報告書番号

U97091

タイトル（和文）

波の多方向不規則性と浮遊漂砂を考慮した３次元海浜変形数値予測モデルの開発と人工島周辺海域への適用

タイトル（英文）

DEVELOPMENT OF THREE DIMENSIONAL BEACH DEFORMATION NUMERICAL MODEL CONSIDERING SUPENDED SEDIMENT TRANSPORT DUE TO MULTI-DIRECTIONAL RANDOM WAVES AND ITS APPLICATION TO SEA AREA SURROUNDING A MAN-MADE ISLAND

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

波の多方向不規則性と砕波帯内の浮遊漂砂現象を考慮した新たな３次元海浜変形モデルを開発した。本モデルでは，まず，時空間変動する多方向不規則波の非線形性と砕波減衰を考慮した修正ブシネスク方程式を用いて平面二次元波浪・流れ場を計算し，必要に応じ過粘性モデルに基づき砕波による戻りの流れの鉛直分布を算定する。つぎに，砕波帯内での海底砂の巻き上げと浮遊砂の鉛直移流・拡散を計算し水深方向にフラックス積分することにより浮遊漂砂を算定する。掃流漂砂は不規則な底面流速度を用いた掃流砂量公式により算定する。浮遊・掃流漂砂量の和である全漂砂量を海底地形変化の連続式に入力し新しい海底地形に更新するものである。ついで，砂質海底に人工島やその背後に２つの突堤を建設する場合を対象として，多方向不規則波による３次元移動床実験を実施し計算結果と比較した。その結果，波高・海浜流分布は誤差３割以内で一致した。人工島斜め背後域では，浸食・堆積状況が定量的に近似したが，直背後域では，定量的に一致しているとは言い難い。ただし，突堤による人工島背後のトンボロ発達抑制効果を定性的に再現できた。また，大型造波水路実験におれるもどり流れや浮遊砂フラックスの鉛直分布の再現性も良好である。

概要 （英文）

THIS REPORT DESCRIBES THE DEVELOPMENT OF A NEW NUMERICAL MODEL FOR 3-D BEACH DEFORMATION CAUSED BY MULTIDIRECTIONALRANDOM WAVES BY TAKING THE SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT MECHANISM INTOACCOUNT. FIRST,THE IMPROVED BOUSSINESQE EQUATION WITH A BREAKER-INDUCED ENERGY DISSIPATION TERM WAS USED FOR NONLINEAR MULITDIRECTIONAL IRREGULAR WAVES. IF REQUIRED,THE VERTICAL DISTRIBUTION OF UNDERTOW DUE TO WAVE BREAKING CAN BE ADDED AS A TIME-AVERAGED VELOCITY BASED ON THE EDDY-VISCOSITY MODEL. NEXT,THE PICK-UP RATE FROM THE SEABED AND THE VERTICALCONVECTION AND DIFFUSION OF SUSPENDED SEDIMENT IN THE SURF ZONE WERE MODELLED. THE SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT RATE DUE TO IRREGULAR WAVES WAS EVALUATED BY INTEGRATING THE SUSPENDED SEDIMENT FLUX VERTICALLY IN THE WATER DEPTH SECTION. THE BED LOAD TRANSPORT WAS EVALUATED BY THE BED-LOAD FORMULA,WHERE THE IRREGULAR TIME VARIATION OF VELOCITY NEAR THE SEABED IS INPUT. AFTER THAT,THE TOTAL SEDIMENT TRANSPORT RATE WAS INPUT TO THE SEDIMENT CONSERVATION EQUATION FOR SEABED CHANGE AND THE SEABED TOPOGRAPHY WAS UPDATED TO THE NEW TOPOGRAPHY. 3-D BEACH DEFORMATION TESTS WITH A DIRECTIONAL WAVE MAKER WERE CARRIED OUT ON THE SEA AREA BEHIND A MODEL ARTIFICIAL ISLAND. THE HORIZONTAL DISTRIBUTION OF WAVE HEIGHTS AND NEARSHORE CURRENTS WITH AND WITHOUT TWIN JETTIES BEHIND THE ISLAND SHOWED CLOSE AGREEMENT WITH EXPERIMENTS. THIS NUMERICAL MODEL CAN QUANTIFY SEABED CHANGES,EXCEPT IN THE SEA AREA JUST BEHIND THE ARTIFICIAL ISLAND. IT CAN QUALITATIVELY REPRODUCE HOW TWIN JETTEIS PREVENT FORMATION OF TOMBOLO IN SEA BEHIND AN ARTIFICIAL ISLAND. IT CAN ALSO QUANTIFY THE VERTICAL DISTRIBUTION OF UNDERTOW,SUSPENDED SEDIMENT CONCENTRATION AND FLUX IN THE SURF ZONE OF IRREGULAR WAVES OBTAINED BY LARGE WAVE FLUME EXPERIMENTS.

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