新たな一般波動理論体系の確立に基づく沿岸水理解析の新展開

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455228
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 灘岡 和夫 東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 教授 (70164481)
• 研究分担者: 平石 哲也 運輸省港湾技術研究所, 水工部, 主任研究官 ; 日向 博文 東京工業大学, 工学部, 助手 (70272680) ; 二瓶 泰雄 東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 助手 (60262268) ; 八木 宏 東京工業大学, 工学部, 助教授 (80201820)
• キーワード: 波動モデル / 砕波指標 / 圧力勾配 / 乱流モデル / 大規模渦 / 位相平均モデル / 波群 / 長周期波

研究概要

本研究では、まず、この一般的波動理論体系の構築に向けて最も重要となる砕波の問題に焦点を当てて室内実験と数値解析を行った。その結果、砕波のメカニズムとして、波峯部近傍の圧力勾配が重要となり、砕波時点で∂p/∂Zがほぼゼロになることを見出した。そしてこれを砕波指標として灘岡ら(1993〜7)の波動モデルに組み込み、一様斜面上の規則波の砕波水深を計算したところ、合田の経験的な砕波指標値とほぼ合致するシミュレーション結果が得られた。さらに、砕波後の波動モデルの開発に関して、水深積分型の乱流モデルと、上記の灘岡らの波動モデルおよび砕波指標を組み合わせた形のモデルを開発した。その際、任意地形上の非平衡乱流場をも解析可能なモデルとするすべく、乱流モデル構築の上で最も重要なポイントとなる、砕波前面での大規模渦生成に着目した乱れエネルギー生成項の定式化を行った。
一方、本研究のもう一つの大きな柱である、phase-averagedモデルの開発に関して、斜面上の一次元波動伝播を対象として基礎的な検討を行った。その結果、新たに導入した定式化方法により、Boussinesq方程式と上記の灘岡らの波動方程式の双方に対して、phase-averagedモデル化が可能であることが示され、数値計算によってその有効性が確認された。また、このphase-averagedモデルに基づいて、波群の伝播とそれに伴う長周期波の生成・伝播のシミュレーションを行うことに成功した。これに関連して、大港湾内外での長周期波の伝播特性を明らかにするために、鹿島港での多点同時波浪観測を実施し、解析を行った。
さらに、実用上の応用として、越波による港内への波浪伝達の計算手法として、灘岡らの波動モデルの定式化法に基づいたモデルを開発し、その妥当性を室内実験で確認した。

研究成果

• [文献書誌] Kazuo NADAOKA,Serdar BEJI,Yasuyuki NAKAGAWA: "A fully dispersive weakly nonlinear model for water waves" Proc.Royal Society of London,Series A. Vol.453. 308-318 (1997)
• [文献書誌] Serdar BEJI,Kazuo NADAOKA: "A time-dependent nonlinear mild-slope equation for water waves" Proc.Royal Society of London,Series A. Vol.453. 319-332 (1997)
• [文献書誌] Serdar BEJI,Kazuo NADAOKA: "Nonlinear refraction-diffraction of surface waves over arbitrary depths" Proc.25th Int.Conf.on Coastal Eng.,ASCE. 1048-1059 (1996)
• [文献書誌] Kazuo NADAOKA,Osafumi ONO,Hiroshi KURIHARA: "Analysis of near-crest pressure gradient of irregular water waves as a dynamic criterion of breaking" Proc.7th Int.Offshore and Polar Eng.Conf.,ISOPE. Vol.3. 170-174 (1997)
• [文献書誌] Serdar BEJI,Kazuo NADAOKA: "Spectral modeling of unidirectional nonlinear wave propagation over arbitraty depths" Proc.7th Int.Offshore and Polar Eng.Conf.,ISOPE. Vol.3. 385-389 (1997)
• [文献書誌] Serdar BEJI,Kazuo NADAOKA: "Modelling of Nonlinear-Dispersive Waves over Arbitrary Depths" Tokyo Institute of Technology,Dept.of Civil Engineering. No.56. 45-115 (1997)
• [文献書誌] 平山克也,平石哲也,灘岡和夫,清川哲志: "新しい非線形波浪モデルに対するエネルギー減衰評価方法の検討" 海岸工学論文集. 44巻. 51-55 (1997)
• [文献書誌] 灘岡和夫,大野修史: "水深積分型乱流エネルギー輸送方程式を連結させた砕波帯内波動モデルの提案" 海岸工学論文集. 44巻. 106-110 (1997)
• [文献書誌] 土田充,灘岡和夫,西村剛士,佐藤恒夫,山口考市,平石哲也: "多点観測による港内外の波浪特性と港内係留船舶の長周期動揺特性について" 海岸工学論文集. 44巻. 231-235 (1997)
• [文献書誌] 織田幸伸,東江隆夫,灘岡和夫: "運動量を考慮した超波伝達波の算定法" 海岸工学論文集. 44巻. 751-755 (1997)