JP6183789B2 - Water channel design method for hydraulic experiment equipment - Google Patents
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Description
本発明は、水理実験装置の水路設計方法に関し、特に、人工的に長周期波や長波を生成可能な造波装置を備えた水理実験装置の水路設計方法に関する。 The present invention relates to a waterway design method for a hydraulic experiment apparatus, and more particularly, to a waterway design method for a hydraulic experiment apparatus provided with a wave generator capable of artificially generating a long period wave or a long wave.
津波のような長周期波や長波に対する浮体構造物や陸上構造物等の安定性や地形に与える影響等を検討するために、フラップ式、ダムブレイク式、フロート式、空気圧式、水流式等の造波装置を備えた水理実験装置が既に開発されている。特に、沿岸構造物の津波対策には、波力の推定が必要であり、これに適した水理実験技術の構築が望まれている。 In order to investigate the effects of long-period waves such as tsunamis and the effects on the topography and stability of floating structures and land structures, such as the flap type, dam break type, float type, pneumatic type, water flow type, etc. A hydraulic experimental apparatus equipped with a wave generator has already been developed. In particular, tsunami countermeasures for coastal structures require estimation of wave power, and construction of hydraulic experiment techniques suitable for this is desired.
上述した造波装置は、例えば、特許文献１に記載されたように、細長い形状を有する水槽内に配置され、この造波装置に隣接する水路内に地形を模擬した模型が配置されることが多い。また、特許文献２に記載された発明は、長周期波高低減構造物の実験装置として、同様の水槽を用いたものが開示されている。 For example, as described in Patent Document 1, the wave generator described above is arranged in a water tank having an elongated shape, and a model simulating topography is arranged in a water channel adjacent to the wave generator. Many. In addition, the invention described in Patent Document 2 discloses a long-period wave height reduction structure experimental apparatus using a similar water tank.
ところで、上述した水理実験は、既存の実験水槽を用いて行われることが多く、水路の長さに制限があり、津波のような長周期波や長波を再現するには不十分な場合がある。例えば、特許文献１に記載された水槽では、造波装置の整流板に接近した位置に地形を模擬した模型が配置されており、特許文献２に記載された水槽では、造波装置が配置されていると考えられる位置から１５．０ｍだけ離れた位置に地形を模擬した模型が配置されている。 By the way, the hydraulic experiment described above is often performed using an existing experimental water tank, and there is a limit to the length of the water channel, which may be insufficient to reproduce a long-period wave or a long wave such as a tsunami. is there. For example, in the water tank described in Patent Document 1, a model simulating topography is disposed at a position close to the rectifying plate of the wave generator, and in the water tank described in Patent Document 2, the wave generator is disposed. A model simulating topography is placed at a position 15.0 m away from the position considered to be.
これらの特許文献に記載されたように、造波装置から地形を模擬した模型までの距離が短い場合に、津波のような長周期波や長波を再現しようとすれば、流場は流量保存が成立するために、生成した波が模型の影響を受けることにより、生成した波の波形が変化してしまうこととなる。したがって、かかる水理実験装置により種々のデータを取得したとしても、実際の津波を定義するような無限遠方沖合における波の諸元（例えば、波高、周期等）を定義することができない。 As described in these patent documents, when the distance from the wave generator to the model simulating the topography is short, if you try to reproduce a long-period wave or a long wave like a tsunami, the flow field will be conserved in flow rate. In order to be established, the generated wave is affected by the model, so that the waveform of the generated wave changes. Therefore, even if various data are acquired by such a hydraulic experimental device, it is impossible to define wave specifications (for example, wave height, period, etc.) offshore at infinity that define an actual tsunami.
これは、水理実験の普遍性を損なうことを意味し、他の実験結果や計算結果と比較することができない。例えば、陸上における波の流速や水位を計測した場合であっても、水理実験の結果を用いて、その数値がどのような諸元を有する波によりもたらされたものであるかを把握することができない。 This means that the universality of hydraulic experiments is impaired and cannot be compared with the results of other experiments or calculations. For example, even when measuring the wave velocity and water level on land, use the results of hydraulic experiments to understand what kind of data the values are caused by. I can't.
本発明は、かかる問題点に鑑み創案されたものであり、水路に配置した模型による生成した波への影響を低減し、無限遠方沖合における波の諸元を定義することができる、水理実験装置の水路設計方法を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of such problems, reduces the influence on the waves generated by the model placed in the water channel, and can define the specifications of the waves offshore at infinity. It aims at providing the channel design method of an apparatus.
本発明によれば、水路に向かって人工的に波を生成可能な造波装置と水路内に配置される地形を模擬した模型とを備えた水理実験装置の水路設計方法であって、生成したい目標波の造波周期を設定した後、前記造波装置と前記模型との間に配置される水平床部の範囲内で少なくとも半周期分又は半波長分の前記目標波を生成することができるように、前記水平床部の距離及び水深を設定する、ことを特徴とする水理実験装置の水路設計方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a water channel design method for a hydraulic experimental apparatus including a wave generator capable of artificially generating waves toward a water channel and a model simulating topography disposed in the water channel, After setting the wave generation period of the target wave to be generated, generating the target wave for at least a half period or a half wavelength within a horizontal floor portion disposed between the wave generator and the model There is provided a water channel design method for a hydraulic experimental apparatus, characterized in that the distance and water depth of the horizontal floor are set so as to be able to.
前記水平床部の距離及び水深は、例えば、２Ｘ≧Ｔ（ｇｈ）1/2／２、Ｘは水平床部の距離（ｍ）、Ｔは造波周期（ｓ）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ２）、ｈは水平床部の水深（ｍ）、により表される関係式を満たすように設定される。また、前記水平床部の距離は、前記造波装置の下流端から前記模型の上流端までの距離であってもよいし、前記水平床部に設置された水位計の最上流位置から前記模型の上流端までの距離であってもよい。また、前記目標波は押波であってもよい。また、前記造波周期は、例えば、１５〜３００ｓの範囲内に設定される。 The distance and water depth of the horizontal floor are, for example, 2X ≧ T (gh) 1/2 / 2, X is the distance (m) of the horizontal floor, T is the wave-making period (s), and g is the acceleration of gravity (m / S 2 ) and h are set so as to satisfy the relational expression represented by the water depth (m) of the horizontal floor. Further, the distance of the horizontal floor portion may be a distance from the downstream end of the wave making device to the upstream end of the model, or from the most upstream position of a water level gauge installed on the horizontal floor portion. It may be the distance to the upstream end. The target wave may be a pushed wave. Moreover, the said wave-making period is set in the range of 15-300 s, for example.
上述した本発明に係る水理実験装置の水路設計方法によれば、水平床部の範囲内で少なくとも半周期分又は半波長分の目標波を生成することができるように、水平床部の距離及び水深を設定するようにしたことから、造波装置により生成された波が模型の上流端に到達し、その影響が造波装置の下流端（流入境界）に到達するまでの間に、少なくとも１周期分又は１波長分の波を生成することができる。したがって、この水平床部に生成された波は、流場に配置された模型による影響を受け難く、この波のデータを無限遠方沖合における波の諸元として定義することができる。 According to the water channel design method of the hydraulic experiment apparatus according to the present invention described above, the distance between the horizontal floor portions is such that a target wave corresponding to at least a half cycle or a half wavelength can be generated within the range of the horizontal floor portion. And the water depth is set, so that at least the wave generated by the wave generator reaches the upstream end of the model and the influence reaches the downstream end (inflow boundary) of the wave generator at least. Waves for one period or one wavelength can be generated. Therefore, the waves generated on the horizontal floor are not easily affected by the model placed in the flow field, and the data of the waves can be defined as the specifications of the waves off infinity.
以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は、水理実験装置を示す全体構成図である。図２は、水平床部における波の水位を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る水理実験装置の水路設計方法を示すフロー図であり、（ａ）は第一例、（ｂ）は第二例、を示している。図４は、本発明の一実施形態に係る水理実験装置の水路設計方法により設計された水路の作用を示す図であり、（ａ）は２Ｘ≧Ｔ（ｇｈ）1/2／２を満たす場合、（ｂ）はＸ≧Ｔ（ｇｈ）1/2／２を満たす場合、を示している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the hydraulic experimental apparatus. FIG. 2 is a diagram showing the water level of waves in the horizontal floor. FIG. 3 is a flowchart showing a water channel design method for a hydraulic experimental apparatus according to an embodiment of the present invention, in which (a) shows a first example and (b) shows a second example. FIG. 4 is a diagram showing the action of a water channel designed by the water channel designing method of the hydraulic experimental apparatus according to one embodiment of the present invention, and (a) satisfies 2X ≧ T (gh) 1/2 / 2. In the case, (b) shows a case where X ≧ T (gh) 1/2 / 2.
本発明の一実施形態に係る水理実験装置の水路設計方法は、水路１に向かって人工的に波を生成可能な造波装置２と水路１内に配置される地形を模擬した模型３とを備えた水理実験装置４の水路設計方法であって、生成したい目標波の造波周期Ｔを設定した後、造波装置２と模型３との間に配置される水平床部５の範囲内で少なくとも半周期分又は半波長分の目標波を生成することができるように、水平床部５の距離Ｘ及び水深ｈを設定することを特徴とする。具体的には、水平床部５の距離Ｘ及び水深ｈは、２Ｘ≧Ｔ（ｇｈ）1/2により表される関係式を満たすように設定される。ここで、Ｘは水平床部５の距離（ｍ）、Ｔは造波周期（ｓ）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ２）、ｈは水平床部５の水深（ｍ）、である。 A water channel design method for a hydraulic experiment apparatus according to an embodiment of the present invention includes a wave generator 2 that can artificially generate waves toward a water channel 1, a model 3 that simulates a landform disposed in the water channel 1, and The range of the horizontal floor portion 5 disposed between the wave making device 2 and the model 3 after setting the wave making period T of the target wave to be generated. The distance X and the water depth h of the horizontal floor 5 are set so that a target wave corresponding to at least a half period or a half wavelength can be generated. Specifically, the distance X and the water depth h of the horizontal floor 5 are set so as to satisfy the relational expression represented by 2X ≧ T (gh) 1/2 . Here, X is the distance (m) of the horizontal floor 5, T is the wave-making period (s), g is the acceleration of gravity (m / s 2 ), and h is the water depth (m) of the horizontal floor 5.
最初に、本発明の水路設計方法が適用される水理実験装置４の構成について説明する。水理実験装置４は、図１に示したように、上部が開放された略直方体形状を有し、長手方向に人工的な波を発生させるための細長い容器を構成する水槽４１内に形成される。水槽４１は、仕切板４２によって水路１と貯水槽４３とに区分されている。貯水槽４３は、水路１内に水流を発生させるための水を蓄える部分である。水路１は、造波装置２により、例えば、津波のような長周期波又は長波を生成する部分である。 First, the configuration of the hydraulic experiment apparatus 4 to which the water channel design method of the present invention is applied will be described. As shown in FIG. 1, the hydraulic experiment apparatus 4 has a substantially rectangular parallelepiped shape with an open top, and is formed in a water tank 41 that forms an elongated container for generating an artificial wave in the longitudinal direction. The The water tank 41 is divided into a water channel 1 and a water tank 43 by a partition plate 42. The water storage tank 43 is a part that stores water for generating a water flow in the water channel 1. The water channel 1 is a part that generates a long period wave or a long wave such as a tsunami by the wave making device 2.
造波装置２は、例えば、貯水槽４３から水路１に向かって水流を発生させる水流発生手段２１と、水流発生手段２１よりも下流に配置される整流板２２と、仕切板４２と整流板２２との間の水面の少なくも一部を覆う制波板２３と、を有している。なお、制波板２３は、必要に応じて省略することができる。 The wave generator 2 includes, for example, a water flow generating unit 21 that generates a water flow from the water storage tank 43 toward the water channel 1, a rectifying plate 22 that is disposed downstream of the water flow generating unit 21, a partition plate 42, and a rectifying plate 22. And a wave-damping plate 23 covering at least a part of the water surface between the two. The damping plate 23 can be omitted as necessary.
水流発生手段２１は、例えば、貯水槽４３の水を汲み上げるポンプ２１ａと、汲み上げた水を水路１に放出する配管２１ｂと、により構成される。ポンプ２１ａは、図示しない電動モータ及び制御装置に接続されており、回転数や駆動時間が制御される。なお、水流発生手段２１の構成は、図示したものに限定されるものではなく、ポンプ２１ａの台数、配管２１ｂの構成等、適宜変更することができる。 The water flow generating means 21 includes, for example, a pump 21 a that pumps up water in the water storage tank 43 and a pipe 21 b that discharges the pumped water into the water channel 1. The pump 21a is connected to an electric motor and a control device (not shown), and the rotation speed and driving time are controlled. In addition, the structure of the water flow generation means 21 is not limited to what was illustrated, The number of pumps 21a, the structure of the piping 21b, etc. can be changed suitably.
整流板２２は、水路１に供給された水流の断面積における速度分布を略均一となるように整流する板部材である。整流板２２は、例えば、通水性を有する樹脂材や金属材により構成されるフィルターである。具体的には、整流板２２は、立体網目形状を有する樹脂材により構成される。整流板２２は、仕切板４２に対して一定の距離だけ離隔した位置に、水槽４１の幅方向（短手方向）に亘って配置される。 The rectifying plate 22 is a plate member that rectifies the velocity distribution in the cross-sectional area of the water flow supplied to the water channel 1 so as to be substantially uniform. The rectifying plate 22 is a filter made of, for example, a water-permeable resin material or metal material. Specifically, the current plate 22 is made of a resin material having a three-dimensional mesh shape. The rectifying plate 22 is disposed across the width direction (short direction) of the water tank 41 at a position separated from the partition plate 42 by a certain distance.
制波板２３は、仕切板４２と整流板２２との間における水面の上下変動を抑制する板部材である。仕切板４２と整流板２２との間の領域は、水流発生手段２１により供給された水流を一時的に整流板２２で堰き止め、均一な速度に整流するための領域である。したがって、水路１に供給された水流が整流板２２によって堰き止められると水圧が上昇し、水は上方に逃げようとする。その結果、水面に波が形成されたり、整流板２２から水を押し出す圧力が低下したりして、造波精度に影響を与えることとなる。そこで、仕切板４２と整流板２２との間の領域における、水の上方への逃げ道を封止する手段として制波板２３を配置することが好ましい。 The damping plate 23 is a plate member that suppresses vertical fluctuation of the water surface between the partition plate 42 and the rectifying plate 22. The region between the partition plate 42 and the rectifying plate 22 is a region for temporarily blocking the water flow supplied by the water flow generating means 21 with the rectifying plate 22 and rectifying it at a uniform speed. Therefore, when the water flow supplied to the water channel 1 is blocked by the rectifying plate 22, the water pressure rises and the water tends to escape upward. As a result, waves are formed on the water surface, or the pressure for pushing water from the rectifying plate 22 is lowered, which affects the wave-making accuracy. Therefore, it is preferable to dispose the damping plate 23 as means for sealing the upward escape path of water in the region between the partition plate 42 and the rectifying plate 22.
上述した造波装置２は、一般に、水流式造波装置と呼ばれているが、かかる造波装置に限定されるものではない。例えば、造波装置２は、板を前後に移動させて波を発生させるフラップ式造波装置、溜めた水を放流することによって波を発生させるダムブレイク式造波装置、フロートを上下に振動させて波を発生させるフロート式造波装置、水面に負荷する空気圧を変動させて波を発生させる空気圧式造波装置等、長周期波又は長波を生成可能なものであれば、他の方式の造波装置であってもよい。ここで、押波及び引波を有する長周期波は、一般に、３０〜３００ｓ程度の周期を有する波と定義され、押波及び引波を有する長波は、一般に、水平床部５の水深ｈに対して２５〜２５０倍程度の波長を有する波と定義される。したがって、押波のみを有する長周期波は、１５〜１５０ｓ程度の周期を有する波と定義され、押波のみを有する長波は、水平床部５の水深ｈに対して１２．５〜１２５倍程度の波長を有する波と定義される。 The wave generator 2 described above is generally called a water-flow wave generator, but is not limited to such a wave generator. For example, the wave generator 2 is a flap type wave generator that generates waves by moving the plate back and forth, a dam break type wave generator that generates waves by discharging the accumulated water, and vibrates the float up and down. Float type wave generators that generate waves and pneumatic type wave generators that generate waves by changing the air pressure applied to the water surface, as long as they can generate long-period waves or long waves. It may be a wave device. Here, a long-period wave having a push wave and a pull wave is generally defined as a wave having a period of about 30 to 300 s, and a long wave having a push wave and a pull wave is generally at a water depth h of the horizontal floor 5. On the other hand, it is defined as a wave having a wavelength of about 25 to 250 times. Accordingly, a long period wave having only a push wave is defined as a wave having a period of about 15 to 150 s, and a long wave having only a push wave is about 12.5 to 125 times the water depth h of the horizontal floor 5. Is defined as a wave having a wavelength of.
また、整流板２２の下流側の水路１には、海底や陸地等の地形を模擬した模型３が配置される。模型３は、地形に加えて、浮体構造物（船舶を含む）、地上設備であるタンクやビル等の建造物、防波堤や風力発電設備等の構造物を模擬したものを有していてもよい。この模型３は、図１に示したように、整流板２２から波の進行方向に距離Ｘだけ離隔した位置に配置されており、整流板２２と模型３との間には、水槽４１の底面により水平床部５が形成される。すなわち、水平床部５の波の進行方向長さは、距離Ｘにより定義される。 In addition, a model 3 simulating topography such as the seabed and land is disposed in the water channel 1 on the downstream side of the rectifying plate 22. In addition to the topography, the model 3 may have a floating structure (including a ship), a structure such as a tank or a building that is a ground facility, or a structure that simulates a structure such as a breakwater or a wind power generation facility. . As shown in FIG. 1, the model 3 is disposed at a position separated from the rectifying plate 22 by a distance X in the wave traveling direction, and between the rectifying plate 22 and the model 3, the bottom surface of the water tank 41 is disposed. As a result, the horizontal floor 5 is formed. In other words, the traveling direction length of the wave on the horizontal floor 5 is defined by the distance X.
水路１の水深ｈは、造波装置２を停止させて水面が安定した状態により計測される水の深さにより定義される。模型３は、一般に、海底を模擬した傾斜部３１と、平地を模擬した平面部３２と、を有している。傾斜部３１は、模擬したい海底に合わせて斜度の異なる傾斜面を複数組み合わせて形成するようにしてもよい。また、平面部３２は、模擬したい平地に合わせて水深ｈと同じ高さ又は水深ｈ以上の高さに設定される。 The water depth h of the water channel 1 is defined by the depth of water measured when the wave generator 2 is stopped and the water surface is stable. The model 3 generally has an inclined portion 31 that simulates the seabed and a flat portion 32 that simulates flat ground. The inclined portion 31 may be formed by combining a plurality of inclined surfaces having different inclinations in accordance with the seabed to be simulated. Further, the flat surface portion 32 is set to the same height as the water depth h or a height equal to or higher than the water depth h in accordance with the flat ground to be simulated.
また、水路１の模型３の下流側には、生成された波により押し流された水を回収する回収部４４が形成されていてもよい。模型３の背面（下流側の端面）には、端末処理板４４ａが固定されており、水槽４１と端末処理板４４ａとにより囲まれる空間によって回収部４４が形成される。端末処理板４４ａの上端は、模型３（平面部３２）の後端部の高さと略一致するように形成することが好ましい。かかる構成により、水路１内に生成された波により押し流された水を堰き止めることなく回収部４４に落水させることができ、反射波の発生を抑制することができる。 Further, a recovery unit 44 that recovers the water swept away by the generated wave may be formed on the downstream side of the model 3 of the water channel 1. A terminal processing plate 44a is fixed to the back surface (downstream end surface) of the model 3, and a recovery unit 44 is formed by a space surrounded by the water tank 41 and the terminal processing plate 44a. The upper end of the terminal processing plate 44a is preferably formed so as to substantially coincide with the height of the rear end portion of the model 3 (plane portion 32). With such a configuration, the water swept away by the waves generated in the water channel 1 can be caused to fall into the recovery unit 44 without damming, and the generation of reflected waves can be suppressed.
また、端末処理板４４ａと水槽４１の内面との間にシール部材（図示せず）を配置することが好ましい。かかるシール部材を配置することにより、模型３と水槽４１との隙間を介して水路１と回収部４４とが連通しないようにすることができ、水路１内の水位を維持することができ、模型３を乗り越えて落水した水により生じた波が水路１内に伝播しないようにすることができる。なお、回収部４４には、回収した水を外部に排出するための排水口や排水ポンプ等の排水手段（図示せず）を設けるようにしてもよい。 Moreover, it is preferable to arrange a seal member (not shown) between the terminal treatment plate 44 a and the inner surface of the water tank 41. By disposing such a seal member, the water channel 1 and the recovery part 44 can be prevented from communicating with each other through the gap between the model 3 and the water tank 41, and the water level in the water channel 1 can be maintained. It is possible to prevent the waves generated by the water that has fallen over 3 from propagating into the water channel 1. The recovery unit 44 may be provided with drain means (not shown) such as a drain port and a drain pump for discharging the recovered water to the outside.
ところで、上述した水理実験装置４は、既存の実験水槽を用いて形成されることが多く、水路１の長さに制限がある。したがって、津波のような長周期波や長波を再現するには、造波装置２（整流板２２）と模型３との距離Ｘ、すなわち、水平床部５の距離Ｘが不十分となる場合がある。このように、水平床部５の距離Ｘが不十分な場合、従来は、造波装置２の構成や制御を改良することによって、長周期波や長波を再現することが一般的であった。 By the way, the hydraulic experiment apparatus 4 described above is often formed using an existing experimental water tank, and the length of the water channel 1 is limited. Therefore, in order to reproduce a long period wave or a long wave such as a tsunami, the distance X between the wave generator 2 (rectifying plate 22) and the model 3, that is, the distance X of the horizontal floor 5 may be insufficient. is there. Thus, when the distance X of the horizontal floor 5 is insufficient, conventionally, it has been common to reproduce a long-period wave or a long wave by improving the configuration and control of the wave making device 2.
ここで、図１に示したように、整流板２２（造波装置２）の下流端に水位計４５を設置して、造波装置２により長周期波又は長波を生成した場合の水位を計測すると、図２に示した結果が得られた。図２において、点線は生成したい目標波の波形Ｗ１、実線は模型３がない状態で波を生成したときの波形Ｗ２、一点鎖線は模型３を配置した状態で水平床部５の距離Ｘが目標波の１波長分の長さよりも短い場合の波形Ｗ３を示している。 Here, as shown in FIG. 1, a water level meter 45 is installed at the downstream end of the rectifying plate 22 (wave generator 2), and the water level when a long-period wave or a long wave is generated by the wave generator 2 is measured. Then, the result shown in FIG. 2 was obtained. In FIG. 2, the dotted line indicates the target wave waveform W1 to be generated, the solid line indicates the waveform W2 when the wave is generated without the model 3, and the alternate long and short dash line indicates the distance X of the horizontal floor 5 with the model 3 disposed. A waveform W3 when the length of the wave is shorter than one wavelength is shown.
いま、生成したい目標波は、津波と同様に押波であることから、図２に示したように、０点から所定の波高Ｚに達して再び０点に戻るまでの波形Ｗ１が１波長分の波形を示している。したがって、この１波長分の波形Ｗ１を形成するのに要する時間が目標波の周期Ｔ１を示すこととなる。なお、振幅の山谷を有する押波と引波を有する Since the target wave to be generated is a push wave as in the case of the tsunami, the waveform W1 from the zero point to the predetermined wave height Z and returning to the zero point again corresponds to one wavelength as shown in FIG. The waveform is shown. Therefore, the time required to form the waveform W1 for one wavelength indicates the target wave period T1. In addition, it has a push wave and a pull wave that have a peak and valley of amplitude.
上述した水理実験装置４において模型３を配置しない状態で波を生成すると、図２において、実線で示したように、目標波の波形Ｗ１に近似した波形Ｗ２を得ることができる。一方、上述した水理実験装置４において造波装置２の下流端に近接した位置に模型３を配置した状態で波を生成すると、図２において、一点鎖線で示したように、時間の経過とともに波形が大きく上方にずれた波形Ｗ３が得られる。これは、造波装置２により生成した波が、波高Ｚに達する前（約半周期分）から模型３に到達することで、その影響を受けているものと考えられる。 When a wave is generated in the above-described hydraulic experimental apparatus 4 without placing the model 3, a waveform W2 approximate to the waveform W1 of the target wave can be obtained as shown by a solid line in FIG. On the other hand, when a wave is generated with the model 3 placed at a position close to the downstream end of the wave making device 2 in the hydraulic experimental device 4 described above, as shown by a one-dot chain line in FIG. A waveform W3 having a greatly shifted waveform is obtained. This is considered to be affected by the wave generated by the wave generator 2 reaching the model 3 before reaching the wave height Z (about half a cycle).
このように、造波装置２により生成される波の波形が、波形Ｗ３のように目標波の波形Ｗ１から大きくずれた場合には、模型３上で流速、水位、波力等のデータを計測した場合であっても、その数値をもたらした波の諸元（例えば、波高、周期等）を正確に定義することができない。これは、水理実験の普遍性を損なうことを意味し、他の実験結果や計算結果と比較することができず、水理実験そのものが無意味に化してしまうこととなる。 Thus, when the waveform of the wave generated by the wave generator 2 deviates significantly from the waveform W1 of the target wave as in the waveform W3, data such as the flow velocity, water level, and wave force are measured on the model 3. Even in such a case, it is impossible to accurately define the specifications of the wave (for example, wave height, period, etc.) that gave the numerical value. This means that the universality of the hydraulic experiment is impaired, and it cannot be compared with other experimental results or calculation results, and the hydraulic experiment itself becomes meaningless.
そこで、本実施形態に係る水理実験装置４の水路設計方法では、水平床部５の距離Ｘ及び水深ｈが、２Ｘ≧Ｔ（ｇｈ）1/2／２により表される関係式を満たすように設定される。具体的には、例えば、図３（ａ）に示したように、本方法は、目標波の造波周期Ｔ（ｓ）を設定するステップＳ１と、水平床部５の水深ｈ（ｍ）を設定するステップＳ２と、数１を満たすように水平床部５の距離Ｘ（ｍ）を設定するステップＳ３と、を有している。 Therefore, in the water channel design method of the hydraulic experiment apparatus 4 according to the present embodiment, the distance X and the water depth h of the horizontal floor 5 satisfy the relational expression represented by 2X ≧ T (gh) 1/2 / 2. Set to Specifically, for example, as shown in FIG. 3A, the present method sets step S <b> 1 for setting the wave-making period T (s) of the target wave and the water depth h (m) of the horizontal floor 5. Step S2 for setting, and Step S3 for setting the distance X (m) of the horizontal floor portion 5 so as to satisfy Equation 1 are included.
一般に、長波の速度Ｃ（ｍ／ｓ）は、Ｃ＝（ｇｈ）1/2により表されることが知られている。したがって、水深ｈを特定することにより、長波の速度Ｃを求めることができる。また、速度Ｃに造波周期Ｔを乗じることにより、押波の１波長分の造波波長Ｌ（ｍ）をＬ＝ＴＣ／２の式により求めることができる。 In general, it is known that the velocity C (m / s) of a long wave is represented by C = (gh) 1/2 . Therefore, the long wave velocity C can be obtained by specifying the water depth h. Further, by multiplying the velocity C by the wave-making period T, the wave-making wavelength L (m) for one wavelength of the push wave can be obtained by the equation L = TC / 2.
例えば、図４（ａ）に示したように、造波装置２（整流板２２）の下流端から水路１内に波を生成し、波の生成部の近傍に水位計４５を設置するものとする。造波装置２により生成された波は、図中の矢印方向に移動し、模型３の上流端に到達すると、その影響が造波装置２により生成された波に影響を及ぼす。したがって、この模型３の上流端に到達した波の影響が、造波装置２により生成された波の少なくとも１周期分又は１波長分が水位計４５を通過するまでの間に、水位計４５に到達しなければ、水位計４５において少なくとも１周期分又は１波長分の波のデータを取得することができる。 For example, as shown in FIG. 4A, a wave is generated in the water channel 1 from the downstream end of the wave generator 2 (rectifying plate 22), and a water level gauge 45 is installed in the vicinity of the wave generator. To do. When the wave generated by the wave making device 2 moves in the direction of the arrow in the figure and reaches the upstream end of the model 3, the influence affects the wave generated by the wave making device 2. Therefore, the influence of the wave that has reached the upstream end of the model 3 is applied to the water level gauge 45 until at least one period or one wavelength of the wave generated by the wave generator 2 passes through the water level gauge 45. If it does not reach, the water level meter 45 can acquire wave data for at least one period or one wavelength.
すなわち、造波装置２により生成した波が模型３に向かって移動する距離と、模型３に到達した波からの影響が水位計４５に向かって移動する距離とを勘案すれば、水平床部５の距離Ｘの２倍が、造波装置２により生成された波の造波波長Ｌ以上の大きさであればよい。したがって、２Ｘ≧Ｌの関係式が導かれる。ここで、Ｌ＝ＴＣ／２＝Ｔ（ｇｈ）1/2／２であることから、最終的に、２Ｘ≧Ｔ（ｇｈ）1/2／２により表される関係式が導かれることとなる。ここで、「水平床部５の距離Ｘの２倍が、造波装置２により生成された波の造波波長Ｌ以上の大きさであればよい」ということは、言い換えれば、「水平床部５の距離Ｘが、造波装置２により生成された波の造波半波長Ｌ／２以上の大きさであればよい」ということに他ならない。また、造波半波長Ｌ／２は、造波半周期Ｔ／２と同義である。 That is, the horizontal floor portion 5 can be obtained by considering the distance that the wave generated by the wave generator 2 moves toward the model 3 and the distance that the influence from the wave that reaches the model 3 moves toward the water level gauge 45. Is twice as long as the distance X is equal to or larger than the wave-making wavelength L of the wave generated by the wave-making device 2. Therefore, a relational expression of 2X ≧ L is derived. Here, since L = TC / 2 = T (gh) 1/2 / 2, the relational expression represented by 2X ≧ T (gh) 1/2 / 2 is finally derived. . In this case, “two times the distance X of the horizontal floor 5 may be larger than the wave-making wavelength L of the wave generated by the wave-making device 2”, in other words, “horizontal floor The distance X of 5 only needs to be a magnitude equal to or greater than the half wave wavelength L / 2 of the wave generated by the wave making device 2 ”. Further, the half wave wavelength L / 2 is synonymous with the half wave period T / 2.
なお、水位計４５は、水平床部５のどの場所に設置されていてもよいが、造波装置２（整流板２２）の下流端に設置することが好ましい。水位計４５を造波装置２（整流板２２）の下流端に設置した場合には、水平床部５の距離Ｘは、造波装置２の下流端から模型３の上流端までの距離により定義され、距離Ｘを最も短く設定することができる。また、水平床部５に複数の水位計４５が設置されている場合には、それらのうち最上流に設置されている水位計４５の位置を基準にすることが好ましい。この場合、水平床部５の距離Ｘは、水平床部５に設置された水位計４５の最上流位置から模型３の上流端までの距離により定義される。 In addition, although the water level gauge 45 may be installed in any place of the horizontal floor part 5, it is preferable to install in the downstream end of the wave generator 2 (rectifier plate 22). When the water level gauge 45 is installed at the downstream end of the wave making device 2 (rectifying plate 22), the distance X of the horizontal floor 5 is defined by the distance from the downstream end of the wave making device 2 to the upstream end of the model 3. Thus, the distance X can be set to the shortest. Moreover, when the several water level gauge 45 is installed in the horizontal floor part 5, it is preferable to make the reference | standard the position of the water level gauge 45 installed in the most upstream among them. In this case, the distance X of the horizontal floor 5 is defined by the distance from the most upstream position of the water level gauge 45 installed on the horizontal floor 5 to the upstream end of the model 3.
図３（ａ）に示したフロー図では、造波周期Ｔを設定した後、水路１の水深ｈを先に設定してから、水平床部５の距離Ｘを設定する場合を示している。水深ｈを先に設定することにより、造波周期Ｔ、重力加速度ｇ及び水深ｈの数値が既知のものとなることから、数１により距離Ｘの最小値を求めることができる。そして、水平床部５の距離Ｘが、求められた距離Ｘの最小値以上となるように、水路１内に模型３が配置される。 In the flowchart shown in FIG. 3A, after setting the wave-making cycle T, the water depth h of the water channel 1 is set first, and then the distance X of the horizontal floor 5 is set. By setting the water depth h first, the wave-making period T, the gravitational acceleration g, and the water depth h become known, so the minimum value of the distance X can be obtained from Equation 1. And the model 3 is arrange | positioned in the water channel 1 so that the distance X of the horizontal floor part 5 may become more than the minimum value of the calculated | required distance X. FIG.
一方、図３（ｂ）に示したフロー図は、造波周期Ｔを設定した後、水平床部５の距離Ｘを先に設定してから、水路１の水深ｈを設定する場合を示している。具体的には、本方法は、目標波の造波周期Ｔ（ｓ）を設定するステップＳ１と、水平床部５の距離Ｘ（ｍ）を設定するステップＳ４と、数２を満たすように水平床部５の水深ｈ（ｍ）を設定するステップＳ５と、を有している。なお、数２に示した式は、２Ｘ≧Ｔ（ｇｈ）1/2／２により表される関係式から、水深ｈを求めるように式を変形させたものである。 On the other hand, the flow chart shown in FIG. 3B shows a case where the depth X of the horizontal floor 5 is set first and then the water depth h of the water channel 1 is set after the wave-making period T is set. Yes. Specifically, in this method, step S1 for setting the wave-making period T (s) of the target wave, step S4 for setting the distance X (m) of the horizontal floor 5 and horizontal so as to satisfy Equation 2 are satisfied. And step S5 for setting the water depth h (m) of the floor 5. The equation shown in Equation 2 is obtained by modifying the equation so as to obtain the water depth h from the relational expression represented by 2X ≧ T (gh) 1/2 / 2.
このように、距離Ｘを先に設定することにより、造波周期Ｔ、重力加速度ｇ及び距離Ｘの数値が既知のものとなることから、数２により水深ｈの最大値を求めることができる。そして、水平床部５の水深ｈは、求められた水深ｈの最大値以下となるように、水路１内に水が供給される。 Thus, since the numerical values of the wave-making period T, the gravitational acceleration g, and the distance X are known by setting the distance X first, the maximum value of the water depth h can be obtained from Equation 2. Then, water is supplied into the water channel 1 so that the water depth h of the horizontal floor portion 5 is equal to or less than the maximum value of the obtained water depth h.
上述したように、水平床部５の距離Ｘ及び水深ｈは、どちらを先に設定するようにしてもよく、水理実験装置４が形成される水槽４１の大きさや生成したい目標波の造波周期Ｔの長さ等の条件によって順序が決定される。例えば、水槽４１の長手方向の長さが短い場合には、模型３の配置に制限を受けることが多いことから、先に模型３の位置（すなわち、距離Ｘ）を設定してから、水深ｈを設定するようにすればよい。また、水槽４１の構造上、水深ｈに下限を有する場合には、その下限以上の水深ｈを設定してから、模型３の位置（すなわち、距離Ｘ）を設定するようにすればよい。 As described above, the distance X and the water depth h of the horizontal floor 5 may be set first, and the size of the water tank 41 in which the hydraulic experiment apparatus 4 is formed and the wave formation of the target wave to be generated. The order is determined by conditions such as the length of the period T. For example, when the length of the water tank 41 in the longitudinal direction is short, the arrangement of the model 3 is often limited. Therefore, after setting the position of the model 3 (that is, the distance X) first, the water depth h Should be set. In addition, when the water tank 41 has a lower limit on the depth h due to the structure of the water tank 41, the position of the model 3 (that is, the distance X) may be set after setting the water depth h equal to or higher than the lower limit.
上述した本実施形態に係る水理実験装置４の水路設計方法によれば、水平床部５の範囲内で少なくとも半周期分又は半波長分の目標波を生成することができるように、水平床部５の距離Ｘ及び水深ｈを設定するようにしたことから、造波装置２により生成された波が模型３の上流端に到達し、その影響が造波装置２の下流端（流入境界）に到達するまでの間に、少なくとも１周期分又は１波長分の波を生成することができる。したがって、この水平床部５に生成された波は、流場に配置された模型３による影響を受け難く、この波のデータを無限遠方沖合における波の諸元として定義することができる。 According to the water channel design method of the hydraulic experiment apparatus 4 according to the present embodiment described above, the horizontal floor can be generated so as to generate a target wave for at least a half cycle or a half wavelength within the range of the horizontal floor 5. Since the distance X and the water depth h of the part 5 are set, the wave generated by the wave making device 2 reaches the upstream end of the model 3, and the influence thereof is the downstream end (inflow boundary) of the wave making device 2. In the meantime, waves for at least one period or one wavelength can be generated. Therefore, the waves generated on the horizontal floor 5 are not easily affected by the model 3 arranged in the flow field, and the data of the waves can be defined as the specifications of the waves off infinity.
上述した本実施形態に係る水理実験装置４の水路設計方法を用いて、水路１を設計する場合に、例えば、押波の造波周期Ｔが４５秒、水平床部の距離Ｘが５０ｍであると仮定すれば、上述した関係式から、水深は約２．０ｍ以下に設定すればよい。この場合、造波周期Ｔが４５秒以下の押波であれば、少なくとも１周期又は１波長分の押波のデータを取得することができ、生成した押波の諸元を定義することができる。また、例えば、押波の造波周期Ｔが４５秒、水深ｈが０．３ｍであると仮定すれば、上述した関係式から、水平床部の距離Ｘは約１９．３ｍ以上に設定すればよい。 When the water channel 1 is designed using the water channel design method of the hydraulic experiment apparatus 4 according to the present embodiment described above, for example, the wave-making period T of the push wave is 45 seconds and the distance X of the horizontal floor is 50 m. Assuming that there is, the water depth may be set to about 2.0 m or less from the relational expression described above. In this case, if the wave-making period T is 45 seconds or less, it is possible to acquire the data of the pressed wave for at least one period or one wavelength, and to define the specifications of the generated pressed wave. . For example, if it is assumed that the wave generation period T of the push wave is 45 seconds and the water depth h is 0.3 m, the distance X of the horizontal floor portion is set to about 19.3 m or more from the above-described relational expression. Good.
上述した実施形態において、水平床部５の距離Ｘ及び水深ｈが、２Ｘ≧Ｔ（ｇｈ）1/2／２を満たす場合について説明したが、例えば、水槽４１が十分に大きいような場合には、図４（ｂ）に示したように、Ｘ≧Ｔ（ｇｈ）1/2／２の関係式を満たすように、水平床部５の距離Ｘ及び水深ｈを設定するようにしてもよい。この関係式は、造波装置２により生成した波が、模型３の上流端に到達するまでの間に、１周期分又は１波長分の波を水位計４５で計測することができるように調整されている。したがって、この変形例では、模型３からの影響が水位計４５に到達する前に１周期分又は１波長分の波を生成することができ、流場に配置された模型３による影響をより低減することができ、より正確に波の諸元を定義することができる。 In the above-described embodiment, the case where the distance X and the water depth h of the horizontal floor 5 satisfy 2X ≧ T (gh) 1/2 / 2 has been described. For example, when the water tank 41 is sufficiently large, As shown in FIG. 4B, the distance X and the water depth h of the horizontal floor 5 may be set so as to satisfy the relational expression of X ≧ T (gh) 1/2 / 2. This relational expression is adjusted so that a wave for one period or one wavelength can be measured by the water level gauge 45 until the wave generated by the wave generator 2 reaches the upstream end of the model 3. Has been. Therefore, in this modified example, waves for one period or one wavelength can be generated before the influence from the model 3 reaches the water level gauge 45, and the influence by the model 3 arranged in the flow field is further reduced. And can more accurately define wave specifications.
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１ 水路
２ 造波装置
３ 模型
４ 水理実験装置
５ 水平床部
２１ 水流発生手段
２１ａ ポンプ
２１ｂ 配管
２２ 整流板
２３ 制波板
３１ 傾斜部
３２ 平面部
４１ 水槽
４２ 仕切板
４３ 貯水槽
４４ 回収部
４４ａ 端末処理板
４５ 水位計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waterway 2 Wave generator 3 Model 4 Hydraulic experiment apparatus 5 Horizontal floor part 21 Water flow generation means 21a Pump 21b Piping 22 Current plate 23 Damping plate 31 Inclination part 32 Plane part 41 Water tank 42 Partition plate 43 Water storage tank 44 Recovery part 44a Terminal processing board 45 Water level gauge
Claims (5)
生成したい目標波の造波周期を設定した後、前記造波装置と前記模型との間に配置される水平床部の範囲内で少なくとも半周期分又は半波長分の前記目標波を生成することができるように、前記水平床部の距離及び水深を設定する、
ことを特徴とする水理実験装置の水路設計方法。 A water channel design method for a hydraulic experimental apparatus comprising a wave generator capable of artificially generating waves toward a water channel and a model simulating topography placed in the water channel,
After setting the wave generation period of the target wave to be generated, generating the target wave for at least a half period or a half wavelength within the range of a horizontal floor disposed between the wave generator and the model Set the horizontal floor distance and water depth so that
A water channel design method for a hydraulic experimental apparatus.
5. The water channel design method for a hydraulic experimental apparatus according to claim 1, wherein the wave-making cycle is set within a range of 15 to 300 s.
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