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潮 汐 ・高潮 ・波 浪結 合 モ デル に よる土 佐 湾異 常 高潮 の追 算

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Academic year: 2022

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(1)海 岸 工 学 論 文 集,第55巻(2008) 土 木 学 会,321‑325. 潮 汐 ・高潮 ・波 浪結 合 モ デル に よる土 佐 湾異 常 高潮 の追 算 Storm. Surge Simulations. Occurred 金. in the Tosa Bay by Using Surge-Wave-Tide. Coupled. Model. 沫 列1・ 安 田 誠 宏2・ 間 瀬 肇3. Soo Youl KIM, Tomohiro YASUDA and Hajime MASE The storm surge residual of 2.35m was recorded during Typhoon Anita (T7010) at Katsurahama in the Tosa Bay. The surge could not be explained by usual meteorological forces. The inclusion of the wave-induced radiation stress was necessary. This study examined the effects of waves and tidal variations for estimating the abnormal storm surge by using a coupled model between strom surges and waves together with the tidal variations, named as the SuWAT (Surge-WAveTide coupled model), and clarified those effects on the storm surge.. 1.. 台 風 に よ る気 圧 低 下 と風 速 を海 面 に作 用 さ せ て,高 潮 の. は じ め に. 計 算 を 行 う.高 潮 計 算 モ デ ル に は,後 藤 ・佐 藤(1993) 四 国 南 岸 に 来 襲 し た 台 風7010号 2.35mに. は,高 知 県 の 桂 浜 で. も及 ぶ 潮 位 偏 差 を 記 録 し た.外 洋 に 面 した 海 岸. で この よ う な潮 位 偏 差 が 生 じた こ と は まれ で あ り,多. く. に よ る非 線 形 長 波 モ デ ル を用 い た. 高 潮 に対 す る波 浪 の影 響 に つ いて は,高 潮 推 算 モ デ ル と波 浪 推 算 モ デ ル(SWAN:. Simulating WAves. Nearshore). の再 現 シ ミュ レー シ ョ ンが 試 み られ た.こ れ ま で 明 らか. の 計 算 に お い て,相 互 に必 要 な デ ー タを互 い にや り取 り. に され た と こ ろ で は,気 圧 低 下 と吹 き寄 せ の み を 考 慮 す. す る双 方 向結 合 と して考 慮 した.計 算 の 高 精 度 化 の ため. る シ ミュ レー シ ョ ンで は再 現 で きな い こ と,密 度 成 層 の. に 計 算 領 域 を ネ ス テ ィ ン グ し,各. 影 響 は 小 さ い こ と,波. に よ るwave. setupの 影 響 が 重 要. で あ る こと で あ る(山 下 ・別 宮,1996;柴 従 来 の 研 究 に お け るwave. 木 ら,2001).. setupの 効 果 は,波. の推 算 を. 行 っ てradiation stressを 求 め て お き,高 潮 の 運 動 方 程 式 にradiation stressに よ る応 力 項 を導 入 して 高 潮 計 算 を行 う こ と で考 慮 す る.こ. う した解 析 に よ り,wave. setupの. Passing Interface)に よ っ て 並 列 計 算 す る モ デ. ル 開 発 を した(金 ら,2007).こ. う した 計 算 フ ロ ー を 図‑1. に示 した. (2) 計 算 モ デ ル の 特 徴 こ こで,柴 木 ら(2001)の SuWATモ. 高 潮 推 算 モ デ ル と比 較 して,. デ ル の 特 徴 を示 す と,以 下 の よ うで あ る.. 1) 高 潮 の 運 動 方 程 式 にradiation stress項 を 導 入 し,高 潮. 効 果 が 重 要 で あ る こ と が示 され た. 本 研 究 で は,高 潮 計 算 と波 浪 計 算 を結 合 し,ま た 同 時 に潮 汐 変 動 も考 慮 した,潮. (Message. 計 算 領 域 をMPI. 汐 ・高 潮 ・波 浪 結 合 モ デ ル. と波 浪 を 同 時 に 独 立 に 計 算 す る.柴 (2001)は,波. 木 らの モ デ ル. 浪 と高 潮 は別 々 に 計 算 す る.す な わ ち,. coupled model)に よ り,台 風. ま ず 波 浪 推 算 を実 施 し,radiation stressの空 間 的 な 時. 7010号 に よ る土 佐 湾 沿 岸 の 高 潮 追 算 を 行 う もの で あ り,. 系 列 デ ー タ を求め て お き,こ れ を 高 潮 推 算 時 に取 り込. (SuWAT:. Surge‑WAve‑Tide. 異 常 潮 位 偏 差 の 再 現 性,そ. の 潮 位 偏 差 に及 ぼす 潮 汐 変 動. や 波 浪 の影 響 につ い て検 討 す る.. の 影 響 を考 慮 す る.. 算 結 果 を用 い るの で,常 2. 潮 汐 ・高 潮 ・波 浪 結 合 モ デ ル. 時 に計 算 す る 高 潮 計. に変 化 して い る.柴 木 らの方. 法 で は,波 浪 推 算 に お い て 高 潮 の影 響 は 考 慮 せ ず,水 深 は時 間 的 に 一 定 で あ る.. (1) 計 算 モ デ ル の 概 要 大 潮 汐 変 動 の 中 で,高 潮 に よ る海 面 上 昇 を適 切 に計 算 しよ う とす る と,波. む こ とで,波. 2) 波 浪 モ デ ル に 用 い る水 深 は,同. と潮 汐,高 潮 の 相 互 干 渉 を 考 慮 す る. 3) 本 推 算 モ デ ル で は,高 潮 と波 浪 は デ ー タ を や り取 り して い る(結 合 して い る).柴. 木 らの モ デ ル は カ ップ. め開 境. リ ング は 考 慮 して い な い が,特 徴 と して,鉛 直 方 向 に. 界 に お け る潮 汐 に よ る水 位 変 動 を 与 え て,計 算 領 域 の潮. 3層 に 分 割 した 連 続 式 と運 動 方 程 式 の 数 値 計 算 に よ り. 位 変 化 を初 期 条 件 の 影 響 が な くな る ま で計 算 し,そ の後,. 密 度 成 層 の 効 果 を考 慮 で き る よ うに な って い る.本 推. 必 要 が あ る.そ. こで,潮 汐 の影 響 につ いて は,予. 算 モ デ ル で は,こ れ ま で の 研 究 に よ り,密 度 成 層 の 影 響 は 大 き くな い こ と,お よ び す べ て の 計 算 領 域 で 波 浪 1正 会 員 2正 会 員 3正 会 員. 博(工)鳥 取大学助教 工学部社会開発 システム工 学科 博(工)京 都大学助教 防災研究所 工博 京都大学教授 防災研究所. と高 潮 が カ ップ リン グ した計 算 は 時 間 が か か る こ とか ら,密 度 成 層 の影 響 は考 慮 しな い..

(2) 322. 海. 図‑1. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 潮 汐 ・高 潮 ・波 浪 結 合 モ デ ルSuWATの. 計算 フ ロー. 表‑1. 計 算領 域 の位置,格 子 サ イ ズ及 び格 子数. 表‑2. 高潮推 算 の計算 条件. (a) 第1お よび第2計 算領域. 3. 台 風7010号. に よ る 土 佐 湾 にお け る 高 潮 ・波 浪 推 算. (1) 土 佐 湾 沿 岸 に お ける 高 潮 観 測 結 果 土 佐 湾 沿 岸 に は検 潮 所 が 複 数 あ り,当 時 の高 潮 が記 録 され た.潮 位 偏 差 の観 測 値 の う ち,浦 戸 湾 口 の桂 浜 で は こ れ ま で の 最 大 の 値 で あ る235cmを. 記 録 した.ま. た,. 浦 戸 湾 内 の横 浜,若 松 町 に お いて も潮 位 変 動 が 観 測 さ れ て い た.そ の ほか,土 佐 清 水,下 (b) 第3お よび第4計 算 領域. 田,上 川 口,室 戸,手. 結 に お い て も潮 位 変 動 が 観 測 され て い た. (2) 高 潮 計 算 条 件 図‑2に6段. 階 の計 算 領 域 図 を 示 す.第1計. お い て は 台 風7010号. の 経 路,第3及. 算 領域図 に. び 第4計 算 領 域 図 に. は観 測 点P1〜P4,第5及. び 第6計. P5〜P8の. れ らの観 測 点P1〜P8は,土. 清 水,下. 位 置 を示 す.こ. 田,上 川 口,室 戸,桂. 手 結 で あ る.1段. 算 領 域 図 に は観 測 点 佐. 浜,横 浜,若 松 町 お よ び. 階 小 さな 計 算 領 域 の 格 子 サ イ ズ は,大. き な計 算 領 域 の1/3に な る よ うに し た.計 算 領 域,メ. ッ. シ ュ サ イ ズ お よ び格 子 数 を 表‑1に 示 した. (c) 第5お よび第6計 算 領域 図‑2. 計 算 領域 と台風 経路. 高 潮 偏 差 に 及 ぼす 潮 汐 変 動 お よ び波 浪 の 影 響 を調 べ る た め に,表‑2に. 示 す5種. 類 の数 値 計 算 を 行 っ た.例. え.

(3) 323. 潮汐 ・高 潮 ・波浪 結合 モ デル によ る土 佐湾 異常 高潮 の追算. (b)空 港. (a)足 摺. 図‑3. (c)室 戸 岬. 高潮推 算 に用 い る風 ・気 圧 時系列 と観 測結 果 の比較. (a) 潮 位 偏 差 の 最 大 値 の空 間分 布(CaseTWPRとCaseOTの. 差). 図‑5 沿 岸域(第5領 域)で の有義 波高 の空 間分 布(Case TWPR) 高 潮 計 算 は1970年8月20日6:00か. ら21日20:00ま. で. 行 った.潮 汐 を考 慮 す る計 算 に お い て は,潮 汐 変 動 が 定 常 に な る まで,前 も って 行 って お く.計 算 時 間 間 隔 は,潮 汐 ・高 潮 計 算 に お い て は1s,波. 浪 計 算 に お い て は300s. と し,高 潮 と波 の 情 報 のや り取 りは300sお. き に行 う.. 台 風 モ デ ル は,藤 井 ・光 田(1986)の そ れ を用 い た.気 圧 と海 上 風 につ い て,観 測 結 果 と高 潮 ・波 浪 計 算 に用 い た 推 算 結 果 と の 比 較 を 図‑3に 示 す.風 す る前 の 様 子 に相 違 が 見 られ る.特. 速 が ピ ー ク に達. に近 傍 を 台 風 が 通 過. した 足 摺 に お い て,推 算 結 果 が 過 大 評 価 と な って い る. (b) 有 義 波 高 の最 大 値 の空 間 分 布(CaseTWPR). 風 速 が ピー ク を過 ぎ た後 の両 者 の 時 間 変 化 は 良 く一 致 し て い る.風 向 に関 して は,3地. 図‑4. 結合 モデ ルSuWATに. よ る第5領 域 で の最 大高 潮偏 差. の空間 分布 お よび第1領 域 で の有義 波高 の空 間分 布 ば,CaseTWPRは,潮. 汐 変 動,風,気. 圧低下 お よび波. 点 と も両 者 は良 く あ っ て. い る.ま た,気 圧 低 下 に関 して も両 者 は良 く一 致 して い る こ とが 確 かめ られ た. 4. 高 潮 推 算 結 果 お よ び 潮 汐 変 動 と 波 浪 の 影 響. 浪 の す べ て を 取 り入 れ て 計 算 す る ケ ー ス で あ り,Case WPRは. 風,気. 圧 低 下,波. 浪 を 考 慮 した もの で あ る.こ. 図‑4(a)お よ び(b)は,そ. れ ぞ れ 第5領. 域 の潮位 偏差 の. の2つ は高 潮 偏 差 を 比 較 す る こ と に よ り,潮 汐 変 動 の 影. 最 大 値 の空 間 分 布 お よ び第1領. 響 を知 る こ とが で き る.. 空 間 分 布 を示 した も の で あ る.こ れ らの計 算 結 果 は,潮. 域 の有 義 波 高 の 最 大 値 の.

(4) 324. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). P1. P2. P3. P4. P5. P6. P7. P8. 図‑6. 図‑7 汐 変 動,高. 全潮 位変化 に関す る観測 結果 お よび推 算結 果 の比較. 最 大潮 位偏 差 に及 ぼす潮汐 変動 の影 響. 図‑8. 潮,波 浪 を結 合 した計 算 結 果 で あ る.有 義 波. 高 は,外 洋 で25mを. 超 え て い る.図‑5は,沿. 岸 域(第5. 最 大潮 位偏 差 に及 ぼす波 浪 の影響. に お いて は,観 測 結 果 の精 度 に も問 題 が あ り そ うで あ る. そ の 他 の 地 点P5〜P8に. お い て は,潮 汐 変 動 と波 浪 を考. 領 域)で の 有 義 波 高 の 空 間 分 布 を示 した もの で あ る.外. 慮 した 推 算 結 果 は,観 測 結 果 と良 く一 致 して い る.地 点. 洋 で25mを. P5の 桂 浜 で の値 も再 現 で き て い る.な お,河. 超 え て い た も の が,水. 深 が 浅 く な る につ れ. て 砕 波 に よ り減 少 して い く様 子 が 良 くわ か る. よ り詳 細 に 推 算 結 果 を 検 討 す る た め に,図‑6に8地. る),P6と. 点 に お け る潮 位 変 化 に関 す る観 測 結 果 と各 種 推 算 結 果 を 示 す.観 測 結 果 は○ 印,潮 結 果 は実 線,潮. 汐 変 動 と波 浪 を 考 慮 した推 算. 汐 変 動 を考 慮 す るが 波 浪 を 考 慮 しな い推. 算 結 果 を 点 線,気. 象 外 力 を用 い な い潮 汐 変 動 の み の計 算. 結 果 を 破 線 で示 して あ る. 地 点P1〜P4は. 第3計. よ び450mと. 算領域 にあ. 粗 く,観 測 地. 点 と計 算 結 果 出 力 点 の 不 一 致 の ため も あ り,特 P2〜P4で. と もに推 算 結 果 と実 測 結 果 の 対 応 が少 し悪 く. な って い る. 図‑7で は,最 大 潮 位 偏 差 に及 ぼ す 潮 汐 変 動 の 影 響 を見 る た め に,Case. TWPRとCase. び観 測 結 果 を比 較 した.こ. WPRの. 推 算 結 果,お. よ. こ で は,波 浪 の影 響 は考 慮 さ. れ て い る.こ れ らの結 果 か ら,潮 汐 変 動 自体 が そ の 振 幅. 算 領 域 お よ び 第4計. り,解 析 解 像 度 は1350mお. 口 のP7地. 点 で は 固 定 境 界 を 設 定 し た た め(実 際 は上 流 に開 い て い. に地点. 観 測 結 果 と推 算 結 果 の 一 致 度 が 悪 い.P2地. 点. が1mと WPRの. そ れ ほ ど 大 き く な い た め,Case 推 算 結 果 は あ ま り変 わ らな い.. 図‑8に は,潮 とCase. TWPRとCase. TWPの. 位 偏 差 の 最 大 値 に 関 して,Case. TWPR. 推 算 結 果 お よ び 観 測 結 果 を 比 較 した も の.

(5) 325. 潮 汐 ・高 潮 ・波浪 結合 モ デル によ る土 佐湾 異常 高潮 の追 算. て 気 象 要 因 だ け で は,土 佐 湾 に お い て 観 測 さ れ た 最 大 潮 位 偏 差 を 再 現 で き な い こ と が わ か る.(c)図 TWPRとCase. TWPの. 差 を 求め,波. は,Case. 結 果 か ら得 られ る最 大 潮 位 偏 差 の. 浪 の 影 響 の み に よ る潮 位 偏 差 を 求め た もの. で あ る.こ の 図 に よ る と沿 岸 で は波 浪 の影 響 に よ り水 位 が50cm〜100cm上. 昇 す る こ と が わ か る.. 5. ま と め 本 研 究 で は,潮 (a). CaseTWPRの. Surge‑WAve‑Tide. 計算 結果. 汐 ・高 潮 ・波 浪 結 合 モ デ ル(SuWAT: coupled model)に. よ り,台 風7010号. に. よ る土 佐 湾 沿 岸 の 高 潮 追 算 を 行 い,異 常 潮 位 偏 差 の再 現 性 に及 ぼ す 潮 汐 変 動 や波 浪 の 影 響 に つ い て 検 討 した.ま ず,本 推 算 モ デ ル の特 徴 を 従 来 モ デ ル と比 較 して示 し た. 高 潮 偏 差 に 及 ぼす 潮 汐変 動 お よ び 波 浪 の 影 響 を調 べ る た め に,潮 汐 変 動,風,気. (b) 気象 要因によ る水位 上昇. 圧 低 下 お よ び波 浪 の す べ て を. 取 り入 れ た 推 算 結 果 と,潮 汐 変 動 を 入 れ な い,あ. るい は,. 波 浪 の影 響 を 入 れ な い 推 算 結 果 との 相 互 比 較,お. よび観. 測 結 果 と の 比 較 を 行 っ た.そ. の 結 果,解. 1350mお. 領 域 で は観 測 結 果 と推 算. よ び450mと. 粗 い,大. 結 果 との 一 致 度 が悪 か っ たが,最. 析解像度が. も解 像 度 の高 い 計 算 領. 域 に お いて は,潮 汐 変 動 と波 浪 を考 慮 した推 算 結 果 は, 観 測 結 果 と良 く一 致 し,桂 浜 で の 異 常 値 もほ ぼ 再 現 で き た.潮 汐 変 動 は そ の振 幅 が1mと. そ れ ほ ど大 き くな い た. ,波 浪 の影 響 の方 が 重 要 で あ った. 本 研 究 を行 うに 当 た り,(株)エ. は,貴 重 な デ ー タや ご助 言 を い た だ き,こ し ます.ま 表:山. 下 隆 男 広 島 大 学 教 授)及 び 第3著 者 が 代 表 の 科 学. 最大 高潮 偏差 の空 間分 布. 参. こ で は,潮 汐 変 動 の影 響 は考 慮 さ れ て い る.. 地 点P1〜P4は. 先 に述 べ た よ う に観 測 結 果 が 大 き くな っ. て お り,推 算 結 果 とあ ま り一 致 して い な い が,波 浪 の影 響 を 取 り入 れ る と潮 位 偏 差 が 大 き くな る こ とが 見 られ る. 地 点P5〜P7に. お い て は,湾. 奥 の 地 点P7を. 除 い て,波. 浪 の 影 響 を考 慮 す る と潮 位 偏 差 が 大 き くな り,観 測 結 果 と良 く一 致 す る. 図‑9に 改 め て,最. 大 潮 位 偏 差 の 空 間 分 布 に関 す る推. 算 結 果 を調 べ る.(a)図. はCaseTWPRの. の 影 響 が入 って お り,こ の第5計 結 果 と良 く一 致 した.(b)図. 潮 汐 変 動 と波 浪. 算 領 域 に お いて,観. で はCase. TWPとCase. 測 OT. の 結 果 か ら気 象 要 因 の み に よ る最 大 潮 位 偏 差 を示 した も の で あ る.潮 汐 変 動 の影 響 は小 さ い こ とが 今 回 わ か った の で,こ. よ る研 究 の 一 部 で あ る こ と を こ. こ に付 記 し,感 謝 い た しま す.. (c) 波浪 による水位 上昇. を示 す.こ. こに 感 謝 い た. た,本 研 究 は,科 学 研 究 費 基 盤 研 究(B)(代. 研 究 費 基 盤 研 究(B)に. 図‑9. め. コ ー の柴 木 秀 之 博 士 に. の推 算 結 果 は,従 来 の 潮 汐 変 動 を 考 慮 しな い 高. 潮 推 算 モ デ ル に よ る結 果 に対 応 す る.こ の 図 か ら,改 め. 考. 文. 献. 金. 珠列 ・高 山知 司 ・安 田誠 宏 ・間瀬 肇 (2007): 高潮 と波 浪 に及 ぼす大 潮 汐変 動 の影響 に関す る研 究, 海 岸工 学論 文集, 第54巻, pp.276‑280. 後藤 智 明 ・佐 藤一 央 (1993): 三 陸沿岸 を対 象 とした津波 数値 計算 シス テ ムの 開発, 港研 報 告, 第32巻, 第2号, pp.3‑ 44. 柴 木 秀 之 ・加 藤 史 訓 ・山 田 浩 次 (2001): 密 度 成 層 とWave Setupを 考慮 した 土佐 湾 異常 高 潮 の推 算, 海 岸工 学 論 文 集, 第48巻, pp.286‑290. 藤井 健 ・光 田 寧 (1986): 台 風 の確率 モ デル の作 成 とそれ によ る強風 の シ ミュ レシ ョン, 京大 防災 研 年報, 第29号 B‑1, pp.229‑239. 山下 隆 男 ・別 宮 功 (1996): 台 風7010号 の土 佐湾 に お ける高 潮 の追 算 一推算 誤 差 は波浪 か成 層 か?‑, 海岸 工 学論 文 集, 第43巻, pp.261‑265. SWAN: A numerical wave parameters wind-, bottom-, Technology,. wave model for obtaining realistic estimates of in coastal areas, lakes and estuaries from given and current conditions, Delft University of. http://fluidmechanics.tudelft.nl/swan/default.htm..

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