研究者詳細 - 趙　容桓

杭式構造物の杭基礎周辺の局所洗掘に与える漂砂パラメータの影響と機械学習による評価

中村友昭, 内藤龍之介, 趙容桓, 水谷法美, 山野貴司

土木学会論文集B3（海洋開発） 78 巻 ( 2 ) 頁： I_61 - I_66 2022年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：公益社団法人土木学会

杭基礎周辺の局所洗掘現象に波浪場と地形変化の相互作用を解析できる数値計算モデルFS3Mを適用し，漂砂現象に関わる3つのパラメータが局所洗掘に与える影響を検討した．また，計算結果を機械学習モデルのXGBoostとLightGBMを使って学習させ，パラメータの影響を機械学習の観点からも評価した．その結果，最終洗掘深への寄与は底質の巻き上げ関数の係数Cpが最も大きく，Cpの増加とともに最終洗掘深も大きくなる傾向があること，摩擦速度の計算に用いる接線方向流速の移動床表面からの高さzvelと移動床表面近傍の鉛直方向の格子幅Δzsurfの最終洗掘深への寄与は小さいこと，zvel/Δzsurf = 3~4 にかけて zvel/Δzsurfの増加とともに最終洗掘深も大きくなる傾向があること，Δzsurfが最終洗掘深に与える明確な傾向はないことを確認した．また，以上の結果に基づいてパラメータ値の決定方法を提案した．

DOI： 10.2208/jscejoe.78.2_i_61

Mechanism of Tsunami-Induced Erosion of Bridge-Abutment Backfill and Its Countermeasures 査読有り国際誌

Nakamura, T; Sugiyama, C; Cho, YH; Mizutani, N

WATER 13 巻 ( 24 ) 2021年12月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Water (Switzerland)

Tsunamis can destroy bridges in coastal areas. Studies have attempted to unravel the mechanism of tsunami-induced damage and develop effective countermeasures against future tsu-namis. However, the mechanisms of tsunami-induced erosion of bridge-abutment backfill and its countermeasures have not been studied adequately. This study investigates this topic using numerical analysis. The results show that the tsunami flowing down along the downstream wing of the abutment induces bedload sediment transport on the ogive section of the backfill on the downstream side of the abutment, resulting in the onset of backfill erosion. Sediment suspension and bedload sediment transportation occur when the backfill inside the abutment starts to flow out from below the downstream wing. This leads to subsidence of the backfill at the upstream side of the downstream wing. The subsequent backfill erosion is mainly caused by bedload sediment transport. Numerical experiments on countermeasures show that extending the wings downward can prevent the acceleration of backfill erosion in the presence of the abutment. A combination of multiple coun-termeasures, including extended wings, would be more effective in maintaining the stability of the abutment after a tsunami. This suggests the application of such countermeasures to actual bridges as an effective countermeasure against backfill erosion.

DOI： 10.3390/w13243529

その他リンク： https://www.mdpi.com/2073-4441/13/24/3529

Numerical Reproducibility of Wave Response for an Oscillating Wave Surge Converter Using Inverted Triangle Flap 査読有り国際共著国際誌

33 巻 ( 5 ) 頁： 203 - 216 2021年10月

Motion of Floating Caisson with Extended Bottom Slab under Regular and Irregular Waves 査読有り国際誌

Nakamura, T; Nagayama, N; Cho, YH; Mizutani, N; Kurahara, Y; Takeda, M

JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND ENGINEERING 9 巻 ( 10 ) 頁： 1129 2021年10月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Journal of Marine Science and Engineering

Floating caissons may oscillate primarily due to ocean waves during towing operations. Reducing the oscillation based on the extension part (footing) of the bottom slab of the caissons can efficiently increase the safety of towing maneuvers. However, the influence of the footing length on the motion of floating caissons has not been adequately studied. This study investigates this topic through hydraulic model experiments and numerical simulations. Experimental results for regular waves show that the rotational motion (pitch) of the caisson around the wave crest direction increases owing to resonance. This suggests that the pitch could be reduced by designing caissons, such that resonance may be prevented along the footing length. In the numerical simulations of irregular waves, the Fourier amplitudes of the heave and pitch show that the footings amplify their low-frequency components and reduce their high-frequency components. Furthermore, the significant total amplitudes of the heave and pitch show a different trend from that of the regular waves observed in the hydraulic model experiments. This suggests that it is essential to examine the motion of a caisson under irregular waves when assessing the effect of footings in an actual marine environment.

DOI： 10.3390/jmse9101129

その他リンク： https://www.mdpi.com/2077-1312/9/10/1129

Simple Breaker Index Formula Using Linear Model 査読有り国際共著国際誌

Lee, KH; Cho, YH

JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND ENGINEERING 9 巻 ( 7 ) 頁： 731 2021年7月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Journal of Marine Science and Engineering

Breaking waves generated by wave shoaling in coastal areas have a close relationship with various physical phenomena in coastal regions. Therefore, it is crucial to accurately predict breaker indexes such as breaking wave height and breaking depth when designing coastal structures. Many studies on wave breaking have been carried out, and many experimental data have been documented. Representative studies on wave breaking provide many empirical formulas for the prediction of breaking index, mainly through hydraulic model experiments. However, the existing empirical formulas for breaking index determine the coefficients of the assumed equation through statistical analysis of data under the assumption of a specific equation. This study presents an alternative method to estimate breaker index using representative linear-based supervised machine learning algorithms that show high predictive performance in various research fields related to regression or classification problems. Based on the used machine learning methods, a new simple linear equation for the prediction of breaker index is presented. The newly proposed breaker index formula showed similar predictive performance compared to the existing empirical formula, although it was a simple linear equation.

DOI： 10.3390/jmse9070731

STUDY ON SEA LEVEL RISE EFFECTS ON SHORELINE RETREAT ON A GRAVEL BEACH

その他リンク： https://www.mdpi.com/2077-1312/9/7/731

Development of Numerical Model for Mixed Soil Problems Using Dry Bulk Density and Investigation of Its Numerical Stability 査読有り国際共著国際誌

Yonghwan CHO, Kwangho LEE

33 巻 ( 3 ) 頁： 110 - 121 2021年6月

FLORENTINA Sinta, NAKAMURA Tomoaki, CHO Yonghwan, MIZUTANI Norimi, TAKEUCHI Masayuki

Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B3 (Ocean Engineering) 77 巻 ( 2 ) 頁： I_301 - I_306 2021年

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Japan Society of Civil Engineers

Climate change effects have become global concern through decades due to its emerging hazards. Sea Level Rise (SLR) is one of the effects which may cause harm to the coastal communities due to the risk of damages, such as shoreline retreat and beach erosion. There are many previous studies regarding the effect of SLR on sandy beaches. However, the study regarding gravel beach response under SLR is still rare. Therefore, this study is conducted to investigate the effect of SLR on the past shoreline change by using Bruun rule on currently eroded gravel beach, Ida beach in Shichiri-mihama coast, Mie Prefecture. By comparing the calculation result with the past shoreline change data obtained from network camera system, the proportion of SLR contribution in shoreline change can be assessed. Results shows that SLR contribution is ranging between 5.1 – 8.7% of the actual shoreline retreat from November 2017 to November 2019. This indicates that there are other factors such as extreme waves playing more dominant role in the shoreline change compared to SLR in this gravel beach.

DOI： 10.2208/jscejoe.77.2_i_301

細粒分の流失による乾燥かさ密度変化に着目した混合土砂の地形変化特性

赤星怜, 趙容桓, 渡辺樹也, 中村友昭, 水谷法美

土木学会論文集B3（海洋開発） 77 巻 ( 2 ) 頁： I_949 - I_954 2021年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：公益社団法人土木学会

内湾の生態系再生方策として造成される干潟・浅場の動的特性解明の一環として，乾燥かさ密度の変化計測，一様流下での細粒分含有率変化に関する水理模型実験，及びそれらを考慮した地形変化に関する数値解析を行い，かさ密度の変化が混合土砂から成る地形の変化特性に与える影響について検討した．その結果，細粒分の流失によって乾燥かさ密度の変化とその算定方法を得ることができた．また，総巻上げ量を考慮する際には砂質性混合土砂においては細粒分の割合の増加による総巻上げ量の増加を，粘着性混合土砂では粘着力の増加による差の巻上げ量の減少を考慮する必要があることが示唆された．数値解析では，実験で得られた乾燥かさ密度式を用いて細粒分の流失による地形変動の特性について検討し，地形変動傾向の把握した．

DOI： 10.2208/jscejoe.77.2_i_949

規則波における背後壁の有無による下部固定式波力発電装置の発電性能評価

佐藤晴高, 趙容桓, 中村友昭, 水谷法美

土木学会論文集B3（海洋開発） 77 巻 ( 2 ) 頁： I_223 - I_228 2021年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：公益社団法人土木学会

本研究では，背後構造物を想定した反射壁の有無による下部固定型の逆三角形型振り子式発電装置の発電性能を評価する断面二次元水理模型実験を実施した．振り子の発電量と発電効率は，線形理論を用いて発電装置を取り付けた際の評価をした．その結果，反射壁の未設置時には比較的短い周期にて発電効率が最大となり，越波による効率低下は小さいことが確認された．反射壁の設置時には，水深に関わらず発電効率は定常波の節付近で増加，腹付近で減少し，効率が極大となる位置が周期により節とずれるケースが確認された．また，周期が短いほど，水深が浅いほど効率は増加する傾向が確認されたが，著しく効率が上昇する周期が存在する可能性が示された．壁を設置することにより節付近で効率が2倍以上，最大で6倍程度上昇する可能性も示唆された．

DOI： 10.2208/jscejoe.77.2_i_223

浮遊ケーソンの動揺に対する減揺タンクの有効性と減揺メカニズムに関する実験的研究

中村友昭, 白井開斗, 趙容桓, 水谷法美, 倉原義之介, 武田将英

土木学会論文集B3（海洋開発） 77 巻 ( 2 ) 頁： I_619 - I_624 2021年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：公益社団法人土木学会

規則波下における浮遊ケーソンの動揺に対するFlume式減揺タンクの効果と機構を水理実験により考究した．その結果，Heaveの無次元全振幅に与える減揺タンクの影響は小さいことを確認した．一方，Pitchの無次元全振幅の最大値は，減揺タンクに搭載する自由水の質量の増加とともに減少することが判明した．また，減揺タンクに搭載した自由水による減揺モーメントを推定し，減揺モーメントにとって自由水に作用する重力の寄与が大きいこと，水平方向の慣性力は減揺モーメントの振幅を増大させる効果があることを明らかにした．減揺モーメントからPitchの全振幅を求めたところ，水理実験結果と概ね一致する結果が得られたことから，ケーソンに搭載する減揺タンクについても船舶海洋工学分野における減揺タンクと同様に説明できることを示唆した．

DOI： 10.2208/jscejoe.77.2_i_619

A Proposal of New Breaker Index Formula Using Supervised Machine Learning 査読有り国際共著

Byung-Jong Choi, Chang-Wook Park, Yong-Hwan Cho, Do-Sam Kim, Kwang-Ho Lee

Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers 32 巻 ( 6 ) 頁： 384 - 395 2020年12月

Modeling Tsunami-Induced Erosion of Bridge-Abutment Backfill 査読有り国際誌

Nakamura, T; Nakai, Y; Cho, YH; Mizutani, N

JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND ENGINEERING 8 巻 ( 11 ) 頁： 1 - 16 2020年11月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Journal of Marine Science and Engineering

Tsunamis can seriously damage bridges in coastal areas. Studies of such damage have elucidated the action of tsunami-induced forces on girders. However, tsunami-induced erosion of bridge-abutment backfill has been largely neglected. This article investigates this little-studied topic using hydraulic model experiments and numerical analyses. The results show that a tsunami erodes the backfill close to the abutment; the scale of the erosion increases with the duration of the tsunami. By contrast, the backfill on the far side of the abutment remains relatively intact. This suggests that the presence of the abutment accelerates the erosion of the backfill in its vicinity. A numerical simulation shows that the tsunami erodes the oval conical part of the backfill on the landward side of the onshore wing. When the erosion reaches the lower end of the wing the backfill begins to flow out from underneath. Thus, an increase in the soil-cover depth of the onshore wing might help slow down the erosion.

DOI： 10.3390/jmse8110922

An Experimental Study of a Bottom-Hinged Wave Energy Converter with a Reflection Wall in Regular Waves-Focusing on Behavioral Characteristics 査読有り国際共著国際誌

Cho, YH; Nakamura, T; Mizutani, N; Lee, KH

APPLIED SCIENCES-BASEL 10 巻 ( 19 ) 頁： 1 - 23 2020年10月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Applied Sciences (Switzerland)

The hybrid system of wave energy converters (WECs) using coastal structures is an attractive issue in terms of a decrease in construction costs and an improvement of the ability to capture wave energy. Most studies on the utilization of reflected waves from structures, which is one of the hybrid systems, are limited to mathematical analysis based on linear theories. Therefore, this paper presents fundamental experimental results in the presence of a reflection wall simplified as a coastal structure behind a bottom-hinged flap-type WEC under unidirectional regular waves. The behavioral characteristics and the power generation efficiency ke of the flap were investigated, focusing on wave steepness, initial water depth, and distance from the reflection wall. The results show that the condition of the initial water depth being smaller than the flap height is more effective in terms of avoiding unstable rotating of the flap. The maximum ke appeared slightly far from the node position of the standing waves because the flap shape and the power take-off (PTO) damping induce the phase difference between the reciprocating behavior of the flap and the period of the standing wave. The results imply that the optimum position of a WEC is dependent on WEC shape, PTO damping, and installation water depth.

DOI： 10.3390/app10196734

その他リンク： https://www.mdpi.com/2076-3417/10/19/6734

Experimental Study on Spatiotemporal Profile Change in Gravel Beach 査読有り国際誌

Kim, S; Nakamura, T; Cho, Y; Mizutani, N

INTERNATIONAL JOURNAL OF OFFSHORE AND POLAR ENGINEERING 30 巻 ( 3 ) 頁： 349 - 356 2020年9月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：International Journal of Offshore and Polar Engineering

To determine the mechanism of gravel profile evolution, the spatiotemporal beach profile change was investigated from hydraulic experiments. The temporal profile deformations were obtained by image sampling. Utilizing these results, the scenario experiments were conducted to produce ordinary morphological deformation, such as berm formation, collapse, movement, and growth, under the accretive-type regular wave. As a result, it was found that the incident wave complexly interacts with the downwash and morphological profile shape, and the deformation of the break-point step is affected by the amount of movable sediment. By controlling these factors, we successfully produce the berm collapse under the accretivetype wave.

DOI： 10.17736/ijope.2020.hc19

Influence of Tidal Current, Wind, and Wave in Hebei Spirit Oil Spill Modeling 国際共著国際誌

Lee, KH; Kim, TG; Cho, YH

JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND ENGINEERING 8 巻 ( 2 ) 2020年2月

記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：Journal of Marine Science and Engineering

The purpose of this study is to investigate the effects of three external forces (tidal current, wind, and waves) on the movement of oil spilled during the Hebei Spirit oil spill accident. The diffusion of the spilled oil was simulated by using a random walk (RW) model that tracks the movement caused by advection-diffusion assuming oil as particles. For oil simulation, the wind drift current generated by wind and tidal current fields were computed by using the environmental fluid dynamics code (EFDC) model. Next, the wave fields were simulated by using the simulating waves nearshore (SWAN) model, and the Stokes drift current fields were calculated by applying the equation proposed by Stokes. The computed tidal currents, wind drift currents, and Stokes drift currents were applied as input data to the RWmodel. Then, oil diffusion distribution for each external force component was investigated and compared with that obtained from satellite images. When the wind drift currents and Stokes drift currents caused by waves were considered, the diffusion distribution of the spilled oil showed good agreement with that obtained from the observation.

DOI： 10.3390/jmse8020069

海岸堤防と背後盛土が一体となった粘り強い構造の海岸保全施設を対象とした背後建物に作用する津波力に関する研究

中村友昭, 鈴木涼太, 趙容桓, 水谷法美

土木学会論文集B3（海洋開発） 76 巻 ( 2 ) 頁： I_156 - I_161 2020年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：公益社団法人土木学会

海岸堤防と背後盛土が一体となった粘り強い構造の海岸保全施設を津波が越流する状況を対象に，その背後に立地した建物を模した構造物に作用する津波力を数値解析により検討した．水理実験との比較より，津波による背後盛土の侵食を数値解析により概ね再現できることを示した．盛土の有無や盛土侵食の有無を変化させた数値実験より，津波による盛土の侵食が小規模な条件では盛土の侵食を考慮した場合の方が盛土の侵食を考慮しなかった場合よりも津波力が小さくなる傾向がある一方で，盛土の侵食が大規模な条件では盛土の侵食を考慮した場合の津波力の方が大きくなることが判明した．以上より，津波力の評価を行う際に，盛土の流失を考慮した検討を行うことの重要性と，巻き上がった浮遊砂による流体の見かけの密度の増加を考慮することの重要性を示した．

DOI： 10.2208/jscejoe.76.2_i_156

ネットワークカメラとUAV-SfM/MVS測量を組み合わせた海浜変形特性の把握

趙容桓, 中山遼哉, 菊雅美, 中村友昭, 水谷法美

土木学会論文集Ｂ２（海岸工学） 76 巻 ( 2 ) 頁： I_655 - I_660 2020年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：公益社団法人土木学会

本研究では，七里御浜井田海岸を対象に，UAV-SfM/MVS測量から作成したオルソモザイクを用いてネットワークカメラの画像解析の改良を行うとともに，ネットワークカメラの画像から抽出した水際線の位置とUAV-SfM/MVS測量により得たDEMを組み合わせた地形変化特性の検討を行った．その結果，ネットワークカメラ画像から得られた水際線の位置は，DEMとの比較により標高1~2mの範囲にあり，実際の汀線より陸側に位置することが判明した．また，ネットワークカメラの画像や画像から得られた水際線の位置情報の活用によりUAV-SfM/MVS測量間も含めた連続的な地形変化特性の検討が可能であることを示し，両者を組み合わせた評価手法の有用性を明らかにした．

DOI： 10.2208/kaigan.76.2_i_655

消波ブロック被覆堤マウンド下部の地盤侵食の時間縮尺に与える波浪場の影響

村岡宏紀, 中村友昭, 趙容桓, 水谷法美

土木学会論文集Ｂ２（海岸工学） 76 巻 ( 2 ) 頁： I_865 - I_870 2020年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：公益社団法人土木学会

消波ブロック被覆堤の被災要因の一つであるマウンド下部の砂地盤の侵食現象に関して，1/55.8スケールの小型実験と1/4スケールの大規模実験の異なる2つのスケールの水理実験を対象とした数値解析を実施し，侵食現象の時間縮尺に与えるスケールの影響を検討した．水理実験結果との比較より，小型実験では水位変動と平均流の観点から，大規模実験では流速変動の観点から，数値解析の再現性を確認した．また，小型実験では，マウンド内部の平均流がマウンド全域で沖向きになるまでと，防波堤周辺の波動場が定常状態に至るまでに要する時間が長くなり，大規模実験と比べて砂地盤の侵食を過小評価したこと，またそのために砂地盤の侵食が大規模実験と同程度の深さに至るまでに要する時間が，Froude則で換算した時間よりも長くなった可能性が示唆された．

DOI： 10.2208/kaigan.76.2_i_865

下部ヒンジ型波エネルギー回収システムの発電特性に関する基礎的研究

趙容桓, 洪賢善, 金信雄, 中村友昭, 水谷法美

土木学会論文集B3（海洋開発） 76 巻 ( 2 ) 頁： I_899 - I_904 2020年

記述言語：日本語掲載種別：研究論文（学術雑誌）出版者・発行元：公益社団法人土木学会

本研究では，逆三角形の下部ヒンジ型振子を基に提案した岸沖方向に発電する波エネルギー回収システムの発電特性を検討するため，水理模型実験を実施した．その結果，波エネルギーと波形勾配が小さく，振子の設置位置が反射壁から形成される定常波の腹の位置のD/Lが0.5に近い条件で振子の挙動が不安定になり，発電効率が0あるいは低下することが判明した．振子の設置位置は，主な波周期に対して定常波の腹となるD/L ≈ 0.5の位置を避ける必要があることが示唆された．初期水深が振子より大きい場合，振子を安定的に回転させるためには，より大きい波エネルギーが必要であることが明らかとなった．なお，正常に発電するケースにおいて，D/L ≈ 0.32の位置で最大発電効率（ke = 0.77）が得られたものの，振子の形状や波高，初期水深によって最大に発電できるD/Lは変化するため，更なる検討によって最大発電効率とD/Lの関係を究明する必要性が示唆された．

DOI： 10.2208/jscejoe.76.2_i_899