に は,600s以. 期 が600〜1,200sで,水. 位差. 度 で あ る と い う,小 島漁 港 組 合 に よ る 示 した 計 算 結 果 よ り,小 島 漁 港 で. 上 の 周 期 を 有 す る 入 射 波 に 対 して,5. .5〜 (b)T=800s. 16.0に達 す る高 い波 高 増 幅 率 が 現 れ 得 る こ とが わ か る. T=1,600s及. び800sの. と きの,小 島 漁 港 と桑 之 浦 漁 港. の 水 面 変 動 を 図‑14に 示 す.小 面 変 動 は,T=1,600sで. 図‑14. 小 島漁 港及 び桑之 浦漁 港 に お ける水 面変 動. 島 漁 港 と桑 之 浦 漁 港 の 水. ほ ぼ 同 位 相 と な り,T=800sで. 逆 位 相 に近 付 く.前 者 がT型. 湾 の 第1モ ー ドの 周 期 に 相. 当 し,後 者 が 第2モ ー ド周 辺 の 周 期 で あ る こ とが わ か る. 図‑15に,入. 射 波 周 期 がT=800sで. 幅 率 の 分 布 を 示 す.湾. あ る と きの 波 高 増. 口部 及 び湾 の 分 岐 点 付 近 の2箇 所. に,振 動 の節 が 形 成 され て い る. 6. 結. 論. 本 研 究 で は,2本. に 分 岐 した 湾 に 発 生 す る長 周 期 水 位. 変 動 に つ い て数 値 解 析 に よ り検 討 した.浦 内 湾 を想 定 し て モ デ ル化 したT型 湾 は,I型. 湾 やL型. の 固 有 周 期 を 有 し,浦 内 湾 は,T型. 湾 と異 な る特 有. 湾 に特 有 の 第2モ ー. ドに相 当す る 固有 周 期 を 有 す る こ とが 確 か め られ た. 一般 に ,桑 之 浦 漁 港 よ り も,漁 船 転 覆 被 害 の あ った 小 島 漁 港 に 大 き な 水 位 変 動 が 見 ら れ,特. に 周 期 約1,560s. の 第1モ ー ドで 波 高 増 幅 率 が 最 大 と な り 小 島 漁 港 で 約 16.0と な る.一 方,周. 期 約700sの. 第2モ ー ドで は,小. 島. 今 後,よ. り詳 細 な現 地 観 測 を実 施 し,こ. こで 得 られ た. び き の 発 生 原 因 を も考 慮 し. 参 考 文 献 合 田 良 実(1963): 長 方 形 お よ び扇 形 の港 の 副振 動 に つ い て‑フ ー リエ 変 換 を 用 い た解 法‑, 第10回 海 岸 工 学 講 演 会 講 演 集, 志賀. pp.53‑58. 達 ・市 川 真 人 ・楠 元 健 一 ・鈴 木 博 樹 (2007):. 九 州 か ら薩 気象 庁測 候. 富 樫 宏 由 ・中 村 武 弘 ・新 田 喜 浩 (1986): 長 崎 湾 の ア ビキ の有 限 要 素 法 に よ る解 析 と 河 川 遡 上 の 現 地 観 測, 第33回 海 岸 工 学 講 演 会 論 文 集, pp.80‑84. 堀 川 清 司 ・西 村 仁 嗣 (1967): 枝 分 れ の あ る湾 の 振 動 特 性 につ い て, 第14回 海 岸 工 学 講 演 会 講 演 集, pp.98‑101.. た予 測 手 法 に関 して検 討 して い き た い.. 謝 辞:鹿 児 島 大 学 大 学 院 理 工 学 研 究 科 の 井 上 太 介 君 に は, モ デル 湾 を 対 象 と した数 値 解 析 に お い て,湾. 第2モ ー ド周 辺 の 波 高 増 幅 率 の 分 布(T=800s). 南 諸 島 で 発 生 す る潮 位 の 副 振 動 の 統 計 的 調 査, 時 報, 第74巻 特 別 号, pp.S139‑S162.. 漁 港 の波 高 増 幅 率 が 約8.6と な る.. 数 値 解 析 結 果 と比 較 して,あ. 図‑15. の作 成 及 び. 計 算 の 実 行 に あ た り御 協 力 い ただ い た.謝 意 を表 す.. Derun, A. B.・ 柿 沼 太 郎 ・磯 部 雅 彦(2003):. 湾水 振動 の非 線形. 数 値 モ デ ル の 開 発 と形 状 に よ る 港 湾 の 応 答 特 性 変 化 に つ い て, 海 岸 工 学 論 文 集, 第50巻, pp.231‑235..
(6)
関連したドキュメント
