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流体解析を用いた
飛来海塩予測手法の開発
電力中央研究所地球工学研究所
○須藤仁・木原直人
塩害等による構造物・環境影響に関するシンポジウム
2015年1月28日
概要
電中研では，流体解析を用いた2種類の飛来海塩量の予測手
法を開発している．本報告では，その概要紹介を目的とする．
2つの解析手法の概要とともに，解析の適用性の評価結果を
説明する．
これらは，電力・土木・建築・農業等における塩害対策の他，
海塩輸送機構の解明にも有用なものである．
2
概要
1
背景と目的
2
長期間の海塩影響予測に適した解析モデル
NuWiCC-ST
3
短期間の海塩影響予測に適した解析モデル
Re-SPRAY
4
まとめ
3
研究の背景
 建設されてから30年以上経過した送電設備の増加
→ 効率的に保守や張替え作業を行うため，地形等の影響
を考慮した累積的な腐食要因（海塩等）の予測が重要
産廃
5%
その他
3%
内部に腐食生成物
工場
6%
臨海工業地域
12%
海塩
74%
架空送電線の腐食実態
海塩による腐食事例
（（社）電気学会技術報告書第966号より）
4
研究の背景
 塩害・雪害に伴う事故の発生（2005/12新潟下越等）
→ 絶縁機器性能に影響する要因（海塩，降雪等）の時々
刻々の変化の予測が重要
20km-30km
Niigata Kaetsu
5
研究の目的
時間スケール・評価すべき事象のかい離
→ 対象に応じた予測手法の開発
海塩による送電線等の劣化
（累積塩分付着量の評価）
がいしの急速汚損の予測
NuWiCC-ST
Re-SPRAY / NuWFAS
6
概要
1
背景と目的
2
長期間の海塩影響予測に適した解析モデル
NuWiCC-ST
3
短期間の海塩影響予測に適した解析モデル
Re-SPRAY
4
まとめ
7
NuWiCC-STとは？
 数値流体解析（CFD）に基づく3次元解析コード
 数km～数十km四方が適した対象エリアサイズ
 地表状態や地形の起伏に伴う風・海塩粒子の変化を再現
 長期間累積値の評価を効率良く行うための手法を併用
物理モデルと対象スケール
応用例
気象予測
耐風設計
環境影響
解析
コード
（例）
MM5，MRI
WRF，RAMS
NuWFAS
L-WIND
NuWiCC
NuWiCC-ST
CIMLES
OpenFOAM
大規模
数100km
中規模
数km
小規模
数100m
スケール
ビル風
現象のスケールに適した物理モデルの採用
8
NuWiCC-STによる累積海塩評価のイメージ
風況・海塩粒子輸送解析
（風向・風速別）
高度
風（観測）データ
風向・風速出現頻度
複雑地形に対応した風況
地表面や障害物
への乾性沈着
海塩粒子
輸送
風向・風速別の解析結果
に対する
出現頻度の重み付け積算
海塩粒子量
累積飛来海塩量
9
NuWiCC-STの出力（例）
年平均風速
年平均の飛来海塩量
NNW風時の海塩粒子濃度（鉛直断面分布）
10
広域を対象とした累積海塩分布作成
従来の手法（1地点法）
→ 風向・風速別の解析結果
+ 1地点の風観測データを利用
評価エリア
P1
P(x,y)
新たに提案した手法（多地点法）
→ 風向・風速別の解析結果
+ 海上の多地点の風データを利用
P1
P2
評価エリア
P3
P(x,y)
~10km
Land
Land
Sea
風観測データ（位置P1）の風向・風速の出現頻度が
ある一定の範囲内で一様と仮定
Sea
複数の風データ（位置P1,P2,…）から
地点ごとの風向・風速出現頻度を推定
11
年間平均の飛来海塩量分布
（中国地方，地上高さ40m）
瀬戸内海側では，日本海側に比べて風が弱くかつ
吹送距離も短いことから，飛来海塩量が少ない．
12
（2010年度中国電力受託研究）
12
解析結果（風速）の検証事例
単純地形（二つの尾根状地形）
平均速度
変動風速の標準偏差
電事連依頼研究成果
13
観測と解析との対比(愛媛県新居浜）
観測値：パイロットがいし塩分付着データ
(四国電力提供)
N
30
観測
解析
25
20
0.01
15
10
5
0
23
19
24
18
17
25
26
16
27
53
22
52
21
20
0.00
解析値（飛来塩分量）
[mg/cm2/month]
観測値（塩分付着量）
[mg/cm2/month]
0.02
観測地点番号（海岸からの距離の順）
観測地点と番号（新居浜）
•
•
解析値と観測値との対比
解析結果は，塩分付着量の地点ごとの増減傾向を概ね再現
地形等の影響を反映
（2007年度四国電力受託研究）
14
y = 752.21x
R² = 0.2704
1
0.1
y = 227.26x
R² = 0.4082
0.8
0.6
0.4
0
0
10
20
30
wind velocity [m/s]
0.1
0.01
observed value (adhered sea-salt)
[mg/cm2/month]
観測値は降雨影響等を受けてもがいし表面に
付着している（期間平均）海塩量，解析値はが
いし位置に飛来する海塩量またはがいし表面に
衝突する量であり，両者は物理的な意味が異な
るため相対的な比較となる．
P1
P2
P3
0.2
airborne sea-salt
trapped sea-salt
0.01
1
trapped efficiency [-]
10
0.0001
観測地点
100
0.001
predicted value (airborne and trapped sea-salt)
[mg/cm2/month]
観測と解析との対比(四国地方)
40
捕捉効率（Poots 1996，P1～P3：粒径小～大）
捕捉効率を考慮することで，観測値と解析値と
の相関関係が向上した．
15
（2011年度四国電力受託研究）
15
概要
1
背景と目的
2
長期間の海塩影響予測に適した解析モデル
NuWiCC-ST
3
短期間の海塩影響予測に適した解析モデル
Re-SPRAY
4
まとめ
16
Re-SPRAYとは？
 物理モデルに基づく3次元解析コード
 気象モデルとのカップリング（1way）
 数十km～数百km四方を対象に，海塩粒子輸送を評価
 時々刻々変化する気象条件に依存する物理過程を考慮
物理モデルと対象スケール
応用例
気象予測
耐風設計
環境影響
解析
コード
（例）
MM5，MRI
WRF，RAMS
NuWFAS
・Re-SPRAY
L-WIND
NuWiCC
NuWiCC-ST
CIMLES
OpenFOAM
大規模
数100km
中規模
数km
小規模
数100m
スケール
ビル風
17
Re-SPRAYによる海塩濃度予測のイメージ
Re-SPRAYによる海塩粒子輸送解析
NuWFASによる気象解析
風速・降水量・その他気象情報
輸送
地表面や障害物への
乾性沈着
海塩粒子
発生
雲による湿性沈着
雨・雪による
湿性沈着
数日(1～2日先)の海塩濃度予測
18
9/18 15:00
風速・降水量
9/18 12:00
9/18 9:00
9/18 6:00
9/18 3:00
9/18 0:00
9/17 21:00
9/17 18:00
9/17 15:00
9/17 12:00
9/17 9:00
9/17 6:00
9/17 3:00
9/17 0:00
飛来海塩量[mg/m2/s]
Re-SPRAYの計算結果（例）
400
350
300
250
200
150
100
50
0
飛来海塩量
指定する地点での飛来海塩量
19
新潟市を対象とした海塩解析
観測地点：新潟市新津（海岸から約17km）
観測期間：2008年1月1日～2008年2月29日
日本海
海塩粒子輸送
計算領域
新津
太平洋
20
海塩粒子輸送計算結果
Na+質量濃度 [mg m-3]
Na+質量濃度=海塩粒子質量濃度×0.3077 (Gong et al. 1997)
10
8
実線：計算結果
● ：観測結果．
6
4
2
0
1/1
1/8
1/15 1/22 1/29 2/5
日付
2/12 2/19 2/26
Na+濃度が急上昇するタイミングを良好に再現できている。
21
21
Re-SPRAYを活用した海塩急速汚損被害推定(1)
（2012年度中部電力受託研究）
2012年台風4号によるVCTの被害推定への適用
①NuWFASによる気象計算
VCT被害無し
台風4 号によるVCT 塩汚損の被害調査，現地
調査報告書，中部電力株式会社エネルギー応
用研究所 (2012)
2011年台風15号
2012年台風4号
22
Re-SPRAYを活用した海塩急速汚損被害推定(2)
2012年台風4号
RAMP
2011年台風15号
朱牟田ら, 台風時の塩害環境と計器用変圧変流器（VCT）被害と
の相関分析, 電気学会論文誌, 2014. (印刷中)
23
概要
1
背景と目的
2
長期間の海塩影響予測に適した解析モデル
NuWiCC-ST
3
短期間の海塩影響予測に適した解析モデル
Re-SPRAY
4
まとめ
24
まとめ
• 長期間の海塩影響評価に適した解析モデルNuWiCC-ST，および短期
間の飛来海塩の予測を可能とする解析モデルRe-SPRAYについて，それ
ぞれの特徴，適用性等を紹介した．
なお，
 NuWiCC-STにおいて，また，降雨によ
る洗浄影響が大きく異なる地域間で
は，塩分付着量の観測データと飛来
海塩量の解析結果の相関関係が変
化する可能性があり，留意を要する．
 Re-SPRAYにおいて，降雨・降雪に含ま
れる海塩量の予測・解析手法も開発
中である．
雨の少ない地域
観測結果(海塩付着量)
 両モデルとも，飛来海塩量の絶対値
の精度は検討中である．
雨の多い地域
解析結果(飛来海塩量)
降雨による洗浄影響のイメージ
25

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