(57)【要約】  ３次元防波堤シミュレーションシステム及びそのシミュレーション方法が開示される。本発明による３次元防波堤シミュレーションシステムは、波浪データ記憶部と、波浪モデル生成部と、防波堤データ記憶部と、防波堤モデル生成部と、及び防波堤モデルの防波堤特性データによる波浪モデルの半波係数、越波量、防波堤の安定度を含む防波特性を予測する防波特性予測部を含む。
2015512108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データを記憶する波浪データ記憶部と、
前記波浪データ記憶部に記憶された波浪特性データに基礎して３次元の波浪モデルを生成する波浪モデル生成部と、
防波堤が設置される位置の水深、前記防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データを記憶する防波堤データ記憶部と、
前記防波堤データ記憶部に記憶された防波堤特性データに基礎して３次元の防波堤モデルを生成する防波堤モデル生成部と、
前記防波堤モデルの防波堤特性データによる前記波浪モデルの半波係数、越波量、前記防波堤の安定度を含む防波特性を予測する防波特性予測部と、
前記波浪データ記憶部に記憶された波浪特性データのうちで少なくとも一つの波浪特性データを選択する波浪データ選択部と、及び
前記波浪データ選択部によって選択された波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈する波浪数値解釈部と、
を含んで、
前記波浪モデル生成部は前記波浪データ選択部によって選択された波浪特性データ及び前記波浪数値解釈部によって数値解釈された波浪に基礎して前記波浪モデルを生成することを特徴とする３次元防波堤シミュレーションシステム。
【請求項２】
前記防波堤データ記憶部に記憶された防波堤特性データのうちで少なくとも一つの防波堤特性データを選択する防波堤データ選択部と、
をさらに含んで、前記防波堤モデル生成部は、
前記防波堤データ選択部によって選択された防波堤特性データに対応して前記防波堤モデルを変更することを特徴とする請求項１に記載の３次元防波堤シミュレーションシステム。
【請求項３】
前記防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して前記波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する碎波数値解釈部と、及び
前記碎波数値解釈部によって解釈された結果に基礎して前記波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する碎波モデル生成部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元防波堤シミュレーションシステム。
【請求項４】
地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データに基礎して３次元の波浪モデルを生成する波浪モデル生成部と、
防波堤が設置される位置の水深、前記防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データに基礎して３次元の防波堤モデルを生成する防波堤モデル生成部と、
前記防波堤モデルの防波堤特性データに対応して前記波浪モデルの半波係数、越波量、前記防波堤の安定度を含む防波特性を予測する防波特性予測部と、及び
前記波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈する波浪数値解釈部と、
を含んで、
前記波浪モデル生成部は、前記波浪数値解釈部によって数値解釈された波浪に基礎して前記波浪モデルを生成することを特徴とする３次元防波堤シミュレーションシステム。
【請求項５】
前記防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して前記波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する碎波数値解釈部と、及び
前記碎波数値解釈部によって解釈された結果に基礎して前記波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する碎波モデル生成部と、
をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の３次元防波堤シミュレーションシステム。
【請求項６】
地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データを記憶する段階と、
防波堤が設置される位置の水深、前記防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データを記憶する段階と、
前記波浪特性データ記憶段階によって記憶された波浪特性データのうちで少なくとも一つの波浪特性データを選択する段階と、
前記波浪特性データ選択段階によって選択された波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈する段階と、
前記波浪特性データ選択段階によって選択された波浪特性データ及び前記波浪数値解釈段階によって数値解釈された波浪に基礎して３次元の波浪モデルを生成する段階と、
前記防波堤特性データ記憶段階によって記憶された防波堤特性データに基礎して３次元の防波堤モデルを生成する段階と、及び
前記防波堤モデルの防波堤特性データによる前記波浪モデルの半波係数、越波量、前記防波堤の安定度を含む防波特性を予測する段階と、
を含むことを特徴とする３次元防波堤シミュレーション方法。
【請求項７】
前記記憶された防波堤特性データのうちで少なくとも一つの防波堤特性データを選択する段階と、
をさらに含んで、前記防波堤モデル生成段階は、
前記防波堤特性データ選択段階によって選択された防波堤特性データに対応して前記防波堤モデルを生成することを特徴とする請求項６に記載の３次元防波堤シミュレーション方法。
【請求項８】
前記防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して前記波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する段階と、及び
前記碎波数値解釈段階によって解釈された結果に基礎して前記波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の３次元防波堤シミュレーション方法。
【請求項９】
地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈する段階と、
前記波浪特性データ及び数値解釈された波浪に基礎して３次元の波浪モデルを生成する段階と、
防波堤が設置される位置の水深、前記防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データに基礎して３次元の防波堤モデルを生成する段階と、及び
前記防波堤モデルの防波堤特性データによる前記波浪モデルの半波係数、越波量、前記防波堤の安定度を含む防波特性を予測する段階と、
を含むことを特徴とする３次元防波堤シミュレーション方法。
【請求項１０】
前記防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して前記波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する段階と、及び
前記碎波数値解釈段階によって解釈された結果に基礎して前記波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の３次元防波堤シミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防波堤シミュレーションシステム及びその方法に関するものであり、より詳細には、波浪及び防波堤に対する３次元のグラフィックモデルを生成してコンピューター画面上に表示し、波浪及び防波堤のそれぞれに対する特性データに基礎して防波堤にぶつかる波浪を解釈し、その結果を視覚的にコンピューター上に表示することで防波堤に対する３次元のシミュレーション環境を提供する３次元防波堤シミュレーションシステム及びそのシミュレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、港湾や海岸には防波堤がほとんど必須に設置され、このような防波堤はさまざまな形態と多様な施工法で設置されている。この時、防波堤が設置される地域によって波浪は多様な特性を有するために、防波堤を建設する以前に該当防波堤が設置される地域及び該当防波堤に対する修理模型を製作し、それに対するシミュレーションを実行して防波堤の特性を点検する。
【０００３】
ところが、このような修理模型は実際の地域及び防波堤の形状と同一な条件を有するように縮小されて製作されなければならないためにその製作費用がたくさん入る問題点がある。
【０００４】
また、同一な地域といっても波浪の特性は、時期によって変わることがあるために事前に該当地域の波浪特性を充分に研究して修理模型に対するシミュレーションを実行しなければならないので、シミュレーションのための時間がたくさん必要となる問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前述した目的を達成するために創案されたものであり、波浪及び防波堤に対する３次元のグラフィックモデルを生成してコンピューター画面上に表示し、波浪及び防波堤のそれぞれに対する特性データに基礎して防波堤にぶつかる波浪を解釈し、その結果を視覚的にコンピューター上に表示することで防波堤に対する３次元のシミュレーション環境を提供する３次元防波堤シミュレーションシステム及びそのシミュレーション方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するための本発明による３次元防波堤シミュレーションシステムは、地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データを記憶する波浪データ記憶部と、波浪データ記憶部に記憶された波浪特性データに基礎して３次元の波浪モデルを生成する波浪モデル生成部と、防波堤が設置される位置の水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データを記憶する防波堤データ記憶部と、防波堤データ記憶部に記憶された防波堤特性データに基礎して３次元の防波堤モデルを生成する防波堤モデル生成部と、及び防波堤モデルの防波堤特性データによる波浪モデルの半波係数、越波量、防波堤の安定度を含む防波特性を予測する防波特性予測部と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
前述した３次元防波堤シミュレーションシステムは、波浪データ記憶部に記憶された波浪特性データのうちで少なくとも一つの波浪特性データを選択する波浪データ選択部と、をさらに含むことができる。この場合、波浪モデル生成部は、波浪データ選択部によって選択された波浪特性データに対応して波浪モデルを生成する。
【０００８】
前述した３次元防波堤シミュレーションシステムは、波浪データ選択部によって選択された波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈する波浪数値解釈部と、をさらに含むことができる。この場合、波浪モデル生成部は、波浪数値解釈部によって数値解釈された波浪に基礎して波浪モデルを生成する。
【０００９】
前述した３次元防波堤シミュレーションシステムは、防波堤データ記憶部に記憶された防波堤特性データのうちで少なくとも一つの防波堤特性データを選択する防波堤データ選択部と、をさらに含むことができる。この場合、防波堤モデル生成部は、防波堤データ選択部によって選択された防波堤特性データに対応して防波堤モデルを変更する。
【００１０】
前述した３次元防波堤シミュレーションシステムは、防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する碎波数値解釈部と、及び碎波数値解釈部によって解釈された結果に基礎して波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する碎波モデル生成部と、をさらに含むことができる。
【００１１】
前述した目的を達成するための本発明の他の実施例による３次元防波堤シミュレーションシステムは、地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データに基礎して３次元の波浪モデルを生成する波浪モデル生成部と、防波堤が設置される位置の水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データに基礎して３次元の防波堤モデルを生成する防波堤モデル生成部と、及び防波堤モデルの防波堤特性データに対応して波浪モデルの半波係数、越波量、防波堤の安定度を含む防波特性を予測する防波特性予測部と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
前述した３次元防波堤シミュレーションシステムは、波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈する波浪数値解釈部と、をさらに含むことができる。この場合、波浪モデル生成部は、波浪数値解釈部によって数値解釈された波浪に基礎して波浪モデルを生成する。
【００１３】
前述した３次元防波堤シミュレーションシステムは、防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する碎波数値解釈部と、及び碎波数値解釈部によって解釈された結果に基礎して波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する碎波モデル生成部と、をさらに含むことができる。
【００１４】
前述した目的を達成するための本発明の一実施例による３次元防波堤シミュレーション方法は、地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データを記憶する段階と、防波堤が設置される位置の水深、前記防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データを記憶する段階と、記憶された波浪特性データに基礎して３次元の波浪モデルを生成する段階と、記憶された防波堤特性データに基礎して３次元の防波堤モデルを生成する段階と、及び防波堤モデルの防波堤特性データによる波浪モデルの半波係数、越波量、防波堤の安定度を含む防波特性を予測する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
前述した３次元防波堤シミュレーション方法は、記憶された波浪特性データのうちで少なくとも一つの波浪特性データを選択する段階と、をさらに含むことができる。この場合、波浪モデル生成段階は、選択された波浪特性データに対応して波浪モデルを生成する。
【００１６】
前述した３次元防波堤シミュレーション方法は、選択された波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈する段階と、をさらに含むことができる。この場合、波浪モデル生成段階は、数値解釈された波浪に基礎して波浪モデルを生成する。
【００１７】
前述した３次元防波堤シミュレーション方法は、記憶された防波堤特性データのうちで少なくとも一つの防波堤特性データを選択する段階と、をさらに含むことができる。この場合、防波堤モデル生成段階は、選択された防波堤特性データに対応して防波堤モデルを生成する。
【００１８】
前述した３次元防波堤シミュレーション方法は、防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する段階と、及び碎波数値解釈段階によって再解釈された結果に基礎して波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する段階と、をさらに含むことができる。
【００１９】
前述した目的を達成するための本発明の他の実施例による３次元防波堤シミュレーション方法は、地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データに基礎して３次元の波浪モデルを生成する段階と、防波堤が設置される位置の水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データに基礎して３次元の防波堤モデルを生成する段階と、及び防波堤モデルの防波堤特性データによる波浪モデルの半波係数、越波量、前記防波堤の安定度を含む防波特性を予測する段階と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
前述した３次元防波堤シミュレーション方法は、波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈する段階と、をさらに含むことができる。この場合、波浪モデル生成段階は、数値解釈された波浪に基礎して波浪モデルを生成する。
【００２１】
前述した３次元防波堤シミュレーション方法は、防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する段階と、及び解釈された結果に基礎して波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する段階と、をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、波浪予測システムと連動する波浪特性データ及び波浪予測モデルを利用して地域によって適応的な波浪モデルを生成することで、実際環境と一番類似なシミュレーションができるようになる。
【００２３】
また、本発明によれば、波浪及び防波堤に対する３次元のグラフィックモデルを生成してコンピューター画面上に表示し、波浪及び防波堤のそれぞれに対する特性データに基礎して防波堤にぶつかる波浪を解釈することで、使用者に視覚的に実際の地域環境でシミュレーションを実行するもののような仮想現実を提供することができるようになる。
【００２４】
また、本発明によれば、波浪予測システムと連動する波浪特性データ及び波浪予測モデルを利用することで、シミュレーションの実行のための費用及び時間を節減させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は本発明の一実施例による３次元防波堤シミュレーションシステムを概略的に示した図面である。
【図２】図２はＲＷＷ３に設定された領域の例を示した図面である。
【図３】図３は本発明の実施例に利用された５個の海洋気象観測ブイの位置の例を示した図面である。
【図４】図４は２００８年と２００９年の１年の間の時系列のブイ観測資料の例を示した図面である。
【図５】図５は２００８年と２００９年の１月から１２月まで予測正確度を１２、２４、３６、４８予測時間に分けて月別で波浪予測モデルと観測間の有義波高ＲＭＳＥを示した図面である。
【図６】図６は４８時間予測海上風と図３のブイ５個支点での観測海上風の月別平均予測正確度を示した図面である。
【図７】図７は１年の間の３時間間隔の全体波浪予測資料を利用して有義波高の大きさ別と波周期とに区分して地域別に平均的な頻度を示した図面である。
【図８】図８は２００８年と２００９年の波浪の平均特性を把握するために有義波高の年平均と最大値とを示した図面である。
【図９】図９は高い有義波高を発生させた主要台風らの進路を示した図面である。
【図１０】図１０は波浪の有義波高に最大の影響を及ぼす最大海上風の風速を示した図面である。
【図１１】図１１は２００８年と２００９年二つの台風が影響を及ぼす期間の間の最大有義波高及び波周期を示した図面である。
【図１２】図１２は台風カルマエギ(KALMAEGI)とモーラコット(MORAKOT)が大韓民国に影響を及ぼす期間の間に波浪予測モデルで予測された有義波高と海洋部の観測結果との予報時間別のばらつきを示した図面である。
【図１３】図１３は防波堤データの一例として北防波堤堤幹部の断面図を示す。
【図１４】図１４は防波堤データの他の例として北防波堤堤頭部の断面図を示す。
【図１５】図１５は防波堤データのまた他の例として南防波堤堤幹部の断面図を示す。
【図１６】図１６は防波堤データのまた他の例として南防波堤堤頭部の断面図を示す。
【図１７】図１７は防波堤データのまた他の例として波形ブロックの親水護岸断面図を示す。
【図１８】図１８は防波堤データのまた他の例として廃タイヤの親水護岸断面図を示す。
【図１９】図１９は北防波堤に対する断面の実験結果を示した図面である。
【図２０】図２０は北防波堤に対する越波量の実験結果を示した図面である。
【図２１】図２１は北防波堤に対する反射率の実験結果を示した図面である。
【図２２】図２２は北防波堤に対する伝達波の実験結果を示した図面である。
【図２３】図２３は南防波堤に対する断面の実験結果を示した図面である。
【図２４】図２４は南防波堤に対する越波量の実験結果を示した図面である。
【図２５】図２５は南防波堤に対する反射率の実験結果を示した図面である。
【図２６】図２６は親水護岸の断面の実験結果を示した図面である。
【図２７】図２７は本発明の他の実施例による３次元防波堤シミュレーションシステムを概略的に示した図面である。
【図２８】図２８は本発明の一実施例による３次元防波堤シミュレーション方法を示した流れ図である。
【図２９】図２９は本発明の他の実施例による３次元防波堤シミュレーション方法を示した流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施例による３次元防波堤シミュレーションシステム及びそのシミュレーション方法を詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施例による３次元防波堤シミュレーションシステムを概略的に示した図面である。
【００２８】
図１を参照すれば、本発明の一実施例による３次元防波堤シミュレーションシステム１００は、波浪データ記憶部１０２、波浪モデル生成部１０４、防波堤データ記憶部１０６、防波堤モデル生成部１０８、防波特性予測部１１０、波浪データ選択部１１２、波浪数値解釈部１１４、防波堤データ選択部１１６、碎波数値解釈部１１８及び碎波モデル生成部１２０を含むことができる。
【００２９】
波浪データ記憶部１０２は、地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データを記憶する。気象庁はＷＡＭ(Wave Model)モデルを取り替える地域波浪予測システム(ＲＷＷ３:Regional Wave Watch III)を開発して２００８年から正式運営中にある。波浪データ記憶部１０２は韓半島周辺海域の特性を分析するために２００８年と２００９年のＲＷＷ３の予測結果と海洋気象ブイ(buoy)の観測結果を比較検証して記憶する。
【００３０】
波浪モデル生成部１０４は、波浪データ記憶部１０２に記憶された波浪特性データに基礎して波浪モデルを予測し、予測された波浪モデルに基礎して３次元の波浪モデルを生成する。この時、波浪モデル生成部１０４は大韓民国に直、間接的な影響を与えた台風のうちでカルマエギ(KALMAEGI)とモーラコット(MORAKOT)を選定して波浪予測システムによって算出された波浪の予測正確度を算出する。
【００３１】
ＲＷＷ３は北西太平洋を含む経度１１５゜Ｅ〜１５０゜Ｅ、緯度２０゜Ｎ〜５０゜Ｎ領域(図２参照)であり、解像度は緯、経度が等しく１/１２゜に設定されている。モデル遂行は気象庁のスパコン２号基を通じて一日に２回ずつ００ＵＴＣ(Universal Time Coordinated)と１２ＵＴＣで遂行されて波浪予測結果を算出する。波浪モデルの入力場は気象庁大気モデル資料のうちで海上風を使用する。本発明の実施例ではＫＷＲＦ(Korea Weather Research and Forecasting)モデル結果を入力場で活用して３時間間隔の波浪モデル資料を分析した。モデルによって予測された有義波高は気象庁で運営中である海洋気象観測ブイの観測結果と比べた。図３には本発明の実施例で使用された総５個の海洋気象観測ブイの位置を示した。観測ブイは風向き、風速、気圧、気温、相対湿度、水温、最大波高、有義波高、波向、波周期などを観測して、毎日１時間の間隔で実時間資料を収集する。このように収集された資料は波浪特性データで波浪データ記憶部１０２に記憶されて、波浪モデル生成部１０４は波浪データ記憶部１０２に記憶された波浪特性データに基礎して波浪予測モデルを予測して、予測された波浪予測モデルに基礎してコンピューター上で実行される３次元のグラフィック波浪モデルを生成することができる。
【００３２】
図４は、２００８年と２００９年の１年の間の時系列のブイ観測資料の例を示した図面である。波浪モデル生成部１０４は時系列のブイ観測資料を波浪予測モデルで予測された有義波高の１日平均値と比べて数学式１のように相関度を計算することができる。
【００３３】
【数１】
2015512108.tif 000003
【００３４】
数学式１でＮは検証資料の個数であり、ＹｍｏｄとＹｏｂｓはそれぞれ波浪予測モデル及び観測値、
【００３５】
【数２】
2015512108.tif 000004
【００３６】
と
【００３７】
【数３】
2015512108.tif 000005
【００３８】
はそれぞれ波浪予測モデル及び観測値の時系列平均を示す。
【００３９】
モデル資料は一日二回生産される総４８時間の３時間間隔の時系列予測資料結果と実時間で気象庁で運営中である５個ブイのうちで２００８年西海(徳積島、七発島)と２００９年南海(巨文島、巨済島)支点で比べることができる。西海で観測された冬季の３ｍの高い有義波高と南海での夏季及び秋季に観測された高い有義波高を波浪予測モデルがよく謨議しているし、すべてのブイ支点比較で０．８以上の高い相関度を見せるものとして示し、波浪予測モデルが有義波高をまともに予測していることを分かる。
【００４０】
図５は、２００８年と２００９年の１月から１２月まで予測正確度を１２、２４、３６、４８予測時間で分けて月別に波浪予測モデルと観測との間の有義波高ＲＭＳＥ(Root Mean Square Error)を示した図面である。平均統計的数値は表１に整理したようである。
【００４１】
【表１】
2015512108.tif 000006
【００４２】
本発明の実施例と同一なモデル結果を活用した研究結果によれば、２００６年と２００７年の１２時間予測と観測の有義波高ＲＭＳＥは０．３７ｍであることを示した。本発明の実施例で２００８年と２００９年の１２時間予測正確度はそれぞれ０．３６４と０．４０８ｍを示したし、２００８年の場合２４(４８)予報時間別の全体平均ばらつきは０．１８５(０．２７３)ｍの正確度を示したし、ＲＭＳＥは０．４２８(０．５４０)ｍを示した。ばらつきの場合すべての支点で陽のばらつき、すなわち、モデルで予測した有義波高がブイ観測値に比べて高く謨議していることを分かる。
【００４３】
図６は、４８時間予測海上風と図３のブイ５個支点での観測海上風の月別平均予測正確度を示した図面である。図６を参照すれば、入力で使用された海上風の予測誤差の小さな場合が有義波高の予測正確度も高く現われたし、有義波高の予測誤差が一番少なかった９月と１０月の海上風予測正確度が一番良く現われたことを分かる。
【００４４】
図７は、１年の間の３時間間隔の全体波浪予測資料を利用して有義波高の大きさ別(０〜１ｍ、１〜２ｍ、２〜３ｍ、３〜４ｍ、４〜５ｍ、５ｍ以上)と波周期(５秒以下、５〜６秒、６〜７秒、７〜８秒、８〜９秒、９〜１０秒、１０秒以上)で区分し、地域別(西海、南海、東海)に平均的な頻度を示した図面である。２００８年の有義波高の平均的な頻度を見れば、夏季に３ｍ以上の高い有義波高が現われないが、冬季、特に、東海で高い有義波高が１２〜３月まで現われることを分かる。２００９年にも２００８年と月別特性が似ているが、２００８年に比べて夏季に西海と南海で３ｍ以上の高い有義波高が現われたことで分かる。波周期の場合は２００８年に西海と南海で７月と９月に大きい周期の波が沿岸に発生したものとして現われたし、２００９年には夏季に比べて冬季に大きい周期の波が現われた。また、東海の場合が西海、南海に比べて大きい周期の波が月別にたくさん発生したものとして把握された。
【００４５】
図８は、２００８年と２００９年の波浪の平均特性を把握するために有義波高の年平均と最大値を示した図面である。図８には、波長と波周期の年平均も共に示した。年平均有義波高の場合２００８年に２．５ｍ以上の有義波高が日本東太平洋海域に現われることを除けば、２００８年と２００９年の有義波高年平均の空間分布で大きい差を見せていない。波長と波周期の場合も平均的な空間分布は年度別に大きい差を見せない。しかし、２００８年が２００９年に比べて長い波長の波が日本東側に北西太平洋海域に現われることを分かる。大韓民国の周辺海域の場合は２００９年に５０ｍ波長の波が全海域にかけて分布したことで現われたし、波周期の場合も２００８年に比べて２００９年が長い周期の波特性を平均的な空間分布で確認することができる。
【００４６】
最大有義波高の場合は、台風の影響で年度別に差が現われている。２００８年には台湾の東側海域で最大１２ｍの有義波高を示しているが、これは７月の７号台風カルマエギ(KALMAEGI)、８号台風Fung-Wongと９月には１３号台風Sinlakuの影響で台湾周辺で高い有義波高が発生したものとして思われる。北西太平洋の中央地域にも台風進路に沿った非常に高い有義波高最大値を示しているが、これは２号台風Rammasunrhk５号台風Nakriの影響であると思われる。
【００４７】
２００９年の最大有義波高は、２００８年と比べてもうすこし複雑な様相を示している。日本南部太平洋海域で二つの非常に高い最大有義波高を示しているが、これは１２号台風Dujuanと１４号台風Choi-wanの影響が大きく現われていることを分かる。また、２００８年と類似に２００９年にも台湾の東側海域が非常に高い有義波高を示すが、これは８号台風モーラコット(MORAKOT)の影響が大きかったことが分かる。
【００４８】
図９は、高い有義波高を発生させた主要台風らの進路を示した図面であり、図１０は、波浪の有義波高に最大の影響を及ぼす最大海上風の風速を示した図面である。図９及び図１０を参照すれば、前述した最大有義波高のように台風進路によって非常に強い最大海上風を示している。すなわち、台風の強さによって２０〜４５ｍ/sの最大海上風の風速を見せているし、２００８年に比べて台風の数は少なかったが強さが強かった２００９年の場合が最大海上風の風速が強く現われたことを分かる。
【００４９】
２００８年と２００９年に大韓民国に一番近接した台風カルマエギ(KALMAEGI)とモーラコット(MORAKOT)の期間中に波浪予測モデルの予報正確度を算出した結果、カルマエギ(KALMAEGI)は２００８年７月１３日０６ＵＴＣにフィリピンの北東側で発生して７月１８日頃に台湾に上陸したし、以後上海の南西側近所でＴＤ(Tropical Depression:１７ｍ/s未満)級に弱化されたし、以後北東進したし、大韓民国の黄海で熱帯低圧部に弱化された。台風モーラコット(MORAKOT)は、２００９年８月３日に日本沖繩の東南東側略９７０ｋｍ近所の海上で発生して、７日０時に台湾の南東側２２０ｋｍ近所の海上で９４５ｈＰａ、最大風速４０ｍ/ｓを記録してＴＹ(Typhoon:３３ｍ/ｓ以上)級で最大に発達した。
【００５０】
図１１は、２００８年と２００９年二つの台風が影響を及ぼす期間の間の最大有義波高及び波周期を示した図面である。台風カルマエギ(KALMAEGI)の場合に台風進路に沿って台湾の東側海域と琉球列島南部地方に最大８ｍの有義波高を示している。台風カルマエギ(KALMAEGI)に比べて強さが強かったモーラコット(MORAKOT)は、進路に沿って非常に広い地域にかけて１０ｍ以上の最大有義波高を示しているが、特に、台湾沿岸と琉球列島にかけて広い地域に影響を及ぼしている。波周期も台風進路に沿って１０秒以上の長い周期の波らが広い地域にかけて分布することを分かる。
【００５１】
図１２は、台風カルマエギ(KALMAEGI)とモーラコット(MORAKOT)が大韓民国に影響を及ぼす期間の間に波浪予測モデルで予測された有義波高と海洋ブイ観測結果との予報時間別(１２、２４、３６、４８時間)ばらつきを示した図面である。台風カルマエギ(KALMAEGI)が大韓民国に接近時に巨文島ブイ比較で一番小さなばらつきを見せるが、西海ブイ(徳積島、七発島)と東海ブイの比較で相対的に大きい誤差を示した。
【００５２】
以上で説明したように波浪モデル生成部１０４は、波浪データ記憶部１０２に記憶された波浪特性データの地域及び時期による波高、波長、周期、波向などの波浪特性データを入力として３次元のグラフィック波浪モデルを生成し、生成された波浪モデルをコンピューター上の画面に表示することができる。
【００５３】
防波堤データ記憶部１０６は、防波堤が設置される水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データを記憶する。例えば、防波堤データ記憶部１０６は図１３に示したように、北防波堤堤幹部の形状に対する断面図の特性データを記憶することができる。
【００５４】
北防波堤堤幹部はカーテン式で構成されて、堤体設置水深はＤ．Ｌ(-)７．６５ｍであり、堤体の下部はＳ．Ｓ．Ｐ Pile(１，０００、１４t)をＤ．Ｌ(-)２２．４mまで掘削埋設し、前面２５ｍｍ Precast Conc． Wallを使ってＤＬ(-)１．７０ｍからＤＬ(-)９．００ｍまで設置することができる。また、天端高はＤＬ(＋)４．００ｍであり、常置コンクリートの幅は６．５ｍで仮定する。
【００５５】
また、防波堤データ記憶部１０６は、図１４に示したように、北防波堤堤頭部形状の断面図特性を記憶することもできる。北防波堤堤頭部はカーテン式で構成されて、堤体設置水深はＤ．Ｌ(-)１０．２０ｍであり、堤体の下部はＳ．Ｓ．Ｐ Pile(１，０００、１４t)をＤ．Ｌ(-)２０．６ｍまで掘削して埋設し、前面２５ｍｍ Precast Conc． Wallを使ってＤＬ(-)１．７０ｍからＤＬ(-)９．００ｍまで設置することができる。天端高はＤＬ(+)４．００ｍであり、常置コンクリートの幅は９．７５ｍで仮定することができる。
【００５６】
また、防波堤データ記憶部１０６は、図１５に示したように、南防波堤堤幹部形状の断面図特性を記憶することもできる。南防波堤堤幹部は捨石傾斜堤形式であり、堤体設置水深はＤ．Ｌ(-)１２．００ｍである。護岸の下部はＤ．Ｌ(-)１８．３５ｍまで掘削して０．０３０ｍ３/ｅａ以下の基礎捨石を強制置換し、堤体捨石は０．０１５ ｍ３/ｅａ〜０．０３０ ｍ３/ｅａ、前面被覆石の場合ＤＬ(-)５．００ｍまでは０．８ ｍ３/ｅａの被覆石を被覆し、下部は０．２ ｍ３/ｅａの被覆石を使って、背後面被覆石はＤＬ(-)２．５０ｍまでは０．７ ｍ３/ｅａの被覆石を被覆し、下部は０．２ ｍ３/ｅａの被覆石を使用することができる。常置コンクリートの幅は６．００ｍであり、天端高はＤＬ(+)６．００ｍである。
【００５７】
また、防波堤データ記憶部１０６は図１６に示したように、南防波堤堤頭部形状の断面図特性を記憶することもできる。南防波堤堤頭部は捨石傾斜堤形式であり、堤体設置水深はＤ．Ｌ(-)１２．００ｍである。護岸の下部はＤ．Ｌ(-)１８．３５ｍまで掘削して０．０３０ ｍ３/ｅａ以下の基礎捨石を強制置換して、堤体捨石は０．０１５ ｍ３/ｅａ〜０．０３０ ｍ３/ｅａ、被覆石の場合ＤＬ(-)５．００ｍまでは０．８ ｍ３/ｅａの被覆石を被覆し、下部は０．２ ｍ３/ｅａの被覆石を使用する。常置コンクリートの幅は９．００ｍであり、天端高はＤＬ(+)６．００ｍ、そして肩幅は３．００ｍである。
【００５８】
また、防波堤データ記憶部１０６は図１７に示したように、波形ブロックの親水護岸の断面図特性を記憶することもできる。波形ブロックの親水護岸防波堤は捨石傾斜堤形式であり、前面に波形ブロックを設置したし、堤体設置水深はＤ．Ｌ(-)４．５０ｍである。また、堤体捨石は０．０３０ ｍ３/ｅａ以下であり、前面被覆はＤＬ(+)０．１１２ｍの上部には波形ブロックを下部には０．２ ｍ３/ｅａの被覆石を使用する。Bermを設置して潮汐体験区間を適用する。
【００５９】
また、防波堤データ記憶部１０６は図１８に示したように、廃タイヤの親水護岸断面図特性を記憶することもできる。廃タイヤ親水護岸防波堤は捨石傾斜堤形式であり、前面の被覆は廃タイヤを利用する。堤体設置水深はＤ．Ｌ(-)４．５０ｍである。堤体捨石は０．０３０ ｍ３/ｅａ以下であり、前面被覆はＤＬ(+)０．８０ｍに幅２．５０ｍのBermを設置し、外部には廃タイヤを利用する。
【００６０】
図１３乃至図１８には防波堤データ記憶部１０６が防波堤特性データの例として北防波堤堤幹部、北防波堤堤頭部、南防波堤堤幹部、南防波堤堤頭部、波形ブロック親水護岸及び廃タイヤ親水護岸の断面図特性を記憶するものとして示して説明したが、防波堤データ記憶部１０６は北防波堤堤幹部、北防波堤堤頭部、南防波堤堤幹部、南防波堤堤頭部、波形ブロック親水護岸及び廃タイヤ親水護岸の防波堤特性データに限定しないで多様な位置の防波堤に対する特性データを記憶することもできる。また、防波堤データ記憶部１０６は防波堤の断面図特性以外に防波堤の外海面及び内海面の表面強度、孔隙率などに対する特性データを記憶することもできる。
【００６１】
防波堤モデル生成部１０８は、防波堤データ記憶部１０６に記憶された防波堤特性データに基礎してコンピューターで実行される３次元のグラフィック防波堤モデルを生成することができる。すなわち、防波堤モデル生成部１０８は防波堤が設置される位置の水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率などの防波堤特性データを入力データにしてそれに対応する３次元のグラフィック防波堤モデルを具現してコンピューター上の画面に表示することができる。
【００６２】
防波特性予測部１１０は防波堤モデル生成部１０８によって生成された防波堤特性データによる波浪モデルの半波係数、越波量、防波堤の安定度を含む半波特性を予測する。このために防波特性予測部１１０は波浪予測モデル及び防波堤モデルの防波堤特性データに基礎して波浪の碎波を数値解釈して、それによる半波特性を予測することができる。これに対しては後述する。
【００６３】
波浪データ選択部１１２は波浪データ記憶部１０２に記憶された波浪特性データのうちで少なくとも一つの波浪特性データを選択する。例えば、波浪データ選択部１１２は波浪データ記憶部１０２に記憶された波浪特性データのうちで２００８年７月１３日に対する波浪特性データを選択することができる。この場合、波浪モデル生成部１０４は波浪データ選択部１１２によって選択された波浪特性データに対応して３次元のグラフィック波浪モデルを生成することができる。
【００６４】
波浪数値解釈部１１４は波浪データ選択部１１２によって選択された波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈することができる。
【００６５】
海洋での波浪は波高、波長、周期及び波向がお互いに異なる複数の規則的な成分波が合されて構成されている。このような仮定に基礎して波浪調和解釈によって振動数、振幅、位相が異なる複数の正弦波(Sinusoidal wave)で分解して、海水面での波の性質を解き明かす方法をスペクトラル(Spectral)解釈であると言う。波浪数値モデルはスペクトラルの概念を利用して波浪スペクトラムエネルギーが保存されるという仮定を数学式２のような基本方程式で使っている。
【００６６】
【数４】
2015512108.tif 000007
【００６７】
数学式２の左辺初項は、波浪スペクトラムエネルギーの局地的変化率を示して、二番目の項は波浪スペクトラムエネルギーが群速度(Group velocity)及び海流速度による移流を示す。波浪スペクトラムを振動数だけではなくて、方向性θを有する２次元で確張すれば、Ｅ(ｆ、θ)はＥ(ｆ、θ)=Ｅ(ｆ)Ｇ(ｆ、θ)で示すことができるし、Ｇ(ｆ、θ)は
【００６８】
【数５】
2015512108.tif 000008
【００６９】
で定義される方向分布関数と言う。すなわち、波浪スペクトラムＥ(ｆ、θ)はエネルギー密度Ｅ(ｆ)がＧ(ｆ、θ)の方向性を有しながら分布していると思えば良い。広く使用される方向分布関数は数学式３のようなｃｏｓ２関数である。
【００７０】
【数６】
2015512108.tif 000009
【００７１】
数学式２の右辺は源泉関数らを示すが、Ｓｉｎは海上風によるエネルギー増加項であり、Ｓｎｌは成分波相互間の非線形エネルギー交換項、Ｓｄｓは摩擦及び粘性等によるエネルギー消失項を示す。平面座標系(Cartesian coordinate)の形態の数学式２を球面座標系(Spherical coordinate)式で表現した数学式４がモデルで使用されることができる。
【００７２】
【数７】
2015512108.tif 000010
【００７３】
本発明で使用される波浪モデル結果は、前述したように現在気象庁で予報に活用している地域波浪予測モデル(ＲＷＷ３)結果を利用することができる。ＲＷＷ３はTolmanによって開発されたＷＷ３モデルを根幹にしている。ＷＷ３モデルは成分波相互間の非線形エネルギー伝達項を明示上に計算して時間的、空間的に変化する海上風及び海流、潮流の効果をエネルギー消散、海底面との相互作用によるエネルギー損失(Dissipation)まで考慮している第３世代波浪モデルである。数学式４が適用されたＷＷ３モデルの基本式は数学式５乃至数学式８のようである。
【００７４】
【数８】
2015512108.tif 000011
【００７５】
【数９】
2015512108.tif 000012
【００７６】
【数１０】
2015512108.tif 000013
【００７７】
【数１１】
2015512108.tif 000014
【００７８】
ＵθとＵλは、それぞれ海流の南北、東西方向の成分を示して数学式８は球面座標系で最短距離移動による修正項を含んでいる。
【００７９】
このような方法で波浪数値解釈部１１４は、波浪データ選択部１１２によって選択された波浪特性データを数値解釈することができるし、波浪モデル生成部１０４は波浪数値解釈部１１４によって数値解釈された波浪に基礎して３次元のグラフィック波浪モデルを生成することができる。
【００８０】
防波堤データ選択部１１６は、防波堤データ記憶部１０６のうちで少なくとも一つの防波堤特性データを選択することができる。すなわち、防波堤データ選択部１１６は防波堤データ記憶部１０６に記憶された防波堤が設置される位置の水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率などに対する防波堤特性データのうちで任意の防波堤特性データを選択することができる。この場合、防波堤モデル生成部１０８は防波堤データ選択部１１６によって選択された防波堤特性データによって防波堤モデルの防波堤特性データを変更することができる。
【００８１】
碎波数値解釈部１１８は防波堤モデル生成部１０８によって生成された防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する。すなわち、碎波数値解釈部１１８は波浪数値解釈部１１４によって数値解釈された波浪が防波モデルの防波堤特性データによってどのように変化されるかを解釈することができる。
【００８２】
碎波は波浪が傾いた海岸に進行されて入って来る時に海底の抵抗で波浪の進行速度が水粒子の円運動速度より遅くなって壊れる波浪を言う。碎波が起きる条件は水深が波高の１．２８倍より少なくなった時、波形傾斜が１/７より大きくなった時に起きる。
【００８３】
碎波は通常的にその形態によって崩れ波(spilling breakers)、巻き波(plunging breakers)、砕け波(surging breakers)で区分する。崩れ波は徐徐にこわれる波を言って、巻き波は巻き上げながらこわれる波を言って、砕け波は崖辺りで全体が崩れながら押し寄せる波を言う。
【００８４】
一般に、防波堤構造物は沿岸から所定距離が離れた地域に設置されるので、本発明の実施例ではこのような碎波と区分して発生初期の安定碎波(steady breaker)をモデルにする。ここで、安定碎波は自由表面の発達によって波高の頂上(crest)近所に蓄積された余剰エネルギーがオーバーターニング(overturning)または、逆流(backward flow)をしないで一定範囲で安定した形状を維持するメカニズム(mechanism)を有する。安定碎波の発生スレッシュホールド条件を得るためには速度ポテンシャル、圧力、自由表面波高に撹乱(disturbance)を取り入れて、連続方程式、圧力条件、自由表面運動(kinematic)条件を適用する。そして、モメンタム方程式を利用して自由表面の曲率ｋと円周力Ｍとの関係を求めれば、数学式９のような臨海条件式Ｃｒを得ることができる。
【００８５】
【数１２】
2015512108.tif 000015
【００８６】
数学式９でＵは流体速度であり、カッコ内二番目の項は連続方程式によって-∂W/∂nでおくことができる。ここで、Ｍは-ｇで近似であり、波頂でｎｚ≒１で仮定すれば、数学式１０のようになる。
【００８７】
【数１３】
2015512108.tif 000016
【００８８】
数学式１０でΔは、微小距離ｈδｓの増分を意味する。ζ０はベルヌーイ方程式によってＵ代わりに使用する。自由表面波高増分を局所波長Ｕ２/ｇで分けた値が円周力の法泉増分より大きくなる時に自由表面が不安定になることを見せるようになる。Ｍは円周(circumferential)方向の力で数学式１１と同じである。
【００８９】
【数１４】
2015512108.tif 000017
【００９０】
ここで、ｓは自由表面の有線方向座標、ｎは垂直方向ベクター、ｈはメトリック(metric)係数、ｎｚはｚに対するｎの方向コサインを意味する。Ｕｓはｓ-方向の流れの速度成分、Ｋは自由表面の曲率、ｇは重力加速度であり、ここで、ｎｚ≒１及び∂/h∂s≒∂/∂xを仮定すれば、数学式９は数学式１２のように近似化することができる。
【００９１】
【数１５】
2015512108.tif 000018
【００９２】
ここで、
【００９３】
【数１６】
2015512108.tif 000019
【００９４】
であり、Ｍは常に負数であるのでxに関するＭ/Ｕｓの負の勾配は自由表面が不安定になる可能性を見せるようになる。
【００９５】
次に、安定碎波の基礎方程式に対する数値モデル及び離散化を詳しく見る。
【００９６】
数値解釈は、Navier-Stokes方程式を解いて遂行し、時間ｔ＝ｎ＋１で速度ｕ、ｖ、ｗは数学式１４のようになる。時間ｔは、Ｌ/Ｕ０で無次元化したし、ここで、Ｌは物体の長さであり、Ｕ０は均一流れの速度である。
【００９７】
【数１７】
2015512108.tif 000020
【００９８】
ここで、
【００９９】
【数１８】
2015512108.tif 000021
【０１００】
そして、
【０１０１】
【数１９】
2015512108.tif 000022
【０１０２】
【数２０】
2015512108.tif 000023
【０１０３】
であり、数学式１４をｘ、ｙ、ｚに関して微分すれば数学式１８のようになる。
【０１０４】
【数２１】
2015512108.tif 000024
【０１０５】
数学式１８の最後の項は、連続方程式を満足すれば０になって、Poisson方程式は弛緩(relaxation)法を適用して解くことができる。ｔ＝ｎ＋１で自由表面は数学式１９による格子移動によって遂行される。
【０１０６】
【数２２】
2015512108.tif 000025
【０１０７】
計算領域を単純化するために変換が必要であるが、数学式２０は数値計算のための座標変換を見せてくれる。
【０１０８】
【数２３】
2015512108.tif 000026
【０１０９】
座標変換をすれば数学式２０は数学式２１のようになる。
【０１１０】
【数２４】
2015512108.tif 000027
【０１１１】
ここで、Ｕ、Ｖ、Ｗは反変ベクター(contravariant)速度、Ｋは圧力勾配、ＲＥＳＹＦはレイノルズ応力項である。効率的な計算のために格子数がお互いに異なる三重格子法を取り入れた。これは、方程式の各項にお互いに異なる格子を使用することを意味する。一番目は対流項、二番目はPoisson方程式、三番目は自由表面方程式である。自由表面方程式は対流項の４倍の格子数を適用したし、Poisson方程式は対流項の半分の格子を使った。
【０１１２】
図１９は、北防波堤に対する断面の実験結果を示した図面であり、図２０は北防波堤に対する越波量の実験結果を示した図面である。また、図２１は北防波堤に対する反射率の実験結果を示した図面であり、図２２は北防波堤に対する伝達波の実験結果を示した図面である。
【０１１３】
北防波堤堤幹部は設計波浪条件では越波が高波浪条件で数回発生するが、越波量換算結果ほとんどないものとして現われて、波高１．４ｍの条件で０．００９ ｍ３/ｍ/ｓｅｃの越波量が発生した。また、入射する波浪は防波堤前面に沿って昇降して壁面で挙動するものとして現われて、設計波浪を超過した１．８ｍの波浪が来襲する場合に不規則波浪のうちで高波浪の来襲時に波浪が天端を超過する現象を見せて、越波が発生する。また、入射する波浪条件が２．８ｍでは波浪の大部分が越波して、越波量の発生は急激に増加して、天端高を上回る波浪によって背後面の伝達波高も高く現われる。反射率は大部分０．５から０．６の値を見せて、伝達率は大部分３０％〜４０％であり、入射する波浪が背後面の波浪に比べて前面の入射波高が相対的に小さい場合伝達率が大きく現われる。
【０１１４】
北防波堤堤頭部は、北防波堤堤幹部に比べて高い設計波浪条件でさらに多い越波が発生しているが、発生する越波量は０．０１４ ｍ３/ｍ/ｓｅｃですこし少ない越波量が発生して、波高の増加によって有義波高２．５ｍを超過する条件では越波量の急激な増加を持って来て、相対的に小さな設計波浪条件によって不規則波浪のうちで高い波浪が来襲する時にも防波堤前面に沿って昇降して壁面で挙動する。また、設計波浪を超過した２．５ｍ以上の波浪が来襲する場合波浪のうちで高波浪の来襲時に波浪が天端を超過する現象を見せて、越波が発生して、入射する波浪条件が２．８ｍでは波浪の大部分が越波して、越波量の発生は急激に増加し、天端高を上回る波浪によって背後面の伝達波高も高く現われる。反射率は大部分０．５から０．６の値を見せて、伝達波高は波高が低い条件では入射する波浪が背後面の波浪に比べて前面の入射する波浪が相対的に小くなって伝達率が大きく現われる。
【０１１５】
また、波浪条件が０．６ｍから１．５ｍの小さな条件であり、各条件に対して堤幹部、堤頭部の安全性はすべて良好なものとして現われた。
【０１１６】
また、周期が長くて入射波高が非常に少ない時は相対的に伝達係数が増加しているが、北防波堤は越波と透過波の影響で大部分３０％〜４０％の伝達率を見せる。
【０１１７】
図２３は、南防波堤に対する断面の実験結果を示した図面であり、図２４は南防波堤に対する越波量の実験結果を示した図面であり、図２５は南防波堤に対する反射率の実験結果を示した図面である。
【０１１８】
南防波堤堤幹部区間の場合に設計波浪条件が１．５ｍであり、傾斜堤で構成されていて設計波浪条件では越波量が発生しないで、波高２．５ｍである時０．０１２ｍ３/m/secの越波量が発生する。入射する波浪は設計波浪条件では大部分斜面上で挙動する。設計波浪を超過した２．５ｍの波浪が来襲する場合波浪のうちで高波浪の来襲時に遡上された波浪が常置コンクリートとぶつかって越流して、反射率は大部分捨石傾斜堤の一般的な範囲である０．３から０．５の範囲を見せて、高い波浪条件でも前面捨石の挙動はない。
【０１１９】
南防波堤堤頭部区間の場合に設計波浪条件が２．５ｍであり、傾斜堤で構成されている。天端高は堤幹部と同一なＤＬ(+)６．００ｍである。したがって、堤幹部よりはすこし高い越波量が発生する。設計波高である２．５ｍである時０．０１３ｍ３/ｍ/ｓｅｃの越波量が発生する。入射する波浪は設計波浪条件では斜面上で挙動して不規則波のうちで高波浪条件では越波が発生する。設計波浪を超過した３．３ｍの波浪が来襲する場合に波浪のうちで高波浪の来襲時に遡上された波浪が常置コンクリートとぶつかって、天端を超過した波浪に越流する。反射率は大部分捨石傾斜堤の一般な範囲である０．３から０．５の範囲を見せて、設計波浪条件を超過した３．３ｍの高い波浪条件では前面捨石の一部が移動破壊される。
【０１２０】
図２６は、親水護岸の断面の実験結果を示した図面である。
【０１２１】
親水護岸の防波堤は設計波浪条件で越波は発生しなかったし、パラペットがないので、越波が発生する条件の波高では越波量の急激な増加を見せる。また、親水護岸防波堤は複合断面形状に波形傾斜が少なくて反射率は比較的少ない０．３程度であり、入射波浪の斜面上の挙動に対して消波ブロック及び前面の捨石すべて安定なものとして現われた。
【０１２２】
碎波モデル生成部１２０は、碎波数値解釈部１１８によって解釈された結果に基礎して波浪モデルに対応する碎波モデルを生成することができる。すなわち、碎波モデル生成部１２０は碎波数値解釈部１１８によって波浪が防波堤モデルの防波堤特性によって越波が発生したものとして解釈されれば、それによって３次元のグラフィック波浪モデルに対して越波が発生する碎波モデルを生成して表示することができる。
【０１２３】
図２７は、本発明の他の実施例による３次元防波堤シミュレーションシステムを概略的に示した図面である。
【０１２４】
図２７を参照すれば、本発明の他の実施例による３次元防波堤シミュレーションシステム２００は波浪モデル生成部２１０、防波堤モデル生成部２２０、防波特性予測部２３０、波浪数値解釈部２４０、碎波数値解釈部２５０及び碎波モデル生成部２６０を含むことができる。ここで、波浪モデル生成部２１０、防波堤モデル生成部２２０、防波特性予測部２３０、波浪数値解釈部２４０、碎波数値解釈部２５０及び碎波モデル生成部２６０のそれぞれの動作及び機能は、図１の波浪モデル生成部１０４、防波堤モデル生成部１０８、防波特性予測部１１０、波浪数値解釈部１１４、碎波数値解釈部１１８及び碎波モデル生成部１２０の動作及び機能と類似であるので、その詳細な説明を略する。但し、波浪モデル生成部２１０はＲＷＷ３のような波浪予測システムと連動して波浪特性データを受信することができるし、波浪予測システムによって受信された波浪特性データに基礎して３次元のグラフィック波浪モデルを生成することができる。
【０１２５】
図２８は、本発明の一実施例による３次元防波堤シミュレーション方法を示した流れ図である。
【０１２６】
図１及び図２８を参照すれば、波浪データ記憶部１０２は地域及び時期による波浪の波高、波長、周期、波向中の少なくとも一つを含む波浪特性データを記憶する(Ｓ１０２)。
【０１２７】
防波堤データ記憶部１０６は、防波堤が設置される水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率中の少なくとも一つを含む防波堤特性データを記憶する(Ｓ１０４)。
【０１２８】
波浪データ選択部１１２は、波浪データ記憶部１０２に記憶された波浪特性データのうちで少なくとも一つの波浪特性データを選択する(Ｓ１０６)。
【０１２９】
波浪数値解釈部１１４は、波浪データ選択部１１２によって選択された波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈することができる(Ｓ１０８)。
【０１３０】
波浪モデル生成部１０４は波浪数値解釈部１１４によって数値解釈された結果データを入力として３次元のグラフィック波浪モデルを生成することができる(Ｓ１１０)。
【０１３１】
防波堤データ選択部１１６は、防波堤データ記憶部１０６のうちで少なくとも一つの防波堤特性データを選択することができる(Ｓ１１２)。すなわち、防波堤データ選択部１１６は防波堤データ記憶部１０６に記憶された防波堤が設置される位置の水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率などに対する防波堤特性データのうちで任意の防波堤特性データを選択することができる。
【０１３２】
防波堤モデル生成部１０８は、防波堤データ選択部１１６によって選択された防波堤特性データによって防波堤モデルを生成することができる(Ｓ１１４)。すなわち、防波堤モデル生成部１０８は防波堤データ選択部１１６によって選択された防波堤が設置される位置の水深、防波堤形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率などを入力データとして３次元のグラフィック防波堤モデルを生成することができる。
【０１３３】
碎波数値解釈部１１８は、防波堤モデル生成部１０８によって生成された防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する(Ｓ１１６)。すなわち、碎波数値解釈部１１８は波浪数値解釈部１１４によって数値解釈された波浪が防波モデルの防波堤特性データによってどのように変化されるかを解釈することができる。
【０１３４】
防波特性予測部１１０は碎波の波高、形状、波圧などを解釈して防波堤モデルの防波堤特性データによる波浪モデルの半波係数、越波量、防波堤の安定度などの半波特性を予測する(Ｓ１１８)。
【０１３５】
碎波モデル生成部１２０は、碎波数値解釈部１１８によって解釈された結果に基礎して波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する(Ｓ１２０)。すなわち、碎波モデル生成部１２０は碎波数値解釈部１１８に解釈された結果及び波浪数値解釈部１１４によって解釈された結果を比べて、それによって３次元のグラフィック波浪モデルに対して変形された３次元のグラフィック碎波モデルを生成することができる。
【０１３６】
図２９は、本発明の他の実施例による３次元防波堤シミュレーション方法を示した流れ図である。
【０１３７】
図２７及び図２９を参照すれば、波浪数値解釈部２４０はＲＷＷ３のような波浪予測システムと連動して波浪特性データを受信することができるし、受信された波浪特性データに基礎して波浪を数値解釈することができる(Ｓ２０２)。
【０１３８】
波浪モデル生成部２１０は、波浪数値解釈部２４０によって数値解釈された結果データを入力として３次元のグラフィック波浪モデルを生成する(Ｓ２０４)。
【０１３９】
防波堤モデル生成部２２０は、防波堤が設置される位置の水深、防波堤の形状、高さ、幅、表面強度、孔隙率などに対する防波堤特性データを入力データにして３次元のグラフィック防波堤モデルを生成する(Ｓ２０６)。
【０１４０】
碎波数値解釈部２５０は、防波堤モデル生成部２２０によって生成された防波堤モデルに対応する防波堤特性データに基礎して波浪モデル生成部２１０によって生成された波浪モデルに対応する碎波の数値を解釈する(Ｓ２０８)。すなわち、碎波数値解釈部２５０は波浪数値解釈部２４０によって数値解釈された波浪が防波モデルの防波堤特性データによってどのように変化されるかを解釈することができる。
【０１４１】
防波特性予測部２３０は、碎波の波高、形状、波圧などを解釈して防波堤モデルの防波堤特性データによる波浪モデルの半波係数、越波量、防波堤の安定度などの半波特性を予測する(Ｓ２１０)。
【０１４２】
碎波モデル生成部２６０は、碎波数値解釈部１１８によって解釈された結果に基礎して波浪モデルに対応する碎波モデルを生成する(Ｓ２１２)。すなわち、碎波モデル生成部２６０は碎波数値解釈部２５０に解釈された結果及び波浪数値解釈部２４０によって解釈された結果を比べて、それによって３次元のグラフィック波浪モデルに対して変形された３次元のグラフィック碎波モデルを生成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明によれば、波浪予測システムと連動する波浪特性データ及び波浪予測モデルを利用して地域によって適応的な波浪モデルを生成することで、実際環境と一番類似なシミュレーションができるようになる。
【０１４４】
また、本発明によれば、波浪及び防波堤に対する３次元のグラフィックモデルを生成してコンピューター画面上に表示して、波浪及び防波堤のそれぞれに対する特性データに基礎して防波堤にぶつかる波浪を解釈することで、使用者に視覚的に実際の地域環境でシミュレーションを実行するもののような仮想現実を提供することができるようになる。
【０１４５】
また、本発明によれば、波浪予測システムと連動する波浪特性データ及び波浪予測モデルを利用することで、シミュレーションの実行のための費用及び時間を節減させることができるようになる。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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