(57)【要約】【課題】越波予測の信頼性を向上し、かつ、任意の対象地点に容易に適用することができる越波予測装置を提供すること。【解決手段】波浪予測部１３０は、対象地点の予測波浪（波高、周期、波向）を算出し、潮位予測部１５０は、対象地点の予測潮位（水位）を算出する。越波予測部１６０は、波浪予測部１３０の算出結果および潮位予測部１５０の算出結果に基づいて、水理模型実験により定式化し実証実験で確認した汎用性のある所定の算定式を用いて、対象地点の越波飛沫高さを算出する。【選択図】図１
0003131683.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
対象地点の波浪予測情報を取得する波浪予測情報取得手段と、
対象地点の潮位予測情報を取得する潮位予測情報取得手段と、
前記波浪予測情報取得手段によって取得された波浪予測情報および前記潮位予測情報取得手段によって取得された潮位予測情報に基づいて、対象地点の越波予測情報を取得する制御手段と、
前記制御手段によって取得された越波予測情報を出力する出力手段と、
を有する越波予測装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記波浪予測情報取得手段によって取得された波浪予測情報および前記潮位予測情報取得手段によって取得された潮位予測情報に基づいて、対象地点の道路護岸前面の断面形状に応じて決定された係数を持つ所定の算定式を用いて、越波飛沫の打ち上げ高さの予測値を算定する、
請求項１記載の越波予測装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
さらに、越波飛沫の打ち上げ高さに加えて、所定の算定式を用いて、単位時間当たりの越波飛沫の回数、単位時間当たりの道路擁壁を越える越波飛沫の回数、および越波飛沫の到達距離のうち少なくとも１つを算出する、
請求項２記載の越波予測装置。
【請求項４】
前記波浪予測情報取得手段は、
所定の情報源から提供される波浪ＧＰＶデータおよび海上風ＧＰＶデータから、対象地点の屈折係数を用いて、前記対象地点の波浪予測情報を算出する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の越波予測装置。
【請求項５】
前記潮位予測情報取得手段は、
所定の情報源から提供される気圧ＧＰＶデータから算出される対象地点の気圧予測値を用いて、対象地点またはその近くの地点の調和常数から算出される潮位予測値を補正することによって、前記対象地点の潮位予測情報を算出する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の越波予測装置。
【請求項６】
前記越波飛沫の打ち上げ高さは、有義値である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の越波予測装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の越波予測装置と、
前記越波予測装置によって取得された越波予測情報を配信する配信サーバと、
を有する越波予測情報提供システム。
【請求項８】
前記配信サーバは、
前記越波予測装置によって取得された越波予測情報が道路管理上の基準を超えた場合、あらかじめ設定された端末装置に通知する、
請求項７記載の越波予測情報提供システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、越波予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
我が国のように山岳地域の多い国では、道路が海岸に近接しかつ標高の低い地域を走っていることが少なくない。そのため、高波時には、越波（波が道路護岸を越えること）による通行車両への危険を回避するため、道路の交通規制が行われることがある。
【０００３】
海岸線に設置された道路（海岸道路）において車両の安全な走行を確保するためには、一方で、高波時の波の打ち上げを抑えること、他方で、越波を検知または事前に予測することが重要である。
【０００４】
従来、越波を検知または予測する技術として、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されたものが知られている。
【０００５】
特許文献１記載の技術は、越波の実況監視を行う装置であって、監視カメラの映像を画像処理して越波を検知するようにしている。
【０００６】
また、特許文献２記載の技術は、越波の検知または予測を行うシステムであって、複数の計測センサから収集した計測データ（波高、風向・風速、潮位、雨量）を用いて現在または将来の越波判定用データを算出し、得られた越波判定用データを所定のしきい値と比較して越波の発生を検知または予測するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−５２９７４号公報
【特許文献２】特開平８−８３３８７号公報
【非特許文献１】本保隆之、外４名、「直積ブロック式護岸における越波飛沫の打ち上げ特性について」、平成17年度土木学会北海道支部論文報告集、2005年、第62号
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の技術は、越波がいつ頃発生し終了するかという越波の予測ではなく、あくまで今起こっている越波の状況を把握する装置である。このため、海岸道路における車両の安全走行を事前に確保することができず、道路の安全管理に一定の限界がある。
【０００８】
この点、特許文献２記載の技術は、越波の予測が可能である。しかし、特許文献２記載の技術では、予測は各要素（波高や潮位など）の現在までの変化傾向がそのまま将来も継続するとして（平均変化曲線の算出）各要素の将来の値を求めているため、予測の信頼性（精度）の点で一定の限界がある。自然現象は、常に連続的に変動するものではなく、過去のデータからは数学的に算定できない不連続な変動を生じる場合もある。
【０００９】
また、特許文献２記載の技術では、越波が生じるか否かを判定するしきい値の決定には事前調査が必要であり、計測センサを設置する地点毎にその調査を行う必要があるため、システムの設置に手間と時間がかかり、設置コストが増大しがちであるという問題もある。
【００１０】
本考案は、かかる点に鑑みてなされたものであり、越波予測の信頼性を向上し、かつ、任意の対象地点に容易に適用することができる越波予測装置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】
【００１１】
本考案の越波予測装置は、対象地点の波浪予測情報を取得する波浪予測情報取得手段と、対象地点の潮位予測情報を取得する潮位予測情報取得手段と、前記波浪予測情報取得手段によって取得された波浪予測情報および前記潮位予測情報取得手段によって取得された潮位予測情報に基づいて、対象地点の越波予測情報を取得する制御手段と、前記制御手段によって取得された越波予測情報を出力する出力手段と、を有する構成を採る。
【考案の効果】
【００１２】
本考案によれば、越波予測の信頼性を向上し、かつ、任意の対象地点に容易に適用することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本考案の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本考案の一実施の形態に係る越波予測装置の構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示す越波予測装置１００は、コンピュータで構成されており、大別して、入力部１１０、データベース１２０、波浪予測部１３０、気圧予測部１４０、潮位予測部１５０、越波予測部１６０、データ格納部１７０、および出力部１８０を有する。
【００１６】
入力部１１０は、気象庁のＧＰＶ（Grid Point Value：格子点）データを入力処理して、計算に必要なデータを波浪予測部１３０および気圧予測部１４０にそれぞれ出力する。ＧＰＶデータは、気象・海象予測データの１つであり、所定時間（例えば、４８時間）先の気象データ（例えば、海上風の風向・風速、気圧）および海象データ（例えば、波浪）を所定の格子（例えば、１０ｋｍ格子）単位で予測したものである。波浪のＧＰＶデータは、波高、周期、波向の３要素（いわゆる「波浪諸元」）からなる。気象庁のＧＰＶデータは、気象庁から一定の時間間隔で配信される（定時配信）。入力部１１０は、海上風（風向・風速）ＧＰＶデータおよび波浪ＧＰＶデータを入力した場合は、入力したこれらのＧＰＶデータを波浪予測部１３０に出力し、気圧ＧＰＶデータを入力した場合は、入力したこのＧＰＶデータを気圧予測部１４０に出力する。
【００１７】
ここで、「波浪」は、一般には、風波とうねりを指す。風波は、風によって発達している波であり、うねりは、風波が風域（風の吹いている区域）を出て減衰しながら進行している波である。気象庁の波浪ＧＰＶデータは、有義波である。有義波は、ある地点で連続する波を観測したとき、波高の高いほうから順に全体の１／３の個数の波（例えば、２０分間で１００個の波が観測されれば、大きい方の３３個の波）を選び、これらの波高および周期を平均したもの（有義波高、有義波周期）である。海の波は、波高、周期、および波向がいずれも絶えず変動しているため、複雑な波の状態を簡単に表す方法として、通常、有義値（大きいほうから１／３を選んで平均したもの）という統計量が使用される。
【００１８】
データベース１２０には、潮位予測計算に必要な情報および越波予測計算に必要な情報が格納されている。具体的には、潮位予測計算に必要な情報として、例えば、対象地点の調和常数や、全国の主な港の調和常数、過去の１年分くらいの潮位観測結果、数年分１時間毎の予測潮位テーブルなどのうち、少なくともいずれか１つを採ることができる。詳細については、後述する。また、越波予測計算に必要な情報として、例えば、対象地点の道路護岸前面の断面形状や、屈折係数、後述する算定式に必要な定数などが格納されている。定数は、固定値である。本実施の形態では、物理的な定数については、文献に掲載されている値を用いる。
【００１９】
波浪予測部１３０は、対象地点における波浪の予測計算を行う。越波予測には、越波を起こす元になる波浪の予測が必要であり、本実施の形態では、気象庁の海上風ＧＰＶデータおよび波浪ＧＰＶデータ（有義波）から本出願人が独自の方法で格子間隔を細分化（例えば、３ｋｍ）したものを用いて、波浪の予測情報を計算する。波浪の予測情報は、例えば、波高、周期、波向の予測値である。
【００２０】
具体的には、波浪予測部１３０は、局所的な風波成分については、気象庁の海上風ＧＰＶデータを用いて風浪計算を行い、遮蔽されたうねり成分については、気象庁の波浪ＧＰＶデータ（有義波）を用いてうねり計算を行う。
【００２１】
風浪の計算、つまり、計算領域内で風によって発生する風浪の計算は、気象庁の海上風（風向、風速）ＧＰＶデータを用いて、次のウイルソンＩＶ式と呼ばれる式（１）によって行われる。
【００２２】
【数１】
0003131683.tif 000003
【００２３】
ここで、Ｈ１／３は有義波高、Ｔ１／３は有義波周期、Ｆは吹送距離、Ｕは風速、ｇは重力加速度（定数）である。また、計算の初期条件は、各格子における気象庁波浪ＧＰＶデータの波高および周期である。この風浪計算の結果、標準的な方向スペクトル（２０周波数×１６方位）の波浪が得られる。
【００２４】
うねり計算は、気象庁波浪ＧＰＶデータの波高、周期、および波向から、標準的な方向スペクトル（２０周波数×１６方位、方向別の波のエネルギー分布）を境界および各格子で仮定し、風からのエネルギー流入がないものとして波を伝播させることによって行う（エネルギー平衡方程式を用いた伝播計算）。この段階で、海岸地形によるエネルギー遮蔽（つまり、波エネルギーの減衰）は考慮される（回折現象）。このうねり計算の結果、標準的な方向スペクトル（２０周波数×１６方位）の波浪が得られる。
【００２５】
波浪予測部１３０は、風浪計算の結果とうねり計算の結果を合成して、つまり、方向スペクトルの合成（各成分の最大値）を行って、合成沖波浪を計算する。合成沖波浪は、合成波高、卓越周期、および卓越波向からなる。合成波高は、風波成分とうねり成分を合成した波高であり、卓越周期は、波高が最も高い風波成分またはうねり成分の周期であり、卓越波向は、波高が最も高い風波成分またはうねり成分の波の向きである。この合成沖波浪は、３ｋｍ格子間隔の予測値である。なお、「沖波」は、水深が波長の１／２よりも大きい深海波であり、水粒子の運動は海底の影響をほとんど受けない波である。
【００２６】
図２は、沿岸波浪予測の結果の一例を示す図である。図２は、北海道沿岸の合成沖波浪の予測結果の一例を示している。上記のように、この合成沖波浪は、３ｋｍ格子間隔で計算した波浪予測値である。
【００２７】
波浪予測部１３０は、上記のようにして得られた予測値（合成沖波浪）から対象地点に最も近いものを選択し、屈折係数を考慮して対象地点の波浪を計算する。対象地点は、例えば、あらかじめ予測情報提供者によって一または複数の対象地点候補が設定されている。この場合、対象地点の波浪計算は、設定された一または複数の対象地点候補のすべてについて自動的に行われ、あるいは、具体的に指示（選択）された対象地点候補についてのみ行われる。屈折係数は、沿岸係数の一種であって、沿岸域で生じる波の屈折変形による波高変化量を代表する係数のことである。対象地点の波浪（後述する換算沖波波高）は、合成沖波浪（後述する沖波予測値）と屈折係数とを乗算することによって計算される。すなわち、対象地点の波浪＝屈折係数×合成沖波浪となる。本実施の形態では、屈折係数をあらかじめ対象地点に来襲する波向と周期についてすべて算定しておく。すなわち、使用する屈折係数をあらかじめ算定しておき、合成沖波浪（予測沖波浪）に応じて使い分けるようにしている。対象地点に来襲する波は、海岸地形や海域がわかるため、想定することは容易である。算定した屈折係数は、データベース１２０に格納しておく。
【００２８】
図３は、予測の対象地点の一例を示す図である。図３（Ａ）は、予測対象地点を含む比較的広い区域を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）よりも狭い区域を示している。ここでは、一例として、例えば、予測対象地点を一般国道３６号線白老バイパスとし、予測箇所（計測位置）を越波現象が厳しいＳＰ＝２００から２５０付近としている。
【００２９】
図４は、図３に示す予測対象地点における屈折係数の一例を示す図であり、図４（Ａ）は、その一覧表、図４（Ｂ）は、そのグラフである。ここでは、使用する屈折係数は周期５秒から１４秒について算定したが、波向ＥＮＥからＥＳＥについては、吹送距離が短いため、周期の長い波は発生しないものと考えた。
【００３０】
気圧予測部１４０は、対象地点における気圧の予測計算を行う。気圧の予測計算は、気象庁から配信される気圧ＧＰＶデータを用いて行う。具体的には、気圧予測部１４０は、気象庁の気圧ＧＰＶデータから対象地点に最も近いものを選択して気圧の予測値とする。
【００３１】
気圧の予測を行う理由は、潮位を補正するためである。すなわち、潮位は、気圧によっても変化する。例えば、気圧が低いと、上から海面を押さえる力が弱いため、海面が盛り上がり、逆に、気圧が高いと、海面が通常よりも下がる。このため、本実施の形態では、気圧を予測して潮位の気圧による変化も考慮するようにしている。例えば、潮位の変化の大きさについては、１ｈＰａで約１ｃｍ海面の高さが変化する。
【００３２】
潮位予測部１５０は、対象地点における潮位の予測計算を行う。潮位の予測計算は、地球と他の天体（月と太陽）の位置関係のみから決まる潮位計算を意味しており、場所によって定まる調和常数を入手できれば、周知の計算法により、潮位を計算することができる。対象地点に調和常数がない場合は、同じ海域内では潮位に大きな違いはないため、対象地点の近くの港などの潮位を利用することができる。例えば、全国の主な港の調和常数は、海上保安庁が公開している。対象地点に調和常数がない場合であって、対象地点の近くに港などもない場合は、対象地点において１年分くらいの潮位観測のデータがあれば、対象地点の調和常数を計算することができ、得られた調和常数を用いて対象地点の潮位を計算することができる。
【００３３】
この潮位の予測計算は、長期間可能であり、また、かなり精度良く計算することができる。そこで、本実施の形態では、対象地点の予測潮位をあらかじめ数年分１時間毎に計算しておき、この数年分１時間毎の予測潮位をテーブルの形でデータベース１２０に格納するようにしている。したがって、潮位予測部１５０は、データベース１２０から、対象地点における指定日時の予測潮位を読み取り、読み取った予測潮位に気圧による変化分を加えて潮位を予測する。
【００３４】
図５は、北海道白老のある日の１時間毎の予測潮位（推算値）と実測潮位（実測値）を比較した図である。図５に示すように、予測潮位と実測潮位はほとんど一致する。
【００３５】
越波予測部１６０は、本考案の中心的な部分であって、対象地点における越波の予測計算を行う。
【００３６】
本実施の形態では、越波予測として、例えば、一例として、越波飛沫の打ち上げ高さ（以下単に「高さ」という）の予測を行う。通常、港湾などで越波を量的に表現する場合は、越波量（ton/（ｍ・sec））で表すが、これは概念的に理解しにくい。この点、高さは理解しやすい。そこで、本実施の形態では、波浪に伴う越波を、一般に理解しやすい量である越波飛沫高さとして予測する。これにより、海岸道路の維持管理を適切に行うことが可能になる。
【００３７】
越波飛沫高さの計算は、非特許文献１に記載された算定式（越波飛沫高さと波浪、水深の関係式）を利用して行う。この算定式によれば、道路護岸前面の断面形状、ならびに対象地点の波浪諸元および水位（潮位）に基づいて、越波飛沫高さを計算することができる。この算定式は、道路護岸のように前面水深が浅い条件に対して水理模型実験を行って定式化し、それを実証実験で確認したものである。この算定式は、道路護岸前面の断面形状が決まれば任意の地点に適用できる汎用性を持っている。
【００３８】
越波飛沫高さの予測を行うための波浪は、上記のように、気象庁ＧＰＶデータから得られた合成沖波浪（沖波予測値）から対象地点に最も近いものを選択し、屈折係数により対象地点の波高の物理的変化を考慮して求める。また、水深は、予測潮位（推算値）と、対象地点の道路護岸前面の断面形状とから求める。
【００３９】
図６は、越波予測地点の断面形状の一例を示す図である。ここでは、図３に示す一般国道３６号線白老バイパスのＳＰ＝２００から２５０付近の断面形状を示している。道路１０の護岸１２の前面は、消波ブロック１４で保護されている。道路護岸１２の上部は、擁壁１６である。適用する算定式の係数は、この断面形状に対応したものとなる。
【００４０】
ここで、図６において、記号「ＴＰ」（Tokyo Peil）は、地表面の標高の基準となる水準面（我が国では、東京湾中等潮位）、つまり、標高０ｍを意味する。また、記号「Ｃ.Ｄ.Ｌ」（Construction Datum Line）は、海洋構造物を建設するときに使用される海の基準面、つまり、潮位０ｍを意味する。通常は、海面がその地域で最も低くなる高さをＣ.Ｄ.Ｌとする。Ｃ.Ｄ.Ｌは、陸地の標高０ｍとは一致しない。
【００４１】
図６の断面形状において、越波飛沫高さの算定に必要な係数は、次の通りである。ここでは、図６の断面形状から、道路護岸前面の水深をＴＰ−１.５ｍとした。
【００４２】
・道路高さ：７.２ｍとする。
【００４３】
・打ち出し角度β：次の式（２）で与えられる。
【００４４】
【数２】
0003131683.tif 000004
【００４５】
ここで、θは消波ブロック１４の角度である。
【００４６】
・水深係数ｋＤ：次の式（３）で与えられる。
【００４７】
【数３】
0003131683.tif 000005
【００４８】
・構造係数ｋＢ：次の式（４）で与えられる。
【００４９】
【数４】
0003131683.tif 000006
【００５０】
ここで、ｈは水深、Ｈ０’は対象地点の砕波前の波高である。ｈ／Ｈ０’は水深波高比である。なお、砕波は、波が浅海に近づいてくると周期は変わらないが波長が短くなり、波高は増加し、波形は対称な形から次第に前面が急になり砕け、一面に白い泡となる現象をいう。砕波後の波高は、沖波の波高よりも低くなる。
【００５１】
・水深ｈ：道路護岸前面の水深は、潮位によって変動する。潮位は、上記のように、白老港の調和常数から計算された予測潮位（推算値）を使用する。潮位の基準面は、ＴＰの下０.９７ｍであり、地盤高は、ＴＰ−１.５ｍである。したがって、水深は、次の式（５）で与えられる。
ｈ（ｍ）＝潮位−０.９７＋１.５０                      …（５）
【００５２】
また、潮位は、上記のように、気圧Ｐによる吸い上げ分の補正をする。気圧がＰ（ｈＰａ）のときの補正値は、次の式（６）で与えられる。
補正値＝０.９９１×（１０１０−Ｐ）／１００            …（６）
【００５３】
したがって、気圧による補正後の水深は、次の式（７）で与えられる。
ｈ（ｍ）＝潮位＋補正値−０.７８＋１.５０              …（７）
【００５４】
ここで、用語の定義をしておく。「水深」は、海底面までの海の深さ、つまり、海面から海底面までの深さである。「水位」は、ある基準面（例えば、標高０ｍ）からの海の高さである。「潮位」は、潮位の基準面からの海の高さであり、時間的に変化する。潮位の時間的変化の主な原因は、月と太陽の引力である。
【００５５】
・換算沖波波高Ｈ０’：次の式（８）で与えられる。
【００５６】
【数５】
0003131683.tif 000007
【００５７】
ここで、Ｋｒは屈折係数、Ｈ０は沖波予測値である。
【００５８】
・越波飛沫初速度ｖ１／３：次の式（９）で与えられる。
【００５９】
【数６】
0003131683.tif 000008
【００６０】
ここで、Ｈ１／３は、砕波後の波高であって、次の式（１０）で与えられる。
【００６１】
【数７】
0003131683.tif 000009
【００６２】
ここで、上記の式（１０）におけるＫＳ、β０、β１、βｍａｘは、それぞれ次の式（１１）〜式（１４）で与えられる。
【００６３】
【数８】
0003131683.tif 000010
【００６４】
ここで、tanθは海底勾配であり、図６の断面形状では、ｔａｎθ＝１／１００を使用する。もちろん、tanθの値は対象地点によって異なる。ｋＢは、上記の式（４）で与えられる構造係数である。Ｌ、Ｌ０は波長である。ｈは水深である。波の周期Ｔは沿岸に来ても変わらないため、Ｌ０はｇ／２π・Ｔ２で与えられる。水深ｈでの波長Ｌは、上記の式（１２）を逐次的に解くことにより求められる。上記のＨ０’／Ｌ０は波形勾配である。
【００６５】
実際に越波を引き起こす波高は、かなり浅い場所（せいぜい数ｍの深さ）であるため、波が浅いところまで来ると、砕けて（砕波して）波高が変化する。波浪予測部１３０で予測する対象地点の波浪は、そのような現象が起こる前の波浪（Ｈ０’）である。本実施の形態では、越波を起こす波高の算定に当たり、さらに砕波の現象を考慮している。
【００６６】
なお、上記の式（１０）〜式（１４）は、砕波後の波高の算定式であるが、砕波していなくても適用することができる。
【００６７】
・越波飛沫高さＲs１／３：次の式（１５）で与えられる。
【００６８】
【数９】
0003131683.tif 000011
【００６９】
ここで、Ｒsは海面からの最大の打ち上げ高さであり、Ｒs１／３はその有義値（大きいほうから１／３を選んで平均したもの）である。Ｒs１／３は、図６に示すように、単にＲ１／３とも記す。したがって、有義値で示すことにより、越波飛沫高さは一種の統計量であり、見た目に近い高さを示すことができる。
【００７０】
・越波飛沫高さのＴＰ換算値
上記の式（１５）の越波飛沫高さは海面からの高さであるため、ＴＰからの高さに換算する。換算式は、次の式（１６）で与えられる。
飛沫高さのＴＰ換算値＝Ｒs１／３＋潮位＋補正値−０.９７    …（１６）
【００７１】
また、越波飛沫高さは、上記のように、一種の統計量で、見た目に近い高さである有義値で与えられるため、統計的関係を用いて、１時間当たりの越波の回数や、道路１０の擁壁１６を越える越波回数に換算することも可能である。また、越波の軌跡は放物線であるため、擁壁１６を越えた越波が道路のどこまで到達するかを計算することも可能である。
【００７２】
例えば、越波回数および越波の道路への到達回数の計算法は、次の通りである。ここで、Ｔ０は波浪諸元の中の周期（ただし、有義波の周期）であり（単位：秒）、平均周期とは次の関係がある：平均周期＝Ｔ０／１.２０。また、Ｔ.Ｃは１時間当たりの越波飛沫回数、Ｄ.Ｔ.Ｃは１時間当たりの道路擁壁１６を越える越波飛沫回数、Ｒは個々の越波飛沫高さ、Ｒs１／３は上記の式（１５）で与えられる越波飛沫高さの有義値である。
【００７３】
・１時間当たりの越波飛沫回数Ｔ.Ｃ：次の式（１７）で与えられる。
【００７４】
【数１０】
0003131683.tif 000012
【００７５】
・越波飛沫の平均高さＲsＭｅａｎ：次の式（１８）で与えられる。
【００７６】
【数１１】
0003131683.tif 000013
【００７７】
上記の式（１８）は、個々の越波飛沫高さが図７に示すレーリー分布をしていると仮定したとき、統計理論から導き出される。すなわち、ｘ＝Ｒ／ＲsＭｅａｎとおき、越波飛沫高さがレーリー分布をしていると仮定すると、次の式（１９）が成り立つ。
【００７８】
【数１２】
0003131683.tif 000014
【００７９】
ここで、ｐ（ｘ）は確率密度関数である。次に、ある設定値ｘを上回る越波飛沫高さが出現する確率、つまり、超過確率は、次の式（２０）で与えられる。
【００８０】
【数１３】
0003131683.tif 000015
【００８１】
・１時間当たりの道路擁壁を越える越波飛沫回数Ｄ.Ｔ.Ｃ：次の式（２１）で与えられる。
【００８２】
【数１４】
0003131683.tif 000016
【００８３】
越波飛沫の高さＲは海面からの高さであるため、越波飛沫の高さを標高に換算し、道路擁壁１６の高さに等しい越波飛沫高さをＲcとすると、xc＝Ｒc／ＲsＭｅａｎよりも大きいものは道路擁壁１６を越える。したがって、１時間当たりの道路擁壁を越える越波飛沫回数Ｄ.Ｔ.Ｃは、上記の式（２１）で求められる。
【００８４】
また、越波飛沫初速度ｖ１／３と打ち出し角度βが上記の式（９）と式（２）でそれぞれ決まり、放物線方程式（越波軌跡）を作成することができるため、これにより越波飛沫到達距離を求めることができる。
【００８５】
図８は、水深を変えたときの越波飛沫の軌跡の一例を示す図である。ここでは、波高を２ｍに固定し、水深ｈを６通りに（具体的には、０.５ｍから３.０ｍまで０.５ｍ毎に）変えて、越波の軌跡を計算した。上記のように、本実施の形態では、砕波も考慮されている。
【００８６】
なお、本実施の形態では、越波の予測計算を、消波ブロックがある白老バイパスに適用した場合を例にとって説明したが、これに限定されるわけではない。上記の越波予測計算は、もちろん、消波ブロックがない場合にも適用することができる。ただし、この場合は、道路護岸前面の断面形状が変わるため、打ち出し角度βと構造係数ｋＢの式が変わってくる。
【００８７】
例えば、上記の式（２）および式（４）は、図６に示すように道路護岸前面に消波ブロック１４がある場合に適用されるが、図９に示すように、道路護岸前面に消波ブロックがない場合は、次の式（２２）および式（２３）が適用される。
β＝０.５４５θ＋４０.９５                            …（２２）
ｋＢ＝１.０                                            …（２３）
【００８８】
データ格納部１７０は、波浪予測部１３０の計算結果（対象地点の波浪諸元）、潮位予測部１５０の計算結果（対象地点の予測潮位）、および越波予測部１６０の計算結果（越波飛沫高さ、１時間当たりの越波飛沫回数、１時間当たりの道路擁壁を越える越波飛沫回数、越波飛沫到達距離）を格納（蓄積）する。データ格納部１７０は、例えば、半導体メモリやハードディスク、リムーバブルメディアなど、任意の記憶装置で構成されている。
【００８９】
出力部１８０は、データ格納部１７０に格納されたデータを所定の形態で外部に出力する。出力部１８０は、例えば、ディスプレイやプリンタ、通信手段などで構成されている。
【００９０】
図１０は、越波予測装置１００から出力される予測情報をユーザに提供するためのシステム構成の一例を示す図である。
【００９１】
図１０に示す予測情報提供システムは、上記の越波予測装置１００、ＷＥＢサーバ２００、メールサーバ３００、インターネット４００、パソコン５００、および携帯電話端末６００で構成されている。
【００９２】
越波予測装置１００は、例えば、気象庁からのＧＰＶデータの配信タイミングに合わせて、１日２回の予測更新が可能であり、また、気象庁から配信されるＧＰＶデータの予測時間に合わせて、各回、１時間値を４８時間先まで予測することが可能である。また、越波予測装置１００は、上記のように、対象地点の波浪諸元、潮位、越波飛沫高さ、越波飛沫回数、越波飛沫到達距離などを予測することができるため、予測項目（予測情報）として、例えば、風向・風速、波の周期、波の高さ（有義波高）、潮位、打ち上げ高さ（有義値）、打ち上げ回数、打ち上げ到達距離などを提供することが可能である。
【００９３】
越波予測装置１００で作成された予測情報は、越波予測装置１００の上記通信手段を介してＷＥＢサーバ２００やメールサーバ３００に送信・蓄積された後、インターネット４００を通じてユーザ（例えば、道路管理者）に提供される。この場合、ユーザは、パソコン５００や携帯電話端末６００をインターネット４００に接続して所定のＵＲＬ（Uniform Resource Locator）にアクセスすることで、本システムで提供される予測情報を容易に閲覧することができる。例えば、図１１および図１２は、情報提供画面の一例を示す図である。ここでは、図１１の画面において「えりも町近浦地区」を選択すると、図１２に示すように、「えりも町近浦地区」における予測情報が提供されるようになっている。
【００９４】
なお、追加機能として、越波飛沫高さや波浪が道路維持管理上警戒や危険水準になった場合に、関係者の携帯電話端末にメールで通知することも可能である。この場合、越波予測装置１００は、例えば、予測した越波飛沫高さや波浪を所定のしきい値と比較して、それらが警戒または危険水準に達したか否かを判定する手段を有する。
【００９５】
次いで、上記構成を有する越波予測装置１００の動作について、図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、越波予測装置１００の主要な動作を示すメインフローチャートである。図１４は、図１３の波浪予測計算処理（Ｓ２０００）の内容を示すフローチャートである。なお、図１３および図１４に示すフローチャートは、コンピュータのＲＯＭなどに制御プログラムとして記憶されており、ＣＰＵによって実行される。
【００９６】
まず、ステップＳ１０００では、入力部１１０で、計算に必要なデータを入力する。具体的には、例えば、上記のように、気象庁のＧＰＶデータ（海上風、波浪、気圧）を入力する。
【００９７】
そして、ステップＳ２０００では、波浪予測部１３０で、波浪予測計算を行う。具体的には、ステップＳ１０００で入力した気象庁の海上風ＧＰＶデータおよび波浪ＧＰＶデータに基づいて、格子間隔を細分化し、波浪の予測情報（波高、周期、波向）を計算する。この波浪予測計算処理は、図１４のフローチャートに示す手順に従って行われる。
【００９８】
まず、ステップＳ２１００では、ステップＳ１０００で入力した気象庁ＧＰＶデータから、計算に必要なデータ、具体的には、海上風ＧＰＶデータおよび波浪ＧＰＶデータを取り込む。
【００９９】
そして、ステップＳ２２００では、風浪計算を行う。具体的には、気象庁の海上風（風向、風速）ＧＰＶデータを用いて、上記の式（１）つまりウイルソンＩＶ式によって、風により発生する風浪を計算する。この風浪計算の結果、標準的な方向スペクトル（２０周波数×１６方位）の波浪が得られる。
【０１００】
一方、ステップＳ２３００では、ステップＳ２２００の風浪計算処理と並列して、うねり計算を行う。具体的には、気象庁の波浪（波高、周期、波向）ＧＰＶデータから、標準的な方向スペクトル（２０周波数×１６方位、方向別の波のエネルギー分布）を境界および各格子で仮定し、風からのエネルギー流入がないものとして波を伝播させることによって、うねりを計算する。このうねり計算の結果、標準的な方向スペクトル（２０周波数×１６方位）の波浪が得られる。
【０１０１】
そして、ステップＳ２４００では、ステップＳ２２００の風浪計算処理とステップＳ２３００のうねり計算処理がともに終了すると、合成沖波浪の算出を行う。具体的には、ステップＳ２２００の風浪計算の結果とステップＳ２３００のうねり計算の結果を合成して、合成沖波浪を算出する。
【０１０２】
そして、ステップＳ２５００では、対象地点の抽出を行う。具体的には、あらかじめ設定された対象地点候補の中から順次１つを対象地点として選択し、あるいは、具体的に指示（選択）された対象地点候補のみを対象地点として設定する。
【０１０３】
そして、ステップＳ２６００では、対象地点の予測波浪の算出を行う。具体的には、ステップＳ２５００で抽出した対象地点に対して、ステップＳ２４００で得た合成沖波浪から当該対象地点に最も近いものを選択するとともに、データベース１２０に格納された当該対象地点の屈折係数テーブルを参照して、当該対象地点に来襲する波向と周期に対応する屈折係数を読み取り、選択した合成沖波浪と読み取った屈折係数とを乗算することによって、当該対象地点の予測波浪を算出する。
【０１０４】
そして、ステップＳ２７００では、ステップＳ２６００で算出した対象地点の予測波浪を越波予測部１６０に出力するとともに、データ格納部１７０に格納（蓄積）する。この後、動作は、図１３のフローチャートにリターンして、ステップＳ３０００に進む。
【０１０５】
ステップＳ３０００では、気圧予測部１４０で、対象地点における気圧の予測計算を行う。具体的には、気象庁の気圧ＧＰＶデータから対象地点に最も近いものを選択して気圧の予測値とする。
【０１０６】
そして、ステップＳ４０００では、潮位予測部１５０で、対象地点における潮位の予測計算を行う。具体的には、例えば、データベース１２０から、対象地点における指定日時の予測潮位を読み取り、読み取った予測潮位にステップＳ３０００で計算した気圧による変化分を加えて潮位を予測する。予測した潮位は、越波予測部１６０に出力するとともに、データ格納部１７０に格納（蓄積）する。
【０１０７】
そして、ステップＳ５０００では、越波予測部１６０で、対象地点における越波の予測計算を行う。具体的には、道路護岸前面の断面形状、ならびにステップＳ２０００で計算した対象地点の波浪諸元およびステップＳ４０００で計算した潮位（水位）に基づいて、越波飛沫高さ、越波飛沫回数、および越波飛沫到達距離を計算する。越波飛沫高さは、例えば、上記の式（２）〜式（１６）によって計算される。また、例えば、１時間当たりの越波飛沫回数Ｔ.Ｃは、上記の式（１７）によって計算され、１時間当たりの道路擁壁を越える越波飛沫回数Ｄ.Ｔ.Ｃは、上記の式（２１）によって計算される。計算した越波予測情報は、データ格納部１７０に格納（蓄積）する。
【０１０８】
そして、ステップＳ６０００では、出力部１８０で、出力形態に対応する出力データを生成する。例えば、外部のユーザ（道路管理者など）に提供する場合は、図１２に示すような画面データを生成する。
【０１０９】
そして、ステップＳ７０００では、出力部１８０で、ステップＳ６０００で生成した出力データを外部に出力する。具体的には、ステップＳ６０００で生成した出力データを、ディスプレイに表示し、プリンタで印刷し、または、通信手段によって外部に送信（配信）する。
【０１１０】
このように、本実施の形態によれば、対象地点の予測波浪（波高、周期、波向）および予測潮位（水位）に基づいて、水理模型実験により定式化し実証実験で確認した汎用性のある所定の算定式を用いて、対象地点の越波飛沫高さを算出するため、越波予測の信頼性を向上し、かつ、任意の対象地点に容易に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本考案に係る越波予測装置は、越波予測の信頼性を向上し、かつ、任意の対象地点に容易に適用することができる越波予測装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本考案の一実施の形態に係る越波予測装置の構成を示すブロック図
【図２】沿岸波浪予測の結果の一例を示す図
【図３】予測対象地点の一例を示す図
【図４】図３の予測対象地点における屈折係数の一例を示す図
【図５】北海道白老のある日の１時間毎の予測潮位（推算値）と実測潮位（実測値）を比較した図
【図６】越波予測地点の断面形状の一例を示す図
【図７】レーリー分布を示す図
【図８】水深を変えたときの越波飛沫の軌跡の一例を示す図
【図９】消波ブロックがない場合の道路護岸前面の断面形状の一例を示す図
【図１０】図１の越波予測装置から出力される予測情報をユーザに提供するためのシステム構成の一例を示す図
【図１１】情報提供画面の一例を示す図
【図１２】図１１の情報提供画面の次の階層の画面の一例を示す図
【図１３】図１の越波予測装置の主要な動作を示すメインフローチャート
【図１４】図１３の波浪予測計算処理（Ｓ２０００）の内容を示すフローチャート
【符号の説明】
【０１１３】
１０  道路
１２  道路護岸
１４  消波ブロック
１６  擁壁
１００  越波予測装置
１１０  入力部
１２０  データベース
１３０  波浪予測部
１４０  気圧予測部
１５０  潮位予測部
１６０  越波予測部
１７０  データ格納部
１８０  出力部
２００  ＷＥＢサーバ
３００  メールサーバ
４００  インターネット
５００  パソコン
６００  携帯電話端末
【図１】
0003131683.tif 000017
【図４】
0003131683.tif 000018
【図５】
0003131683.tif 000019
【図６】
0003131683.tif 000020
【図７】
0003131683.tif 000021
【図８】
0003131683.tif 000022
【図９】
0003131683.tif 000023
【図１０】
0003131683.tif 000024
【図１３】
0003131683.tif 000025
【図１４】
0003131683.tif 000026
【図２】
0003131683.tif 000027
【図３】
0003131683.tif 000028
【図１１】
0003131683.tif 000029
【図１２】
0003131683.tif 000030