(57)【要約】【課題】ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍの略：地理情報システム）を用いて拡散シミュレーションをし、簡易的に温度、塩分、ＣＯＤを等高線表示することのできる物質拡散シミュレーション・システムを提供すること。【解決手段】物質拡散シミュレーション・システム２０は、地形作成手段２１と、メッシュ作成手段２２と、水深マップ作成手段２３と、演算用データ入力処理手段２４と、数値演算手段２５と、演算結果表示手段２６とからなる。物質拡散シミュレーション・システム２０は、これら手段により、ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍの略：地理情報システム）を用いて、数値による地理情報を所定の地理データ形式に変換し、その地理データを地図表示に編集・加工し、所定の計算パラメータを基に、物質拡散シミュレーションを実行し、表示装置に、水温、塩分濃度あるいはＣＯＤ毎に等高線表示させるものである。【選択図】  図２
2004167362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地理情報システム・アプリケーション・ソフトウエアおよび拡散シミュレーションを少なくとも処理するコンピュータと、前記コンピュータに必要な情報を入力する入力装置と、前記コンピュータで処理した結果を表示する表示装置とを備えたコンピュータシステムにより、物質拡散をシミュレーションできる物質拡散シミュレーション・システムであって、
前記コンピュータは、数値による地理情報を所定の地理データ形式に変換し、その地理データを地図表示に編集・加工する地形作成手段と、
前記地形作成手段により作成された地図表示の必要部分に所定幅のメッシュを生成するメッシュ作成手段と、
前記地形作成手段により作成された地理データに水深データを付加し、メッシュについての鉛直方向のマップを作成する水深マップ作成手段と、
所定の入力様式で画面に表示し、少なくとも水平方向メッシュサイズ、鉛直方向メッシュサイズ、海底摩擦係数、層間摩擦係数、水平方向渦動粘性係数、鉛直方向渦動粘性係数、時間間隔、コリオリ力のパラメータ、開境界条件の各値を流動に関する計算パラメータとし、かつ、水平方向の渦動拡散係数、鉛直方向の渦動拡散係数、初期水温、初期塩分、初期ＣＯＤパラメータを拡散に関する計算パラメータとして入力させる演算用データ入力処理手段と、
前記メッシュ作成手段と前記水深マップ作成手段と前記演算用データ入力処理手段とから与えられた流動に関する計算パラメータを用いて流動シミュレーションの計算を実行し、当該流動シミュレーションの結果と前記拡散に関する計算パラメータを用いて拡散シミュレーションの計算を実行する数値演算手段と、
前記数値演算手段により算出された演算結果を、前記メッシュ作成手段により作成された各メッシュを用い、前記表示装置に、水温、塩分濃度あるいはＣＯＤ毎に等高線表示させる演算結果表示手段とを備えたことを特徴とする物質拡散シミュレーション・システム。
【請求項２】
前記所定の入力様式で画面に表示し、少なくとも水平方向メッシュサイズ、鉛直方向メッシュサイズ、海底摩擦係数、層間摩擦係数、水平方向渦動粘性係数、鉛直方向渦動粘性係数、時間間隔、コリオリ力のパラメータ、開境界条件の各値を流動に関する計算パラメータとし、かつ、水平方向の渦動拡散係数、鉛直方向の渦動拡散係数、初期水温、初期塩分、初期ＣＯＤパラメータを拡散に関する計算パラメータとして入力させる演算用データ入力処理手段は、これらの初期水温、初期塩分、初期ＣＯＤパラメータに替え、あるいは、これらに加えて、初期窒素値、初期リン値、初期ＤＯ値（溶存酸素値）のうちの少なくとも一を拡散に関する計算パラメータとして入力する演算用データ入力処理手段であって、前記表示装置に、前記水温、塩分濃度あるいはＣＯＤ毎の等高線表示に替え、あるいは、これに加えて、これらの窒素、リン、ＤＯのうちの少なくとも一のそれぞれの等高線表示させる演算結果表示手段であることを特徴とする前記請求項１に記載の物質拡散シミュレーション・システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地理情報システムを用いて水質汚濁予測をシミュレーションできるようにした物質拡散シミュレーション・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海洋区間の有効利用が唱えられ、特に湾内（閉鎖性内湾等）における沿岸海域では浮遊式海洋構造物の建造計画あるいは建造されている。これは、埋立式海洋構造物と比べて周囲の海流の流れに対する影響が少なく、停滞域が形成されず海水交換を妨げないといった環境面での利点があることによる。
また、さらに沖合人工島や海上空港といった大型の浮遊式海洋構造物が出現した場合、その存在によって海流の流れが変化すると共に日射が遮られ、構造物の周辺海域における水塊の停滞や水温低下を引き起こすことが予測される。
このような影響は、特に閉鎖性内湾では表層に密度成層が発達しやすく、貧酸素水塊の形成や青潮の発生など湾内の水質や生態系に与える影響は大きい。
そのため、湾内に大型の浮遊式海洋構造物が設置された場合、その構造物が成層期の海況にあたえる影響を予測・評価することは水質保全や生態系影響を検討の上でも非常に重要となる。
上記のような水質汚濁や生態系の動態についての予測・評価を行うに際しては、数値シミュレーションを行う必要がある。数値シミュレーションを行う為に、特に流動シミュレーションおよび物質拡散シミュレーションは非常に重要な役割を演じている。
【０００３】
このような流動（対流）シミュレーションおよび物質拡散シミュレーションを行うシステムとしては、特開平５−７２１９９号公報に記載されたものがある。
この従来の物質拡散シミュレーションを行うシステムは、水圏水平方向および水深方向の微生物や水質汚濁を計測する監視手段と、前記監視手段の計測値および対象水圏に流入する水量、水質、地形、面積の地理情報によって前記水圏ないの水質を予測するための対流シミュレーションおよび又は拡散シミュレーションおよび又は反応シミュレーションとを備え、前記監視手段の当日の計測値および地形情報を使用して、翌日の水質をシミュレーションするものであった。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７２１９９号公報（段落番号［０００６］以降、図１〜図８）。
この従来の物質拡散シミュレーションを行うシステムによれば、当日の計測結果から翌日の水質をシミュレーションすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の物質拡散シミュレーションを行うシステムは、特定の水圏において、当日の計測値および地形情報を使用して、翌日の水質をシミュレーションして当該水圏の水質の改善をすることを目的としており、湾内（閉鎖性内湾等）における水質汚濁や生態系の動態についての予測・評価を行うにことには適していないという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされ、ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍの略：地理情報システム）を用いて拡散シミュレーションをして、簡易的に温度、塩分あるいは化学的酸素要求量（ＣＯＤ「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ  」の略）を等高線表示することのできる物質拡散シミュレーション・システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係る発明は、物質拡散シミュレーション・システムに係り、地理情報システム・アプリケーション・ソフトウエアおよび拡散演算・アプリケーション・ソフトウエアを少なくとも処理するコンピュータと、前記コンピュータに必要な情報を入力する入力装置と、前記コンピュータで処理した結果を表示する表示装置とを備えたコンピュータシステムにより、物質拡散をシミュレーションできる物質拡散シミュレーション・システムであって、前記コンピュータは、数値による地理情報を所定の地理データ形式に変換し、その地理データを地図表示に編集・加工する地形作成手段と、前記地形作成手段により作成された地図表示の必要部分に所定幅のメッシュを生成するメッシュ作成手段と、前記地形作成手段により作成された地理データに水深データを付加し、メッシュについての鉛直方向のマップを作成する水深マップ作成手段と、所定の入力様式で画面に表示し、少なくとも水平方向メッシュサイズ、鉛直方向メッシュサイズ、海底摩擦係数、層間摩擦係数、水平方向渦動粘性係数、鉛直方向渦動粘性係数、時間間隔、コリオリ力のパラメータ、開境界条件の各値を流動に関する計算パラメータとし、かつ、水平方向の渦動拡散係数、鉛直方向の渦動拡散係数、初期水温、初期塩分、初期ＣＯＤパラメータを拡散に関する計算パラメータとして入力させる演算用データ入力処理手段と、前記メッシュ作成手段と前記水深マップ作成手段と前記演算用データ入力処理手段とから与えられた流動に関する計算パラメータを用いて流動シミュレーションの計算を実行し、当該流動シミュレーションの結果と前記拡散に関する計算パラメータを用いて拡散シミュレーションの計算を実行する数値演算手段と、前記数値演算手段により算出された演算結果を、前記メッシュ作成手段により作成された各メッシュを用い、前記表示装置に、水温、塩分濃度あるいはＣＯＤ毎に等高線表示させる演算結果表示手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、本願請求項２に係る物質拡散シミュレーション・システムは、前記請求項１に係る物質拡散シミュレーション・システムにおいて、前記所定の入力様式で画面に表示し、少なくとも水平方向メッシュサイズ、鉛直方向メッシュサイズ、海底摩擦係数、層間摩擦係数、水平方向渦動粘性係数、鉛直方向渦動粘性係数、時間間隔、コリオリ力のパラメータ、開境界条件の各値を流動に関する計算パラメータとし、かつ、水平方向の渦動拡散係数、鉛直方向の渦動拡散係数、初期水温、初期塩分、初期ＣＯＤパラメータを拡散に関する計算パラメータとして入力させる演算用データ入力処理手段は、これらの初期水温、初期塩分、初期ＣＯＤパラメータに替え、あるいは、これらに加えて、初期窒素値、初期リン値、初期ＤＯ値（溶存酸素値）のうちの少なくとも一を拡散に関する計算パラメータとして入力する演算用データ入力処理手段であって、前記表示装置に、前記水温、塩分濃度あるいはＣＯＤ毎の等高線表示に替え、あるいは、これに加えて、これらの窒素、リン、ＤＯのうちの少なくとも一のそれぞれの等高線表示させる演算結果表示手段であることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムについて図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る流動シミュレーションを実現するコンピュータシステムを示すブロック図である。
図１において、コンピュータシステム１は、地理情報システム（ＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  の略））・アプリケーション・ソフトウエアによって拡散シミュレーションを少なくとも処理できるコンピュータ３と、前記コンピュータ３に必要な情報を入力するキーボードやマウス等の入力装置５と、前記コンピュータ３で処理した結果を表示するＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイあるいはプラズマディスプレイ等からなる表示装置７と、前記コンピュータ３で処理した結果を必要に応じてハードコピーするプリンタなどの出力装置９とを備えている。
【０００９】
また、前記コンピュータ３は、各種の演算や命令の処理を実行する中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）３１と、メインメモリ３２と、ＩＤＥコントローラ３３と、入力／出力インターフェース３４と、ディスプレイインターフェース３５と、これらを接続するバスライン３６とから構成されている。
前記ＩＤＥコントローラ３３には、所定の記憶容量を有したハードディスク装置４０が接続されている。前記入力／出力インターフェース３４には、キーボードやマウスなどの入力装置５と、プリンタなどの出力装置９とが接続されている。また、前記ディスプレイインターフェース３５には、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイあるいはプラズマディスプレイ等からなる表示装置７が接続されている。
【００１０】
また、前記ハードディスク装置４０には、ウインドウズ（マイクロソフト社の登録商標）・オペレーティング・システム４００と、ＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０と、ビジュアルベーシック（Ｖｉｓｕａｌ−Ｂａｓｉｃ）４２０と、フォートランコンパイラ（Ｆｏｒｔｒａｎ  Ｃｏｍｐｉｌｅｒ）  ４３０と、数値地図データファイル４４０と、水深データファイル４５０とが格納されている。ここに、前記ＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０は、予測を行う海域の地理情報を作成、加工、管理、分析等によって編集や管理を行うプログラムである。また、Ｖｉｓｕａｌ−Ｂａｓｉｃ４２０は、計算に必要な計算パラメータを入力させるための入力窓を作成するプログラムである。前記ＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０の制御下に、フォートランコンパイラ（Ｆｏｒｔｒａｎ  Ｃｏｍｐｉｌｅｒ）  ４３０は、前記ＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０で処理した結果や計算パラメータを用いて流動シミュレーションの計算をしたり、拡散シミュレーションの計算をするソフトウエアとしてプログラムされている。
【００１１】
前記コンピュータ３の電源が投入されると、ハードディスク装置４０に格納されているオペレーティング・システム４００がメインメモリ３２に展開記憶され、これをＣＰＵ３１が処理することにより、ウインドウズ（マイクロソフト社の登録商標）が稼動する。また、前記コンピュータ３のＣＰＵ３１がメインメモリ３２に展開記憶させたＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０を処理することにより、ＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０の制御下に物質拡散シミュレーション・システム２０が実現されることになる。
【００１２】
図２は、上記コンピュータシステムによって実現された本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムを示すブロック図である。
図２において、前記コンピュータ３のＣＰＵ３１がメインメモリ３２上のＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０を実行することにより、地形作成手段２１と、メッシュ作成手段２２と、水深マップ作成手段２３と、演算用データ入力処理手段２４と、数値演算手段２５と、演算結果表示手段２６とを実現している。
【００１３】
ＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０は、本実施の形態では、例えば、Ａｒｃ  Ｖｉｅｗ３．２  （ＥＳＲＩジャパン株式会社の「地理情報システム」の製品名）である。このＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０を使用して、流動シミュレーションを行う閉鎖性内湾の地理と測定データ等を編集あるいは加工して出力するものである。
本物質拡散シミュレーション・システム２０は、ＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０内で操作のコントロールを全て行う。
【００１４】
ここで、本実施の形態において流動シミュレーションを含む物質拡散シミュレーションの数値モデルについて図３を参照して説明する。図３は、所定の閉鎖性内湾の水深を鉛直方向に層分割し、各層の座標系モデル図である。
この物質拡散シミュレーションの数値モデルは、図３に示すように、所定の閉鎖性内湾の水深を鉛直方向に層分割した３次元多層モデルにおいて求められるシミュレーションモデルである。
【００１５】
図３において、ｈは層厚、ｕ、ｖ、ｗはそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向の流速、ｔは時間、ｆはコリオリ力、ρは海水密度、ｐは圧力、Ａｘ，Ａｙ，Ａｚはそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向の渦動粘性係数、ζは水位、Ｓは実用塩分、Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚはそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向の渦動拡散係数、Ｒは単位時間当たりの河川からの流入量、ＶＲ  は流入体積、Ｔは水温、Ｑは海表面における熱フラックス、Ｃｗは海水の比熱、Ｋ（Ｓ、Ｔ、ｐ）は体積圧縮率の逆数である。
上記物質拡散シミュレーション数値モデルは、これらの変数を用いて、基礎方程式として、次の非圧縮性粘性流体の運動方程式（数式１）および連続の式（数式２）、および塩分収支の式（数式３）と熱収支の式（数式４）と状態方程式（数式５）によって表される。なお、ＣＯＤを計算する場合は塩分収支の式（数式４）で塩分ＳをＣＯＤに交換すればよい。
【００１６】
【式１】
2004167362.tif 000003
【００１７】
【式２】
2004167362.tif 000004
【００１８】
【式３】
2004167362.tif 000005
【００１９】
【式４】
2004167362.tif 000006
【００２０】
【式５】
2004167362.tif 000007
【００２１】
このような基礎方程式をもとに、上記ＧＩＳ・アプリケーション・ソフトウエア４１０（以下、単に「ＧＩＳ」として説明する。）を使用して、図３から図１３を参照し、以下の手段によって物質拡散シミュレーションを行い、その結果を表示する。
前記地形作成手段２１は、コンピュータ３のハードディスク装置４０に格納されていた数値地図データファイル４４０から予め設定された所定の閉鎖性内湾（本実施の形態では東京湾をモデルとする）における数値地図を取り出し、当該数値地図をＧＩＳ４１０に適合するようにシェープファイル（３次元データとＡｒｃｌｎｆｏダイナミックセグメンテーションに対応）にファイル変換して、地形を生成する。図４は所定の閉鎖性内湾の地理情報データを表示したものである。これは、対象とする海域を含むように標準地域メッシュの２次メッシュ地域を選択する。そしてこれらを空間結合し、さらに分解処理を行って不要な境界線等を削除して陸地地形を生成する。
【００２２】
前記メッシュ作成手段２２は、前記地形作成手段２１により作成された所定海域の地理情報に数値演算用のメッシュを生成するものである。すなわち対象とする海域の水平方向のメッシュを、例えば、１ｋｍ×１ｋｍとして、最初にメッシュの始点を決定する。
つぎにこのメッシュは、開境界を含むこととして、開境界を描画する。その後、始点、開境界を通るようにメッシュ（４５×６１）を生成する（図５参照）。
そして、メッシュと陸地部分とクリッピングを行い（図６参照）、次に陸地部分の除去を行う（図７参照）。この図７に示したような所定海域のメッシュを数値演算に適合するメッシュとするために、ＧＩＳ４１０により修正を行い、演算用のメッシュとする。この修正作業は、ＧＩＳ４１０により、前記図６、図７に示したようにクリッピングと陸地部分の除去を繰り返すことにより行う。
【００２３】
前記水深マップ作成手段２３は、コンピュータ３のハードディスク装置４０に格納されていた水深データファイル４５０から水深データを取り出し、その水深データに基づいてグリッドに変換するものである。図８は、グリッドに変換した水深データをＧＩＳ４１０を用いて等高線（コンター）図として表したものである。この図８に示すコンター図は、コンターが密となる水深が急激に変化する部分があるため、数値演算が不可能となるため、ＧＩＳ４１０を用いて修正を行う。その修正を行ったものが図９に示すコンター図として表すことができる。
【００２４】
前記演算用データ入力処理手段２４は、数値演算を行うために必要な計算パラメータを入力するものであり、本実施の形態では、例えば、プログラム言語ソフト（例えば、「Ｖｉｓｕａｌ−Ｂａｓｉｃ４２０」）を使用して図１０に示すような入力画面により、図１１の表（Ｔａｂｌｅ  ）に示すデータを入力し、データファイルの作成を行う。そして、データが入力され生成されたデータファイルは、前記メインメモリ３２の所定の記憶エリアに記憶される。
【００２５】
図１１の表（Ｔａｂｌｅ  ）に示すデータは、例えば、本実施の形態における対象海域として、東京湾と岩井袋と城ヶ島を結ぶ線上を開境界としたものである。
入力データとしては、例えば、格子間隔は１０００ｍ、鉛直方向は不等間隔で１０層に分割し、１、２層は層厚１［ｍ］、３、４層は２［ｍ］、５、６層は３［ｍ］、７、８層は５［ｍ］、９層は１０［ｍ］、１０層は前記９層以下とする。
【００２６】
また、他の計算条件としてのパラメータは、図１１の表に示すように、ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＭｅｓｈ  Ｓｉｚｅ  （水平方向メッシュサイズ）が１０００［ｍ］、Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｍｅｓｈ  （鉛直方向メッシュサイズ）が１ｓｔＬｅｖｅｌ＝１［ｍ］，１０Ｌｅｖｅｌ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  、  Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｂｏｔｔｏｍ  （海底摩擦係数）が０．００２６、ＤｒａｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  （層間摩擦係数）が０．００１６、Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｅｄｄｙ  Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ  （水平方向渦動粘性係数）が３００［ｍ２  ／ｓｅｃ］、ＶｅｒｔｉｃａｌＥｄｄｙ  Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ（鉛直方向渦動粘性係数）が０．０００１［ｍ２  ／ｓｅｃ］、Ｔｉｍｅ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ  （時間間隔）が１２０［ｓｅｃ］、Ｃｏｒｉｏｌｉｓ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ（ａｔ  Ｔｏｋｙｏ  Ｂａｙ）（東京湾のコリオリ力のパラメータ）が８．４２×１０−５［ｓｅｃ−１  ］、Ｏｐｅｎ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ  （開境界条件）においてＪｏｇａｓｈｉｍａ  （城ヶ島）のＡｍｐｌｉｔｕｄｅ（潮位の振幅）  が３８［ｃｍ］、ＰｈａｓｅＤｅｌａｙ（位相遅角）が１４６［ｄｅｇ］、Ｉｗａｉｆｕｋｕｒｏ（岩井袋）のＡｍｐｌｉｔｔｕｄｅが３５［ｃｍ］、ＰｈａｓｅＤｅｌａｙが１５２［ｄｅｇ］と設定するものとする。
【００２７】
さらに、拡散に関する計算パラメータとして、図１２に示すように、水平方向の渦動拡散係数が５０［ｍ２  ／ｓｅｃ］、鉛直方向の渦動拡散係数が０．０００１［ｍ２  ／ｓｅｃ］、初期水温が観測値または推定値、初期塩分が観測値または推定値、初期ＣＯＤが観測値または推定値を設定するものとする。
【００２８】
前記数値演算手段２５は、上述した数式１の運動方程式および数式２の連続の式、および塩分収支の式（数式３）と熱収支の式（数式４）に、上記の値が、いわゆるパラメータとして与えられ、それに基づいて、前記ＣＰＵ３１により予め作成された実行形式演算用プログラムを用いて演算実行する。前記数値演算手段２５は、最初に流動シミュレーションの演算を実行し、ついで、流動シミュレーションの演算結果と拡散に関する計算パラメータを用いて演算を行う。これらの演算結果は、前記メインメモリ３２の所定の記憶エリアに所定の識別可能な名称（例えば日付や作成者の名前等）を付して記憶しておく。なお、本実施の形態では、例えばプログラム言語ソフト（例えば「フォートランコンパイラ（Ｆｏｒｔｒａｎ  Ｃｏｍｐｉｌｅｒ）  ４３０」）を使用している。
【００２９】
前記演算結果表示手段２６は、上記データを数値演算手段２５によって流動シミュレーションの演算を行った結果データを前記メインメモリ３２の所定の記憶エリアから読み出し、流動シミュレーションの演算を行った結果として、前記メッシュ作成手段２２により作成された所定海域の各メッシュの中心部を基準としたｘ方向の流速とｙ方向の流速であり、これらから潮流の流速の大きさとその方向をベクトルに変換する。
そして、得られた結果に基づいて、これを各層について次の隣接する各メッシュに対して順次行うことにより、各層についての流れの大きさと方向が得られる。
【００３０】
そして、図１３に示すように、流れの大きさとその方向をベクトルに変換して、前記表示装置７に表示することができる。この流動シミュレーションの演算結果が表示装置７に表示されるので、参考にできる。
また、前記演算結果表示手段２６は、上記データを数値演算手段２５によって物質拡散シミュレーションの演算を行った結果データを前記メインメモリ３２の所定の記憶エリアから読み出し、流動シミュレーションの演算を行った結果として前記表示装置７に与え、当該表示装置７の上に、水温を等高線（コンター）表示し（図１４参照）、塩分濃度を等高線（コンター）表示し（図１５参照）、あるいは、ＣＯＤを等高線（コンター）表示している（図１６参照）。
操作者は、この表示された結果を見て、必要に応じて前記演算用データ入力処理手段２４、数値演算手段２５により再演算を行うことができ、その結果を即座に修正・表示することができる。
なお、上記の実施の形態に係る物質核酸シミュレーション・システムにおいては、拡散の被表示対象として、水温、塩分、ＣＯＤの入力パラメータを上げたが、このパラメータは、これらに限られるものではなく、例えば、水温、塩分、ＣＯＤに替え、あるいは、これに加えて、窒素、リン、ＤＯ（溶存酸素）などの拡散の予測が推定可能となる他の水質項目パラメータのうちの少なくとも一つを入力パラメータとしても良いことはいうまでもない。
【００３１】
つぎに、上記構成の物質拡散シミュレーション・システム２０を実行する手順を図１７に示すフローチャートに基づいて説明する。
予め計測された例えば上記演算用データ入力処理手段２４により入力するデータ等を用意する（ステップＳ１）。つぎに、コンピュータ３に設定されているＧＩＳ４１０を起動する（ステップＳ２）。このＧＩＳ４１０を用いて、物質拡散シミュレーションを行う地形図をハードディスク装置４０に格納されている数値地図データファイル４４０から取り出し、これを基に地理情報により作成する（ステップＳ３）。
【００３２】
この地形に対して所定幅の水平方向のメッシュを描き（ステップＳ４）、演算を行う地形以外に描かれたメッシュを削除する（ステップＳ５）。
つぎに、水深データに基づいて水深をコンター図として描く（ステップＳ６）。描かれたコンター図を確認し（ステップＳ７）、急勾配がある場合には水深データを修正し（ステップＳ８）、ステップＳ６の処理を繰り返して行い、そのままでよい場合にはつぎの処理を行う。
【００３３】
地形図に水平方向のメッシュと水深のコンターが作成されると、つぎに、計算パラメータを入力する入力画面を表示する（ステップＳ９、図１０参照）。表示された入力画面（図１０参照）に従って所定のパラメータ（あるいはデータ）を入力する（ステップＳ１０）。
計算パラメータの入力が終わると、数値演算手段２５により演算を行う（ステップＳ１１）。
【００３４】
ここで、数値演算手段２５は、まず、流動に関する計算パラメータに基づき流動シミュレーションの演算を行う。この演算結果は、コンピュータ３のメインメモリ３２の所定の記憶エリアに記憶される。ついで、数値演算手段２５は、メインメモリ３２の所定の記憶エリアに記憶された流動シミュレーションの演算結果を取り出し、これと拡散に関する計算パラメータとを用いて物質拡散シミュレーションの演算を行う。前記数値演算手段２５において得られた演算結果はコンピュータ３のメインメモリ３２の所定の記憶エリアに記憶される。
【００３５】
演算結果表示手段２６は、流動シミュレーションの演算結果を基に前記地理情報（流動シミュレーションを行う海域等の地形図）にベクトル表示する（ステップＳ１２）。表示された内容に変更がある場合には（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ステップＳ９の処理に戻る。
変更が無い場合には（ステップＳ１３；ＮＯ）、演算結果表示手段２６は、水温、塩分濃度あるいはＣＯＤの何れを表示させるかの表示指令待ちになる（ステップＳ１４；ＮＯ）。
【００３６】
前記演算結果表示手段２６は、表示指令が入力されると（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、その表示指令が水温表示であるならば（ステップＳ１５；水温）、前記メインメモリ３２の所定の記憶エリアに格納されていた物質拡散シミュレーションの当該水温に関する演算結果を取り出し、水温を等高線（コンター）表示できる表示データに形成して表示装置７に表示させる（ステップＳ１６）。
前記演算結果表示手段２６は、表示指令が入力されると（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、その表示指令が塩分表示であるならば（ステップＳ１５；塩分）、前記メインメモリ３２の所定の記憶エリアに格納されていた物質拡散シミュレーションの当該塩分に関する演算結果を取り出し、塩分濃度を等高線（コンター）表示できる表示データに形成して表示装置７に表示させる（ステップＳ１７）。
【００３７】
さらに、前記演算結果表示手段２６は、表示指令が入力されると（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、その表示指令がＣＯＤ表示であるならば（ステップＳ１５；ＣＯＤ）、前記メインメモリ３２の所定の記憶エリアに格納されていた物質拡散シミュレーションの当該ＣＯＤに関する演算結果を取り出し、ＣＯＤを等高線（コンター）表示できる表示データに形成して表示装置７に表示させる（ステップＳ１８）。
表示された内容に変更がある場合には（ステップＳ１９；ＹＥＳ）、ステップＳ９の処理に戻る。
また、表示された内容に変更がない場合には（ステップＳ１９；ＮＯ）、必要に応じて出力装置９に出力したり、ハードディスク装置４０に演算結果として格納するなどを行い処理を終了する。
【００３８】
このように、ＧＩＳ４１０を使用して、予め計測された計算用のパラメータを入力するのみで容易に物質拡散シミュレーションを行い、流速とその方向を示すベクトルを記載した地形図と、水温のコンター図、塩分濃度のコンター図、あるいは、ＣＯＤのコンター図を容易に作成することができる。
【００３９】
なお、上記実施の形態では、閉鎖性内湾の海域における潮流時の物質拡散シミュレーション・システムとして説明したが、例えば、上記閉鎖性内湾に浮遊構造物が設けられた場合には、浮遊構造物の喫水を第一層の層厚と同じにして浮遊構造物側面では完全反射の条件を用いて浮遊構造物底面での鉛直流速を求め、水位が変化しても浮遊構造物自体は上下運動しないと仮定し、上記連続の式（式１）を用いて浮遊構造物が配置された場合の潮流の演算結果を表示するようにしてもよい。さらに、この潮流の結果を用いて、浮遊構造物が配置された場合の物質拡散シミュレーションの演算結果を表示することも可能である。
なお、上記の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システム２０を実行する手順では、水温、塩分、ＣＯＤを拡散パラメータとして入力することの手順を示したが、これは、上述するように、これらのパラメータに替え、あるいは、これらのパラメータに加え、窒素、リン、ＤＯ（溶存酸素）などの拡散予測が可能な他の水質項目パラメータのうちの少なくとも一つを入力パラメータとして入力する手順であっても良い。そのようにする結果、ＣＯＤのコンター表示が可能となるほか、さらには、窒素、リンからなる栄養塩の分布予測や、ＤＯの予測から赤潮・青潮などの発生場所となる貧酸素水塊の推定が可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の物質拡散シミュレーション・システムによると、ＧＩＳが有する地理情報を基に、所定のパラメータを入力するといった作業のみで容易に所望とする所定海域（特に閉鎖性内湾等）の物質拡散シミュレーション結果として水温のコンター図、塩分濃度のコンター図、あるいは、ＣＯＤのコンター図など物質拡散に関する図が即座に表示することができる。
また、表示された物質拡散シミュレーション結果を視認し、開境界の潮位高の入力パラメータを再入力することにより、例えば天候等の変化による海洋状況にあった物質拡散シミュレーションを即座に再度表示することができるといった利点がある。さらに、窒素、リンの拡散予測から栄養塩の拡散予測が可能となり、あるいは、ＤＯの拡散予測から、赤潮・青潮の発生場所となる貧酸素水塊の予測が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る流動シミュレーションを実現するコンピュータシステムを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムを示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムで使用する海域を鉛直方向に多層分割した３次元多層モデルの説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムで使用するための数値地図をＧＩＳ用に変換し表示した地形の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにおける地形にメッシュ作成を行った様子の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにおける地形の陸地部分とのクリッピングを行う様子の説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにおける陸地部分のメッシュの削除を行う様子の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにおける水深データに基づいたコンター図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにおける水深を修正したコンター図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにおける計算用パラメータの入力画面を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにおける流動に関する計算パラメータを示す表である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにおける拡散に関する計算パラメータを示す表である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにより流量とその方向が表示された結果の説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにより水温が等高線の連続で表示された状態を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムにより塩分濃度が等高線の連続で表示された状態を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムによりＣＯＤが等高線の連続で表示された状態を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る物質拡散シミュレーション・システムの処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１・・コンピュータシステム
３・・コンピュータ
５・・入力装置
７・・表示装置
９・・出力装置
２０・・物質拡散シミュレーション・システム
２１・・地形作成手段
２２・・メッシュ作成手段
２３・・水深マップ作成手段
２４・・演算用データ入力処理手段
２５・・数値演算手段
２６・・演算結果表示手段
３１・・ＣＰＵ
３２・・メインメモリ
３３・・ＩＤＥコントローラ
３４・・入力／出力インターフェース
３５・・ディスプレイインターフェース
３６・・バスライン
４０・・ハードディスク装置
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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