2018 Fiscal Year Annual Research Report
Design innovation of breakwaters as a strategy for resilient coastal city against storm surges under super typhoon
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18H03796
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
後藤 仁志 京都大学, 工学研究科, 教授 (40243068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 高二朗 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, グループ長 (50360764)
Khayyer Abbas 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80534263)
鶴田 修己 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 港湾空港技術研究所, 研究官 (30747861)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 数値波動水槽 / 粒子法 / 大規模模型実験 / 高潮氾濫 / 超巨大台風 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超巨大台風下の高潮氾濫において激流化した越流水の挙動を様々な様式の防潮堤に対して普遍的に精度よく計算するには，数値波動水槽が必須である．本研究では，海岸波動の計算力学に邁進してきた京都大学工学研究科のグループと大型波動実験の研究拠点としての海上・港湾・航空技術研究所港湾空港技術研究所が緊密に連携し，激流の高精度計算に不可欠な高精度粒子法の理論的ストックと大型模型実験の技術的ストックを融合し，焦眉の急を要する超巨大台風下の高潮氾濫に対応した防潮堤設計法の革新の加速的推進を目的とする．
数値波動水槽に関しては，[1]粒子法の最大の弱点である圧力ノイズの画期的低減を可能とする技術として注目されている高精度粒子法の更なる高度化，[2]DEM型固液混相流モデルの改良による剛体・流体連成計算の効率化，[3]局所3次元計算のための半陰解法型並列計算コードの開発の3課題を中心に据えた．京都大学では初年度は，上記[3]で開発するコードの性能評価に必要な並列計算機システムの導入を行いつつ，個々の計算技術の開発を進めた．一方，大型波動実験は，[1]極値的越波と衝撃波力に関する可視化実験，[2]極値的越波と衝撃波圧の計測，[3]極値的越波による堤体基礎侵食過程の水理実験の3つの柱から成る．海上・港湾・航空技術研究所では初年度は，PIVシステムを導入し，上記[1]の可視化実験に重点を置いて進めた．得られた成果，すなわち新たな計算技術や実験データに関しては，本報告書の項目10に記載の国際学術誌・学会発表等で公表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載の項目[1]粒子法の最大の弱点である圧力ノイズの画期的低減を可能とする技術として注目されている高精度粒子法の更なる高度化に関しては，成果を本報告書の項目10に記載の7編の全文審査付き論文（英文4編，和文3編）にまとめた．英文4編はすべて，Web of Science core collection に属する主要国際journal（具体的にはCoastal Engineering, Computers & Fluids, Coast Engineering Journal, Applied Ocean Research）に掲載された．項目[2]DEM型固液混相流モデルの改良による剛体・流体連成計算の効率化に関しては，成果を本報告書の項目10に記載の4編の全文審査付き論文（英文2編，和文2編）にまとめた．英文2編はいずれも，Web of Science core collection に属する主要国際journal（具体的にはCoastal Engineering Journal, Journal of Hydraulic Engineering）に掲載された．項目[3]局所3次元計算のための半陰解法型並列計算コードの開発に関しては，本報告書の項目10に記載の論文「DEM-MPS法による砕波帯漂砂過程の３次元計算」に開発途上の成果を活用した．また，大型波動実験に関しては，実施した実験のデータの一部を，本報告書の項目10に記載の論文「高精度粒子法を用いた防波堤の津波越波越流洗掘のための粒子法堆積モデルの開発」に検証データとして活用した．技術開発は順調に進行しており，初年度としては予想以上に多くの成果が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
先に述べたとおり，本研究では，京都大学と海上・港湾・航空技術研究所の2拠点で数値波動水槽の高度化技術開発と大規模模型実験によるデータ収集を同時並行的に実施する．2年目となる平成31年度は，初年度に導入した設備・並列計算機システム（京都大学）およびPIVシステム（海上・港湾・航空技術研究所）を活用して効率的に研究を推進する．数値波動水槽に関しては，研究の中心軸である[1]粒子法の最大の弱点である圧力ノイズの画期的低減を可能とする技術として注目されている高精度粒子法の更なる高度化を継続する．初年度に行った[2]DEM型固液混相流モデルの改良による剛体・流体連成計算の効率化を受け，具体的な海岸構造物の津波越流被害のシミュレーションを行い，モデルの適用性を検証する．[3]局所3次元計算のための半陰解法型並列計算コードに関しては，堤体越流時の被覆ブロックの離脱問題など3次元性が顕在化する問題への適用を通して検証を進める．一方，大型波動実験は，初年度後半から取りかかった[1]極値的越波と衝撃波圧の計測，[2]極値的越波による堤体基礎侵食過程の水理実験を継続する．初年度に導入したPIVシステムと海上・港湾・航空技術研究所が保有する世界最大級の造波水槽（全長184m，深さ12m）を活用して，極値的越波による堤体基礎被災過程の解明に努める．得られた成果，すなわち新たな計算技術や実験データに関しては，国際学術誌，学会発表等で公表する．
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