任意断面地形上の砕波帯における不規則波浪のエルネギ-変換過程

• 研究課題/領域番号: 03452208
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 水工学
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 合田 良実 横浜国立大学, 工学部, 教授 (90205584)
• 研究分担者: 岡安 章夫 横浜国立大学, 工学部, 助手 (20213994) ; 佐藤 愼司 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (90170753) ; 柴山 知也 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (40143391)
• 研究期間 (年度): 1991
• 研究課題ステータス: 完了 (1991年度)
• 配分額: 6,700千円 (直接経費: 6,700千円); 1991年度: 6,700千円 (直接経費: 6,700千円)
• キーワード: 不規則波 / 波動 / 砕波帯

研究概要

従来、波の砕波変形過程は、主として一様勾配斜面上の規則波を対象として理論的・実験的な研究が進められてきた。しかし、現実には波の不規則性や海浜断面地形の非一様性が、砕波点の変動や長周期波成分の発達などを介して、砕波帯のエネルギ-収支に大きな影響を与えているため、これらの考慮した新たな検討が必要である。このような研究例はほとんど無いため、本研究では現実の海浜断面を想定して、一般的な条件のもとでの不規則波浪場のエネルギ-変換過程の解明に焦点をあてて研究を行った。
まず、不規則波造波水槽に様々な断面地形の複合斜面を設置し、表面波形と内部流速場を光ファイバ-型レ-ザ・ドップラ流速計を用いて詳細に計測した。実験結果から砕波帯におけるスペクトル構造の変化とエネルギ-収支を明らかにするとともに、戻り流れの評価法を検討した。
次に、従来規則波に対して提案されている数値波動解析法を不規則波浪場に拡張し、任意断面地形を持つ海岸に入射する不規則波の浅水・砕波変形を定量的に評価できる数値モデルを開発した。さらに、計算結果を用いて砕波帯で顕著となる長周期波成分の発達を評価する方法を検討した。その結果、短周期変動成分については放物型近似を導入し、長周期変動成分については、ラディエ-ション応力を外力とする非線形長波の方程式を用いれば砕波帯のエネルギ-変換過程をかなりの精度で再現できることを確認した。
さらに、波浪から流れへのエネルギ-の移行については、沿岸流速分布を不規則波モデルを用いて評価することにより考察した。不規則波の砕波変形モデルを用いてラディエ-ション応力を計算し、その勾配から沿岸流速を評価した結果、従来不明確であった水平拡散係数を導入せずに砕波帯内の沿岸流速分布を合理的に評価することができた。