不規則波浪場の下での底泥移動機構解明と三次元数値モデルの構成

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450187
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 柴山 知也 横浜国立大学, 工学部, 教授 (40143391)
• 研究分担者: 片山 裕之 横浜国立大学, 工学研究科, 助手 (50303079) ; 岡安 章夫 横浜国立大学, 工学研究科, 助教授 (20213994)
• キーワード: 波浪場 / 底泥 / 底質移動

研究概要

海底に堆積した底泥が浅海域に伝播する表面波や流れの作用によって再び輸送される物理過程の数値モデルを、局所的な傾斜の効果を含めて二次元で完成した。底泥を粘弾塑性体と仮定し、水層を粘性流体と仮定して、底泥の挙動を表す理論解を、泥層内の含水比の鉛直分布を含めて導き、二次元造波水路における、質量輸送速度、地形変化量などの実験結果と比較した。その結果、粘弾塑性体モデルは界面波高の減衰などの物理現象を精度良く説明できることがわかり、また、傾斜した泥の輸送についても適用可能であることを示した。現地の泥浜には緩やかな局所的勾配が存在するため、今回のモデルの拡張は、底泥移動場を評価する際に重要である。次に現実の海岸に適用可能とするために、底泥移動の外力となる、砕波帯内の乱れを含む圧力場・流速場を予測する数値モデルを二次元レベルで完成した。このモデルは渦動粘性係数の値を場所的、時間的に変化させることにより乱流現象を表現しており、砕波による乱流発生機構の評価を精度よく行っており定常流速場、波高減衰、圧力場などを説明しうる。さらに、現地波浪の下での、底質砂泥の準3次元移動モデル作成を目指して、現地における砂移動の観測結果の解析を引き続き行なった。現地海岸では、砂は砕波による乱流あるいは底面における摩擦力によって局所的に巻き上げられる。その際、浮遊後にその場に沈降するものと、浮遊したまま移流するものがあり、この区別を明確にすることに現地レベルの観測で成功した。今後は以上に述べた素過程を統合し、それぞれのモデルを用いて波の場、海浜流の鉛直方向の分布を算定し、さらに本研究で求めた浮遊砂泥の鉛直分布と組み合わせることにより底質移動量を算定する必要があり、このために、まず3次元の乱流を含む流体数値モデルを試作した。また、底泥移動の3次元的な挙動を把握するために移動床実験を行い、岸沖、沿岸の底泥移動を計測した。

研究成果

• [文献書誌] 柴山知也: "砕波帯内底面乱流境界層のモデル"海岸工学論文集. 47. 501-505 (2000)
• [文献書誌] 柴山知也: "ベトナムの経済問題に位置づけた海岸問題発現の比較研究"海岸工学論文集. 47. 1316-1320 (2000)
• [文献書誌] 岡安章夫: "画像解析による斜降渦の特性とその発生分布について"海岸工学論文集. 47. 141-145 (2000)
• [文献書誌] 岡安章夫: "斜降渦による底質浮遊と流体運動に関する現地観測"海岸工学論文集. 47. 546-550 (2000)
• [文献書誌] Winyu Rattanapitikon: "Simple Model for Undertow Profile"Coastal Engineering Journal. 42(1). 1-30 (2000)
• [文献書誌] Tomoya Shibayama: "A Model of Sediment Transport in the Bottom Boundary Layer"Proc.of Coastal Eng.Conf.. 27. (2000)
• [文献書誌] Nguyen,The Duy: "A Unified Numerical Model for the Bottom Boundary Layer and the Upper Layer in the Surf Zone"Proc.of Coastal Eng.Conf.. 27. (2000)
• [文献書誌] Shaowu Li: "Calculation of Wave-Induced Longshore Current in Surf Zone in Boussinesq Equations"Proc.of Coastal Eng.Conf.. 27. (2000)
• [文献書誌] Winyu Rattanapitikon: "Energy Dissipation Formulas for Regular Breaking Waves"Proc.of the Fourth International Conference on Hydrodynamics. 545-550 (2000)
• [文献書誌] Hiroyuki Katayama: "A Sediment Pickup Rate Formula Based on Energy Dissipation Rate by Random Breaking Waves"Proc.of Coastal Eng.Conf.. 27. (2000)
• [文献書誌] Nimal Wijayaratna: "DNS of Wave Transformation, Breaking and Run-up on Sloping Beds"Proc.of the Fourth International Conference on Hydrodynamics. 527-532 (2000)