極浅海域 で計測 された離岸流の時空 間変動
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(2) 82. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 台 風9号 の 高 波 に よ り計 測 は行 って い な い.座 標 は,図‑ 1に 示 す 位 置 に あ る水 準 点 を原 点 に北 向 き お よ び東 向 き を正 と して い る.平 均 的 な 汀 線 位 置 は,鉛 直 軸 の‑6.76 mに 位 置 す る.図 中 に は,十 字 配 置 した 計 測 器 の位 置 も 記 入 して あ る.ADCPは,測. 点No.2の1m沖. に 設 置 した.. 5日 に はす で に リ ッ プ チ ャ ネ ル の 位 置 が 若 干 西 側 に 移 動 し,4日 に 最 深部 に位 置 して い た十 字 配 置 の 中心 が リッ プ チ ャネ ル の 最 深 部 か ら東 側 にず れ て い る.. (d) 9月9日 海 底 地 形. 図‑3 6日 に は,リ. 計測 され た海底 地形. ップ チ ャ ン ネ ル は さ らに 西 側 に20m程. 移 動 し,計 測 点No.2の. 度. み が リ ップ チ ャ ンネ ル に か か っ. て い る.こ の 状 態 は,7日. まで 継 続 す るが,9日. には地形. 計 測 範 囲 か ら リ ップ チ ャ ン ネ ル は消 滅 して い る. 5日 か ら8日 にか け て設 置 点 周 辺 で の平 均 的 な有 義 波 高 (a) 9月5日 海 底 地 形. は0.4mか そ の後,台. ら0.8mに. 増 大 し,周 期4.5〜6.0sで. あ っ た.. 風 通 過 後 の9日 に は再 び 入 射 波 高 は0.5m程 度. ま で 減 少 し,周 期 も5s程 度 で あ っ た. (2) 計 測 さ れ た 水 位 変 動 と流 速 計 測 位 置 が リッ プ チ ャネ ル 内 に あ った,9月4日. および. 5日 午 前 中 は,流 速 計 を 設 置 した5箇 所 の 少 な く と も2箇 所 以 上 で0.4〜0.9m/sの. 沖 向 き流 速 が 計 測 さ れ,時. て1.0m/sを 超 え る流 速 が 観 測 さ れ た.そ. とし. の流 速 は空 間 的. に 大 き な 勾 配 を 持 ち,時 間 的 に も定 常 で は な か った.4 日 に計 測 さ れ た 水 平 方 向2成 分 流 速 の20sの 移 動 平 均 か ら推 定 され る海 浜 流 流 況 の 時 間 変 化 の例 を 時 間 を 追 って 図‑4に 示 す.図. 中 の 実 線 お よ び破 線 は,そ れ ぞ れ の 図 に. 示 す計 測 時 間 の前 半 お よ び後 半 の 流 速 ベ ク トル で あ る. (b) 9月6日 海 底 地 形. 4日 午 前 中 か ら16時 頃 に か け て は,北 りか ら有 義 波 高0.5m,周 射 して い た.こ た流 れ は,流. か ら約30度 西 よ. 期4.0〜4.5sの 波 浪 が 定 常 に入. の 間 は,図‑4(a)に. 示 す よ う に 観 測 され. 向,流 速 の 変 化 も少 な く,リ ップ チ ャ ネ ル. に沿 って 沖 向 き の流 れ が 発 生 して い た.20s移. 動平 均流. 速 は,最 大0.7m/sで あ った. そ の 後.4日20時 間 で 変 動 し,22時. 頃 は,入. 射 波 向 が 北 か ら10〜17° の. 頃 に は 北 か ら時 計 回 りの 正 を と った 波. 向 が‑5〜20° の 間 で 周 期 的 な 変 動 を 示 し,そ の 周 期 は3 分 程 度 で あ った.こ. の 間 に計 測 され た流 況 は,図‑4(b),. (c)に示 す よ う に,複 雑 に変 動 し,20s移 動平 均流 速 も ‑0 .1m/s〜0.7m/sの 間 で 大 き く変 動 した.入 射 有 義 波 高, 周 期 は そ れ ぞ れ ほぼ0.5m,4.5sで (c) 9月7日 海 底 地 形. あ った..
(3) 極浅 海域 で計 測 され た離岸 流 の時空 間変動 一 方 ,9月5日. 83. 午 前 中 は,入 射 波 向 は,北 よ り約30度 東. よ りで大 きな 変 化 は 見 られ なか った の に対 し,入 射 有 義 波 高 は 増 加 中 で,周. 期 は4.5s〜5sの. 間 に あ り,. 55s〜100sの 周 期 を有 す る顕 著 な波 群 を形 成 して い た. これ に伴 い,測 定 さ れ た 水 位 変 動 お よ び 流 速 に も波 群 周 期 に 対 応 し た 長 周 期 変 動 が 見 ら れ た.No.1お で 計 測 され たN‑S方. 向 お よ びE‑W方. よ びNo.5. 向 流 速 の20s移 動. 平 均 値 に基 づ き流 況 の 時 間 変 化 を ベ ク トル 表 示 した もの が 図‑5(a)お よ び(b)で,(c)はNo.5で. 実 測 され た 水 位 変 動. とそ の20s移 動 平 均 を示 す. (a) 9月4日16時16分. 〜40分. (a) 流 速 ベ ク トル 時 間 変 化(No.1). (b) 9月4日20時16分. 〜24分. (b) 流 速 ベ ク トル 時 間 変 化(No.5). (c) 9月4日22時i6分. 図‑4. 〜21分. 計 測 され た海 浜 流流速 の 空間分 布 (c) 水 位 の 時 間 変 化(No.5). 図‑4(b)に 示 す 実 測 流 速 の 平 面 分 布 か ら推 定 され る流. 図‑5. 況 の変 化 は,入 射 波 向 の 変 化 に伴 い 離 岸 流 の流 軸 が 約20 m東 側 に 移 動 し,以 前 は,離. 実 測 され た流速 ベ ク トル と水位 変動 時間変 化 (9月5日10時42分 〜). 岸流 の東側 の セル内 に位. 置 して い た 計 測 計 群 が,離 岸 流 の西 側 に位 置 す る よ う な 変 化 が 生 じた た め と考 え られ る.. 図‑5(c)に 示 す水 位 変 動 の移 動 平 均 値 は,周 期 ほ ぼ60s, 振 幅0.1m程. 図‑4(c)に 示 す 実 測 流 速 の 平 面 分 布 か ら推 定 さ れ る 流. 度 の 長 周 期 変 動 を示 し,No.1お. 況 変 化 は,実 線 で 示 す 時 間 で の計 測 器 群 は,離 岸 流 の 東. る.ま. 側 に形 成 され る小 規 模 な 海 浜 流 セ ル 内 に位 置 して い た も. 対 値 の 最 大 値 は,1m/s以. の が,波. 向 の 変 化 に よ る離 岸 流 軸 の 西 側 へ の 変 化,あ. る. よ びNo.5で. 測 定 され た流 速 ベ ク トル も同 じ周 期 で 長 周 期 変 動 して い た,No.1に. な お,ADCPで. お け る20s移 動 平 均 流 速 ベ ク トル の 絶 上 の値 と な る.. 計 測 され た 流 速 の 鉛 直 分 布 は,計 測 範. い は海 浜 流 セ ル の拡 大 に 伴 い,離 岸 流 の 中 に含 ま れ て し. 囲 内 で ほ ぼ一 様 で,No.2地. ま っ た こ とに よ る もの と推 定 され る.. 速 と顕 著 な差 異 は 見 られ なか った.. 点 で電 磁 流 速 計 で計 測 した流.
(4) 84. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 以 上 の結 果 よ り,入 射 波 向 の わ ず か な変 化 で 海 浜 流 の 流 況 が 変 わ る こ と,入 射 波 が 強 い波 群 性 を 有 す る場 合 は, 海 浜 流 お よ び平 均 水 位 変 動 に もそ の 影 響 を 受 け た長 周 期 変 動 が 現 れ る が,海 浜 流 の 流 況 は大 き く変 化 しな い こ と が わ か っ た. 4.. 海 浜 流 の 入 射 波 特 性 の変 化 に対 す る 応 答 に 関 す る 数 値計 算. (1) 海 浜 流 数 値 計 算 の 概 要 入 射 角 の周 期 的 な 変 化 お よ び 波 群 に対 応 す る入 射 波 高 の周 期 的 な変 化 に よ って,前 章 で 述 べ た実 測 され た よ う な海 浜 流 の 空 間 的 ・時 間 的 な変 化 が 生 ず る可 能 性 を 数 値 (a) θ0=‑5°. に対 応す る海 浜流. 計 算 に よ っ て検 討 した. 計 算 は,9月5日. に 測 定 さ れ た海 底 地 形 上 で,波 浪 場 と. 海 浜 流 場 を 解 く こ とに よ っ て行 った.波 浪 場 は非 定 常 緩 勾 配 方 程 式 に よ り計 算 し,得 られ た 波 高,波. 向を用 いて. radiation stressを 評 価 し,海 浜 流 基 礎 式 に基 づ い て 海 浜 流 を 計 算 した.計 囲 を,沖 300m,岸. 算 領 域 は,図‑3(a)に. 示 す地 形計 測範. 側 お よ び沿 岸 方 向 に 外 挿 して 求 め た 沿 岸 方 向 沖 方 向100mの. 領 域 で,計. 算 格 子 間 隔 は0.5m. で あ る. (2) 波 向 が 変 化 す る 場 合 の 海 浜流 計 算 図‑4(b)あ る い は(c)に示 す 海 浜 流 パ タ ー ンを 対 象 と し た計 算 を 行 っ た. 入 射 波 向 の 変 動 周 期 をT1と. し,初 期 入 射 角 θ0に対 し,. dθ の 振 幅 で 入 射 波 向 を 変 動 させ た.最. (b) θ0=5°. 図‑6. は,助 走 計 算 と し,初 期 入 射 波 向 で計 算 さ れ た諸 量 を 用 いて 海 浜 流 計 算 を 行 い,そ. ベ ク トル を 示 す 実 測 時 間 の波 向 の 実. 測 結 果 よ り,θ0=0°,dθ=0°. 入 射波 向の変 化 に伴 う海浜 流 の変化. の 後T1/8時 間 間 隔 で 波 浪 変 形. 計 算 を こな い,海 浜 流 と波 浪 変 形 計 算 を 繰 り返 し行 っ た. ま ず,図‑4(b)に. に対 応 す る海 浜 流. 初 の1周 期 の 間. お よ びT1=200sと. 計 算 を 行 っ た.入 射 波 高 は0.4m,周. して. 期 は5sで あ る.入. (3) 波 高 が 変 化 す る場 合 の 海 浜 流 計 算 つ ぎ に,図‑5に. 示 す 波 群 を 構 成 す る波 浪 に よ っ て 引 き. 起 こ され る海 浜 流 の 時 間 変 化 の 再 現 計 算 を 行 っ た.入 射 波 高 は,実 測 結 果 に基 づ き波 群 周 期Tl=60sに 中 心 に そ の30%の. 対 応 し平. 射 波 向 の 変 動 を 与 え て か ら ほ ぼ5周 期 目 以 降 か ら定 常 な. 均 的 な 波 高H0=0.5mを. 振 幅で 周期 的. 周 期 変 動 を す る結 果 が 得 られ た.結 果 を 図‑6に 示 す.図 ‑6(a)は ,θ0=0° に対 応 す る 入 射 波 向 で 計 算 さ れ た海 浜. に 変 動 さ せ て 与 え た.周期 は5s,入 射 角 は,θ0=0°. で計. 算 した.波 浪 お よ び 海 浜 流 の 計 算 は,入 射 波 向 を 周 期 的. 流,(b)は. θ0=0° に対 応 す る 入 射 波 向 で計 算 さ れ た海 浜. に変 動 させ る場 合 と同 様 の方 法 で 行 っ た が,こ の 場 合 も. 流 で,そ. れ ぞ れ 図‑4(c)の 実 線 お よ び破 線 で 示 さ れ る ベ. 波 高 を変 動 さ せ た 後,6周. ク トル の流 況 に 対 応 す る.計 算 結 果 の海 浜 流 は,リ. ップ. チ ャ ネ ル の外 側 で 大 規 模 な 変 動 が 生 じ,計 測 器 配 置 点 周 辺 で の 流 況 の 顕 著 な 変 化 は な いが,No.4お. よ びNo.5で. の 流 況 変 化 あ るい は流 速 の絶 対 値 は,概 略 再 現 さ れ て い る. しか し,図‑4(c)に. られ た. ま ず,図‑7に6周. うな 流 況 の変 化 は,入 射 波 向 を 変 化 させ る だ けで は再 現 さ れ な か っ た.従 来 のradiation stressを介 して の 海 浜 流 計 算 で は完 全 に 対 応 で き な い 問 題 点 と考 え られ る.. 期 目のH0=0.5mに. 計 算 され た海 浜 流 ベ ク トル を示 す.リ. 対 応 す る波 浪 場 で ップ チ ャ ネル 上 で,. 0.6m/s程 度 の 離 岸 流 が 計 算 され て い る. 図‑8は,計. ベ ク トル を 示 す 流 況 に 対 応 す る よ. 期 程度 で定常 な周期変 動が得. 間 変 化(1s間. 測 点No.1お. よ びNo.5の. 隔 で ベ ク トル を 描 画)お. け る平 均 水 位 の時 間変 化 で あ る.. 海 浜 流 ベ ク トル 時 よ び,No.5に. お.
(5) 極浅海 域 で計測 された離 岸流 の時 空間変 動. 85. 変 動 のパ ター ン は再 現 さ れ て い る.ま た,No.5に 海 浜 流 の計 算 結 果 も,図‑5(b)に. 示 す 実 測 値 と比 較 して. 若 干 小 さ め の 値 で は あ る が,流 向,時 再 現 され て い る.さ. らに,図‑8(c)に. 間 変 化 は,ほ ぼ10cmの. おけ る. 間変 動 パ タ ー ン は 示 す平均 水位 の時. 振 幅 で 変 動 して い るが,こ. れ は,. 図‑5(c)に 示 す 実 測 水 位 変 動 の20s移 動 平 均 値 の 振 幅 と一 致 す る. Murray(2004)は,リ. ップ チ ャ ネ ル が存 在 し な い海 岸. で 発 生 す る離 岸 流 の 実 測 結 果 に 基 づ き そ の継 続 時 間 の頻 度 分 布 を作 成 し,平 均7.87分 で あ る こ とを 報 告 して い る. ま た,入 射 波 の 波 群 特 性 を考 慮 し,入 射 波 に 時 間 変 動 を 与 え た数 値 計 算 を 行 い そ の再 現 につ い て検 討 して い る. 図‑7. Ho=0.5mに. Murrey(2004)の. 対 応 す る波 浪 場 で 計 算 さ れ た 海 浜 流. 結 果 で は実 測 され た継 続 時 間 を 再 現 す. るの に1分 以 内 の 周 期 で 入 射 波 を 変 動 させ る必 要 が あ る. しか しこ こ で対 象 と した地 形 性 離 岸 流 で は,計 算 に よ っ て 波 群 周 期 と 同 じ周 期 の変 動 が 流 れ,水 位 変 動 に現 れ る. ま た,離 岸 流 は 間 歇 的 に発 生 す るの で は な く,連 続 的 に 変 化 す る海 浜 流 が 沖 向 き に流 れ る場 合 に顕 著 にな る.し た が って,地 形 性 離 岸 流 の場 合 はそ の継 続 時 間 を 定 義 す る こ と は困 難 で あ る. 5.. 結語. 砕 波 帯 内 の浅 海 域 で 十 字 配 列 した 水 位 計 ・流 速 計 に よ (a) No.1に お け る流 速 ベ ク トル の 時 間 変 化. り,リ. ップ チ ャネ ル 周 辺 の海 浜 流 の 空 間的 ・時 間 的 な変. 動 を 計 測 した.リ. ッ プ チ ャネ ル が 存 在 して い る間 は,明. 確 な 離 岸 流 が 発 生 し,入 射 波 向 の わ ず か な変 動 に伴 っ て 流 況 が 顕 著 に変 化 し,入 射 波 が 波 群 を形 成 す る場 合 は, 流 速 及 び水 位 変 動 に 波 群 周 期 に対 応 した変 動 が 現 れ る こ とが わ か っ た. さ ら に,入 射 波 向 及 び波 群 に対 応 した入 射 波 高 を周 期 的 に 変 動 させ た場 合 の 海 浜 流 数 値 計 算 を行 った 結 果,入. (b) No.5に お ける流速 ベク トル の時簡変 化. 射 波 群 に対 応 して 入 射 波 高 を変 化 させ た場 合 は,実 測 さ れ た 流 速 及 び水 位 変 動 が ほ ぼ再 現 され たが,入. 射波 向の. 変 動 に よ る海 浜 流 況 の 変 化 に つ い て は十 分 な 再 現 性 は得 られ な か っ た. 今 後,radiation (c) No.5に. 図‑8. お け る平 均 水 位 に 時 間 変 化. 計 算 され た流速 ベ ク トル と平均 水位 時間 変動. 図‑8(a)〜(c)は,図‑5(a)〜(c)に. 参. 示 す 流 速 ベ ク トル と平. 均 水 位 の実 測 地 と対 応 して い る.No.1で. 計 算 された流速. は,実 測 値 と比 較 して若 干 小 さ め の値 で は あ るが,時. stressを 介 さ な い 方 法 で 非 定 常 海 浜 流. の計 算 方 法 を 開発 す る必 要 が あ る も の と考 え られ る.. 間. 考. 文. 献. Murray, A. B.(2004) Rip channel development on nonbarred beaches: The importance of a lag in suspended sediment tran sport, JGR, Vol.109, C04026, 14p..
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