| 研究課題/領域番号 |
21H01438
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22040:水工学関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
山城 賢 九州大学, 工学研究院, 教授 (70336014)
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| 研究分担者 |
上久保 祐志 熊本高等専門学校, 企画運営部, 教授 (90332105)
横田 雅紀 九州産業大学, 建築都市工学部, 准教授 (60432861)
井手 喜彦 九州大学, 工学研究院, 助教 (60866680)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2021年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
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| キーワード | 水工水理学 / 海岸工学 / 越波 / 海水飛沫 / 飛来塩分 / 現地観測 / 水理模型実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
海からの飛来塩分による塩風害は，気候変動にともない今後増大すると考えられる．防波堤や護岸等の海岸構造物は，高波を防ぐ一方で飛来塩分の原因となる大量の越波飛沫の発生源となる．本研究では，海岸構造物における越波飛沫の発生過程を解明し，発生量の推定を可能とする．目的達成のため，現地観測により実際に海岸構造物の背後域に飛来する越波飛沫を調査する．しかし，現地観測では現象の解明に限度があるため，水理模型実験と数値シミュレーションにより不足する情報を補う．得られた結果を総合的に検討し，海岸構造物での越波飛沫の発生過程を解明して，越波の状況と風速から越波飛沫量を推定する手法を構築する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，大規模越波による越波飛沫の発生過程を解明し，越波と風の状況から護岸背後域に飛来する飛沫の粒径と発生量の推定を可能とすることを目的に，現地観測，水理模型実験および数値シミュレーションを実施している．令和4年度の概要は以下のとおり．
現地観測の目的は，現地で実際に越波飛沫を計測し，越波や風の状況と越波飛沫との関連を把握することである．令和3年度の冬季風浪時に，山口県の日本海沿岸にある人工島において，越波量，飛沫量，飛来塩分量，風向風速に関する現地観測を実施した．良質な観測データを蓄積するため，令和4年度も冬季に同様の観測を行った．観測では，感潮紙を用いた海水飛沫の計測を試みており，1度の越波により飛来してくる越波飛沫の粒径と個数の時間変化を捉えることに成功した．得られた大量のデータをもとに，越波の状況（打上げの規模や越波量）および風向風速と越波飛沫（粒径や発生量）や飛来塩分量との関連について検討を進めている．
水理模型実験の目的は，現地では直接計測できない越波飛沫の発生の状況や飛散過程，風の作用の詳細を把握することである．令和4年度には，観測を実施した人工島における護岸や海底地形の条件をもとに，大きさが異なる2つの断面2次元造波風洞水路（九州大学，熊本高等専門学校）に異なる縮尺で実験模型を製作し，水理模型実験を実施して，現地での越波流量空間分布を概ね再現することができた．
数値シミュレーションの目的は，現地での実際の現象と水理模型実験との差異を補完する情報を得ることである．令和3年度から，OpenFOAMを用いて，大規模越波から風によって越波飛沫が霧状に飛散する状況の数値シミュレーションを実施し，現地の越波飛沫量を概ね再現できることを確認していた．令和4年度には，更なる計算精度の向上に努めるとともに，より広域を対象とした数値シミュレーションを試みた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
現地観測については，基本的に令和3年度と同様の観測であるため，関係各所への手続きなど問題なく準備できた．また，令和3年度の観測では，越波の規模が大きすぎると雨量計での飛沫量の計測が困難であったこと，飛沫粒径の計測がスムーズにできなかったことなどの課題が明らかとなった．そこで，令和4年度の観測では，越波の規模に応じて雨量計の配置を変え，感潮紙を用いた飛沫粒径の観測においては，現場での作業を極力減らす努力をして，より良質なデータを取得することができた．一方で，水理模型実験については，観測を実施した人工島護岸前面の海底勾配が非常に小さく，実験水路内での適切な勾配の設定と模型製作に想定以上の期間を要した．そのため，現地における越波流量の空間分布を再現する模型実験は実施できたものの，大規模越波からの飛沫の発生過程を明らかにするための可視化実験の実施には至らなかった．したがって，本格的な可視化実験は令和5年度に集中的に実施する．数値シミュレーションについても，令和4年度中に現地観測の再現計算を行い，越波飛沫や飛来塩分の飛散過程について検討を進める予定であったが，計算精度の検証が若干不十分である．これらの状況から研究全体として「やや遅れている」と判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度は最終年度である．令和4年度までの現地観測により，越波量，飛沫量，飛来塩分量，風向風速など，大量のデータを取得した．さらに，最寄りの波浪観測データや潮位データ，気象データ等も収集しており，加えて，波浪については数値シミュレーションも実施している．これらのデータをもとに，これまでも気象海象条件と各種観測データとの関連について検討を進めてきたが，令和5年度は，さらに詳細な検討を行い，現地における越波の状況（打上げの規模や越波量）および風向風速と越波飛沫（粒径や発生量）との関連を明らかにする．
水理模型実験については，やや進捗が遅れているため，令和5年度の特に前半に集中的に実施し，越波飛沫の発生過程を解明するため高速度カメラを用いた可視化実験を行い，現地では直接計測できない越波飛沫の発生の状況や飛散過程，風の作用の詳細を明らかにする．また，縮尺が異なる実験結果の比較によりスケール効果についても検討する．
数値シミュレーションについては，計算精度の検証を十分に行ったうえで，現地観測を行った人工島全域を対象とした飛来塩分のシミュレーションを実施する．このシミュレーションにより，現地での実際の現象と水理模型実験との差異を補完する情報を得る．
最終的に，現地観測，水理模型実験，数値シミュレーションの結果を総合的に検討し，大規模越波により生じる越波飛沫の発生過程を解明し，越波と風の状況から護岸背後域に飛来する飛沫の粒径と発生量を推定する手法を構築する．
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