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C 1400-3 : 2014 (IEC 61400-3 : 2009)
附属書JB
(参考)
浅水の流体力学及び砕波
JB.1 浅水域における波浪変形
波は,深海から岸に向かって移動する間に様々な変形過程をたどる。そうした過程には,浅水変形,屈
折,回折,砕波などがある。波が,ある程度の強さの流れがある区域に広がっていくと,波高及び波向が
変化する。風車の支持構造物に対する波の作用を評価する前に,こうした波の変形過程を考慮することが
望ましい。
浅水変形とは,水深の減少に伴う波の周期及び波高の変化の過程のことをいう。この過程は,通常,線
形エアリ波理論によって評価される。不規則波については,各スペクトル成分の浅水変形過程を計算し,
これらを合成して全体としての変形を評価する。砕波帯の外側の単一最大波の作用に対して支持構造物を
設計する場合には,非線形波浅水変形理論(例 [1]参照)を用いることが望ましい。これは,波高の増大
が,線形エアリ波理論による予測よりもかなり大きくなる可能性があるためである。
波の屈折とは,海底上の水深の二次元的変化に伴う波の伝ぱ(播)速度の変化によって,波高及び波向
が変化する過程のことをいう。単純な海底地形の場合には,規則波を用いて解析することができるが,波
の屈折は同時に回折過程を伴うため,方向波浪スペクトルを用いて分析することが望ましい。
波の回折とは,島などの障害物の裏の幾何学的影の領域へ波エネルギーが伝達される過程をいう。波の
回折の度合いは,回折波高の入射高に対する比である回折係数で表す。回折係数は,波の入射角度に非常
に敏感であるため,方向波浪スペクトル計算を用い,方向分布特性を十分に考慮して評価することが望ま
しい。
JB.2 浅水域における砕波
JB.2.1 砕波限界
風によって生成される波には,いわゆるホワイトキャッピング(白波)という,深海域における波の動
的不安定性に起因する砕波の上限がある。規則波の場合,砕波波高は式(JB.1)の公式によって表される([2]
及び[3]参照)。
d 4/3
Hb=0.17L01exp
− −1.5 (115tan
+ ) (JB.1)
L0
ここに, Hb : 砕波波高
d : 水深
L0 : 深海波長=g T2/(2 T : 波の周期)
tanα : 海底勾配
また,自由水表面の最大上昇量 b
潟 JB.2)の公式によって表される([4]参照)。
f1
b d tan exp f2 (JB.2)
ここに,
2
Hb Hb Hb 2
fHd
1 b/ 2.44 9.24 3.18 10 (JB.3)
d d d
――――― [JIS C 1400-3 pdf 111] ―――――
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2
Hb Hb Hb 1
fHd
2 b 1.93 1.05 5.58 10 (JB.4)
d d d
JB.2.2 浅水域における代表波高の変化
一様に傾斜した海底の浅瀬については,有義波高H1/3及びHmaxの変化は,式(JB.5)及び式(JB.6)の実験式
([1]参照)を用いて近似的に評価することができる。
KKH
s r 0 /
,dL 0 ≧0.2の場合
H1/3= の場合 (JB.5)
min[( 0KH
r 0+1d), KH
max r 0 ,KKH
s r 0],dL/ 0<0.2
1.95 KKH
s r 0 ,dL/0 ≧0.2の場合
Hmax= * * *max
の場合 (JB.6)
min[( KH
0 r 0+ 1d), KHr KKH
0 ,1.95 s r 0] ,dL
/ 0<0.2
ここに, 記号min[a, b, c] : a,b,cの中の最小値
Ks : 浅水係数
Kr : 屈折係数
H0 : 深海域有義波高
d : 水深
係数 戀 戀 ··· は,式(JB.7)及び式(JB.8)のように定式化されている。
0.38
− 1.5
=0.028(kHL
0 r 0 /0) exp(20tan )
=0.52exp(4.2tan)
1 (JB.7)
−0.29
= max0.92, 0.32(kHL
max r 0 / 0) exp(2.4tan)
* −0.38
=0.056(kHL
0 r 0 /0) exp(20tan1.5 )
*
=0.68exp(3.8tan)
1 (JB.8)
* −0.29
= max1.79, 0.57(kHL
max r 0 /0) exp(2.4tan)
式(JB.5)及び式(JB.6)の適用性は,“CLASHデータベース”という大きなデータセットに含まれるデータ
によって確認されている([5]参照)。
JB.3 沿岸流
波が,岸に対して斜めに入射すると,砕波が岸に平行な流れを引き起こすが,これは沿岸流と呼ばれる。
沿岸流は,海岸線の近くでは非常に弱く,砕波帯の中ほどで最も強くなり,砕波帯の外側で急速に減衰す
る。
一様に傾斜した海辺での不規則波砕波及び潮流発生の数値シミュレーションに基づく沿岸潮流のピーク
速度について,式(JB.9)が提案されている([6]参照)。
.0115
Ubw s g H3/1bsin 2b (JB.9)
Cf
ここに, Cf : 底面摩擦係数
s : 海底勾配
拿 砕波点の波向角
式(JB.9)でCf=0.01と設定すると,式(JB.10)が導かれる。
Ubw 115.s g H/1 3
bsin 2b (JB.10)
――――― [JIS C 1400-3 pdf 112] ―――――
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6.4.2.3の式(16)は, 拿 10°及び (H1/3) b=Hbとした場合に導かれる。
JB.4 参考文献
[1] Goda, Y. 1975. Irregular wave deformation in the surf zone, Coastal Engineering in Japan,Vol.18, SCE, 1975,
pp.13-26.
[2] Goda, Y. 2010. Random Seas and Design of Maritime Structures(3rd edition), World Scientific,Singapore,
Section 3.1.1.
[3] Goda, Y. 2009. Random Wave Breaking and Nonlinear Wave Evolution across the Surf Zone, Chapter 4 of
Handbook of Coastal and Ocean Engineering ed. by Y. C. Kim, World Scientific, Singapore.
[4] 桂川哲行,服部昌太郎 1988.浅水変形波動場の計算法,第35回海岸工学講演会論文集,pp.73-77
[5] Goda, Y. 2009. A performance test of nearshore wave height prediction with CLASH datasets, Coastal
Engineering, Vol. 56, No. 3, pp. 220-229.
[6] Goda, Y. 2008. Wave setup and longshore currents induced by directional spectral waves: Prediction formulas
based on numerical computation results, Coastal Engineering Journal,Vol.50, No.4, pp. 397-440
JIS C 1400-3:2014の引用国際規格 ISO 一覧
- IEC 61400-3:2009(IDT)
JIS C 1400-3:2014の国際規格 ICS 分類一覧
- 27 : エネルギー及び熱伝達工学 > 27.180 : 風力タービンエネルギーシステム
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