砕波帯内外の波・乱れ共存場の力学構造と海底地形との相互作用に関する研究

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1. 砕波帯内流速場を大きく特徴づけている大規模渦構造について室内実験と現地観測の両面からその実態について明らかにした. 特に, 室内実験ではコンディショナル・サンプリングの手法を用いて大規模渦(斜降渦)に伴う運動量輸送や乱れについての詳細な計測を行い, 斜降渦によって底面に間欠的な強い乱れがもたらされることが示された. このことは底面からの砂の巻き上げに斜降渦が関与していることを示唆しているが, 実際, 移動床実験を行うことによってその密接な関連性が具体的に明らかにされた.2. 次に, 砕波帯内とその近傍で卓越するもう一つの砂移動形式であるシートフロー状態の砂移動に関して室内実験と理論解析を行い, 実際の波動場におけるシートフローは, 波動運動に伴う層内での鉛直流速成分の存在によってたとえ対称な正弦波のもとにおいても波の進行方向に実質的な砂移動が生じることを明らかにした. このことは振動流場に置き換えて実験や解析を行っている従来のやり方にかなり問題があることを示すものである. また, シートフロー層においては, せん断不安定により渦列が発生することが見いだされ, その発生・発達・崩壊パターンが岸向きと沖向きで異なることからも実質的な砂移動が生じることが併せて明かにされた.3. 本研究ではさらに, 実際の砕波帯内流速場を特徴づけているもう一つの要素であるサーフビートに関して, 入射波の波群性に伴う共振応答の観点から数値解析と室内実験を行った. その結果, リーフ地形海岸のように明確な固有周期を有する海岸では入射波群との共振応答によるサーフビートがかなりの大きさの振幅で発生することが具体的に明らかにされた. なお, この種の波動の数値シミュレーションでは, 沖側の開放境界の取扱が常に問題となるが, ここでは新たにきわめて簡単でしかも適用範囲の広い任意反射率境界条件を考案してこの問題を解決した.