16
海洋科学技術センター試験研究報告 JAMSTEC R 25 (1991 Mar.) サンゴ礁造園モデル海域の海水流動特性 -その1,中城湾の海水流動シミュレーションー 河野 健*1 ザビエ・レンハルト*2 サンゴ礁の回復を人為的に促進する技術を研究開発する為に1988年より沖縄県と 共同で 匚サンゴ礁造園技術の研究開発」を進めている。 知念村地先のサンゴ礁造園モデル海域には人ロノルが設置され,サンゴの移植実 験が行われているか,この海域の環境特性を把握するための手段の一つとして,海 水の流動特性に着目した。そして,この海域の流れが,この海域を含む中城湾全体 の流 れの中 のどのような部分であるかを認識 するため, 数値シミュレーションを行っ た。 その結果,中城湾内に潮汐残差流 が存在する可能性が明らかとなり,また,シミュ レーションを行う上での問題点が明らかとなった。 キーワード : サンゴ礁造園技術,海水流動の数値シミュレーション,潮汐残差流 The Characteristic of the Flow at the Model Area for the Sea Test of the "Coral Reef Project" ― PART I The Numerical Simulation on the Flow in Nakagusuku Bay ― Takeshi KAWANO*3 Xavier LENHARDT*4 In order to develop techniques that promote the restoration of coral communities, the "Coral Reef Project" was started in 1988 in corporation with the OKINAWA prefecture. An artificial knoll was constructed at the model area for the sea test, located near the shore of Chinen-son Village in Nakagusuku Bay. Here experiments in coral transplantation were carried out. As a way to grasp environmental conditions of this area, numerical simulations of the water circulation of Nakagusuku Bay were studies. 海洋開発研究部 科学技術庁フェロー(研究当時 海洋開発研究部) 33 Marine Research and Technology Department S. T. A. Fellowship Awardee

サンゴ礁造園モデル海域の海水流動特性 -その1,中城湾の海水 … · SX=M一一一一= ムS τJv)=7JρuY U2+V2 -・・・・・ 2. 1. 11 みし 一 nb A 、1V

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海洋科学技術センター試験研究報告 JAMSTEC R 25 (1991 Mar.)

サンゴ礁造園モデル海域の海水流動特性

-その1,中城湾の海水流動シミュレーションー

河野 健*1 ザビエ・レンハルト*2

サンゴ礁の回復を人為的に促進する技術を研究開発する為に1988年より沖縄県と

共同で 匚サンゴ礁造園技術の研究開発」を進めている。

知念村地先のサンゴ礁造園モデル海域には人ロノルが設置され,サンゴの移植実

験が行われているか,この海域の環境特性を把握するための手段の一つとして,海

水の流動特性に着目した。そして,この海域の流れが,この海域を含む中城湾全体

の流れの中のどのような部分であるかを認識するため, 数値シミュレーションを行っ

た。

その結果,中城湾内に潮汐残差流が存在する可能性が明らかとなり,また,シミュ

レーションを行う上での問題点が明らかとなった。

キーワード : サンゴ礁造園技術,海水流動の数値シミュレーション,潮汐残差流

The Characteristic of the Flow at the Model Area

for the Sea Test of the "Coral Reef Project"

― PART I The Numerical Simulation on the Flow

in Nakagusuku Bay ―

Takeshi KAWANO*3 Xavier LENHARDT*4

In order to develop techniques that promote the restoration of coral

communities, the "Coral Reef Project" was started in 1988 in corporation

with the OKINAWA prefecture.

An artificial knoll was constructed at the model area for the sea test,

located near the shore of Chinen-son Village in Nakagusuku Bay. Here

experiments in coral transplantation were carried out.

As a way to grasp environmental conditions of this area, numerical

simulations of the water circulation of Nakagusuku Bay were studies.

海洋開発研究部

科学技術庁フェロー(研究当時 海洋開発研究部)

33

Marine Research and Technology Department

S. T. A. Fellowship Awardee

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The results pointed to a possible existence of tidal residual current,

and also clarified some problems concerning the simulation technique.

Key Words : Coral Reef Project, Numerical Simulation of water circul-

ation, Tidal Residual Current

1 はじめに

サンゴ礁は生きた防波堤として,台風などによ

る波浪や海岸侵食から沖縄本土をまもるばかりで

なく,生産性の高い海域として,漁政上も重要で

あり,また,観光資源としても重要な役割を果た

している。

しかし,近年,赤土の流入や,オニヒトデの異

常発生による食害によって,サンゴは多大な影響

をうけている。海洋科学技術センターでは,サン

ゴの回復を人為的に促進する技術を沖縄県と共同

で研究開発することとし, 1989年より「サンゴ礁

造園技術の研究開発」に着手した。 1988年の沖縄

本島周辺のサンゴ礁の現状調査1)などを通じ,沖

縄県南部の知念半島南部をサンゴ礁造園モデル海

域とし,ここにサンゴ破片の移植基盤である人工

ノルを設置し,サンゴを移植し,その成長をモニ

ターしてきた。2)

サンゴ礁造園モデル海域のある中城湾は,北部

を勝連半島,南部は与那原町から知念村へと西か

ら東へ突出する知念半島によって囲まれ,東側に

開口した南北約20km, 東西約10km のCの字形の湾

である。(図1)その上,この中城湾の東側には

北から浜比嘉島,浮原島,南浮原島,津堅島,久

高い島などの島嶼が並び,しかもこれら島嶼の他

にもバリアリーフによってふさがれた複雑な地形

となっている。リーフの外側のスロープは急峻で,

リーフ内の水深が数10m であるのに,外側は4~8

kmで水深200 m に達する。(図2)このような複雑

な地形を有する海域においては,潮汐や風によっ

て恒流が存在する可能性が高いと言える。恒流は

湾内の物質拡散や,湾内水の交換に重要な役割を

果たすことが知られており,知念村地先に位置す

るサンゴ礁造園モデル海域の流れが,中城湾内全

体の流れの中のどのような部分であるのかを確認

することは大変重要である。現在,中城湾のよう

な比較的広域にわたる流れを同時に観測する手法

34

は確立しているとは言えないので, 数値シミュレー

ションによって,その概要を把握することを試み

た。この数値シミュレーションは,潮汐に起因す

る潮汐残差流を考慮している。

2 シミュレーション手法

2.1 支配方程式3)

座標系を図3のようにとる。鉛直上向きにZ,

東方向が,北方向をYとする。平均海面をZ=Oと

し,平均水面から海底までの深さをh,平均水面

から海面までの高さをごとする。

このように座標系を設立すると,回転する地球

上では, x, Y 方向に対する運動方程式として,

ここでXL, V, W はX, y, z方向の流速成分,ρは

海水の密度,ωは地球自転の角速度,φは緯度,

pは圧力, は渦動粘性係数の水平成分である。

7'(へ r(’)はそれぞれx,y方向の摩擦応力であ

JAMSTEC R 25 (1991)

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.&

金武湾

~ 浮原島浜比嘉島 ,句

間浮原島

N

日記∞

N

中城湾

オンゴ礁進国モデル海域

2 8. I~ 111

同日∞門戸

数値シミュレーション海域図 1

35

Simulated Area Couter square) Fig. 1

25 (1991) R JAMSTEC

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図 2 数値シミュレーション海域の海底地形の鳥撒図

Fig. 2 Perspective View of Simulated Area

一一 U T.. (x)

であり,これを用いると,

Du du θδθ 一一=一一+一(u2)十一(uv)+-(uw)Dt at ax ay az

z

p: y

x

「。噌24つ山

Tb (ェ)

Dv av a a a 一一=一一+一一(uv)+ (v2

) +一(vw)Dt at ax ay az

-e

ρhv

Eム

nF山

と書ける。

また圧力pは静水圧分布すると考えて,

図 3 座標系

Fig. 3 Coordinate System

p=Po十pq(t -z) ………2.1.7

但し,ここで、p。は大気圧,どは平均水面からの

海面高さである。式2.1.1,2.1.2の左辺を式2.1.5,

2.1.6とし,式2.1.7を代入して,海底 (z=-h)か

ら海面 (z=t)まで積分すると,る。

また連続の式は,

.........2.1.4 。u(t +h)θu2( t +h)δuv(と+h)

十 一+。u a vθw 一一一+一一-+一一一=0δx ay . az δt 。X 。y

36 JAMSTEC R 25 (1991)

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となる。

2.2 差分展開4)

式2.1.8,2.1.9及び式2.1.12を差分展開して解く

が,その際各変数は,図4の様な位置に定義する。

即ち,格子点上 (0印〉に平均水面から高さh,

格子中央(+印)平均水面からの高さ(,格子点

と格子点の中央(ム印)に流速u,vを定義する。

これを時間に関して,前進差分,空間に関して

中心差分により展開する。即ち,

θC =fv (( +h) -g( (+h) 一一。Z

。2U f) 2Uτfx〉-τJx〉+Kh( (+h) (一一十一一)+ " E

f) X2 a y2

δv( (+h) +

. . . . . . . . . . . . . . .2.1..8

δuv( ( +h) f) v2( ( + h) +

ρ(h+ ()

×

ムt ムt(i,i(t+一一)+ (;-1, i (t十 一)+h叫 hi,i+l

2 2

g ムtSXi,i (t+ムt)=SXi, i (t)一二(一一)

2 ムSf)( =-fu(ど+h)-g(t+h)一一一

δy

θ2Vθ2Vτ(y)ー τ(y)

+Kh(( +h)←一+一一)+ v

f) X2θy2 ρ(h+ ()

θy 。Xθt

+ BXi,i ムt ムt

(i,i(t+一一)-(;-1, i (t十一)

2 2 × ...........2..1.9

4Ei

つ臼ワu

× g ムt 空

SYi,i (t+ムt)=SYi,i (t)ーニ(一一)2 ムS

ここでfはコリオリ係数 (=2ωsinφ), τsは海

面での摩擦応力 τbは海底での摩擦応力である。

また,式2.1.8,2.1.9を導くあたってwを含むコリ

オリカは他の項に比して無視できるものとして省

略した。また,大気圧P。は一定とした。

ムt ムt(i, i-1(t+一一-)+ (i,i(t十一一一)+ hi, i + hi+l, i

2 2

τJy〉はそれぞれ、UUJe

‘、

。。τ

+ BYi,i

の〆U。,uoρ

ムt ムtc川 (t+一一J-ti,i(t+一一)

2 2 ×

.. ....2.1.10

ここで, Ux, Uyはそれぞれ風速のX成分,y成

分, r s2は海面との摩擦係数, ρsは空気の密度で

ある。また,

U

一U

+一+

U一

U

fvfv

U

U

ρ

ρ

'N''

一一一一

d

d

ττ

τbω はτbU〉,ここで

τ戸=r b2ρudu2+v2,

ムt(( +h) u一一

ムS

ムtSX=M一一一一=

ムS

-・・・・・2.1.11τJv)=7JρuY U2+V2

みし

nb

A

一ムV

、1ノ1n +

y'b

/'s、、

的一

ωM

Y

と表される。ここでγJは海底との摩擦係数であ

る。また,連続の式も同様に海底から海面まで積

分すると,

内ぺ

unノu

nL

au (( +h)δv (ど +h)+ =0

δy θz

δと一一一+θt

37

。山唱Eよ

Eム

nノU

25 (1991) R JAMSTEC

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ぬムt2BXi. i= -r b 2 . Y Ui. i LlS

(ωωωuぜui.i)2 + よ (付vγi-l川.)咋l斗+v戸什パl山 +竹vγず1.J斗+vずずi汁.i門+叫勺lつ)16

fLlt 十一一一 (SYH.j+SYi-1. j-l+SYi. i十SYi.j+l)

4

1 ムt一一一 一一{(SXi.i+SX川・う (ui.i+ザ刊i)一(SXi.-1. i+SXi. i) (u山 +ui.i) }

4 ムS

l ムt一一ー一一{(SXi. i-1 + 8Xi. i) (Vi-l. i + Vi. ,i)ー(SXi.i+SXi.i+l)(Vj-l.i+1+Vi.i+l)}

4 LlS

ムザ+Kh一一一{ (ti.i+ ti-l.i+hi.i+h山)(u川・i+UH.i十Ui.i+l+Ui,i-I-4ui.i)} ....・H ・-……2.2.4

2Ll8

Ll t2

B yi. i = -r b 2 • _ Vi. i

LlS (vi. i)2 +よ (ui・j-l+Ui・i+U汁山+Ui+l.i)2

16

],

fLlt -一一一 (SXi.i-1 + SXi. i+ SXI+l. J-l + SXi+1. i)

4

1 Ll t -一一一一{(SYi. i+ SYi+l. i) (ui+l. j-l + Ui+1. i)一(SYi-l.i + SYi. i) (ui. i-1 + ui. i) }

4 ムS

1 ムt一一一 一一一{打(8貯Y予予】Lυ汁山.J上i-刊一→I+S貯Y干子1.Jう1)(付vγずVi.i一l斗+vγ1,jト)ト一(ωSY千i.i斗+S釘Yi, i+刊1)川〈付v~斗j斗+竹村vγv1•川,

4 ムS

2 Ll t2

+Kh一一一一{れ(t i. i斗+t i. i-1一→1+吋h廿ν1.J斗+均吋h甘i汁川+

2Ll8 P

エ i+1

句〈コ

図 4 流速、深度、潮高の定義点

Fig. 4 Definition of (i, j)

j+1 • h i. j :水深:water depth

• t i. j :瀬高:surface elevation

ー咽盛

ー 'ーU i.j:流速 (X成分〉hor凶) 6S

: u-velocity (along x-axis) and Sx i. j

.. V i. j :流速 (Y成分)

.X (Eas七) : v-velocity (along y“axis) and 8y i. j

38 JAMSTEC R 25 (1991)

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また,平均水面からの高さは,

ムt st ti,i (t+一一~ = ti,i (t-一ー')-SXi+l,i(t)

2 2

+SXi,i (t) -SYi,i ,(t) +SYi,i+1 (t)

ρo n,u

つu

。 sxi此HJ~→

と差分展開されるO

時間進行に関しては,図 5に示す様に,

①時刻tにおけるSX,SYをSX(t), SY (t) とす

る。

②時刻1/2st後の海面のデータ t(t+1/2ムt)

をもとに,SX (t+ムt),SY (t+ムt)を計算

する。

③このSX(t+ムt),SY (t+st)をもとに

t (t+3/2s t)を計算する。

という様にSX,SYとごとが交互に計算されて行

く。

S

SX'・i,sxl.M+I j傭

SY泊,..,

-潮汐をサイン関数で与える点

: point of tide input

じ〉 等値外挿:point of equal extrapotation

炉 連続の式に基づく計算値

。 2 2~ 一2 2 2

S X(U) S X( 1) S X(2)

S YW) S Y(l) S Y(2)

¥ ,1' ¥ ぐú~) ぐ(小2

図 5 時間進行

Fig, 5 Time Marching

: calculated from Continuity Eq,

図 6 開境界でのSX,SYの外挿法

Fig. 6 Open Boundary Condition

SXun+l,i (t) =SXun,i (t) -{ (SYun,i (t)

-SYim,i+l (t) ) + (tim,i (t+1/2ムt)

-t im, i (t -1/2 s t) ) }

2.3 境界条件

J)海底地形及び計算領域

海底地形即ちhに関しては,海上保安庁による

海図から読み取った。但し,リー フ上に関しては,

深度は全て2mと仮定した。また 計算領域は東

北部及び南西部の一部を除き海岸線から深度200

mの地点までとした。

2)海面高Cについて,島峡及びリーフの外側で

架度200mの地点において,半日周期の下記のよ

うな正弦関数で与えられる潮汐を境界条件として

与えた。

t=A1・sin(2πt/B1) ………2.3,1

ここでA1が潮汐の振幅, Blが周期である。

また流速に関しては,関境界と平行な方向に関

しては等値,垂直な方向に関しては下記のような

連続の式によ って求めている。(図 6)

SYim+l, i= SYim, j η〆uqο の

λ

SYi,il:n+l (t) =SYゆ (t)-{ (SX川,炉 (t)

-SXi,jm (t) ) + C ti如 (t+l/2st)

ーとi,jm Ct-l/2ムt)) }

SXi. jm+l = SXi,知 内ベU

nペU

のJU

但し,角では

SXim+1, jm =Syun,知+1

= 1/2 {SXun,jm-SYim, jm-t im, jm (t+ 1/2s t)

ー と 加,jm(t-1/2ムt)) }

(3)海岸線

海岸線に関してはno-slipの境界条件,即ち境界

での流速をOとする条件を課してる。(図 7)即

ち, J三五bが海岸線とすると,

…・・・・・.2.3.4

JAMSTEC R 25 (1991) 39

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SXí, b- I =-SX~b. SYi,b=O ……・・・2.3.5

又,1三五bが海岸線とすると,

syb-1.j=SYb,J,SXb.j=O ………2.3.6

-u -y

-y

惨速度をOとする点

惨速度をOとする点

図 7 海岸線での速度の外挿入法

Cno-slip condition) Fig. 7 No-slip Boundary Condition at

shoreline

3 計算結果

3.1 潮汐流

式2.1.8,2.1.9の内,海底での摩擦のみを考慮に

入れて計算したものが図8'"図11である。計算条

件は,表 1の通りである。

表 1 潮汐流の計算条件

Table 1 Culculation Condition

格子点数 約3000

格子間隔 ds=500m

時間間隔 ムt=0.0005hour

水平渦動粘性係数 Kh = 100ni/S

海底摩擦係数 r b =0.05

コリオリノマフメータ f= -O.000066rd/S

潮汐振幅 A1=O.9m

潮汐周期 B1=12 hour

図8は流速Oからスター トし,1周期後の12hの

ときの潮汐流であるO リーフ上やリーフとリーフ,

リーフと島慣の聞から外洋水が流れ込む様子がシ

40

ミュレートされているO 図 9は潮位0.9m即ち 15

時間後の流況で,図 8に比して流速は遅いものの

まだ外洋水の流入が続いている。図 10は再び潮

位がOとなった18時間後の様子であり,湾内水が

リーフ間等から湾外へと流出しているO 図11は21

時間後の様子でやはり湾内水が湾外へと流出し

ている様子がシミュレートされているO 尚,これ

らの流速ベクトル図には リーフ外の流速ベクト

ルは描かれていない。

この12時間後から24時間後までの1周期の流れ

を積分したものが図 12で,潮汐残差流である。

この図によると,中城湾の中心に右回りの大きな

残差流があり,馬天港,与那原近傍の海域に反時

計四りの残差流の渦が表れている。この潮汐残差

流に,各点での深度 C(+hうをかけて流量とし

たものが図13であ.る。これによると,中城湾中心

部の大きな時計回りの残差流は,知念岬方面から

リーフに沿っての流れが久高島の聞の大きな水

路からの流入とぶつかり方向を変えて形成してい

る様に見えるO また,この図においても馬天港,

与那原近傍海域に反時計回りの残差流の渦が顕著

に表れている。久高島と知念半島の間や久高島と

津堅島の間に点在するリーフの上にも大きなフラッ

クスが見られる。しかし本シミュション法は比

較的起伏のなだらかな海底地形を有する海域にお

いては現象をよくシミュレートするが,久高島と

津堅島の聞に点在するリーフの上などの流れは,

.本方法そのままでは必ずしもうまくシミュレート

されていないと考えられる。

3.2 風による流れ

本計算には,現在のところ風の影響が含まれて

いない。即ち,式2.1.8,2.1.9で し=0とおいてい

るO これは,本来,時間と場所関数である風のデー

タが得られないためである。しかし,もし,風が

全域にわたって,一定であるとした場合,どのよ

うな影響があるかを考慮したものが図 14及び図

15であるO この図も,ベクトルは,流速にその点

での深度をかけた流量で示しである。風速はどち

らも10m/S,風向が450と2250

である。 この風の

影響のみによって,風向が2250のときは反時計ま

わり,風向が450のときには時計回りの流れが,

中城湾中部で形成され,また,流量も大きい,従っ

て,風が中城湾内の流れに与える影響は充分に大

JAMSTEC R 25 (1991)

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図 8

Fig.8

図 9

Fig. 9

JAMSTEC

0:2.m/s・

. .・

.' .

。cea.n.level.:

. ,・

l' m '

'0:5 m'

0・m'

一:5・m'

-lm'

中城湾の潮汐流の数値シミュレーション結果計測開始後12時間経過(第2周期目〉

Simulation Result (Tidal Current) t= 12 hour

。主主会:

, •

. ・.

. .

、.•

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e

-v -e

n. a

戸WC

0.

1・m'

'0.・5m'

。・立1・

一:5・m'

.. . -1. rn!

中城湾の潮汐流の数値シミュレーション結果計測開始後15時間経過(第2周期目)

Simulation Result (Tidal Current) t= 15 hour

R 25 (1991) 41

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42

-・・・・・・・・・・・・・・・.・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・ ・・・・ ・ ・ . .. . .・. • . ,

図 10 中城湾の潮汐流の数値シミュレーション結果計測開始後18時間経過(第2周期同)

Fig. 10 Simulation Result CTidal Current) t= 18 hour

. . . . .. ....... . -・・.. .. ..... .

-・・・・・・・.•. . .

-・.. .

:::X3、 . .. . . .‘、、、、、、、、、、、一一一司一時

jくことii:::::::;::::::::::::::::ごご二ニコニコ.• ::i・!万二:::::: コ:::::::::::ココご』芯.に;;;!ニ矛ケォ:: .・にごさ行や.::--・・・¥' I〆.• • • ~. むミ討 :::--:::?:1:m:. .にJ::::::¥マ に :::::J: ミ\\~マーミ:. . . . . . . . . . . . ..,,-1 ゾ ン2・・・ ・ ・・・・・・・・・・・・・・0・5m'

::::;:::::止。:..:.τ ・.、、..し/..,. ::::::::・…:ぃ ~'\H ~い・ ;;:::::::::::::::::::::ι::o: …­:: : ::::メ込山:ミ~\'U ~J! パ:', ι-Ji〉NhkkドJdJYY....i.... J . , , ): : ~ ~H'.\んい. • • • • . . • • . • • • • • ..・・・ ・・・ ・・ ・・ ・・・ー;5・m':y::::iii 》・・~~・ー

会 ・ー ・・・・ ・・・ ・.. . . . . ・.・・・・・・・・・ ・ーー・ー

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図 11 中城湾の潮汐流の数値シミュレーション結果計測開始後21時間経過(第2周期目〉

Fig. 11 Simulation Result CTidal Current) t=21 hour

JAMSTEC R 25 (1991)

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図 12 中城湾の潮汐残差流の数値シミュレーション結果(計測開始12時間後から24時間後

までの 1周期分の流速の積分値

Fig. 12 Simulation Result (Tidal Residual Current) (from t=12 hour to t=24 hour)

図 13 中城湾の潮汐残差流 (流量〉の数値シミュレーション結果(計測開始12時間後から

24時間後までの 1周期分の流速の積分値

Fig. 13 Simulation Result (Tidal Residual Flux) (Todal Residual Current X depth)

JAMSTEC R 25 (1991) 43

Page 12: サンゴ礁造園モデル海域の海水流動特性 -その1,中城湾の海水 … · SX=M一一一一= ムS τJv)=7JρuY U2+V2 -・・・・・ 2. 1. 11 みし 一 nb A 、1V

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図 14 風による流れのシミュレーシ ョン結果(風速10m/s,風向2250)

Fig. 14 Simulation Result CWind-driven, Current)

CVelocity 10m/ s, Direction 225 degree)

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図 15 風による流れのシミュレーション結果(風速10m/s,風向450)

Fig. 15 Simulation Result CWind-driven, Current)

CVelocity 10m/s, Direction 45 degree)

44 JAMSTEC R 25 (1991)

Page 13: サンゴ礁造園モデル海域の海水流動特性 -その1,中城湾の海水 … · SX=M一一一一= ムS τJv)=7JρuY U2+V2 -・・・・・ 2. 1. 11 みし 一 nb A 、1V

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としてリーフ上の流れをモデル化する。ここでω=

2π/12 hourであるO このモデルを用いた場合の

シミュレーション結果が図 16""図 19である。

リーフ上の流れをモデル化していない図 8""関

11に比べるとリーフの存在する部分以外にも津堅

島のまわりの流況や,湾内北西部の海岸付近や与

那原付近などで全般的に流速が遅くなる傾向など

の差異が見られる。

これらを先の図 16と同様に1周期分積分し,各

点で深度をかけて流量としたものが図 20である。

図 13と図 20を比べるとその相違は大きく,図

13でみられた中城湾内中心部の時計回りの残差流

や馬点港,与那原町近傍の海域の反時計回りを残

差流は,図 3.13ではみられず,その代わり津堅島

のまわりを回る残差流が顕著で、ある。また中城湾

南西部から流入し久高島・津堅島聞の水路から

流出するというパターンが表れている。

きく,本来無視できるものではない。この風をど

のように計算に組み込むかは,今後の大きな課題

の一つである。

3.3 リーフ上の流れのモデル化

そこで,実験によって得られたデータ及び潮汐

表をもとに,リーフ上の流れをモデル化すること

を試みた。

コマカ島と平瀬の間のリーフ上に設置された流

速計のデータ5)のうち比較的海の荒かった時の

ものをもとに,流速を

と近似する。文献5)によると 比較的海が荒い

場合,流れはリーフの中に入る方向に卓越する。

また,このときの水深は,潮汐表をもとに

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と近似する。そして, VXhをとり,

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図 16 リーフ上の流れをモデル化した場合の中城湾の潮汐流の数値シミュレーション結果

計測開始後12時間経過(第2周期日)

Fig. 16 Simulation Result CTidal Current with Modelized Feef Input) t= 12 hour

JAMSTEC R 25 (1991) '45

Page 14: サンゴ礁造園モデル海域の海水流動特性 -その1,中城湾の海水 … · SX=M一一一一= ムS τJv)=7JρuY U2+V2 -・・・・・ 2. 1. 11 みし 一 nb A 、1V

図 17

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リーフ上の流れをモデル化した場合の中城湾の潮汐流の数値

シミュレーション結果計測開始後15時間経過(第2周期日)

Fig. 17 Simulation Result CTidal Current with Modelized Feef Input)

-図 18

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リーフ上の流れをモデル化した場合の中城湾の潮汐流の数値

シミュレーション結果計測開始後18時間経過〈第2周期目)

Fig. 18 Simulation Result. Tidal Current with Modelized Feef Input)

46

t= 15 hour

t= 18 hour

JAMSTEC R 25 (1991)

Page 15: サンゴ礁造園モデル海域の海水流動特性 -その1,中城湾の海水 … · SX=M一一一一= ムS τJv)=7JρuY U2+V2 -・・・・・ 2. 1. 11 みし 一 nb A 、1V

図 19

Fig. 19

図 20

Fig. 20

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リーフ上の流れをモデル化した場合の中城湾の潮汐流の数値

シミュレーション結果計測開始後21時間経過(第2周期目)

Simulation Result. Tidal Current with Modelized Feef Input

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t=21 hour

リーフ上の流れをモデル化した場合の中城湾の潮汐残差流(流量)の数値

シミュレーション結果(計測開始12時間後から24時間後までの 1周期分の

流速の積分値に水深をかけて流量としたもの)経過

Simulation Result. Tidal Current Flux with Modelized Feef Input

(from t = 12 hour to t = 24 hour)

25 (1991) 47

Page 16: サンゴ礁造園モデル海域の海水流動特性 -その1,中城湾の海水 … · SX=M一一一一= ムS τJv)=7JρuY U2+V2 -・・・・・ 2. 1. 11 みし 一 nb A 、1V

4 結論

本シミュレーションは未だに完全なものとは言

えないが,潮汐を考慮したシミュレーションによっ

て,中城湾内の恒流の存在の可能性が示唆されて

いると考えられるO

また,本シミュレーション法は比較的なだらか

な海底地形を有する海域に適用すると現象をよく

シミュレートし得る方法であり,湾内のシミュレー

ションには問題はないが リーフ近傍の急峻な地

形の部分をうまく処理する必要がある。その意味

でもリーフ上の流れのモデル化は中城湾内の流れ

に大きな影響を与えるので この点をさらに検討

する必要がある。さらに,本計算例においてはム

tがかなり小さい値となっているが,これはリー

フなど複雑な海底地形を取り扱うには格子間隔が

大きすぎるためである可能性がある。そこでより

細かい格子系で計算する必要性も考えられる。

いずれにしても湾内の恒流には潮汐に起因す

るもの,リーフ上の流れによるものの他にも風に

よる吹送流などが考えられ これらが相互に影響

しあって構成されている。従って,より詳しい観

測によりシミュレーションに用いることのできる

インプットデータや シミュレーション結果の妥

当性を判断できるようなデータを得るとともに,

潮汐,リーフ上の流れ,風などを組み込んだ計算

を行う必要がある。

48

これまでの計算から サンゴ礁造園モデル海域

の流れの特徴をあげると海水はモデル海域南部

のバリアリーフ,リーフ聞の水路からはいりこみ,

一部は久高島西側から流出,大部分は北東ないし,

北西方向の中城湾へと入り込むという傾向がある

ように思われる。

参考文献

1)工藤君明,本多牧生:沖縄本島周辺のサンゴ

礁の現状調査, 'JAMSTEC TR21 (1989), pp, 121

""pp. 142

2)工藤君明,大西毅,本多牧生:サンゴ移植・

観測システムについて, JAMSTEC R23 (1990),

pp. 345""pp. 369

3)岩垣雄一,梅木 亨:海岸工学,共立出版

(株), (1979)

4) ISHIKA W A, M. : A Study of Model for

Costal Environment Management,東京大学工

学部化学工学科博士論文(1989)

5)河野健,工藤君明:サンゴ礁造園モデル海

域の海水流動特性ーその2 サンゴ礁造園モデル

海域内の計測調査, JAMSTEC R25 (Now Ap-

pear)

(原稿受理:1990年11月6日)

JAMSTEC R 25 (1991)