JP2000073327A - 浮体バルブ付き海水交換型防波堤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入射波のエネルギーを有効活用し、かつ所定
超越波も阻止し得る波力式海水交換型防波堤を提供す
る。 【解決手段】 頂部２４ａの位置が内室内海水位よりも
所定頂部高さだけ高くなるようにして函体２の内部の浮
体室２３内の海水に浮ぶとともに内室内海水位の昇降に
連動して昇降する浮体バルブ２４を設け、浮体バルブ２
４の上部に設けられた前部斜面２４ｂによって外海側の
海水を入水口２５から取り込み浮体室２３内に流入させ
た後に出水口２６から内海側へ流出させるように構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、防波堤に関し、特
に、波力を利用して外海側の海水を内海側へ流入させ内
海側の海水環境を常に良好に維持し得る浮体バルブ付き
海水交換型防波堤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、防波堤は、防波堤外の外海の波浪
が防波堤内に侵入することを防ぎ、防波堤内を静穏に保
持するため、港湾等の外かく施設として建設されてき
た。

【０００３】しかし、従来の防波堤では、防波堤の内外
の海水の交流（以下、「海水交換」という。）が少なく
なることが多かった。このため、特に夏季においては、
表層の海水は温度がつねに高くなるため単位体積重量
（比重）が軽くなってつねに上層に位置し、一方、海底
付近の底層の海水は温度が相対的に低くなるため単位体
積重量（比重）が重くなってつねに下層に位置すること
となり、海水がいわゆる「成層状態」となる。このよう
な状態では、上層と下層の海水が対流しなくなり、海底
付近の下層水には、海面からの酸素が供給されず、溶存
酸素量の少ない「貧酸素水塊」となるため、生物の棲息
が極めて困難となり、環境が悪化する。このことから、
防波堤の内海側の海水環境の維持が課題となっていた。

【０００４】このため、堤体を介して海水交換が可能な
形式の防波堤（以下、「海水交換型防波堤」という。）
として、各種の構成のものが提案されている。

【０００５】このような海水交換型防波堤の一つとし
て、潮汐による海水位の差（以下、「潮位差」とい
う。）を利用して海水交換を行うもの（以下、「潮位差
式海水交換型防波堤」という。）がある。これは、設置
海域付近に、海水を貯留可能な池（以下、「貯留池」と
いう。）として利用し得る地形が存在する、等の自然地
勢的条件に恵まれていれば、実現は可能である。しか
し、このような地勢的条件が満たされない場合には、防
波堤背後に貯留池を人工的に建設する必要がある。特
に、水深が大きい場合や面積が大きな場合には、多額の
工事費がかかり、効果に対し経済的に見合わない、とい
う問題があった。

【０００６】他の方式として、電動モーター等を駆動源
とするポンプを堤体に設け、外海側の海水を汲み上げて
内海側に流入させるとともに、内海側の表層と底層を攪
拌するもの（以下、「ポンプ式海水交換型防波堤」とい
う。）も提案されているが、電力の費用の面で、経済的
ではない、という問題があった。

【０００７】このため、海水交換型防波堤としては、波
力を利用して海水交換を行うもの（以下、「波力式海水
交換型防波堤」という。）が一般的である。これは、外
海側から防波堤に到来し打ち寄せる波（以下、「入射
波」という。）の上下動のエネルギーを利用し、海水を
防波堤の内海側へ一方向流として流入させるとともに消
波するようにしたものである。この波力式海水交換型防
波堤は、その構成と機能により、以下の形式のものが知
られている。

【０００８】 直立消波防波堤の堤体を波が透過し得
る構造とし、入射波のエネルギーを抑制しつつ、内海側
に流入させるもの（以下、「透過タイプ」という。）。

【０００９】 海水を誘導する通水管を堤体内に配設
し、開閉弁等によって逆流を防止しつつ入射波を一方向
流とし、内海側に流入させるもの（以下、「通水管タイ
プ」という。）。

【００１０】 堤体前面に消波工や遊水桝等を設けて
海水位が上昇するようにし、この海水位上昇を利用して
入射波を一方向流とし、内海側に流入させるもの（以
下、「水位上昇タイプ」という。）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の波力式海水交換型防波堤では、防波堤内の水域
を静穏に保つため、外海側から内海側への海水の流入量
は、ある程度以下に制約されている。すなわち、入射波
の消波に主体がおかれるため、入射波の上下動のエネル
ギーは消散されるのみで有効に活用されてはいない、と
いう問題があった。

【００１２】また、上記した従来の波力式海水交換型防
波堤では、津波や高潮等、外海側海水位が所定高潮位よ
りも高くなる波（以下、「所定超越波」という。）に対
する流入阻止機能はまったく考えられていないため、所
定超越波が防波堤の内海側に流入してしまう、という問
題もあった。

【００１３】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明の解決しようとする課題は、入
射波のエネルギーを有効活用し、かつ所定超越波も阻止
し得る波力式海水交換型防波堤を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る浮体バルブ付き海水交換型防波堤は、
函体の内部に空洞状の内室を設け、前記函体の前壁の上
部位置に、外海側の海水を前記内室に導入する入水口を
設け、前記函体の後壁に、前記内室内の海水を内海側へ
導出する出水口を設け、浮力を有するように形成された
浮体であって、前記内室内の海水に浮ぶとともに前記浮
体の頂部の位置が前記内室内の海水の水位である内室内
海水位よりも所定頂部高さだけ高くなるように配置さ
れ、前記内室内海水位の昇降に連動して昇降するように
構成され、弁としての機能を果たす浮体バルブを設け、
前記浮体バルブの上部に設けられた海水取込手段によっ
て前記外海側の海水を前記入水口から取り込み前記内室
内に流入させる外海水取込機能と、次いで、前記海水の
流入によって上昇する前記内室内海水位に連動して上昇
する前記浮体バルブの前記内室内海水位より高い部分で
ある浮体上部により、前記内室内に流入した海水の前記
外海側への逆流を防止する逆流防止機能と、前記逆流防
止機能と同時に、前記内室内に一時的に貯えられた海水
を、前記内海側の海水の水位である内海側海水位と前記
内室内海水位との水頭差に応じて前記内海側へ流出させ
る海水交換機能と、前記海水交換機能によって、前記外
海側の海水の水位である外海側海水位とほぼ等しくなる
前記内室内海水位に応じて、前記浮体バルブの頂部を、
前記外海側海水位よりも前記所定頂部高さだけつねに高
く維持させる浮体位置自動調整機能と、前記外海側海水
位が所定高潮位よりも高くなる所定超越波が前記外海側
から襲来した場合には、前記浮体バルブが前記入水口を
完全に閉塞し、前記所定超越波が前記内海側に侵入する
ことを阻止する超越波侵入阻止機能を有することを特徴
とする。

【００１５】上記した浮体バルブ付き海水交換型防波堤
において、好ましくは、前記内室は、前記函体の内部に
形成された空洞であって、前記外海側から海水を取り込
み、一時的に貯留し、かつ前記内海側へ送出させる遊水
室と、前記函体の内部に形成された空洞であって、前記
遊水室と連通するとともに前記浮体バルブを昇降可能に
構成された浮体室を有する。

【００１６】また、上記した浮体バルブ付き海水交換型
防波堤において、好ましくは、前記海水取込手段は、前
記浮体バルブの前記外海側の上部において前記頂部へ向
かって高さが高くなるように形成された斜面である。

【００１７】また、上記した浮体バルブ付き海水交換型
防波堤において、好ましくは、前記海水取込手段は、前
記浮体バルブの上部に設けられ、前記入水口と前記内室
とを連通させる海水取込口である。

【００１８】また、上記した浮体バルブ付き海水交換型
防波堤において、好ましくは、前記海水取込口の両側の
拡張部により、前記浮体バルブの浮力又は前記昇降の固
有振動数を調節する。

【００１９】また、上記した浮体バルブ付き海水交換型
防波堤において、好ましくは、前記出水口は、前記函体
の後壁の下部位置に設けられ、前記出水口の前記内海側
には、前記内室から前記内海側へ流出する海水を前記内
海側の海底付近まで誘導して排出する導水管路が接続す
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２１】（１）第１実施形態 図１は、本発明の第１実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤の構成を示す図であり、図１（Ａ）はＡ
−Ａ断面図を、図１（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図を、それぞれ
示している。また、図２は、本発明の第１実施形態であ
る浮体バルブ付き海水交換型防波堤の構成を示すＣ−Ｃ
断面図である。

【００２２】図１，２に示すように、第１実施形態の浮
体バルブ付き海水交換型防波堤１０１は、海底Ｂ上に構
築された傾斜堤状のマウンド部１と、マウンド部１上に
据え付けられた浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニッ
ト２及び隣接ケーソン部３を備えて構成されている。図
１（Ａ）において、Ｌ１０は防波堤の外海側の海水位
を、Ｌ２０は防波堤の内海側の海水位を、Ｗ１は波を、
それぞれ示している。

【００２３】マウンド部１は、海底Ｂ上に石を台形断面
形状に積み上げて形成された捨石部１０と、捨石部１０
の斜面と頂面の一部を石で被覆する被覆石部１１を有し
ている。

【００２４】浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニット
２は、ケーソン部２０と、中詰材２１と、上部コンクリ
ート２２と、浮体バルブ２４と、導水管路２９を有して
いる。また、隣接堤ケーソン３は、浮体バルブ付き海水
交換型防波堤ユニット２に隣接する部分であり、公知の
直立堤形式のケーソンで構成されている。

【００２５】ケーソン部２０は、鉄筋コンクリート（Ｒ
Ｃ）又はプレストレストコンクリート（ＰＣ）等からな
る板状部材あるいは壁状部材等のコンクリート部材で構
成され、内部に中詰材２１を収容するための中空室が形
成された箱状の構造物であり、マウンド部１の頂部の平
面上に据え付けられる。中詰材２１は、砂や割石等から
なり、ケーソン部２０の中空室内に充填され、ケーソン
部２０の強度を増すとともに重量を増してケーソン部２
０の安定性を増大させる。

【００２６】また、ケーソン部２０の上部には、鉄筋コ
ンクリート製の上部コンクリート２２が結合されてい
る。上部コンクリート２２は、略厚板状の部材であり、
その下面中央付近に凹部２２ａが形成されている。ま
た、上部コンクリート２２の上面と凹部２２ａとを連通
する空気孔２２ｂが開設されている。

【００２７】ケーソン部２０と上部コンクリート２２
は、函体を構成しており、この函体の内部には、略直方
体状の空洞である浮体室２３と遊水室２７が形成されて
いる。浮体室２３と遊水室２７は、ケーソン部２０内の
隔壁２０ｄによって分離されている。浮体室２３の上部
は、上部コンクリート２２の下面の凹部２２ａと連通し
ている。また、浮体室２３の上部と凹部２２ａは、上部
連通開口２８ａによって遊水室２７の上部と連通してい
る。また、浮体室２３の下部は、下部連通開口２８ｂに
よって遊水室２７の下部と連通している。ここに、浮体
室２３と凹部２２ａと遊水室２７は、内室に相当してい
る。

【００２８】また、ケーソン部２０の前壁２０ａと上部
コンクリート２２の前壁２２ｃにより構成される函体の
前壁の上部位置には、開口である入水口２５が形成され
ている。この入水口２５は、浮体室２３及び凹部２２ａ
に連通している。入水口２５は、防波堤の外海側の海水
を内室である浮体室２３及び遊水室２７に導入する機能
を有している。

【００２９】また、ケーソン部２０の前壁２０ａの頂部
に連接するようにして前壁斜面２０ｃが形成されてい
る。

【００３０】また、ケーソン部２０と上部コンクリート
２２により構成される函体の後壁の下部位置には、開口
である出水口２６が形成されている。この出水口２６
は、遊水室２７の下部に連通している。出水口２６は、
内室である浮体室２３及び遊水室２７内の海水を防波堤
の内海側に導出する機能を有している。出水口２６に
は、導水管路２９の一方の開口部が連通しており、導水
管路２９はマウンド部１の斜面に沿うように配設され、
導水管路２９の他方の開口部はこの防波堤の内海側の海
底付近に配置されている。

【００３１】浮体バルブ２４は、ＲＣ，ＰＣ，鋼等から
なる箱状部材であり、内部に空気が密閉された中空室等
を有し、海水に浮くための浮力を有するように構成され
ている。浮体バルブ２４は、略直方体状に形成され、そ
の上部には、前部斜面２４ｂと後部斜面２４ｃが形成さ
れている。前部斜面２４ｂと後部斜面２４ｃは、直線状
の頂部２４ａにおいて互いに連接している。したがっ
て、前部斜面２４ｂは、頂部２４ａへ向かうにつれて高
さが高くなるように形成された斜面となっており、後部
斜面２４ｃは、頂部２４ａから防波堤の内海側へ向かう
につれて高さが低くなるように形成された斜面となって
いる。また、浮体バルブ２４の前部斜面２４ｂの傾斜度
は、ケーソン部２０の前壁斜面２０ｃの傾斜度とほぼ同
一の値に設定されている。

【００３２】また、浮体バルブ２４は、後述するよう
に、頂部２４ａの位置が海水位Ｌ１０よりも所定頂部高
さΔｈ（図３参照）だけ高くなるように構成されてい
る。

【００３３】浮体バルブ２４の断面形状は、浮体室２３
の断面形状と相似であり、浮体バルブ２４の寸法は浮体
室２３の寸法よりわずかに小さい値となっている。この
ため、浮体バルブ２４は、浮体室２３内に収容可能とな
っており、内室である浮体室２３及び遊水室２７内の海
水位（以下、「内室内海水位」という。）の昇降に連動
して昇降するように構成されている。また、上部コンク
リート２２の凹部２２ａは、浮体バルブ２４の上部（前
部斜面２４ｂ，頂部２４ａ，後部斜面２４ｃ）と嵌合す
る形状となっている。

【００３４】次に、第１実施形態の浮体バルブ付き海水
交換型防波堤ユニット２の作用について、図１ないし図
５を参照しつつ説明する。図３は、本発明の第１実施形
態である浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニットにお
ける浮体バルブの作用を示す図であり、図３（Ａ）は干
潮時における作用を、図３（Ｂ）は満潮時における作用
を、図３（Ｃ）は所定超越波の場合における作用を、そ
れぞれ示している。図４は、本発明の第１実施形態であ
る浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニットにおける海
水交換のメカニズムを説明する図である。また、図５
は、本発明の第１実施形態である浮体バルブ付き海水交
換型防波堤ユニットにおける浮体バルブの上下動と海水
流入性能の関係を示すグラフである。

【００３５】図３（Ａ）に示すように、防波堤の外海側
の海水の水位（以下、「外海側海水位」という。）がＬ
１１となる干潮時には、浮体室２４及び遊水室２７内の
海水位（以下、「内室内海水位」という。）Ｌ１２も外
海側海水位Ｌ１１とほぼ等しくなり、浮体バルブ２４
は、その頂部２４ａが海水位Ｌ１１，Ｌ１２よりも所定
頂部高さΔｈだけ高くなる。また、浮体バルブ２４の上
部の前部斜面２４ｂは、ケーソン部２０の前壁斜面２０
ｃのほぼ延長線上に位置するようになり、両者は「傾斜
堤」を構成する。

【００３６】このため、防波堤の外海側（図１（Ａ）及
び図３（Ａ）の左側）からの入射波は、入水口２５か
ら、浮体バルブ２４の前部斜面２４ｂとケーソン部２０
の前壁斜面２０ｃが構成する傾斜堤の表面を容易に遡上
して取り込まれ、浮体バルブ２４の頂部２４ａから後部
斜面２４ｃへと流下し、上部連通開口２８ａから遊水室
２７内へ流入し、遊水室２７の下方の下部連通開口２８
ｂから浮体室２３内へ流入する。この機能を、以下、こ
の浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニット２の「外海
水取込機能」という。

【００３７】上記したように、浮体バルブ２４の前部斜
面２４ｂとケーソン部２０の前壁斜面２０ｃの傾斜度
（傾斜角度）は、海水の流入性能に影響するため、流入
効率が最大となるような適宜の角度に設定される。この
傾斜角度は、例えば、１２０〜１５０度程度の値であ
る。

【００３８】この場合、浮体バルブ２４の上部に設けら
れた前部斜面２４ｂは、海水取込手段に相当している。
この海水取込機能については、図４において詳述する。

【００３９】次に、遊水室２７及び浮体室２３の内部に
一時的に貯えられた海水は、内室内海水位Ｌ１２と、防
波堤の内海側の海水の水位（以下、「内海側海水位」と
いう。）との水頭差に応じて出水口２６から流出し、導
水管路２９を経て防波堤の内海側の海底付近へ流入す
る。この機能を、以下、この浮体バルブ付き海水交換型
防波堤ユニット２の「海水交換機能」という。この海水
交換機能については、図４において詳述する。

【００４０】上記した外海水取込機能及び海水交換機能
は、外海側海水位が変化しても、それに追随して実行さ
れる。図３（Ｂ）に示すように、外海側海水位がＬ１３
となる満潮時においても、内室内海水位Ｌ１４は外海側
海水位Ｌ１３とほぼ等しくなり、浮体バルブ２４は、そ
の頂部２４ａが海水位Ｌ１３，Ｌ１４よりも所定頂部高
さΔｈだけ高くなり、浮体バルブ２４の上部の前部斜面
２４ｂは、「傾斜堤」を構成する。したがって、この場
合にも、外海側（図１（Ａ）及び図３（Ｂ）の左側）か
らの入射波は、入水口２５から、浮体バルブ２４の前部
斜面２４ｂが構成する傾斜堤の表面を容易に遡上して取
り込まれ、浮体バルブ２４の頂部２４ａから後部斜面２
４ｃへと流下し、遊水室２７内を経て浮体室２３内へ流
入する。このように、内室内海水位に応じて、浮体バル
ブ２４の頂部２４ａを、外海側海水位よりも所定頂部高
さΔｈだけつねに高く維持させる機能を、以下、この浮
体バルブ付き海水交換型防波堤ユニット２の「浮体位置
自動調整機能」という。

【００４１】外海側海水位がさらに高くなり、図３
（Ｃ）に示すように、外海側海水位Ｌ１５が所定高潮位
よりも高くなる所定超越波、例えば津波や高潮が外海側
から襲来した場合には、浮体室２３内に流入した海水に
より浮体バルブ２４が上昇し、浮体バルブ２４の上部が
上部コンクリート２２の下面に形成された凹部２２ａに
嵌合し、浮力によって浮体バルブ２４の上部は凹部２２
ａの天井面に押し付けられる。この際、凹部２２内の空
気は、空気孔２２ｂから外部へ抜ける。これにより、入
水口２５は浮体バルブ２４の前壁部により完全に閉塞さ
れ、外海側の海水は遊水室２７へ流入することができな
くなり、所定超越波が防波堤の内海側に侵入することが
阻止される。したがって、防波堤の内海側が静穏に保た
れ、環境の良い海上交通・運輸、並びに水産活動の場と
なる。この機能を、以下、この浮体バルブ付き海水交換
型防波堤ユニット２の「超越波侵入阻止機能」という。

【００４２】次に、図４に基づき、上記した浮体バルブ
付き海水交換型防波堤ユニット２における海水交換のメ
カニズムをさらに詳細に説明する。図４（Ａ）は、浮体
バルブ２４が下降しており、防波堤の外海側（図の左
側）から波Ｗ２が侵入し、海水が入水口２５から浮体室
２３及び遊水室２７へ流入する状況を示している。

【００４３】外海側から浮体室２３及び遊水室２７へ流
入した海水は、遊水室２７の下部の下部連通開口２８ｂ
から浮体室２３へ流れ込み、浮体室２３内の海水位を上
昇させる。この内室内海水位の上昇に連動して、図４
（Ｂ）に示すように、浮体バルブ２４が上昇する。浮体
バルブ２４の頂部２４ａは、遊水室２７内の海水位Ｌ１
８より所定頂部高さΔｈだけ高くなろうとするから、こ
の頂部２４ａにより、遊水室２７内に流入した海水は、
防波堤の外海側へ逆流することが防止される。この機能
を、以下、この浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニッ
ト２の「逆流防止機能」という。

【００４４】一方、図４（Ｂ）に示すように、遊水室２
７内の海水位Ｌ１８は、一時的に外海側海水位Ｌ１７よ
りも高くなる。内海側海水位（図示せず）は、ほぼ外海
側海水位Ｌ１７と等しいから、図４（Ｂ）に示す場合に
は、遊水室２７内の海水位Ｌ１８は内海側海水位よりも
高くなる。このため、内室内海水位Ｌ１８と内海側海水
位との水頭差に応じて、海水が出水口２６から流出し、
導水管路２９により誘導され、内海側の海底付近に排出
されるのである。これにより、溶存酸素量の少ない内海
側海底部の海水に、溶存酸素量の多い外海側の海水が混
合され、内海側の海水が浄化され水質や環境が改善され
る。

【００４５】上記した水頭差による海水の内海側への流
入が進むにつれ、遊水室２７内の海水位Ｌ１８は低下
し、最終的には外海側海水位Ｌ１７とほぼ等しくなり、
この時点で海水の内海側への流入は停止する。

【００４６】上記したように、浮体バルブ２４の上下動
の固有周期は、海水の遊水室２７への流入性能、及び防
波堤の内海側への送出性能に影響するため、内海側への
流入効率が最大となるような最適な位相差を持つように
設定される。浮体バルブ２４の上下動の固有周期は、例
えば、５〜１０秒程度の値である。

【００４７】なお、図４（Ａ）に示す状態から図４
（Ｂ）に示す状態へ移行する際に、浮体バルブ２４の上
昇に伴い、遊水室２７内の海水は、下部連通開口２８ｂ
を通って浮体室２３の下部に吸引され一時的に流入す
る。これにより、防波堤の外海側から取り込まれる海水
の量がさらに増大する、という効果が発揮される。浮体
室２３の下部に一時的に貯留された海水は、浮体バルブ
２４の下降により、ポンプ作用によって下部連通開口２
８ｂから押し出され、出水口２６から内海側へ送出され
る。

【００４８】上記したように、浮体バルブ２４は、浮体
室２３及び遊水室２７内の海水位に応じて昇降し、外海
側海水を取り込むとともに内海側に送出し、かつ、津波
等の所定超越波が襲来した場合には内室への海水の進入
を遮断する、という「弁」としての機能を果たす。

【００４９】また、遊水室２７は、外海側から海水を取
り込み、一時的に貯留し、かつ内海側へ送出させる機能
を果たす。

【００５０】また、浮体室２３は、遊水室２７と連通す
るとともに、浮体バルブ２４を昇降可能に収容する機能
を果たす。

【００５１】図５は、第１実施形態の浮体バルブ付き海
水交換型防波堤ユニット２と、浮体バルブ２４を固定さ
せて傾斜堤とした場合の海水流入量を、導水管路２９の
内部の海水流速ｖ（センチメートル／秒）により比較し
たグラフである。図において、白三角点は第１実施形態
の浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニット２の場合
を、黒三角点は浮体バルブ２４を固定した場合を、それ
ぞれ示している。また、Ｔは波の周期（秒）を表し、点
線はＴ＝４秒の場合を、実線はＴ＝７秒の場合を、破線
はＴ＝１０秒の場合を、それぞれ示している。また、グ
ラフの横軸である遡上高Δｈ（メートル）は、図５の上
部に図示されているように、波が浮体バルブ２４を遡上
し流入する場合の高さ（海水位からの高さ）を示してい
る。

【００５２】図５からわかるように、浮体バルブ２４を
固定した場合（黒三角点の場合）には、波の遡上高Δｈ
が増大するにつれて、海水流入量の指標である導水管路
内流速ｖは急激に低下している。これに対し、第１実施
形態のように、波力により浮体バルブ２４を上下動させ
た場合には、海水流入量の指標である導水管路内流速ｖ
は浮体固定の場合に比べ同等以上である。また、波の遡
上高Δｈが増大しても、海水流入量の指標である導水管
路内流速ｖの低下の度合は小さい。波の周期Ｔが変化し
た場合も、上記の傾向は同様であり、波に追従して海水
流入機能を向上させることがわかる。

【００５３】（２）第２実施形態 本発明は、他の構成によっても実現可能である。次に、
本発明の第２実施形態の浮体バルブ付き海水交換型防波
堤について、図６及び図７を参照しながら説明を行う。
図６は、本発明の第２実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤の構成を示す図であり、図６（Ａ）はＤ
−Ｄ断面図を、図６（Ｂ）はＥ−Ｅ断面図を、それぞれ
示している。また、図７は、本発明の第２実施形態であ
る浮体バルブ付き海水交換型防波堤の構成を示すＦ−Ｆ
断面図である。

【００５４】図６，７に示すように、第２実施形態の浮
体バルブ付き海水交換型防波堤１０２は、第１実施形態
の場合と同様のマウンド部（図示せず）と、このマウン
ド部上に据え付けられた浮体バルブ付き海水交換型防波
堤ユニット４及び隣接ケーソン部５を備えて構成されて
いる。

【００５５】浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニット
４は、ケーソン部４０と、上部コンクリート４２と、浮
体バルブ４４を有している。また、隣接堤ケーソン５
は、浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニット４に隣接
する部分であり、公知の直立堤形式のケーソンで構成さ
れている。

【００５６】ケーソン部４０は、ＲＣ又はＰＣ等からな
る板状部材あるいは壁状部材等のコンクリート部材で構
成され、内部に第１実施形態の場合と同様な中詰材（図
示せず）を収容するための中空室が形成された箱状の構
造物であり、マウンド部（図示せず）の頂部に据え付け
られる。

【００５７】また、ケーソン部４０の上部には、ＲＣ製
の上部コンクリート４２が結合されている。上部コンク
リート４２は、略厚板状の部材であり、その下面中央付
近に凹部４２ａが形成されている。また、上部コンクリ
ート４２の上面と凹部４２ａとを連通する空気孔４２ｂ
が開設されている。

【００５８】ケーソン部４０と上部コンクリート４２
は、函体を構成しており、この函体の内部には、略直方
体状の空洞である浮体室４３と遊水室４７が形成されて
いる。浮体室４３と遊水室４７は、ケーソン部４０内の
隔壁４０ｄによって分離されている。浮体室４３の上部
は、上部コンクリート４２の下面の凹部４２ａと連通し
ている。また、浮体室４３の上部と凹部４２ａは、上部
連通開口４８ａによって遊水室４７の上部と連通してい
る。また、浮体室４３の下部は、下部連通開口４８ｂに
よって遊水室４７の下部と連通している。ここに、浮体
室４３と凹部４２ａと遊水室４７は、内室に相当してい
る。

【００５９】また、ケーソン部４０の前壁４０ａと上部
コンクリート４２の前壁４２ｃにより構成される函体の
前壁の上部位置には、開口である入水口４５が形成され
ている。この入水口４５は、浮体室４３及び凹部４２ａ
に連通している。

【００６０】また、ケーソン部４０の前壁４０ａの頂部
に連接するようにして前壁斜面４０ｃが形成されてい
る。

【００６１】また、ケーソン部４０と上部コンクリート
４２により構成される函体の後壁の下部位置には、開口
である出水口４６が形成されている。この出水口４６
は、遊水室４７の下部に連通している。出水口４６に
は、第１実施形態の場合と同様な導水管路（図示せず）
の一方の開口部が連通している。

【００６２】浮体バルブ４４は、ＲＣ，ＰＣ，鋼等から
なる箱状部材であり、内部に空気が密閉された中空室等
を有し、海水に浮くための浮力を有するように構成され
ている。浮体バルブ４４は、略直方体状に形成され、そ
の上部には、海水取込口４４ｄが開設されている。この
海水取込口４４ｄの底面は、前部斜面４４ｂと頂部４４
ａと後部斜面４４ｃにより形成されている。前部斜面４
４ｂと後部斜面４４ｃは、直線状の頂部４４ａにおいて
互いに連接している。したがって、前部斜面４４ｂは、
頂部４４ａへ向かうにつれて高さが高くなるように形成
された斜面となっており、後部斜面４４ｃは、頂部４４
ａから防波堤の内海側へ向かうにつれて高さが低くなる
ように形成された斜面となっている。また、浮体バルブ
４４の前部斜面４４ｂの傾斜度は、ケーソン部４０の前
壁斜面４０ｃの傾斜度とほぼ同一の値に設定されてい
る。

【００６３】また、図７に示すように、海水取込口４４
ｄの左右両側は、拡張部４４ｅ，４４ｆとなっている。

【００６４】また、浮体バルブ４４は、浮体バルブ４４
が浮ぶ海水の水位に対して、頂部４４ａの位置が所定頂
部高さΔｈだけ高くなるように構成されている。

【００６５】浮体バルブ４４の断面形状は、浮体室４３
の断面形状と相似であり、浮体バルブ４４の寸法は浮体
室４３の寸法よりわずかに小さい値となっている。この
ため、浮体バルブ４４は、浮体室４３内に収容可能とな
っており、内室である浮体室４３及び遊水室４７内の内
室内海水位の昇降に連動して昇降するように構成されて
いる。また、上部コンクリート４２の凹部４２ａは、浮
体バルブ４４の上部と嵌合する形状となっている。ま
た、海水取込口４４ｄは、海水取込手段に相当してい
る。

【００６６】このような構成の浮体バルブ付き海水交換
型防波堤ユニット４によっても、上記した外海水取込機
能と、逆流防止機能と、海水交換機能と、浮体位置自動
調整機能と、超越波侵入阻止機能を発揮させることがで
きる。

【００６７】これらの利点に加え、第２実施形態の浮体
バルブ付き海水交換型防波堤ユニット４は、以下の利点
も有している。

【００６８】１）浮体バルブ４４の形状・寸法が大きい
ため、大きな浮力を得ることができ、かつ一定の吃水を
保持することができる。すなわち、図７に示すように、
海水取込口４４ｄの左右両側は拡張部４４ｅ，４４ｆと
なっているため、この拡張部４４ｅ，４４ｆの重量を調
整すれば、頂部４４ａが海水面下となっても、その高さ
を一定に保持することができる。また、復元力が大きい
ので、海水面との相対的な高さをほぼ一定に維持するこ
とが容易にできる。

【００６９】２）内室内へ海水を効率的に流入させるた
めには、波の周期に対して浮体バルブが適切に上下動す
る必要があるが、浮体バルブの上下動は浮体バルブの固
有振動数（あるいは固有周期）に影響される。浮体バル
ブの固有振動数を調節する重要な要素の一つは、浮体の
水線面積であるが、第２実施形態の浮体バルブ４４にお
いては、海水取込口の左右両側に拡張部４４ｅ，４４ｆ
が設けられているため、この拡張部４４ｅ，４４ｆの水
線面積を適切に設計することにより、海水流入効率を最
大にすることができる。

【００７０】なお、本発明は、上記各実施形態に限定さ
れるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本
発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的
に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、
いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００７１】例えば、上記各実施形態においては、海域
において港湾に用いられる防波堤を例に挙げて説明した
が、本発明はこれには限定されず、河川や湖沼において
も応用可能であり、港湾以外に用いられる防波機能を有
する施設にも応用可能である。また、上記各実施形態に
おいては、マウンド部と直立堤部からなる混成堤形式の
防波堤の直立堤部の内部に内室や浮体バルブ等を設ける
例について説明したが、本発明はこれには限定されず、
マウンド部のないいわゆる直立堤形式の防波堤やその他
の形式の防波堤にも応用可能である。

【００７２】また、上記各実施形態においては、出水口
が函体の後壁の下部位置に設けられる例について説明し
たが、本発明はこれには限定されず、他の構成、例え
ば、出水口が函体の後壁の略中央位置に設けられるも
の、あるいは出水口が函体の後壁のやや上方位置に設け
られるものなどであってもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る浮体
バルブ付き海水交換型防波堤によれば、頂部の位置が内
室内海水位よりも所定頂部高さだけ高くなるようにして
函体内部の内室内の海水に浮ぶとともに内室内海水位の
昇降に連動して昇降し弁としての機能を果たす浮体バル
ブを設け、浮体バルブの上部に設けられた海水取込手段
によって外海側の海水を入水口から取り込み内室内に流
入させた後に出水口から内海側へ流出させるように構成
したので、入射波のエネルギーを有効活用して海水交換
を行い、かつ津波等の所定超越波も阻止することができ
る、という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤の構成を示す図であり、図１（Ａ）はＡ
−Ａ断面図を、図１（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図を、それぞれ
示している。

【図２】本発明の第１実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤の構成を示すＣ−Ｃ断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤ユニットにおける浮体バルブの作用を示
す図であり、図３（Ａ）は干潮時における作用を、図３
（Ｂ）は満潮時における作用を、図３（Ｃ）は所定超越
波の場合における作用を、それぞれ示している。

【図４】本発明の第１実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤ユニットにおける海水交換のメカニズム
を説明する図である。

【図５】本発明の第１実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤ユニットにおける浮体バルブの上下動と
海水流入性能の関係を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤の構成を示す図であり、図６（Ａ）はＤ
−Ｄ断面図を、図６（Ｂ）はＥ−Ｅ断面図を、それぞれ
示している。

【図７】本発明の第２実施形態である浮体バルブ付き海
水交換型防波堤の構成を示すＦ−Ｆ断面図である。

【符号の説明】

１ マウンド部 ２ 浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニット ３ 隣接ケーソン部 ４ 浮体バルブ付き海水交換型防波堤ユニット ５ 隣接ケーソン部 １０ 捨石部 １１ 被覆石部 ２０ ケーソン部 ２０ａ 前壁 ２０ｂ 後壁 ２０ｃ 前壁斜面 ２０ｄ 隔壁 ２１ 中詰材 ２２ 上部コンクリート ２２ａ 凹部 ２２ｂ 空気孔 ２２ｃ 前壁 ２３ 浮体室 ２４ 浮体バルブ ２４ａ 頂部 ２４ｂ 前部斜面 ２４ｃ 後部斜面 ２５ 入水口 ２６ 出水口 ２７ 遊水室 ２８ａ 上部連通開口 ２８ｂ 下部連通開口 ２９ 導水管路 ４０ ケーソン ４０ａ 前壁 ４０ｂ 後壁 ４０ｃ 前壁斜面 ４０ｄ 隔壁 ４２ 上部コンクリート ４２ａ 凹部 ４２ｂ 空気孔 ４２ｃ 前壁 ４３ 浮体室 ４４ 浮体バルブ ４４ａ 斜面頂部 ４４ｂ 前部斜面 ４４ｃ 後部斜面 ４４ｄ 海水取込口 ４４ｅ，４４ｆ 拡張部 ４５ 入水口 ４６ 出水口 ４７ 遊水室 ４８ａ 上部連通開口 ４８ｂ 下部連通開口 １０１，１０２ 浮体バルブ付き海水交換型防波堤 Ｂ 海底 Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１５〜Ｌ１７ 外海側海水
位 Ｌ１２，Ｌ１４，Ｌ１８ 内室内海水位 Ｌ２０ 内海側海水位 Ｗ１〜Ｗ３ 波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 悦子 神奈川県横浜市中区北仲通５−57 運輸省 第二港湾建設局横浜調査設計事務所内 (72)発明者 三上 武彦 神奈川県横浜市中区北仲通５−57 運輸省 第二港湾建設局横浜調査設計事務所内 (72)発明者 伊藤 弘樹 神奈川県横浜市中区北仲通５−57 運輸省 第二港湾建設局横浜調査設計事務所内 Ｆターム(参考） 2D018 BA12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 函体の内部に空洞状の内室を設け、 前記函体の前壁の上部位置に、外海側の海水を前記内室
   に導入する入水口を設け、 前記函体の後壁に、前記内室内の海水を内海側へ導出す
   る出水口を設け、浮力を有するように形成された浮体で
   あって、前記内室内の海水に浮ぶとともに前記浮体の頂
   部の位置が前記内室内の海水の水位である内室内海水位
   よりも所定頂部高さだけ高くなるように配置され、前記
   内室内海水位の昇降に連動して昇降するように構成さ
   れ、弁としての機能を果たす浮体バルブを設け、 前記浮体バルブの上部に設けられた海水取込手段によっ
   て前記外海側の海水を前記入水口から取り込み前記内室
   内に流入させる外海水取込機能と、 次いで、前記海水の流入によって上昇する前記内室内海
   水位に連動して上昇する前記浮体バルブの前記内室内海
   水位より高い部分である浮体上部により、前記内室内に
   流入した海水の前記外海側への逆流を防止する逆流防止
   機能と、 前記逆流防止機能と同時に、前記内室内に一時的に貯え
   られた海水を、前記内海側の海水の水位である内海側海
   水位と前記内室内海水位との水頭差に応じて前記内海側
   へ流出させる海水交換機能と、 前記海水交換機能によって、前記外海側の海水の水位で
   ある外海側海水位とほぼ等しくなる前記内室内海水位に
   応じて、前記浮体バルブの頂部を、前記外海側海水位よ
   りも前記所定頂部高さだけつねに高く維持させる浮体位
   置自動調整機能と、 前記外海側海水位が所定高潮位よりも高くなる所定超越
   波が前記外海側から襲来した場合には、前記浮体バルブ
   が前記入水口を完全に閉塞し、前記所定超越波が前記内
   海側に侵入することを阻止する超越波侵入阻止機能を有
   することを特徴とする浮体バルブ付き海水交換型防波
   堤。
2. 【請求項２】 請求項１記載の浮体バルブ付き海水交換
   型防波堤において、 前記内室は、 前記函体の内部に形成された空洞であって、前記外海側
   から海水を取り込み、一時的に貯留し、かつ前記内海側
   へ送出させる遊水室と、 前記函体の内部に形成された空洞であって、前記遊水室
   と連通するとともに前記浮体バルブを昇降可能に構成さ
   れた浮体室を有することを特徴とする浮体バルブ付き海
   水交換型防波堤。
3. 【請求項３】 請求項１記載の浮体バルブ付き海水交換
   型防波堤において、 前記海水取込手段は、 前記浮体バルブの前記外海側の上部において前記頂部へ
   向かって高さが高くなるように形成された斜面であるこ
   とを特徴とする浮体バルブ付き海水交換型防波堤。
4. 【請求項４】 請求項１記載の浮体バルブ付き海水交換
   型防波堤において、 前記海水取込手段は、 前記浮体バルブの上部に設けられ、前記入水口と前記内
   室とを連通させる海水取込口であることを特徴とする浮
   体バルブ付き海水交換型防波堤。
5. 【請求項５】 請求項４記載の浮体バルブ付き海水交換
   型防波堤において、 前記海水取込口の両側の拡張部により、前記浮体バルブ
   の浮力又は前記昇降の固有振動数を調節することを特徴
   とする浮体バルブ付き海水交換型防波堤。
6. 【請求項６】 請求項１記載の浮体バルブ付き海水交換
   型防波堤において、 前記出水口は、前記函体の後壁の下部位置に設けられ、 前記出水口の前記内海側には、前記内室から前記内海側
   へ流出する海水を前記内海側の海底付近まで誘導して排
   出する導水管路が接続することを特徴とする浮体バルブ
   付き海水交換型防波堤。