[SSS04-P48] Finite element eigenvalue analysis of seiche in Nagura dam reservoir: physics-based signal identification for slow seismic event detection
キーワード：oscillation, seiche, eigenfrequency, finite element method
沖縄県石垣島に設置されている広帯域地震計(F-net石垣観測点)の観測記録には、11 mHz程度にピーク周波数を持つ振動が頻繁に記録されている。この観測点は名蔵ダムの近くに設置されているため、貯水池の水面揺動に起因していると推察できる。また、貯水池の水位が低くなる期間中では11 mHzのピーク周波数が低周波側にシフトしていることから、水位に依存して変化する貯水池水面揺動の固有周波数が記録されている可能性がある。自由振動の周波数帯域(mHzオーダー)を利用してスロー地震や氷河地震の探索が試みられている(例えば、Beroza & Jordan, 1990; Ekström et al., 2003)現状を考慮すると、名蔵ダム貯水池の水面揺動についての固有周波数を把握しておくことは、未知のスロー地震関連イベントの計測データに対するノイズ除去の観点から有用である。
今回の発表では貯水池の形状を正確に表現した上で水面揺動に関する固有周波数を有限要素解析によって求め、貯水池の水面揺動の固有周波数が11 mHzとなる条件を探索した。ここで、水面揺動の支配方程式として線形浅水波方程式を仮定しており、固有値問題の求解には汎用工学ソフトウェアCOMSOL Multiphysicsを用いた。水位を様々に変化させた固有値解析の結果、固有周波数が11 mHz となる5つの固有モードを見出した。満水時の貯水池水深が10 m 程度であることを考慮すれば、5つの候補は、(1)水深が9.5 mの場合の第3固有モードと、(2)水深が12.2 mの場合の第2固有モードの2つに絞られる。どちらのモード(あるいは混合されたモード)が現れているのかを解析のみによって決定することはできないが、南北方向に振動が卓越していることを考慮すれば、(2)のモード形状が現れているものと推察できる。いずれにしても、11 mHzにピーク周波数を持つ振動は名蔵ダム貯水池の水面揺動の固有周波数として説明できることがわかった。
参考文献:
Beroza, G.C. and Jordan, T.H.: Searching for Slow and Silent Earthquakes Using Free Oscillations, JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, 1990.
Ekström, G., Nettles, M., Abers, G. A.: Glacial Earthquakes, SCIENCE, Vol.302, 2003.
今回の発表では貯水池の形状を正確に表現した上で水面揺動に関する固有周波数を有限要素解析によって求め、貯水池の水面揺動の固有周波数が11 mHzとなる条件を探索した。ここで、水面揺動の支配方程式として線形浅水波方程式を仮定しており、固有値問題の求解には汎用工学ソフトウェアCOMSOL Multiphysicsを用いた。水位を様々に変化させた固有値解析の結果、固有周波数が11 mHz となる5つの固有モードを見出した。満水時の貯水池水深が10 m 程度であることを考慮すれば、5つの候補は、(1)水深が9.5 mの場合の第3固有モードと、(2)水深が12.2 mの場合の第2固有モードの2つに絞られる。どちらのモード(あるいは混合されたモード)が現れているのかを解析のみによって決定することはできないが、南北方向に振動が卓越していることを考慮すれば、(2)のモード形状が現れているものと推察できる。いずれにしても、11 mHzにピーク周波数を持つ振動は名蔵ダム貯水池の水面揺動の固有周波数として説明できることがわかった。
参考文献:
Beroza, G.C. and Jordan, T.H.: Searching for Slow and Silent Earthquakes Using Free Oscillations, JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, 1990.
Ekström, G., Nettles, M., Abers, G. A.: Glacial Earthquakes, SCIENCE, Vol.302, 2003.