(57)【要約】【課題】短時間で流況結果を算出可能な流況計算システムを提供する。【解決手段】対象海域の流況を算出するための、流況計算システムであって、対象海域の潮の満ち引き情報に基づいて算出する第１の流速ベクトルを、日時に対応付けて予め記憶可能な、潮汐データベースと、対象海域の潮位情報および波浪情報を変更しながら算出する第２の流速ベクトルを予め記憶可能な、波浪場データベースと、演算手段であって、ユーザが設定する日時条件に対応する第１の流速ベクトルを、前記潮汐データベースから取得し、ユーザが設定する波浪条件、および前記日時条件で特定される対象海域の潮位に対応する第２の流速ベクトルを、前記波浪場データベースから取得し、前記取得した第１の流速ベクトルおよび第２の流速ベクトルを合算した結果を、流況結果として出力する、演算手段と、を少なくとも具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象海域の流況を算出するための、流況計算システムであって、
対象海域の潮の満ち引き情報に基づいて算出する第１の流速ベクトルを、日時に対応付けて予め記憶可能な、潮汐データベースと、
対象海域の潮位情報および波浪情報を変更しながら算出する第２の流速ベクトルを予め記憶可能な、波浪場データベースと、
演算手段であって、
ユーザが設定する日時条件に対応する第１の流速ベクトルを、前記潮汐データベースから取得し、
ユーザが設定する波浪条件、および前記日時条件で特定される対象海域の潮位に対応する第２の流速ベクトルを、前記波浪場データベースから取得し、
前記取得した第１の流速ベクトルおよび第２の流速ベクトルを合算した結果を、流況結果として出力する、
演算手段と、
を少なくとも具備する、流況計算システム。
【請求項２】
対象海域の風情報に基づいて算出する第３の流速ベクトルを予め記憶可能な、風場データベースと、を更に具備し、
前記演算手段は、
ユーザが設定する日時条件に対応する第１の流速ベクトルを、前記潮汐データベースから取得し、
ユーザが設定する波浪条件、および前記日時条件で特定される対象海域の潮位に対応する第２の流速ベクトルを、前記波浪場データベースから取得し、
ユーザが設定する風条件に対応する前記第３の流速ベクトルを、前記風場データベースから取得し、
前記取得した第１の流速ベクトル、第２の流速ベクトルおよび第３の流速ベクトルを合算した結果を、流況結果として出力する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の流況計算システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流況計算システムと、
前記流況計算システムで得た流況結果に、濁り条件を入力して該濁りの拡散経過を計算し出力する、拡散計算手段と、
を少なくとも含む、濁り拡散計算システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象海域の流況を算出するための流況計算システム、および該流況計算システムを用いて対象海域での濁りの拡散を計算するための濁り拡散計算システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋工事では、発生する濁りが工事海域外に流出して周辺環境に影響を与えることが無いよう、工事中に発生する濁りを日々管理することが求められている。
この管理方法としては、工事現場である対象海域の流況（流れ場）を求め（以下「流況計算」という。）、当該流況に濁りのデータを入力して、濁りの拡散度合いを計算（以下「濁り拡散計算」という）する手法が用いられている。
【０００３】
例えば、以下の特許文献１には、埋め立て工事における施工管理システムとして、水質汚濁シミュレーション部を設けた構成が開示されている。
また、以下の非特許文献１には、翌日の工事海域の流れを予測する方法として、潮汐・風・河川流入などの影響を考慮した３次元流動の数値シミュレーションにより、流況計算を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８４１２６７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「日々の工事管理を目的とした、流れ・濁り予測システム」海洋開発論文集、第１９巻、２００３年７月、７６７〜７７２頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来行われている流況計算では、以下の様な問題のうち、少なくとも何れか１つの問題があった。
（１）計算時間が長時間にわたる。
流況計算を行うにあたり、潮位の予測値、波の予報値、風の予報値などの入力データをその都度入力して複雑なシミュレーションを実行（以下、「連成計算」という。）するため、計算時間が長時間にわたる。
計算終了時には、入力データの予報値自体が最新の値に更新されていることもあるため、計算時間の短縮化に改良の余地が残されている。
なお、計算時間を短縮化するためには、入力条件の削減や、現場海域のメッシュを粗くするなどしてシミュレーション精度を落とす方法もあるが、シミュレーション精度が落ちてしまうと、本来の目的と逸脱してしまう。
（２）専門的な知識を要する。
計算時間に長時間を要すると、条件設定を適宜変えて行った複数の予測結果を出力することが現実的に難しくなる。
したがって、より適切な工事計画をたてるためには、入力データの条件設定が非常に重要となり、計算の実行前に、専門的な知識や多くの経験を有する技術者が入力データを十分に検討する必要がある。
（３）検討時間の確保と計算時間の確保との両立が困難である。
（１）による計算時間の確保と（２）による検討時間の確保とを限られた時間の中で両立しなければならず、技術者にとって非常に負担となる。
（４）入力データが複雑である。
その都度入力する、潮位の予測値、波の予報値、風の予報値などのデータが多岐にわたるため、入力ミスなどが生じやすく、誤った計算結果を出力してしまった際の後戻りによる影響が大きい。
【０００７】
よって、本願発明は、短時間で流況結果や濁り拡散結果を算出可能な、流況計算システムおよび濁り拡散計算システムを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、対象海域の流況を算出するための、流況計算システムであって、対象海域の潮の満ち引き情報に基づいて算出する第１の流速ベクトルを、日時に対応付けて予め記憶可能な、潮汐データベースと、対象海域の潮位情報および波浪情報を変更しながら算出する第２の流速ベクトルを予め記憶可能な、波浪場データベースと、演算手段であって、ユーザが設定する日時条件に対応する第１の流速ベクトルを、前記潮汐データベースから取得し、ユーザが設定する波浪条件、および前記日時条件で特定される対象海域の潮位に対応する第２の流速ベクトルを、前記波浪場データベースから取得し、前記取得した第１の流速ベクトルおよび第２の流速ベクトルを合算した結果を、流況結果として出力する、演算手段と、を少なくとも具備する、流況計算システムを提供する。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、対象海域の風情報に基づいて算出する第３の流速ベクトルを予め記憶可能な、風場データベースと、を更に具備し、前記演算手段は、ユーザが設定する日時条件に対応する第１の流速ベクトルを、前記潮汐データベースから取得し、ユーザが設定する波浪条件、および前記日時条件で特定される対象海域の潮位に対応する第２の流速ベクトルを、前記波浪場データベースから取得し、ユーザが設定する風条件に対応する前記第３の流速ベクトルを、前記風場データベースから取得し、前記取得した第１の流速ベクトル、第２の流速ベクトルおよび第３の流速ベクトルを合算した結果を、流況結果として出力する、ことを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１または第２発明に記載の流況計算システムと、前記流況計算システムで得た流況結果に、濁り条件を入力して該濁りの拡散経過を出力する、拡散計算手段と、を少なくとも含む、濁り拡散計算システムを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明によれば、海洋工事、海難事故時の現況把握に有効であり、以下に記載する効果のうち、少なくとも何れか１つの効果を得ることができる。
（１）計算時間の短縮化。
潮の満ち引き情報による潮の流れの計算結果や、波浪情報や風情報などの各種データを変化させた潮の流れの計算結果を予めデータベース化しておくため、日々行う流況計算の実行時には、これらのデータベースからユーザが入力する情報に合わせた結果を取り出して合算するだけで良く、計算時間を大きく短縮化することができる。
また、波浪情報や風情報の入力データをできるだけ最新の予報値とすることができるため、流況計算の精度向上にも寄与し得る。
（２）専門技術者による入力条件の複数回の計算を実行できる。
計算時間が短縮されるため、１日のうちに入力データや濁り条件の条件設定を適宜変えて行った複数の流況計算結果や濁り拡散結果を取得することができる。
また、限られた時間の中で、入力データの条件設定を、柔軟に変更して流況計算または濁り拡散計算を行うことができるため、通常予測し得ない問題の発見などの効果も期待できる。
（３）入力データの把握が容易である。
入力するデータを、予めデータベース化している各種の条件から選択する形式を採用することができるため、選択使用者にとって、日時や気象予報値などの単純な条件を入力するだけでよく、入力データの把握や、計算結果との関連性の理解が容易となる。
（４）従来の計算方法と同等の計算結果を得ることができる。
予めデータベース化した流速ベクトルを単純合算するのみで、従来の連成計算に近い計算結果を得ることができる。
特に、波浪場データベースにおける第２の流速ベクトルを、潮位情報を適宜変更してデータベース化しておき、潮の満ち引き情報から得られる潮位に近似する潮位情報で計算した第２の流速ベクトルを用いることで、さらに連成計算に近付けることができる。
（５）濁り拡散予測ができる。
濁りは海洋工事の施工を進める上で大きく影響するので、予測によって有効な施工計画実行が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る流況計算システムの概略構成図。
【図２】潮汐データベースの概略構成図。
【図３】波浪場データベースの概略構成図。
【図４】図１の流況計算システムの動作を示す図。
【図５Ａ】計算結果の比較図１。
【図５Ｂ】計算結果の比較図２。
【図６】本発明の実施例２に係る流況計算システムの概略構成図。
【図７】本発明の実施例３に係る流況計算システムの概略構成図。
【図８】本発明の実施例４に係る濁り拡散計算システムの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例の詳細について説明する。
【実施例１】
【００１２】
［流況計算システム１（潮汐＋波浪場）］
図１に、実施例１に係る流況計算システムの構成の概略を示す。
本実施例に係る構成は、本発明に係る流況計算システムとして機能させるためのプログラムを、サーバＡなどの一般的な情報処理装置にインストールすることによって実現してなる。
サーバＡは、ユーザＣが操作するユーザ端末Ｂと情報を送受信可能な状態で接続されている。
【００１３】
前記サーバＡおよびユーザ端末Ｂは、ＣＰＵ（演算処理装置）、データの送受信インターフェース、ＨＤＤやＳＳＤなどの記憶装置、ＲＯＭ、ＲＡＭ、キーボード、マウスなどの入力装置、ディスプレイやプリンタなど出力装置などを任意に備える。
【００１４】
本実施例に係る流況計算システムは、潮汐データベース１１と、波浪場データベース１２と、演算手段２０とを少なくとも具備する。
これらの各手段は、前記サーバＡが備えるＣＰＵや記憶装置などのハードウェアと、前記サーバＡにインストールするプログラム（ソフトウェア）との組合せによって実現することができる。
以下、各構成要素について説明する。
【００１５】
潮汐データベース１１は、対象海域の「潮の満ち引き情報」に基づいて算出する第１の流速ベクトルを集約したデータベースである。
【００１６】
潮の満ち引き情報とは、対象海域の位置情報と潮汐の実測値によって計算される潮汐の振幅と周期を少なくとも含んだ情報である。
【００１７】
第１の流速ベクトルは、対象海域をメッシュ分割して、該メッシュ毎に前記した「潮の満ち引き情報」に基づく潮位変動のみを外力として計算した流速ベクトルである。
第１の流速ベクトルの計算方法は、流体運動の基礎方程式であるナビエストークス方程式を数学的に解く方法など、公知の方法を用いて行うことができる。
【００１８】
図２に、第１の流速ベクトルの分布図をデータベース化した概念図を示す。
図２に示すように、潮汐データベース１１では、潮の満ち引き情報に基づいて算出した対象海域の第１の流速ベクトルの分布図が、所定の時間間隔毎（Ｔ０〜Ｔｎ）に格納されているイメージとなる。
【００１９】
このように、対象海域での施工時期等の全ての対象期間において、第１の流速ベクトルをデータベース化しておけば、従来の連成計算のように流況計算や濁り拡散計算の度に、改めて第１の流速ベクトルを計算する必要は無く、その都度、潮汐データベース１１から、ユーザが設定する日時条件に該当する第１の流速ベクトルを取得すればよい。
【００２０】
波浪場データベース１２は、対象海域の「波浪情報」および「潮位情報」による流れの情報を集約したデータベースである。
より詳しくは、波浪場データベース１２は、「波浪情報」を適宜変更して算出する流れを、さらに対象海域の「潮位情報」を変更しながら集約したデータベースである。
【００２１】
波浪情報とは、流況計算の前に波浪場データベースを構築するために用いる、対象海域で発生する波（入射波）の情報からなる入力条件である。
波浪情報には、波高、波向などのパラメータが含まれる。
【００２２】
潮位情報とは、流況計算の前に波浪場データベースを構築するために用いる、対象海域の平均水位を示す情報からなる入力条件である。
【００２３】
第２の流速ベクトルは、対象海域をメッシュ分割して、前記した波浪情報および潮位情報に基づいて算出した該メッシュ毎の流速ベクトルである。
第２の流速ベクトルの計算方法は、一般にエネルギー平衡方程式等による波浪推算から求めた波浪場のラディエーションストレスから求める方法など、公知の方法を用いて行うことができる。
【００２４】
図３に、第２の流速ベクトルの分布図をデータベース化した概念図を示す。
図３に示すように、波浪場データベース１２では、波浪情報（Ｗ０〜Ｗｎ）や潮位情報（Ｈ０〜Ｈｎ）を適宜変更した対象海域の第２の流速ベクトルの分布図が格納されているイメージとなる。
【００２５】
このように、対象海域での施工時期の全ての期間において、波浪情報や潮位情報を適宜変更した第２の流速ベクトルをデータベース化しておけば、流況計算や濁り拡散計算の都度、改めて第２の流速ベクトルを計算する必要は無く、その都度波浪場データベース１２から、ユーザが設定する日時条件および波浪条件に該当する第２の流速ベクトルを取得すればよい。
【００２６】
演算手段２０は、ユーザが設定した条件に基づき、各データベースから、前記設定条件に該当する流速ベクトルを読みだして合算した結果を、流況結果として出力するための手段である。
各データベースから流速ベクトルを読み出すためには、ユーザが設定した日時条件、波浪条件を要する。
【００２７】
まず、潮汐データベース１１から第１の流速ベクトルを取得する。
第１の流速ベクトルは、対象海域の時刻毎に算出・格納されたものであるため、ユーザが設定する日時条件に該当する日時情報を有する第１の流速ベクトルを選択して読み出せばよい。
【００２８】
次に、波浪場データベース１２から第２の流速ベクトルを取得する。
第２の流速ベクトルは、対象海域の波浪情報および潮位情報毎にデータベース化されているため、ユーザが設定する波浪条件に該当し、且つ日時条件で特定される対象海域の潮位（以下「潮位条件」）に最も近い潮位情報で計算した第２の流速ベクトルを抽出して読み出せばよい。
前記潮位条件は、前記第１の流速ベクトルの算出時に、対象海域の潮の満ち引き情報に基づいて所定時刻毎に特定されている。
【００２９】
最後に、読みだした第１の流速ベクトルと第２の流速ベクトルをメッシュ毎に合算して、最終的な流速ベクトルを算出する。
【００３０】
これらの処理を、ユーザが設定した時間範囲まで行うことで、対象海域の流況結果を算出することができる。
【００３１】
図４を参照しながら、本発明に係る流況計算システムの使用手順の概要について説明する。
（１）データベース化
準備段階として、まず対象海域において、日時情報、波浪情報および潮位情報を適宜変化させて、サーバＡにある前記潮汐データベース１１と、前記波浪場データベース１２に、各流速ベクトルを算出・集約しておく。
（２）入力データの選択
ユーザは、流況結果を把握したい日時条件（Ｔｘ）と波浪条件（Ｗｙ）を、ユーザ端末ＢからサーバＡに入力設定して、流況結果の演算開始を実行する。
（３）各流速ベクトルの取得および合算
サーバＡの演算手段２０は、前記潮汐データベース１１からユーザが設定する日時条件（Ｔｘ）に該当する第１の流速ベクトルを選択して読み出す。
また、演算手段２０は、前記波浪場データベース１２とから、波浪条件（Ｗｙ）および日時条件（Ｔｘ）で特定される対象海域の潮位に最も近い潮位情報（Ｈｚ）で計算した第２の流速ベクトルを選択して読みだす。
これらの流速ベクトルを合算して、合算後の流速ベクトルを最終結果とする。
（４）計算結果の出力
合算後の流速ベクトルは、対象海域において分布図の形で出力することができ、さらに時刻毎の分布図を追跡することで潮の流れの遷移を把握することができる。
【００３２】
図５Ａ，５Ｂに、各計算方法での流速ベクトル分布図を示す。
（ａ）は、従来の連成計算による算出結果である。
（ｂ）は、潮位変化を考慮せず、潮位情報を一定としたまま第２の流速ベクトルを選定して、第１の流速ベクトルと合算した算出結果である。
（ｃ）は、潮位変化を考慮して、時刻毎に対象海域の潮の満ち引き情報に近似する潮位情報で算出した第２の流速ベクトルを選定して、第１の流速ベクトルと合算した算出結果である。
【００３３】
これらの分布図を比較すると、（ａ）に対し、（ｂ）よりも（ｃ）の分布結果がより近似する結果となった。
これは、リーフ上において見られる海浜流（波による流れ）が実際の潮位によっても変化するためと考えられる。
よって、潮位情報を一定としたまま計算した第２の流速ベクトルを用いて合算した流況結果よりも、潮の満ち引き情報から得られる対象海域の潮位（潮位条件）に近い潮位情報で計算した第２の流速ベクトルを用いて合算した流況結果のほうが、より連成計算に近い結果を得ることができる点が確認できた。
【実施例２】
【００３４】
［流況計算システム２（潮汐＋波浪場＋風場）］
図６に、実施例２に係る流況計算システムの構成の概略を示す。
本実施例に係る構成は、実施例１の構成から新たに風場データベース１３を加えたものである。
以下、各構成要素について説明する。なお、実施例１と同様の構成要素については同一の符号を付すとともに、詳細な説明を省略する。
【００３５】
風場データベース１３は、対象海域の「風情報」に基づいて算出する第３の流速ベクトルを集約したデータベースである。
【００３６】
風情報とは、流況計算の前に風場データベースを構築するために用いる、対象海域で発生する風の情報からなる入力条件である。
風情報には、風速や風向が含まれる。
【００３７】
第３の流速ベクトルは、対象海域をメッシュ分割して、該メッシュ毎に前記した風情報に基づいて算出する流速ベクトルである。
第３の流速ベクトルの算出方法は、公知の方法を用いて行うことができる。
一般に、潮流に作用する吹送流（風情報に基づいて算出する流速ベクトル）は，海上風によって海面に発生するせん断応力が摩擦項として運動方程式に付加される。
【００３８】
このように、対象海域での施工時期の全ての期間において、風情報を適宜変更した第３の流速ベクトルをデータベース化しておけば、流況計算や濁り拡散計算の都度、改めて第３の流速ベクトルを計算する必要は無く、その都度風場データベース１３から、ユーザが設定する風条件に該当する第３の流速ベクトルを取得すればよい。
【００３９】
演算手段２０では、前記実施例１の構成に加えてさらに、風場データベース１３から、ユーザが設定する風条件に該当する第３の流速ベクトルを読み出し、第１〜第３の流速ベクトルを合算した結果を最終的な流速ベクトルとして算出する。
【００４０】
本実施例に係る構成によれば、前記実施例１に記載の構成に加えて、さらに風条件を加えた形で最終的な流速ベクトルを算出するため、より精度の高い流況結果を算出することができる。
【実施例３】
【００４１】
［その他の流況計算システム（河川流入）］
図７に、実施例３に係る流況計算システムの構成の概略を示す。
本実施例に係る構成は、実施例２の構成から新たに河川流入データベース１４を加えたものである。
以下、各構成要素について説明する。なお、実施例１または２と同様の構成要素については同一の符号を付すとともに、詳細な説明を省略する。
【００４２】
河川流入データベース１４は、対象海域に流入する河川がある場合に、河川からの流入に起因する「河川流入情報」に基づいて算出する第４の流速ベクトルをデータベース化したものである。
河川流入情報とは、流況計算の前に河川流入データベースを構築するために用いる年平均流量などが含まれた情報からなる入力条件である。
第４の流速ベクトルの計算方法は、第１の流速ベクトルの計算方法と同様の方法を用いて「河川流入情報」を境界条件に付加して行うことができる。
第４の流速ベクトルの算出に用いるパラメータを以下の表４に示す。
【００４３】
演算手段２０では、前記実施例２に記載の構成に加えてさらに、ユーザが設定する河川流入条件に該当する第４の流速ベクトルを読み出し、各流速ベクトルを合算した結果を最終的な流速ベクトルとして算出することとする。
【００４４】
なお、本実施例に係る発明は、実施例１の構成から、新たに河川流入データベース１３を加えた構成としてもよい。
【００４５】
本実施例に係る構成によれば、前記実施例１または２に記載の構成に加えて、さらに河川流入条件を加えた形で最終的な流速ベクトルを算出するため、より精度の高い流況結果を算出することができる。
【実施例４】
【００４６】
［濁り拡散計算システム］
図８に、本実施例に係る濁り拡散計算システムの概略構成図を示す。
本発明では、前記した流況計算システムで得た流況結果に、濁り条件を入力して該濁りの拡散経過を出力する、拡散計算手段３０を加えて、濁り拡散計算システムとすることもできる。
図８では、実施例１に係る流況計算システムに、拡散計算手段３０を追加した構成としている。
拡散計算手段３０は、公知の方法によって構築することができる。
【００４７】
本実施例に係る流況計算システムは、濁りの拡散に用いる流況結果をより短時間で得る事ができるため、限られた時間内で濁り拡散のシミュレーションの実行回数を増やすことができるため、現場での施工計画をより効率よく策定できる点で有益である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本実施例に係る流況計算システムおよび濁り拡散計算システムは、海洋工事において、構造体の曳航やケーソンの沈設などの作業を行う際の現場海域の流況把握や、海洋工事で発生した土砂の拡散推移の把握、あるいはタンカー事故による重油の拡散推移の把握などの用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ    サーバ
Ｂ    ユーザ端末
Ｃ    ユーザ
１１  潮汐データベース
１２  波浪場データベース
１３  風場データベース
１４  河川流入データベース
２０  演算手段
３０  拡散計算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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