報告書番号

N07010

タイトル（和文）

地形変化を考慮できる静水圧3次元浅水流モデルC-HYDRO3Dの開発 －津波による矩形港湾周辺土砂移動問題への適用－

タイトル（英文）

Development of a hydrostatic three dimensional shallow water flow model C-HYDRO3D for simulating topography changes:Application to a simulation of the sediment transport in a harbor by tsunami

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

地形変化を解析できる静水圧3次元浅水流モデルC-HYDRO3Dを開発した．モデルの精度を検証するため，平板上の長波の伝播に関するテスト計算，及び，平坦な砂面上を流れる一様な定常流による浮遊砂の巻き上げ，移流，拡散のテスト計算を実施し，既往の研究と良く一致することを確認した．また，矩形の防波堤を持つ港湾周辺の土砂移動に関する数値計算を実施した．そして，同じ条件の室内実験結果と比較し，計算で得られた流れ及び浮遊砂の時空間分布が室内実験結果と一致することを確認した．津波による土砂移動に関する以下に記す2つの主要な特徴を数値計算により把握できた．1つ目の特徴として，津波が港湾内へ侵入する際に防波堤先端で後流渦が発生する．2つ目の特徴として，港湾中心に位置する渦により，砂面上でエクマン層が発達し，砂面近傍に渦中心方向の流れが生じる．その結果，浮遊砂が渦中心，すなわち港湾中心へ移流され，そこに堆砂する．後者のように鉛直方向に流れの方向が変化するような現象は，平面2次元モデルでは再現が困難なため，津波による港湾周辺の地形変化の解析には本数値モデルのような3次元の数値モデルが有効である．

概要 （英文）

A hydrostatic three dimensional shallow water model C-HYDRO3D was developed. This model can be used to simulate the sediment transport and topography changes. In order to validate the model, we carried out two kinds of test simulations: a long wave-propagation test over a flat bed, and a spatial-development test of suspended sediment concentration in a steady and uniform flow with an initially clean water. We confirmed that our results were in agreements with the previous studies. The model was also applied to tsunami scours and depositions in an rectangular harbor with a rectangular breakwater. Our numerical results were compared with those of laboratory experiment, and then we confirmed the agreement between our results and those of the laboratory experiment. Two main characteristics were observed in the mechanics of sediment transport in the harbor due to tsunami. First one is the local scour near the head of breakwater, which is due to the wake vortex generated by a strong shear. Second one is the deposition at the center of the harbor, which is due to the suspended load by the secondary flow in the Ekman layer. Since it is difficult to reproduce the latter characteristic by using vertically averaged numerical models, i.e., two-dimensional models, three-dimensional model like the C-HYDRO3D is necessary to analyze the sediment transport in harbors due to tsunami.

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