基礎式 ==================== NaysMiniでは以下の2次元浅水流式を用いる. .. math:: \frac{\partial h}{\partial t}+\frac{\partial (uh)}{\partial x}+ \frac{\partial (vh)}{\partial y}=0 .. math:: \frac{\partial u}{\partial t}+u \frac{\partial u}{\partial x}+ v \frac{\partial u}{\partial y}= -g \frac{\partial H}{\partial x} -\frac{\tau_x}{\rho h}+ \frac{\partial}{\partial x} (\nu_t \frac{\partial u}{\partial x})+ \frac{\partial}{\partial y} (\nu_t \frac{\partial u}{\partial y}) .. math:: \frac{\partial v}{\partial t}+u \frac{\partial v}{\partial x}+ v \frac{\partial v}{\partial y}= -g \frac{\partial H}{\partial y} -\frac{\tau_y}{\rho h}+ \frac{\partial}{\partial x} (\nu_t \frac{\partial v}{\partial x})+ \frac{\partial}{\partial y} (\nu_t \frac{\partial v}{\partial y}) ただし, :math:`x, y` は互いに直交する平面座標軸, :math:`t` は時間, :math:`u, v` は :math:`x, y` 方向の水深平均流速, :math:`h` は水深, :math:`H` は水位, :math:`g` は重力加速度, :math:`\tau_x, \tau_y` は :math:`x, y` 方向の河床せん断力, :math:`\rho` は水の密度, :math:`\nu_t` は渦動粘性係数である. 抵抗則にマニング則を用いると, 河床せん断力は下記で表される. .. math:: \frac{\tau_x}{\rho h}= \frac{gn^2}{h^{4/3}} u\sqrt{u^2+v^2}, \ \ \ \frac{\tau_y}{\rho h}= \frac{gn^2}{h^{4/3}} v\sqrt{u^2+v^2} ただし, :math:`n` はマニングの粗度係数. 渦動粘性係数は,ゼロ方程式モデルを採用し,下記で表す. .. math:: \nu_t = \frac{\kappa}{6} u_\ast H ただし,:math:`u_\ast` は摩擦速度 .. math:: u_\ast=\sqrt{ghI_f}, \ \ \ I_f=\frac{n^2 (u^2+v^2)}{h^{4/3}} ただし,:math:`I_f` は摩擦勾配である. 数値計算法 =========== 計算は直交格子のセルセンターに水深の計算点,格子の辺の流速の計算点と配置する スタカード格子による差分法で行われる.タイムステップ毎に, 運動方程式は移流部分を非移流部分に分ける分離解法を 用い,移流部分はCIP法を,非移流部分は運動方程式と連立して :math:`u, v, h` が同時に満たされる ように繰り返し計算を行う. 計算手順 ========== 計算手順は下記の通りである. #. 計算格子の作成 #. 障害物の挿入 #. 計算条件の設定 #. 計算の実施 #. 計算結果の表示