波の変形：浅水変形、屈折、砕波 - suiri.civil.yamaguchi-u.pptVIP

波の変形：浅水変形、屈折、砕波 酒井哲郎：海岸工学入門，森北出版 第4章（pp.37-53） * 風波は洋上の水深の深い場所で発生し発達する． （風波は深海波である．） 海岸に向かって波が進行するとやがて水深が減少する．つまり波は深海波から浅海波へと移行する．このとき波の変形が生じる．波向き，波長（短くなる），波高（高くなる）が変化する． 波浪推算で得られた波高，周期は海岸近くでは変化するため，どのようにそれらが変化するのかを知るのは海岸構造物の設計上重要である． 構造物の存在によっても波は変形するが，ここでは水深変化による波の変化について説明する． 浅水変形 （shoaling） 屈折変形 （refraction） 回析変形 （diffraction） 波高減衰 （波のエネルギーの散逸による波高減衰） 砕波（wave breaking）による波高減衰 海底摩擦（bottom friction）による波高減衰 水深変化による波数，群速度の変化による波高変化 波のエネルギー散逸はない（エネルギー保存） 水深変化による波速の変化による波向きの変化と波高の変化 波のエネルギー散逸はない（エネルギー保存） 遮蔽部への波の回り込み 波のエネルギー散逸はない（エネルギー保存） 微少振幅波理論から誘導される波速cと周期Tの関係 沖波（深海波）の波速C0 沖波（深海波）の波長L0 （波速C=波長L/周期T） 微少振幅波理論から誘導される波長Lと周期Tの関係 水深hが変化すれば波長?波速が変化する．波長と波速の変化は同じ． 周期は変化しない． 汀線 波向き線 波峰線 水深浅 水深深 水深浅 波速遅い 水深深 波速速い 水深が浅くなると波速は遅くなる 汀線に対して斜めに入射する波は屈折変形により汀線に対し直角になる． 汀線に対して斜めに入射しかつ水深変化がある場合（屈折） Ecg1 b1 b2 Ecg2 屈折により波向き線間隔は変化する b2b1 コントロールボリューム内のエネルギーは一定（定常）であるので次式が成立する． Ecg1×b1= Ecg2×b2 Ecg1Ecg2 b2b1 このことは波高の場所的変化を意味する． 入射は汀線に直角であるが水深変化がある場合（浅水変形） b 汀線 E1cg1 E2cg2 コントロールボリューム内のエネルギーは一定（定常）であるので次式が成立する． E1cg1= E2cg2 水深変化により群速度が変化する． E1≠E2 このことは波高の場所的変化を意味する． cg1≠cg2 水深変化は無いが海底摩擦によるエネルギー散逸がある場合 b ds 海底摩擦によるエネルギーの散逸量 エネルギーの場所的変化がある．つまり波高の場所的変化を意味する． 浅水変形（屈折を伴わない波高変化） E1cg1= E2cg2 深海波（沖波；水深の影響を受けない）は添え字0をつけて表す また深海波ではn=1/2であるので 微少振幅理論ではエネルギーEは H0は沖波波高，Ksは浅水係数（shoaling factor）と呼ばれる． 微少振幅理論ではnは以下のようになる を用いれば次式が成立する． Ksはh/Lの関数になる． Ksをh/L0の関数としてグラフを作成することができる． h/L0=0.16程度でKs=0.9程度となり，さらに浅くなるとKsは増加する． Ecg1×b1= Ecg2×b2 屈折変形 Krは屈折係数（refraction factor）と呼ばれる． ：換算（相当）沖波波高 　屈折変形だけを考えた波高 スネル（Snell）の法則 等深線が汀線に対して平行で直線的な場合，屈折係数は1以下となる．つまり波高は減少する． 波峰線 波向線 等深線 （この例では水深は不連続に変化する） 波高の増加 波高の減少 屈折係数の値は波が収束するとき（a）は1よりおおきくなり（波高の増加），発散するとき（b）は1より小さくなる（波高の減少）． 例題1 緩やかな海底勾配，等深線がほぼ直線で平行な海岸， 周期10秒，波高5.0mの沖波，沖波入射角40° 水深20m，15m，10mでの入射角と波高を求めよ． 屈折係数と入射角度は教科書p.43　図4?5から求める． 屈折係数を図4?5から求めるためにまず沖波波長L0を求める． 図4.5より屈折率とa0-aは次のようになる． 等深線 波向線 h Kr a0-a 20m 15m 10m 0.94 0.93 0.91 10° 14° 18° a 30° 26° 22° 汀線 各水深での波長を求める． 近似式 h L h/L 20m 15m 10m 120m 109.7m 94.15m 0.166 0.137 0.106 Ks 4.31m 4.36m 4.50m H 0.988 0.917