海岸地形に依存した離岸流の発生機構の基礎的数値実験
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(2) 87. 海岸地形 に依存 した離岸流の発生機構 の基礎的数値実験. (a). (a). (b). (b). (c). 図‑2. 入射 角度 に よる離岸 流 の発達 の違 い ac/λc:0.3,(a)170°,(b)140°. 図‑1. カ ス プ 地 形 に よ る離 岸 流 の 発 達 ac/λc:(a)0.1,(b)0.2,(c)0.3. (λc)を200m,振 〜1/100と した.. 幅(ac)を20〜60m,海. 底 勾 配 は1/10 図‑3. 境 界 条 件 と して 与 え る入 射 波 は規 則 波 で あ り,波 高,. 波 向 き に よ る最 大 流 速 の変 化 ac/λc:0.3. 周 期 を変 化 させ て 各 種 の ケ ー ス に応 じた 計 算 を行 っ た. 入 射 波 の 波 浪 諸 元 は,ほ ぼ 平 常 時 の 波 浪 条 件 を想 定 して, 周 期 を5〜10秒,波. 高 を0.5〜2.0mと. した.ま. た,入 射. ス プ地 形 に 対 して 直 角 方 向 に入 射 す る波 高0.5m,周. 期5s. 波 向 は 沖 向 き を0°と し,沿 岸 方 向 お よ び直 角 入 射 を そ れ. の 場 合 に お け る離 岸 流 の沖 向 き流 速 の 等 高 線 お よ び離 岸. ぞ れ,90°,180° と した.. 流 の 流 速 ベ ク トル を示 す.等 高 線 が負 の 場 合,流. 計 算 時 間 は,計 算 領 域 全 体 が定 常 状 態 に な る こ と を確 認 した うえ で,造. 波 後200秒. 経 過 し た後 の 時 間 を 各 ケ ー. 向 き と な る.図‑1の. れが岸. い ず れ に お い て も カス プ地 形 の 凸 部. 分 に地 形 に 応 じた離 岸 流 に よ る循 環 流(セ. ル)が 形 成 さ. ス の 比 較 対 象 の 時 間 帯 と した.波 動 場 の計 算 結 果 に含 ま. れ て い る.ac/λcの 値 が小 さ くな る ほ ど,離 岸 流 の セ ル. れ る離 岸 流 の 成 分 は 波 動 の瞬 時 値 の流 速 を 入 射 波 周 期5. が 岸 沖 方 向 に長 細 い もの に な り,流 速 も小 さ くな る.ま. 周 期 分 の時 間 で平 均 して 抽 出 した.本 研 究 で は計 算 条 件. た,こ. を 種 々 変 化 さ せ,そ れ に応 じて 発 生 した離 岸 流 の 形 状 や. プ地 形 の な い,一 様 勾 配 地 形 に お い て も計 算 を 行 って お. 離 岸 流 流 速,平. 均 水 面 の変 動(ビ. ー ト)と の 関 係 に つ い. 相当す るカス. り,砕 波 帯 付 近 で の 流 速 変 動 は見 られ る も の の,明 瞭 な セ ル 構 造 は見 られ なか った.逆. て 定 量 的 に比 較 検 討 を行 った.. にac/λcが 大 き い 場 合,. 離 岸 流 の セ ル構 造 が 明 瞭 と な り,離 岸 流 の最 大 流 速 も大 3. 計 算 結 果. き くな る.地 形 が離 岸 流 の形 成 に 大 き な影 響 が 与 え る こ とが わ か る.. (1) 離 岸 流 の 再 現 と 特 性 図‑1(a),(b),(c)に. こで は 示 して い な いが,ac/λc=0に. そ れ ぞ れac/λc=0.1,0.2,0.3の. カ. 入 射 波 の条 件 を 同 一 と し,さ ら に離 岸 流 セ ル が 明 瞭 で.
(3) 88. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻. (2008). (a). (b). (c) 図‑4. 新 潟県 太夫 浜 での離 岸流流 速 の計測 結果 (a):位置図,(b):計 算 によ る流 速. あ るac/λc=0.3の 場 合 に つ い て,入 射 波 の 波 向 きを 変 化 さ せ た 場 合 の離 岸 流 の形 成 の違 い を 図‑2(a),(b)に 示 す. 図‑5. 図‑1と 同 じ く,沖 向 き流 速 の 白 黒 等 値 図 お よ び 離 岸 流 の. カ ス プ 地 形 に 依 存 し た最 大 流 速 ac/λc:(a)0.1,(b)0.2,(c)0.3. ベ ク トル で あ る .波 向 きが 海 岸 線 に対 して鋭 角 に な る に つ れ て 入 射 方 向 に応 じた沿 岸 方 向 の 流 れ が卓 越 して い く こ とが わ か る.沿 岸 流 が 卓 越 す る こ と に よ って 離 岸 流 の 流 速 や 規 模 が 小 さ くな る.ま た,波 向 き が変 わ る こ と に よ って,離 岸 流 セ ル の 形 成 位 置 が 凸 の 部 分 か ら凹 の 部 分 へ 移 動 して い る こ とが わ か る. 図‑3に 各 波 向 き に お け る離 岸 流 の 最 大 流 速 の 波 高 に対 す る変 化 を 示 す.図. よ り,波 高 が高 くな る に つ れ て,離. 岸 流 の最 大 流 速 は一 定 の 値 に近 づ き,波 向 き へ の 依 存 性 が 少 な く な る.ま. た,波. 高 が0.5m付 近 に注 目 す る と,. 入 射 方 向 が 岸 に直 角 な もの ほ ど離 岸 流 の 最 大 流 速 は大 き い.波 高 が あ ま り大 き くな く,直 角 方 向 に入 射 して く る 波 の 場 合,離. 岸 流 が 発 達 す る こ と を示 して い る.こ の 結. 果 は波 高 の増 大 が 必 ず し も離 岸 流 の増 大 を 引 き起 こす も の で は な く,海 水 浴 が 可 能 な 程 度 の低 い 波 高 で あ って も 波 向 き や地 形 に よ って 離 岸 流 が 十 分 発 達 す る可 能 性 が あ る こ と を示 唆 して い る. (2) 実 地 形 へ の適 用 本 研 究 で は 実 験 に よ る計 算 結 果 の検 証 が 行 わ れ て い な い た め,こ. こで は実 地 形 で観 測 され た離 岸 流 の 発 生 状 況. や分 布 な ど の 定 性 的 な比 較 を 行 い,計 算 手 法 の 妥 当 性 に つ い て 検 討 す る.比 較 対 象 領 域 は新 潟 市 東 部 に位 置 す る 島見 浜 で あ り,海 上 保 安 庁 第 九 管 区 海 上 保 安 本 部 が2006 年5月 に現 地 観 測 を行 って い る.そ の際,ブ イや 染料(シ ー マ ー カ ー)の て い る(第9管. 投 入 に よ る流 れ の 定 量 的 な 計 測 も実 施 し 区海 上 保 安 本 部2006).一. 方,数 値 計 算 の. 図‑6. カスプ地 形 に依存 した最大 流速 (砕波帯 相似 パ ラメ ー タとの関係).
(4) 海岸地形に依存 した離岸流の発生機構 の基礎的数値実験 入 射 波 の 境 界 条 件 は,離 岸 流 観 測 が行 わ れ た 日時 の 波 浪 条 件 を使 用 し,海 図 を用 い て 現 地 の海 岸 地 形 の デ ジ タル デ ー タ を作 成 した.図‑4(a),(b)に. は新 潟 市 島 見 浜 付 近 の. 89. 積 が 大 き くな り,最 大 流 速 は小 さ くな る傾 向 が 得 られ た. 波 高 が1.0m付 近 で 最 大 流 速 を 示 し,そ. れ よ り も高 く. な る と沿 岸 流 も発 達 す る た め,離 岸 流 の流 速 は減 少 す る.. 太 夫 浜 の 航 空 写 真 お よ び 離 岸 流 流 速 の計 算 結 果 を示 す.. 図 よ り波 形 勾 配(H/Lo)を. 沖 か ら岸 に 向 か う流 れ(負)と. 速 を 予 測 す る こ とが 可 能 で あ る こ とが わか る.. 離 岸 流(正)が. 構 造物 の配. 置 に よ って 影 響 を受 け て い る こ と が わ か る.特 に突 堤 の 先 端 付 近 で 離 岸 流 が 顕 著 に 発 生 して い る こ とが わ か る.. とる ことで離岸 流 の最 大流. (4) 水 位 変 動 と離 岸 流 の発 生 の 関 係 離 岸 流 の発 生 要 因 を解 明 す るた め,離 岸 流 の セ ル 内 お. 現 地 観 測 で も,突 堤 付 近 か ら発 生 して い る離 岸 流 が 数 多. よ び 外 の 水 位 ・流 速 を比 較 検 討 した.図‑7に. く確 認 さ れ て い る.計 算 と比 較 で き る現 地 観 測 に よ る表. た 各 点 の 座 標 を 示 し,図‑8(a)に. 層 流 速 は,計 算 領 域 左 上 部 付 近 で の ブイ の 追 跡 結 果 に よ. 各 点 の 流 速,図‑8(c)に. る もの で しか な い が,現. の値 は各 計 算 格 子 に お け る初 期 の 水 位 か らの変 動 量 の総. 地 観 測 に よ る流 速 は0.15〜0.35. m/sで あ り,計 算 結 果 と ほ ぼ 同 程 度 で あ った.こ. れ以 外. 比 較 に用 い. 各 点 の 水 位,図‑8(b)に. 領 域 全 体 の 水 位 総 量 を 示 す.こ. 和 で あ り,初 期 の 状 態 か ら計 算 領 域 内 の水 の 総 量 が 変 化. の 定 量 化 され た デ ー タが な い た め双 方 の 比 較 は十 分 で は. した か を示 す 指 標 と な る.ま た,計 算 領 域 全 体 の 定 常 性. な いが,離. を 示 す 指 標 と考 え て い る.こ の値 が 負 を取 る こ と は,計. 岸 流 の発 生 位 置 お よ び流 速 値 の オ ー ダ ー に 関. して は,実 海 域 と一 致 して お り,計 算 の 妥 当 性 が評 価 さ. で 各 点 の 水 位 が 上 が り,そ の 影 響 で380秒 前 後 の 流 速 が. (3) 離 岸 流 の指 標 離 岸 流 の 規 模 や 強 さ を 定 量 的 に評 価 す る た め に,離 岸. 速 くな って い る.水 位 が 上 昇 す る こ と で,離 岸 流 の最 大. 除 す こ とで. 流 速 が 大 き くな り,水 位 が 減 少 す る こ とで,離 岸 流 の最. た,波 の パ ラ メ ー タ と して 各 地 点 で の. 大 流 速 が 減 少 す る.離 岸 流 の流 速 は領 域 全 体 の 水 位 の変. 流 の最 大 流 速(Umax)を 無 次 元 化 した.ま. 算 領 域 内 部 の平 均 水 位 が 減 少 して い る こ とを 示 して い る. 図‑8(c)よ る と,領 域 全 体 の 水 位 が 上 昇 す る300秒 前 後. れ た と判 断 した.. 波 高Hを 沖 波 波 長(Lo)で. 沖 波 波 速(Co)で. 除 した波 形 勾 配H/Loを 用 い た. 対す る無次. ま た,離 岸 流 発 生 の岸 側 端 部 で あ るF点 に 注 目 す る と,. お,波 向 き は直 角 入 射 の. F点 の み 常 に 周 り の 領 域 に比 べ 水 位 が 低 く,沖 向 き流 れ. 図‑5(a),(b),(c)に各 地 形 の 波 形 勾 配(H/Lo)に 元 最 大 流 速 の 分 布 を示 した.な. 動 に 合 わ せ て変 化 して い る こ とが わ か る.. み で あ る,図. よ り,ac/λc=0.1の. ケ ースで はやや明 瞭で. が 常 に発 生 して い る こ とが わ か る.離 岸 流 の 発 生 に は こ. は な い が,そ. れ 以 外 の地 形 で は波 形 勾 配 が0.013の と き. の 水 位 差 が 影 響 して い る と予 想 され る.そ の 他 の 領 域 で. ピー ク の 値 を 示 して い る こ とが わ か る.波 向 き が 流 速 に. も同 様 に 水 位 を 調 べ た と こ ろ,F点. 及 ぼ す 影 響 は 小 さ い た め,カ. い こ とが わ か った.従 来 の考 察 で は,離 岸 流 は水 の収 支. 0.2以上 の地 形 で は,波. ス プ地 形 に お い てac/λcが. 形 勾 配 が0.013の と き離 岸 流 が 最. 付 近 の み で水 位 が低. に よ って 発 生 す る と さ れ て い る.領 域 内部 の 平 均 水 位 が. 大 流 速 を 示 す.以 上 の 結 果 よ り,現 地 にお い て波 高,周. 上 下 し領 域 内部 の 水 の総 量 が増 減 して も離 岸 流 は常 に発. 期,カ. 生 して い る.一 方F点 の水 位 低 下 は離 岸 流 の 発 生 と連 動. ス プ の 波 長 と振 幅 比 を も と め る こ とで,そ. の地形. に応 じた 離 岸 流 の最 大 流 速 を求 め る こ とが 可 能 で あ る. 離岸 流 の 評 価 に は,し ば しば次 式 で 表 され る砕 波 帯 相. る こ とで 循 環 した 流 れ が継 続 され,離 岸 流 が 駆 動 さ れ る と解 釈 さ れ る.. 似 パ ラメ ー タが 用 い られ る.. (1) こ こ にi,H,Loは. して 継 続 して い る.ま た,常 に 水 位 が低 い 領 域 が 存 在 す. そ れ ぞ れ 海 底 勾 配,波. 高,沖. 波 波長. 4. ま と め と 考 察 修 正 ブ シネ ス ク方 程 式 を 用 い た波 動 場 の数 値 実 験 によ っ. で あ る.砕 波 帯 相 似 パ ラ メ ー タ ー(Ir)を 用 い て,離 岸 流. て 波 高0.5〜2.0m,周. の流 速 の 特 徴 を示 す.図‑6(a),(b)よ り,最 大 流 速 ・平均 流. プ 地 形 を有 す る海 岸 で の離 岸 流 の 形 成 状 況 につ い て定 量. 速 と も にIrが0.7〜1.0の 間 で 最 大 流 速 と な る こ と が わ か. 的 な評 価 を行 った.本 研 究 に よ り得 られ た 結 果 を総 括 す. る. Irは,海. 期5〜10sま. で の範 囲 で 種 々 の カ ス. る.カ ス プ地 形 お よ び入 射 波 の 波 向 き に依 存 した離 岸 流 底 勾 配 と波 形 勾 配 の 比 を求 め る式 と な って お. セ ル の形 成 を 示 す こ と が で きた.本. モ デ ル を 実 海 岸(新. り,海 底 勾 配 と波 形 勾 配 の1/2乗 が 同等 ま た は少 し低 い. 潟 県 島見 浜 付 近(太 夫 浜))へ. 値 と な る と き離 岸 流 の 流 速 は最 大 値 と な る傾 向 が あ る.. 成 につ い て 定 性 的 な一 致 が 見 られ た.離 岸 流 の流 速 の 定. 本 研 究 で は,海 底 勾 配 を統 一 す る こ とで 離 岸 流 の 傾 向 を検 討 した.そ. の た め,海 底 勾 配 や 地 形 が 大 き く変 化 し. た場 合 の 予 測 は 困 難 で あ るが,カ. ス プ地 形 に お い て は,. 量 化 を 行 った 結 果,砕. 適 用 した 結 果,離 岸 流 の 形. 波 帯 相 似 パ ラメ ー タ が0.7〜1.0付. 近 で 最 大 流 速 に な り,波 形 勾 配(H/Lo)が0.013程. 度で. 最 大 流 速 を 示 す 結 果 を得 た.離 岸 流 の 発生 に関 して カ ス. acc/λcと 波 形 勾 配 が 離 岸 流 の最 大 流 速 に影 響 を 与 え る こ. プ地 形 凸部 の 離 岸 流 セ ル の 岸 側 端 部 に お け る定 常 的 な 低. とが わ か っ た.ま た,周 期 が長 くな る につ れ て 離 岸 流 面. 水 位 領 域 を 見 出 した.離 岸 流 セ ル の定 常 的 な 形 成 と同 時.
(5) 90. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻. (2008). 更 に 検 証 して い き た い. 謝 辞:. 本 研 究 を 遂 行 す る に あ た り,長. 岡技術科学 大学 の. 犬 飼 直 之 助 教,(株)ア. イエ ヌエーの山田文則博士 には有益. な 助 言 を 頂 い た.こ. こ に 謝 意 を 表 す る.ま. 費(基. 盤 研 究C,19560519代. 表 者:細. た,科. 学 研究. 山 田 得 三)の. 補助. を 受 け た こ と を 付 記 す る.. 図‑7. 計算 領域 内部 の 時系列 取得位 置. 参. 考. 文. 献. 柴 崎 誠 ・宇 多 高 明 ・芹 沢 真 澄 ・熊 田 貴 之 ・小 林 昭 男. (2003). 離 岸 流 発 生 を 助 長 す る リ ップ チ ャ ンネ ル の形 態 に つ い て, 海 講 論 文 集, 第50巻, pp146‑150. 高 橋 重 雄 ・常 数 浩 二 ・鈴 木 高 二 郎 ・西 田 仁 志 ・土 棚 毅 ・小 林 雅 彦 ・小 沢 保 臣 (1999): 離 岸 流 に伴 う海 水 浴 中 の事 故 発 生 に 関 す る一 考 察, 海 洋 開 発 論 文 集, 第15巻, pp.743‑748.. (a). 出 口一 郎 ・荒 木 進 歩 ・竹 田 怜 史 ・松 見 吉 晴 ・古 河 泰 典. (2003):. 鳥 取 県 浦 富 海 岸 で 観 測 さ れ た離 岸 流 の特 性, 第50回 海 講 論 文 集, pp151‑155. 出 口 一 郎 ・荒 木 進 歩 ・竹 田 怜 史 ・吉 井 匠 ・薮 崎 洋 隆 (2005): カ ス プ地 形 で 発 生 す る離 岸 流 の特 性 につ い て, 第52回 海 講 論 文 集, pp117‑120. 出 口 一 郎 ・吉 井 匠 ・野 村 尚 生 ・荒 木 進 歩. (2006):. 離岸 流 の時. 間 変 動 特 性 につ い て, 第53回 海 講 論 文 集, pp.101‑105. 西 隆 一 郎 ・山 口 博 ・岩 淵 洋 ・木 村 信 介 ・村 井 弥 亮 ・徳 永 企. (b). 世 志 ・古 賀 幸 夫 (2004): 宮 崎県 青 島海 岸 で の離 岸 流 観 測‑ 水 難 事 故 予 防 の た め に‑, 第51回 海 講 論 文 集, pp151‑155. 西 隆一 郎 ・萩 尾 和 央 ・山 口 博 ・岩 根 信 也 ・杉 尾 毅 (2003): 水 難 事 故 予 防 の た め の 離 岸 流 調 査 に 関 す る基 礎 的 研 究, 海 講 論 文 集 第50巻, pp156‑160. 日野 幹 雄 ・林 直 樹 (1972): リ ッ プ ・カ レ ン トの 発 生 理 論, 19回 海 講 論 文 集, pp93‑96. 日野 幹 雄 (1973): 海 浜 流 系 の 発 生 理 論 (3)‑単. (c). 第. 純 化 さ れ理 論‑,. 第20回 海 講 論 文 集, pp.339‑344. 堀 川 清 司 ・佐 々 木 民 雄 ・堀 田 新 太 郎 ・桜 本 弘 (1975): 海 浜 流 に関 す る研 究 (第3報)‑海 浜 流 系 の規 模‑, 第22回 海 講 論 文 集, pp.127‑134.. 図‑8 (a)水 位,(b)流. 各種 時系 列 速,(c)全. 体水 位総 量. に生 じて お り,離 岸 流 の 生 成 原 因 との 関 係 が あ る もの と 推 測 して お り,そ の形 成 プ ロ セ ス を 理 解 す る た め の 基 礎 研 究 を進 め た い.今 後,画. 像 処 理 を 用 い た現 地 観 測 を 行. い,実 現 象 との 比 較 を行 う こ と で,離 岸 流 の発 生 要 因 を. 海 上 保 安 庁 第9管 区 海 上 保 安 本 部: 新 潟県 島見 浜付近 流況 調 査 報 告 書2006年5月 (オ ン ラ イ ン), http://www1.kaiho.mlit.gojp/KAN9/gaiho/2006/h18̲shimami . pdf, 参 照2008‑05‑20.. Damagaard,J., N. Dodd, L. Hall, T. Chesher (2002): Morphodynamic modeling of rip channel growth, Coastal Engineering45, pp.199-221. Hino, M.(1974): Theory on formation of rip-currentand cuspoidal coast, CoastalEng. Jpn, Vol.17,pp.23-27. Bowen, A.J. and D.L. Inman (1969): Rip currents. 2.Laboratory and field observations, Journal of Geophysics Research 74 (23), pp.5479-5490..
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