(57)【要約】【課題】海水流の予測データをより詳細に得られるようにする。【解決手段】海水流予測装置が、既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する境界条件設定部と、前記海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と前記境界条件とに基づいて行う海水流予測部と、を具備する。【選択図】図１
2015121439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する境界条件設定部と、
前記海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と前記境界条件とに基づいて行う海水流予測部と、
を具備する海水流予測装置。
【請求項２】
前記海水流予測部は、陽解法にて流速を算出し、陰解法にて水位を算出することで前記海水流予測を行う、請求項１に記載の海水流予測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の海水流予測装置の予測したいずれかの前記小区域における海水流予測結果と、閾値とに基づいて、設備への影響を示す情報を取得する、影響情報取得装置。
【請求項４】
既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する境界条件設定ステップと、
前記海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と前記境界条件とに基づいて行う海水流予測ステップと、
を具備する海水流予測方法。
【請求項５】
コンピュータに、
既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する境界条件設定ステップと、
前記海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と前記境界条件とに基づいて行う海水流予測ステップと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水流予測装置、影響情報取得装置、海水流予測方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海水の流速や水位など、海水流の詳細な予測データが有用となる場面がある。
例えば、海底から資源を取得するために洋上から海底へライザ（Riser）を投入する（降下させる）場合、海水流の影響によりライザに渦励振（Vortex Induced Vibration；ＶＩＶ）が発生する場合がある。この渦励振は、応力の変動周波数が比較的高く疲労破壊への影響が懸念される。そこで、海水流の予測データを参照して、海水流の影響が比較的小さいタイミングでライザを投入することで、疲労破壊の可能性を低減させることができる。
また、海域における構造物の疲労被害に関連して、特許文献１には、係留ドルフィンの疲労被害予測方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０３５６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
海水流の予測データを提供するサービスがあるが、空間的および時間的に粗く（得られるデータの間隔が大きく）、ライザ投入の適否を判断するためには不十分である。
また、特許文献１に記載の係留ドルフィンの疲労被害予測方法は、波浪頻度表やブレッドシュナイダー光易型スペクトルを用いて構造物の疲労を統計的に予測するものであり、個々の位置および個々の時刻における海水流を予測するものではない。
【０００５】
本発明は、海水流の予測データをより詳細に得ることのできる海水流予測装置、影響情報取得装置、海水流予測方法およびプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、海水流予測装置は、既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する境界条件設定部と、前記海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と前記境界条件とに基づいて行う海水流予測部と、を具備する。
【０００７】
前記海水流予測部が、陽解法にて流速を算出し、陰解法にて水位を算出するようにしてもよい。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、影響情報取得装置は、上記の海水流予測装置の予測したいずれかの前記小区域における海水流予測結果と、閾値とに基づいて、設備への影響を示す情報を取得する。
【０００９】
本発明の第３の態様によれば、海水流予測方法は、既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する境界条件設定ステップと、前記海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と前記境界条件とに基づいて行う海水流予測ステップと、を具備する。
【００１０】
本発明の第４の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する境界条件設定ステップと、前記海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と前記境界条件とに基づいて行う海水流予測ステップと、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
上記した海水流予測装置、影響情報取得装置、海水流予測方法およびプログラムによれば、海水流の予測データをより詳細に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における影響情報取得装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】ライザに渦励振が生じる様子を図示した説明図である。
【図３】同実施形態において、水位η、流速ｗ、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される各位置、および、速度定義点の、水平方向の位置関係の例を示す説明図である。
【図４】同実施形態において、水位η、流速ｗ、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される各位置、および、速度定義点の、鉛直方向の位置関係の例を示す説明図である。
【図５】同実施形態における、水位ηの定義の例を示す説明図である。
【図６】同実施形態において、海水流予測装置が海水流予測を行う処理手順を示すフローチャートである。
【図７】同実施形態での処理結果の例に関連して、広島湾における地点の例を示す説明図である。
【図８】同実施形態での処理結果の例の、時間刻みＤＴ＝１００．０、５０．０、２５．０［ｓ］の各々の場合の、観測地点Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の各々における流速解析結果を示すグラフである。
【図９】同実施形態での処理結果の例の、時間刻みＤＴ＝１００．０、５０．０、２５．０［ｓ］の各々の場合の、観測地点Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６の各々流速解析結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態における影響情報取得装置の概略構成を示す説明図である。同図において、影響情報取得装置１０は、海水流予測装置２０と、渦励振計算部１０１と、閾値判定部１０２とを具備する。海水流予測装置２０は、既存予測結果取得部２０１と、境界条件設定部２０２と、測定値取得部２０３と、海水流予測部２０４とを具備する。
【００１５】
影響情報取得装置１０は、海水流の予測に基づいてライザ投入の適否を判定する。影響情報取得装置１０は、例えばコンピュータがプログラムを実行することで構成される。ここでいう海水流とは、海における海水の流れである。影響情報取得装置１０が、一般的に海流と称される定常的な流れのみならず一時的な流れも予測対象とすることから、海における海水の流れを海水流と称する。
海水流予測装置２０は、海水の速度や水位など、海水流の予測を行う。なお、海水流予測装置２０は、影響情報取得装置１０と独立の装置として構成されていてもよい。また、海水流予測装置２０が出力する海水流予測結果を、例えば海中の汚染物質の拡散の評価など、海中の構造物への海水流の影響の評価以外の用途に用いることも可能である。
【００１６】
既存予測結果取得部２０１は、既存の海水流予測結果を取得する。例えば、既存予測結果取得部２０１は、影響情報取得装置１０を構成するコンピュータの通信回路を含んで構成され、海水流予測サービスにて提供される海水流の予測データを、当該サービスを提供するサーバ装置から受信する。
境界条件設定部２０２は、既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する。より具体的には、境界条件設定部２０２は、既存予測結果取得部２０１が取得する海水流予測結果を、海水流予測部２０４が行う、より詳細な海水流の予測のための境界条件に設定する。
【００１７】
測定値取得部２０３は、海水流予測結果の対象区域内の観測点で得られる海水流測定値を取得する。例えば、測定値取得部２０３は、影響情報取得装置１０を構成するコンピュータの通信回路を含んで構成され、海水流予測結果の対象区域内に設置されたセンサから、海水の流速の測定値を取得する。
【００１８】
海水流予測部２０４は、海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と、境界条件設定部２０２が設定する境界条件と基づいて行う。ここでいう小区域は、海水流のモデルにおける格子（メッシュ）の各区画である。また、ここでいう同化計算とは、解析結果（計算値）を測定値に合わせるように、モデルを修正する処理である。例えば、海水流予測部２０４は、海水流の測定値と計算値との乖離に比例した大きさの仮想的な力を運動方程式に付加することで、解析結果を測定値に近付ける補正を行う。
【００１９】
特に、海水流予測部２０４は、陽解法にて海水の流速を算出し、陰解法にて海水の水位を算出することで海水流予測値を算出する。
海水流予測部２０４が、一部の小区画についてのみ海水流予測を行うようにしてもよいし、全ての小区画について海水流予測を行うようにしてもよい。
なお、海水流測定値が得られない場合や、海水流測定値が得られないタイミングでは、海水流予測部２０４は、同化計算の施されない運動方程式に基づいて海水流予測を行う。
【００２０】
渦励振計算部１０１は、海水流予測部２０４の海水流予測結果に基づいて、海中にライザを投入した場合に生じる渦励振を計算する。
図２は、ライザに渦励振が生じる様子を図示した説明図である。同図において、洋上の基地から海底へライザが投入されている。図を見易くするためライザが太く示されているが、一般的にライザは細長いパイプ状の構造物であり、海水流の影響を受けて揺れる。特に、ライザに生じる渦励振は、応力の変動周波数が比較的高く、この点において疲労破壊への影響が大きい。
そこで、渦励振計算部１０１は、ライザに生じる渦励振を算出する。例えば、渦励振計算部１０１は、海水流のデータ（流速など）と渦励振の大きさとが対応付けられたデータベースを参照して、ライザ投入予定地点かつ投入予定時刻についての、海水流予測部２０４の海水流予測結果に対応するデータを読み出すことで、渦励振の予測値を取得する。
【００２１】
閾値判定部１０２は、渦励振計算部１０１の算出した渦励振予測値に基づいて、ライザ投入の適否を判定する。具体的には、閾値判定部１０２は、渦励振計算部１０１の算出した渦励振予測値（渦励振の大きさ）と、予め記憶している閾値とを比較する。渦励振予測値が閾値以下である場合、閾値判定部１０２は、ライザ投入に適していると判定する。一方、渦励振予測値が閾値より大きい場合、閾値判定部１０２は、ライザ投入に不適と判定する。
【００２２】
閾値判定部１０２は、判定結果を影響情報取得装置１０のユーザに対する通知として出力する。閾値判定部１０２によるライザ投入適否の判定結果は、設備への影響を示す情報の一例に該当する。
閾値判定部１０２が判定結果を出力する形態は、様々な形態とすることができる。例えば、閾値判定部１０２が、判定結果を文字等で画面表示するようにしてもよいし、音声（メッセージまたは警報音等）にて出力するようにしてもよい。あるいは、閾値判定部１０２が、判定結果を他の装置へ送信するようにしてもよい。
【００２３】
次に、海水流予測装置２０が海水流予測値の算出に用いる式について説明する。
まず、擬似３次元流況解析の基礎式を以下に示す。連続式は、式（１）のように表される。
【００２４】
【数１】
2015121439.tif 000003
【００２５】
ここで、直交座標のｘ軸およびｙ軸を水平方向にとり、ｚ軸を鉛直方向にとる。また、ｕ、ｖ、ｗは、それぞれｘ、ｙ、ｚ方向の流速を示す。
ｘ方向の運動方程式は、式（２）のように表される。
【００２６】
【数２】
2015121439.tif 000004
【００２７】
ここで、ｔは、時刻を示す。また、ｆは、コリオリパラメーターを示す。ρ０は、海水代表密度を示す。ｐは、圧力（水圧）を示す。ＡＭは、水平渦動粘性係数を示す。ＫＭは、鉛直渦動粘性係数を示す。βは、観測値と計算値の乖離量に比例して体積力を付加する同化計算のための係数を示す。ｕｏｂｓは、ｘ方向の流速観測値を示す。ｕｃａｌは、ｘ方向の流速計算値を示す。例えば、前回の計算（前のタイムステップ）で得られた値を、近似的にｕｃａｌに代入する。
ｙ方向の運動方程式は、式（３）のように表される。
【００２８】
【数３】
2015121439.tif 000005
【００２９】
ここで、ｖｏｂｓは、ｙ方向の流速観測値を示す。また、ｖｃａｌは、ｙ方向の流速計算値を示す。
ｚ方向の運動方程式（静水圧近似）は、式（４）のように表される。
【００３０】
【数４】
2015121439.tif 000006
【００３１】
ここで、ｇは、重力加速度を示す。
自由表面条件式は、式（５）のように表される。
【００３２】
【数５】
2015121439.tif 000007
【００３３】
ここで、ηは、水位を示す。また、ｈは、水深を示す。
深さzにおける圧力ｐは、式（６）のように表される。
【００３４】
【数６】
2015121439.tif 000008
【００３５】
式（６）において、海水密度ρは、海水の塩分濃度や海水温度に応じて変化する。海水密度ρの影響をより精密に反映させるために、塩分濃度や海水温度の拡散方程式についても時刻歴で計算を行い、上記式（１）〜（６）の計算に反映させるようにしてもよい。
また、海域内の風速場による流況への影響を反映させるために、風によるせん断力の項が含まれる運動方程式を用いるようにしてもよい。
【００３６】
これらの基礎式を解くために、例えば、陽解法であるLeap-Flog法を用いることが考えられる。一般的に、陽解法で精度よく解を求めるためには、陽解により導かれる変数の移流速度と格子幅（格子点の間隔）とにより、時間刻みが制限を受ける。ここで、上記の基礎式において伝播速度が最も速いと思われる変数は、水位変数ηである。長波近似により、水位変数ηの波速（＝伝播速度）ｃは式（７）のように示される。
【００３７】
【数７】
2015121439.tif 000009
【００３８】
ある格子点での水位変数ηによる影響が、次タイムステップ（次のタイムステップ）において隣接格子点に精度よく反映される（伝播する）ためには、移流されるηが隣接格子点を１タイムステップで通過してはならないという制約が課せられる。この制約より、時間刻みＤＴが式（８）を満たすことが必要条件となる。
【００３９】
【数８】
2015121439.tif 000010
【００４０】
ここで、ＤＸ、ＤＹは、それぞれ、ｘ方向における格子点の間隔、ｙ方向における格子点の間隔を示す。また、ｈｍａｘは、水深の最大値（最深値）を示す。αは、０＜α≦１の係数（定数）を示す。
式（８）によれば、例えば最大水深５．０ｍ、かつ、５ｍ×５ｍ格子で計算を行う場合、ＤＴ＝０．３５ｓ程度以下であることが必要条件となる。さらに、実際の計算では、この値の１／５〜１／１０程度の時間刻みＤＴとしないと計算が不安定となる場合が多い。時間刻みＤＴが細かくなると、計算量が増大し、また、丸め誤差などの誤差の蓄積が大きくなる可能性がある。
そこで、計算時間刻みの改善のために水位に関しては陰的方法、流速その他については陽的方法を用いる計算手法を導入する。式の差分化について以下に示す。
まず、次タイムステップの水位変化量を式（９）のように表す。
【００４１】
【数９】
2015121439.tif 000011
【００４２】
ここで、ηｎ、ηｎ＋１は、それぞれ、タイムステップｎでの水位、次タイムステップであるタイムステップｎ＋１での水位を示す。以下においても、タイムステップを上付きにて示す場合がある。
また、η’は、タイムステップｎから次タイムステップ（タイムステップｎ＋１）までの間における水位変化量を示す。ここでは、「’」は微分を意味しない。
自由表面式について、式（１０）のように次タイムステップでの状態を考える。
【００４３】
【数１０】
2015121439.tif 000012
【００４４】
ここで、ｄｚは各層の鉛直幅を示す。また、ｉおよびｊは、水平方向の格子位置を示す。ここでいう格子位置とは、格子点に対応する位置である。スタガード格子（Staggered Grid）における速度定義点のように、計算対象の位置が格子点と一致しない場合があるため、「格子位置」と称する。
具体的には、ｉ、ｊはいずれも正整数であり、（ｉ，ｊ）は、ｘ方向にｉ番目、ｙ方向にｊ番目の格子点に対応する格子位置を示す。
【００４５】
また、ＮＫ（ｉ，ｊ）は、水平方向の格子位置（ｉ，ｊ）における鉛直層の数を示す。鉛直層に対して表面層から順にｋ＝１，２，・・・・ＮＫ（ｉ，ｊ）と番号付けすることとする。ｄｚｋは、ｋ番目の鉛直層の鉛直幅を示す。
Ｕ、Ｖは、それぞれ、スタガード格子における速度定義点での速度を示す。以下、速度定義点についてもＵ、Ｖにて示す。
ここで、速度定義点など各点の位置について、図３〜図５を参照して説明する。
【００４６】
図３は、水位η、流速ｗ、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される各位置、および、速度定義点の、水平方向の位置関係の例を示す説明図である。
同図に示すように、速度定義点Ｕは、水位η、流速ｗ、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される位置に対して、格子点のｘ方向の間隔ＤＸの半分ずらして設定される。また、速度定義点Ｖは、水位η、ｚ方向の流速ｗ、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される位置に対して、格子点のｙ方向の間隔ＤＹの半分ずらして設定される。
【００４７】
図４は、水位η、流速ｗ、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される各位置、および、速度定義点の、鉛直方向の位置関係の例を示す説明図である。
同図に示すように、水位ηは、水面の位置に設定される。また、ｚ方向の流速ｗは、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される位置に対して、格子点のｚ方向の間隔ｄｚの半分ずらして設定される。一方、速度定義点Ｕは、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される位置と同じ高さで設定される。同様に、速度定義点Ｖも、圧力ｐおよび海水密度ρについて設定される位置と同じ高さで設定される。
【００４８】
図５は、水位ηの定義の例を示す説明図である。同図に示すように、水位ηは、水位基準面に対する差にて示される。
【００４９】
式（１０）のη’やＵｎ＋１やＶｎ＋１において、格子点に付された番号（ｉ，ｊ，ｋ等）を用いて下付きにて位置を示している。以下においても、格子点に付された番号用いて下付きにて位置を示す場合がある。
ｋ＝１を自由表面を含む層とすると式（１１）のように表現できる。
【００５０】
【数１１】
2015121439.tif 000013
【００５１】
ここで、ｈ０は、計算初期における自由表面層底面からの水面の高さを示す。
次に、海水流予測装置２０が用いる運動方程式を示す。
まず、ｘ方向運動方程式を陽的に時間発展させる場合、式（１２）のように差分化される。
【００５２】
【数１２】
2015121439.tif 000014
【００５３】
ここで、Ｕ＊は、完全に陽で計算した場合の次タイムステップにおける仮流速を示す。また、ＶＵ、ＷＵは、それぞれ、スタガード格子における速度定義点Ｕ上でのｙ方向速度、ｚ方向速度を示す。
ＶＵは、式（１３）にて計算される。
【００５４】
【数１３】
2015121439.tif 000015
【００５５】
ＷＵは、式（１４）にて計算される。
【００５６】
【数１４】
2015121439.tif 000016
【００５７】
また、移流項には、例えば１次風上差分を用いることができるが、これに限らない。移流項に１次風上差分を用いる場合、ｘ成分ＤＵ／ＤＸＵｐｗｉｎｄは、式（１５）のように示される。
【００５８】
【数１５】
2015121439.tif 000017
【００５９】
移流項の１次風上差分のｙ成分ＤＵ／ＤＹＵｐｗｉｎｄは、式（１６）のように示される。
【００６０】
【数１６】
2015121439.tif 000018
【００６１】
移流項の１次風上差分のｚ成分ＤＵ／ＤＺＵｐｗｉｎｄは、式（１７）のように示される。
【００６２】
【数１７】
2015121439.tif 000019
【００６３】
また、式（１２）において、ｚ方向の拡散項は、Ｕのｚ方向１次微分形で差分化されている。この差分は、自由表面を含む海面層と、水中層と、底面層とで異なる。
水中層の場合、式（１８）のように示される。
【００６４】
【数１８】
2015121439.tif 000020
【００６５】
表面層（ｋ＝１）の場合、ｋ−１／２＝１／２での差分を、式（１９）による風摩擦応力式に置き換える。
【００６６】
【数１９】
2015121439.tif 000021
【００６７】
ここで、（ｕｗ，ｖｗ）は、風速を示す。より具体的には、ｕｗは、風速のｘ成分を示し、ｖｗは、風速のｙ成分を示す。また、ρａは、空気密度を示す。ｃｄは、抗力係数を示す。
底面層（ｋ＝ＮＫ（ｉ，ｊ））では、ｋ＋１／２＝ＮＫ（ｉ，ｊ）＋１／２での差分を、式（２０）による海底摩擦応力式に置き換える。
【００６８】
【数２０】
2015121439.tif 000022
【００６９】
ここで、γは、海底摩擦係数を示す。
また、ｙ方向運動方程式を陽的に時間発展させる場合、式（２１）のように差分化される。
【００７０】
【数２１】
2015121439.tif 000023
【００７１】
ここで、Ｖ＊は、完全に陽で計算した場合の次タイムステップにおける仮流速を示す。また、Ｕｖ、Ｗｖは、それぞれ、スタガード格子における速度定義点Ｖ上でのｙ方向速度、ｚ方向速度を示す。
Ｕｖは、式（２２）にて計算される。
【００７２】
【数２２】
2015121439.tif 000024
【００７３】
Ｗｖは、式（２３）にて計算される。
【００７４】
【数２３】
2015121439.tif 000025
【００７５】
また、移流項には、例えば１次風上差分を用いることができるが、これに限らない。移流項に１次風上差分を用いる場合、ｘ成分ＤＶ／ＤＸＵｐｗｉｎｄは、式（２４）のように示される。
【００７６】
【数２４】
2015121439.tif 000026
【００７７】
移流項の１次風上差分のｙ成分ＤＶ／ＤＹＵｐｗｉｎｄは、式（２５）のように示される。
【００７８】
【数２５】
2015121439.tif 000027
【００７９】
移流項の１次風上差分のｚ成分ＤＶ／ＤＺＵｐｗｉｎｄは、式（２６）のように示される。
【００８０】
【数２６】
2015121439.tif 000028
【００８１】
また、式（２１）において、ｚ方向の拡散項は、Ｖのｚ方向１次微分形で差分化されている。この差分は、自由表面を含む海面層と、水中層と、底面層とで異なる。
水中層の場合、式（２７）のように示される。
【００８２】
【数２７】
2015121439.tif 000029
【００８３】
表面層（ｋ＝１）の場合、ｋ−１／２＝１／２での差分を、式（２８）による風摩擦応力式に置き換える。
【００８４】
【数２８】
2015121439.tif 000030
【００８５】
底面層（ｋ＝ＮＫ（ｉ，ｊ））では、ｋ＋１／２＝ＮＫ（ｉ，ｊ）＋１／２での差分を、式（２９）による海底摩擦応力式に置き換える。
【００８６】
【数２９】
2015121439.tif 000031
【００８７】
以上に示した完全な陽的計算による次タイムステップのｘ方向仮流速を式（３０）のようにまとめる。
【００８８】
【数３０】
2015121439.tif 000032
【００８９】
また、完全な陽的計算による次タイムステップのｙ方向仮流速を式（３１）のようにまとめる。
【００９０】
【数３１】
2015121439.tif 000033
【００９１】
圧力pに関して陰解表示すると、次タイムステップにおけるｘ方向の流速は、式（３２）のように表される。
【００９２】
【数３２】
2015121439.tif 000034
【００９３】
また、次タイムステップにおけるｙ方向の流速は、式（３３）のように表される。
【００９４】
【数３３】
2015121439.tif 000035
【００９５】
また、圧力ｐの次タイムステップの値を、式（３４）のように表す。
【００９６】
【数３４】
2015121439.tif 000036
【００９７】
式（３０）〜式（３４）より、次タイムステップの流速と、仮流速との間には、ｘ方向について式（３５）のような関係が成り立つ。
【００９８】
【数３５】
2015121439.tif 000037
【００９９】
また、ｙ方向について式（３６）のような関係が成り立つ。
【０１００】
【数３６】
2015121439.tif 000038
【０１０１】
ここで、圧力ｐは、式（３７）のように算出される。
【０１０２】
【数３７】
2015121439.tif 000039
【０１０３】
従って、圧力ｐの変化量ｐ’は，式（９）の水位変化量η’を用いて式（３８）のように表される。
【０１０４】
【数３８】
2015121439.tif 000040
【０１０５】
式（３８）を用いると、式（３５）は式（３９）ように書き換えられる。
【０１０６】
【数３９】
2015121439.tif 000041
【０１０７】
また、式（３６）は式（４０）ように書き換えられる。
【０１０８】
【数４０】
2015121439.tif 000042
【０１０９】
この式（３９）および式（４０）を式（１０）に代入すると、式（４１）を得られる。
【０１１０】
【数４１】
2015121439.tif 000043
【０１１１】
さらに、式（４１）を変形すると、式（４２）を得られる。
【０１１２】
【数４２】
2015121439.tif 000044
【０１１３】
式（４２）を水平格子の各点について構成することで、左辺に未知数η’が含まれるＮ×Ｍ元の連立方程式が、式（４３）および式（４４）のように導かれる。
まず、連立方程式は、式（４３）のように示される。
【０１１４】
【数４３】
2015121439.tif 000045
【０１１５】
そして、式（４３）における項や引数は、式（４４）のように示される。
【０１１６】
【数４４】
2015121439.tif 000046
【０１１７】
式（４３）および式（４４）の連立方程式の係数マトリクスは５重対角行列なので、ＳＯＲ法または共益勾配法など、必要メモリ容量の少ない高速解法で解くことができる。
海水流予測装置２０（海水流予測部２０４）は、式（４３）および式（４４）の連立方程式を解いて、水位変化量η’を求める。そして、海水流予測装置２０（海水流予測部２０４）は、次タイムステップの水位、圧力、水平流速を、各々、式（９）、式（３８）、式（３９）、式（４０）に基づいて求める。さらに、海水流予測装置２０（海水流予測部２０４）は、これらの値から、鉛直流速を式（４５）のように求める。
【０１１８】
【数４５】
2015121439.tif 000047
【０１１９】
次に、図６を参照して、海水流予測装置２０の動作について説明する。図６は、海水流予測装置２０が海水流予測を行う処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、海水流予測部２０４は、式（１２）および式（２１）に基づいて、現在タイムステップの値より陽的に、仮流速Ｕ＊およびＶ＊を計算する。ここでいう現在タイムステップは、演算を行っているタイムステップである。上記の式では、タイムステップｎが、現在タイムステップに該当する。
また、式（２）の「β・（ｕｏｂｓ−ｕｃａｌ）」の項、および、式（３）の「β・（ｖｏｂｓ−ｖｃａｌ）」の項が、同化計算の項の一例に該当する。同化計算は、海水流予測装置２０（海水流予測部２０４）が、式（１２）および式（２１）に基づいて仮流速Ｕ＊およびＶ＊を計算する処理に反映される。
【０１２０】
ステップＳ１０２において、海水流予測部２０４は、式（４２）を水平格子の各点について構成することで、式（４３）および式（４４）に示されるような、水位変化量η’に対する連立方程式を取得する。
ステップＳ１０３において、海水流予測部２０４は、ステップＳ１０２で得られた連立方程式を、ＳＯＲ法または共益勾配法等で解き、水位変化量η’を計算する。
【０１２１】
ステップＳ１０４において、海水流予測部２０４は、ステップＳ１０３で得られた水位変化量η’を用いて、式（９）、式（３８）、式（３９）および式（４０）に基づいて、次タイムステップ（タイムステップｎ＋１）の水位、圧力および水平流速を計算する。
ステップＳ１０５において、海水流予測部２０４は、式（４４）に基づいて、連続式より鉛直流速を計算する。ステップＳ１０５の後、タイムステップを１つ進めてステップＳ１０１へ戻る。
【０１２２】
以上のように、境界条件設定部２０２は、既存の海水流予測結果に基づいて境界条件を設定する。また、海水流予測部２０４は、既存の海水流予測結果の対象区域を分割した小区域のいずれかにおける海水流予測を、同化計算項を含む運動方程式と境界条件とに基づいて行う。
これにより、海水流予測装置２０では、海水流の予測データを既存の海水流予測結果よりも詳細に得ることができる。
【０１２３】
また、海水流予測部２０４は、陽解法にて流速を算出し、陰解法にて水位を算出する。
海水流予測部２０４が陰解法にて水位を算出することで、法解法にて水位を算出する場合よりも時間刻みを極めて大きくすることができる。
【０１２４】
また、影響情報取得装置１０は、海水流予測装置２０の予測したいずれかの小区域における海水流予測結果と、閾値とに基づいて、設備への影響を示す情報を取得する。
これにより、影響情報取得装置１０のユーザは、影響情報取得装置１０の取得する情報を参照して、海中での作業を行うか否か等の決定を行うことができる。例えば、影響情報取得装置１０のユーザは、ライザを海中に投入して海底から資源を掘削する作業を行うか延期するかを、影響情報取得装置１０の取得する情報を参照して決定することができる。
【０１２５】
次に、図７〜図９を参照して、海水流予測装置２０による海水流予測結果の例について説明する。広島湾を対象として上述した処理による海水流予測を行ったところ、良好な結果を得られた。特に、比較的大きな時間刻みでも数値的破綻をきたさずに流況解析を行うことができた。
なお、ここで説明する海水流予測の例では同化計算は行っていない。すなわち、以下の例は、測定値取得部２０３海水流の測定値を取得できない場合、または取得できないタイミングにおける処理の例に該当する。
【０１２６】
図７は、広島湾における地点の例を示す説明図である。以下、図７におけるＮｏ．１〜Ｎｏ．６の６箇所について、海水流予測結果を示す。
なお、図７におけるＮｏ．１〜Ｎｏ．６の６箇所について海水流データの測定値ないし推算値を得られたため、これらの地点を選択した。海水流予測結果と測定値ないし推算値とを比較したところ、良好な予測結果を得られていることを確認できた。
【０１２７】
図８は、時間刻みＤＴ＝１００．０、５０．０、２５．０［ｓ］の各々の場合の、観測地点Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の各々における流速解析結果を示すグラフである。同図（ａ）は、ＤＴ＝１００．０［ｓ］の場合の流速解析結果を示す。同図（ｂ）は、ＤＴ＝５０．０［ｓ］の場合の流速解析結果を示す。同図（ｃ）は、ＤＴ＝２５．０［ｓ］の場合の流速解析結果を示す。
【０１２８】
図９は、時間刻みＤＴ＝１００．０、５０．０、２５．０［ｓ］の各々の場合の、観測地点Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６の各々流速解析結果を示すグラフである。同図（ａ）は、ＤＴ＝１００．０［ｓ］の場合の流速解析結果を示す。同図（ｂ）は、ＤＴ＝５０．０［ｓ］の場合の流速解析結果を示す。同図（ｃ）は、ＤＴ＝２５．０［ｓ］の場合の流速解析結果を示す。
【０１２９】
図８および図９に示されるように、いずれの時間刻みの場合もほぼ等しい流速となっている。これにより、流速値の大きさおよびその時刻歴変動に対する、時間刻みの大きさの影響が極めて小さいことが示されている。
以上のように、海水流予測装置２０が行う水位を陰的に解く方法では、時間刻みにおける解析結果の違いが極めて小さい。すなわち、海水流予測装置２０が行う水位を陰的に解く方法では、水位を陽的に解く場合との比較において極めて大きな時間刻みを適用しても、計算が破綻しないことに加えて解析精度の点でも良好である。
【０１３０】
なお、影響情報取得装置１０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【０１３１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【０１３２】
１０  影響情報取得装置
２０  海水流予測装置
２０１  既存予測結果取得部
２０２  境界条件設定部
２０３  測定値取得部
２０４  海水流予測部
１０１  渦励振計算部
１０２  閾値判定部
【図１】
2015121439.tif 000048
【図２】
2015121439.tif 000049
【図３】
2015121439.tif 000050
【図４】
2015121439.tif 000051
【図５】
2015121439.tif 000052
【図６】
2015121439.tif 000053
【図７】
2015121439.tif 000054
【図８】
2015121439.tif 000055
【図９】
2015121439.tif 000056