数値流体計算を用いた波動場における沈降性浮遊粒子と密度流の相互干渉に関する研究

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平成13年度は本研究助成における最終年度に当たる.昨年度は河口付近の密度流現象(塩水くさびの遡上)と河川流との相互作用を調べることに着目して研究を行なった.今年度は、この結果を受けてより広範囲の土砂輸送問題に取り組んだ。河川から流出した土砂の輸送を支配する要因は海岸の波動とそれに起因する海浜流である。最終年度である今年度は、海岸過程による土砂輸送およびそれによる地形変化について数値シミュレーションによって検討を行った。数値シミュレーションのプログラムとしては、1)ブシネスク方程式系による波動計算、2)それを時間積分することによる海浜流、3)海浜流にともなう浮遊砂、掃流砂と地形変化である。計算に用いた入射波の条件はより現実的な状況を再現させるため、多方向不規則波とした。これは計算境界上の各格子点での入射波としての強制水位の信号を方向スペクトルの形状を使い、各成分を波の位相を考慮しながら決定するというものである。このようにして作成された信号をもとに上記のプログラムを実行することによって多方向不規則波の数値実験が可能となった。計算対象の海岸構造物は、1)一様海岸、2)離岸堤、3)潜堤の3つであり、基礎的な計算の経過を見るために行う。さらに新潟西海岸を例とした実地形を用いた計算も実施した。計算に先立ち、新潟西海岸の詳細なDEMを作成する必要があるが、これは地図情報からスキャナを用いて取り込み作成するシステムを確立した。数値計算の結果、多方向不規則波の遡上・伝播が問題なく計算され、砕波やそれに伴う波高減衰、構造物の形状に依存した海浜流やそれに伴う浮遊砂、掃流砂の挙動と地形変化を計算することができた。これらの成果は、今後、国内外の研究発表会での公表を行っている。