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波の種類と公式★水理学の世界(河川と水の動き)

波

水理学の世界へようこそ!

河川や海に生じる【波】

土木学士である私が、種類や公式についてサクッと解説していきます。

それではさっそく参りましょう、ラインナップは目次からどうぞ 🙂

この記事を書いた人

名前:ちゃんさと
  • 元公務員(土木職)の土木ブロガー💻
  • 国立大学★土木工学科卒業(学士)
  • 大学卒業後、某県庁の地方公務員(土木職)に合格!7年間はたらいた経験をもつ
  • 現場監督・施工管理の経験あり
  • 1級土木施工管理技士・危険物取扱者(乙)・玉掛けの資格もち
  • 今はブログで土木、土木施工管理技士の勉強方法や公務員のあれこれ、仕事をメインにさまざまな情報を発信中!

 

 

波の種類と公式

【波】と言われると、おそらく海などを思い浮かべるでしょう。

そう正解!、イメージとしてはバッチリですね 😀

水理学的にちょっと小難しく言うと、【波】は水面の高低運動であると言えます。

 

そして波の規模や性質は、波高(振幅)H、波長L、周期T、波速Cで示し、公式は以下のとおりです。

C=L/T

つまり波速は、波高は関係なく、波長と周期によって定まります。

また波高とは波の底から峰までの距離、波長とは波の峰から次の峰、谷から谷までの距離のことです。

以下の図が波の基本要素となります。

波の基本要素

【波の基本要素】

一方で波の種類は、波を起こす原因によって分類されます。

波の種類 概要
毛管波(さざ波) 風速1~2m

水面の表面張力によって発生する周期Tが0.1より小さい

重力波(波浪) 波高4~5m

波の速度は15~30m/s、波長は100m~250m

風の作用下で重力の影響によって水面が上下する

長周期波 暴風や地震の振動で発生する波

波高は1m未満で10分~20分の長い周期波が特徴

潮汐波 月や太陽の引力によって発生する潮の干満のこと

周期は干満の12時間

 

このほか、力学として波を水深と波長の関係から分類する方法もあります。

水深Dが波長Lの1/2以上の場合を深海波、1/2以下の場合を浅海波と分類します。

さらに磯や浅瀬に打ち寄せる波のように、水深Dが波長の1/10以下の場合は磯波と区分されます。

波の種類 水深と波長の関係
深海波(シンカイハ) 水深Dが波長Lの1/2以上
浅海波(センカイハ) 水深Dが波長Lの1/2以下
磯波(イソナミ) 水深Dが波長Lの1/10以下

 

波の種類(番外編:有義波高)

有義波高とは、ある地点で連続する波を1つずつ観測したとき、波高の高い方から順に全体の1/3の個数の波を選び、これらの波高および周期を平均したもの。

例えば100個の波が観測された場合、高い方から33個の波を選びます。

 

この有義波高は、海岸の防波堤のようなインフラ施設を設計する場合に用いられます。

波は常に変化する複雑な外力であるため、最も波高の大きいものを使うわけではありません。

設計にあたっては20分間観測の波高スペクトルの上位1/3の平均値(有義波高)を用いています。

 

波の公式&種類まとめ

波の規模や性質の公式:C=L/T

波高(振幅)H、波長L、周期T、波速C

分類 波の種類(名称) 概要や特徴
波を起こす原因 毛管波(さざ波) 風速1~2m

水面の表面張力によって発生する周期Tが0.1より小さい

重力波(波浪) 波高4~5m

波の速度は15~30m/s、波長は100m~250m

風の作用下で重力の影響によって水面が上下する

長周期波 暴風や地震の振動で発生する波

波高は1m未満で10分~20分の長い周期波が特徴

潮汐波 月や太陽の引力によって発生する潮の干満のこと

周期は干満の12時間

水深と波長の関係 深海波(シンカイハ) 水深Dが波長Lの1/2以上
浅海波(センカイハ) 水深Dが波長Lの1/2以下
磯波(イソナミ) 水深Dが波長Lの1/10以下
インフラ設計 有義波高 ある地点で連続する波を1つずつ観測したとき、波高の高い方から順に全体の1/3の個数の波を選び、これらの波高および周期を平均したもの

 

以上です。

また水理学関連では以下の記事もどうぞご覧ください。

ありがとうございました。

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