JP2002013118A - 底質移動制御方法 - Google Patents
底質移動制御方法Info
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
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Abstract
形成される往復流の中に、流れの方向により抵抗特性の
異なる小規模構造体を複数配置して、任意の方向に底層
付近の流れを生成することにより、底質の移動を制御す
るようにした。
Description
底の底質移動を波浪エネルギーを利用して制御する方法
に関する。
砂供給量の減少や海砂の採取、さらには海岸構造物の建
設による漂砂現象の変化等様々な要因が複雑に絡み合っ
て生じているため、その原因を究明して有効な対策を講
じることが非常に困難になっている。
には、図27に示すように、波浪により岸向きの砂移動
が生じるが、図28に示すように、強風時には、波浪に
より沖向きの砂移動が生じており、この沖向きの砂移動
が長期間平均的に岸向きの砂移動よりも大きくなると、
経時的に海岸侵食が生じることになる。2は海底、38は
砂の移動方向、39は強風である。
砂浜は、国土維持や環境保全・アメニティ空間の維持等
の観点から大変重要な意味を持っており、地球温暖化の
問題とも相俟って、有効な侵食防止技術を開発すること
への要望は加速度的に高まっている。
であり、砂浜をダイレクトに蝕む海面上昇はもはや避け
られないことが定説となっている。実際、海面が65cm
上昇すると、全国の砂浜の約80%以上が消失し、資産
総額330兆円にも及ぶ地域が被害を受ける可能性があ
ると予測されている。
も甚大な被害を与えることが危惧されている。
浜60が沿岸域に存在すると波61のエネルギーは吸収さ
れ、打ち上げ高さも押さえられるが、砂浜60が減少若し
くは消滅すると、波61のエネルギーが減衰されないた
め、波61の打ち上げ高さHuも増大し、高潮や津波による
危険性も極めて高くなってくる。
れば、全国各地で巨大な防波堤62を増強しなければなら
ないことになるが、かかる防波堤62の築造には莫大な費
用を要するという別の課題が生じることになる。
岸域における海底において、波浪により形成される往復
流の中に、流れの方向により抵抗特性の異なる小規模構
造体を複数配置して、任意の方向に底層付近の流れを生
成することにより、底質の移動を制御することを特徴と
する底質移動制御方法を提供するものである。
る。
れの方向に沿わせて、かつ、間隔を開けて複数配置する
ことにより小規模構造体の列を形成すると共に、同小規
模構造体の列は、流れと交差する方向にも複数配置した
こと。
は、水深に関係なく5cm〜50cm程度の範囲内であるこ
と。
したこと。
部と、同基端部より上方に延設して基端部と同径の半円
柱状に形成した中間部と、同中間部の上端に連設して中
間部と同径の略四分の一球状に形成した先端部とを具備
すること。
いて説明する。
は、沿岸域における海底において、波浪により形成され
る往復流の中に、流れの方向により抵抗特性の異なる小
規模構造体を複数配置して、任意の方向に底層付近の流
れ、すなわち、波浪によって誘起される残差流(以下
「波浪残差流」という)を生成することにより、底質の
移動を制御することを特徴としている。
1及び図2を参照しながら説明すると、沿岸域では一般
に波浪によって往復流が形成されているが、このような
往復流の中に、順流方向(後述の抵抗が小さい流れの方
向)や逆流方向等の流れの方向により抵抗特性の異なる
順流側粗度面1aと逆流側粗度面1bとを有する略四分の一
球状の小規模構造体1を、海底2に設置した場合、波の
一周期平均で見ると、流体は順流方向に正味の抵抗力、
すなわち、波浪残差抵抗力3を受けることになり、かか
る流体に与えられる順流方向の運動量により波浪残差流
4が形成されることになる。5は波の進行方向、6は流
体の運動方向、7は抵抗力、8は波浪残差抵抗力3を受
ける底質としての砂の運動の軌道、9は実質的な砂の移
動量である。
動は、底層付近の流況に支配されるため、海底2にこの
ような小規模構造体1を配置して波浪残差流4のパター
ンをデザインすることで底質移動の制御が可能となる。
成する流れの方向に沿わせて、かつ、間隔を開けて複数
配置することにより小規模構造体1の列を形成すると共
に、同小規模構造体1の列は、流れと交差する方向、好
ましくは略直交する方向にも複数配置することができ
る。
/又は行列状に配置すると共に、一体的に形成して構造
体ユニット10となすこともでき、かかる構造体ユニット
10を、図3及び図4に示すように、砂の流失方向11に適
応させて配置することにより、砂の流失・砂浜の侵食を
防止することができる。
の実施の形態を目的に応じてより具体的に説明する。
示すように、侵食海岸に複数の小規模構造体1若しくは
構造体ユニット10を、順流側粗度面1aが沖側に位置し、
かつ、逆流側粗度面1bが岸側に位置するように配置す
る。
しくは構造体ユニット10により沖側から岸側に向けて波
浪残差流4を形成することができるため、静穏時の岸向
きの砂移動が促進され、暴浪時の沖向きの砂移動が抑制
(場合によっては岸向きに転換)されて、海岸侵食を阻
止すると共に、豊かな砂浜を創出することができる。
も、小規模構造体1や構造体ユニット10の配置パターン
を変化させることにより、波浪残差流4の方向を自由自
在にデザインすることができるため、波浪残差流4を沿
岸流に対抗させる等、海岸の個性に応じた対処が可能と
なる。
航路の確保は重要な課題の一つであり、実際、大型船舶
を入港させるために、各地で膨大な費用をかけて浚渫が
行われ、航路が維持されている。しかしながら、経済的
な負担もさることながら、浚渫が新たな汚濁の発生源と
なって環境上の問題も生じるため、浚渫に変わる有効な
手法が熱望されている。
模構造体1を航路12の伸延方向に対して略直交し、か
つ、航路12の外側方に波浪残差抵抗力3が作用するよう
に、波の進行方向5に対して必要な角度だけ傾けて配置
している。
面1aが航路12の側に位置し、かつ、逆流側粗度面1bが航
路12から離隔する側に位置するように配置して、航路12
の内側から外側に向けて波浪残差流4が生起されるよう
にすると共に、小規模構造体1を航路12の伸延方向に沿
わせて一定の間隔を開けて複数配置している。
るのを抑制して、航路浚渫の必要性を大幅に削減するこ
とができる。従って、環境上の問題を生じさせることな
く、浚渫に必要な経済的負担を大幅に削減することがで
きる。
るように堆積物を貯蓄するための貯蓄空間13を形成する
と共に、同貯蓄空間13に向けて波浪残差流4が生起され
るように航路12の底面に複数の構造体ユニット10を配置
する。
上に複数の小規模構造体1を前後左右方向にそれぞれ一
定の間隔を開けて行列状に配置して形成している。
貯蓄空間13に向けて波浪残差流4を生起させることによ
り、航路12内に堆積している堆積物を貯蓄空間13内に輸
送(移動)させることができるようにしている。
とができると共に、貯蓄空間13内に輸送・貯蓄された堆
積物はまとめて集中浚渫することができ、浚渫作業効率
を向上させることができて、作業コストの低減化が図れ
る。
底地盤14が軟弱な場合には、図10に示すように、小規模
構造体1を支持している支持底盤15と海底地盤14との間
にエアーバッグ16を配置し、同支持底盤15を固定用矢板
17により海底地盤14に固定している。
造体ユニット10に浮力Fを作用させることにより、構造
体ユニット10が自重により沈下するのを防止すると共
に、かかる浮力が作用している構造体ユニット10を固定
用矢板17により固定して、同構造体ユニット10が転倒や
滑動を起こすのを防止することができる。Wは重力であ
る。
ることにより、構造体ユニット10に作用する浮力や水平
バランスを適宜調整することができて、構造体ユニット
10による底質移送機能を良好に確保することができる。
は河口閉塞の問題が生じており、河道の流下能力の低下
に伴う出水時の氾濫等が大きな問題になっている。現在
のところ、図11に示すように、莫大な建設費を投じて
導流堤18等の大規模構造物を建設して、河口閉塞を防止
する試みがなされているが、十分な効果は得られていな
いのが実状である。さらに、大規模構造物は、一旦建設
すると撤去が容易でないことに加え、沿岸漂砂の遮断等
により周辺沿岸域に新たな問題を引き起こしている。19
は河川、20は漂砂の移動方向である。
傍に複数の構造体ユニット10を配置すると共に、各構造
体ユニット10は、河道の流下方向と略直交する方向でか
つ外側方へ向けて波浪残差抵抗力3が生じるように配置
する。
河口21の付近に堆積しようとする土砂を周囲に輸送する
ことができ、しかも、周辺環境の変化に応じてその効果
を微調整することも容易であるため、河口閉塞の問題に
対しても極めて有効かつ安価な手法となる。
図13に示すように、湾内に設置されている養殖筏22の
下は、養殖魚の餌や排泄物等の堆積により浮泥・ヘドロ
等43が生じて、水質・底質の汚染源となっている。23は
回折波の進行方向である。
直下方に位置する海底2に構造体ユニット10を設置す
る。
する海底2に設置した構造体ユニット10により、暴浪時
に湾内へ入射する回折波に起因した流れが小規模構造体
の逆流側粗度面1bに衝突して、湧昇流24が生起されると
いう効果が生じて、浮泥・ヘドロ等43は巻き上げられ
る。そして、巻き上げられた浮泥・ヘドロ等43は波浪残
差流4により輸送・排出されるため、養殖筏22の周辺の
底質や水質、ひいては湾内の底質・水質をも改善するこ
とができる。25は養殖魚、26は養殖用網体である。
図15に示すように、河川19の中央部に河道方向に沿わ
せて設置した導流堤18の上流側位置に、複数の小規模構
造体1を配置すると共に、各小規模構造体1は、波浪残
差抵抗力3が導流堤18により分離された一側方分離河川
19a側に向くように配置する。19bは他側方分離河川、27
は河川水の流れ方向である。
層の浮流砂濃度の高い河川水28と、上層の浮流砂濃度の
低い河川水29とをそれぞれ逆方向に移動させることがで
きる。
砂濃度の高い河川水28は、一側方分離河川19a側に流下
させる一方、上層の浮流砂濃度の低い河川水29は、他側
方分離河川19b側に流下させることができて、水量は十
分に保てることから、同他側方分離河川19bの流下断面
を良好に確保することができる。その結果、かかる他側
方分離河川19bを、流下断面の確保が必要な航路等の流
路として活用することができる。
小規模構造体1の仮想中心軸線方向30と、波浪によって
形成される往復流の流れ方向31との間に形成される角度
γを適宜設定することにより、ほぼ全方向に対して波浪
残差流4を創造・制御することができる。
31に対して直交する方向に生成する場合には、小規模構
造体1は、図17及び図18に示すように、四分の一円
筒片32を二重に用いて、波浪残差流4を生成する方向を
仮想中心線として線対称位置に一対配置して形成するこ
とができる。
た四分の一円筒片32,32によって、波浪残差流4を確実
に生成することができると共に、かかる波浪残差流4は
往復流の流れ方向31と直交する方向となすことができ
る。
新港等のように、港全体にシルト等が堆積して船舶の航
行に影響を与えるような場合には、港全体について総合
的に底質移動をマネージメントする必要がある。
造体ユニット10を設置することにより、港外へ堆積物の
排出を行ったり、一ヶ所に堆積させて、集中的に浚渫を
行う等の効率的なマネージメントを行うことにより、港
全体について総合的に底質移動をマネージメントするこ
とができる。
川のように、潮汐の干満差が大きな河口域では、上げ潮
時に海域から大量に流れ込む懸濁物質が河道内に堆積す
るため、河積の確保や水理構造物の機能維持が困難とな
るといった問題が生じている。
さい物は、一般に沈降速度が小さく長時間浮遊し続ける
ことから、広範囲にわたる対策が必要とされている。
域とを包括的にとらえて、総合的な底質移動の管理を行
えば、十分対処ができる。
では、小規模構造体1や構造体ユニット10を海底に設置
するだけで底質移動を制御することができるため、広範
囲にわたる施工が必要な場合においても、安価なコスト
で施工が行える。
て説明する。
の小規模構造体1を示しており、同小規模構造体1は、
円柱状に形成した基端部35と、同基端部35より上方に延
設して基端部35と同径の半円柱状に形成した中間部36
と、同中間部36の上端に連設して中間部36と同径の略四
分の一球状に形成した先端部37とを杭状に一体成形して
なるものである。2aは砂、38は砂の移動方向である。
形成することにより、同小規模構造体1を海底2に打ち
込んで容易に設置することができる。42は小規模構造体
1の打ち込み方向である。
残差抵抗力3の生じない円形の断面形状に形成すると共
に、小規模構造体1の中間部36と先端部37は波浪残差抵
抗力3の生じる半円形の断面形状をなしており、小規模
構造体1は、海底2より先端部37のみが露出するように
打ち込んでおく。
の先端部37により波浪残差流4を生成することができ
る。
質が輸送されると、砂2aが移動して小規模構造体1の基
端部35が露出してくるが、かかる基端部35は波浪残差抵
抗力3が生じない部分であることより、波浪残差流4が
生成されず、底質は輸送されない状態(平衡状態)とな
る。
海底2より突出する高さを調節することにより、小規模
構造体1を設置した後の海底面の底質輸送の変化量を適
宜設定することができる。
造体1を示しており、同小規模構造体1は、半分に切断
した二個の古タイヤ片40を、上下2段に積み重ねて形成
している。
古タイヤを使用することにより、有効な廃品利用を行う
ことができて、安価な施工が可能となる。
造体1を示しており、同小規模構造体1は、四分の一に
切断した二個の古タイヤ片41を、並設状態にて一側端面
を海底2に固定させることにより起立状に形成してい
る。
イヤを使用することにより、有効な廃品利用を行うこと
ができて、安価な施工が可能となる。
形態の小規模構造体1が海底面より突出する高さは、水
深に関係なく5cm〜50cm、好ましくは、20cm〜3
0cm程度として、小規模構造体1を小型化することがで
きる。
観等に支障となることがなく、小規模構造体1の製造コ
ストの低減と輸送・配置作業のコスト低減及び効率化を
同時に図ることができる。
の一切断したり、四分の一に切断するだけで、有効に廃
品利用することができる。
がら説明する。
1を設置し、実際に波浪残差流4が生成される状況を確
認するための室内実験を行った。
の側面説明図、図24は、同2次元造波水槽50の平面説
明図、図25は、第1実施形態としての小規模構造体1
を具備する構造体ユニット10の平面説明図である。
=0.25m、水深H=0.3m、構造体ユニット配設位置ま
での距離Lb=8m、構造体ユニット10の前後幅L1=0.65
m、構造体ユニット10の左右幅W1=0.25m、前後方向に
隣接する小規模構造体1,1同士の前後間隔L2=0.06m、
左右方向に隣接する小規模構造体1,1同士の左右中心間
隔W2=0.06m、支持底盤15の端面から最外側に位置する
小規模構造体1の中心までの距離W3=0.035mである。5
1は造波板、52は消波板である。
T=1s、平均水深h=30cm、波長L=1.3mという波
の条件下で、四分の一球型の小規模構造体1の高さを、
平均水深hの1/15、すなわち、2cmとなるように設
定すると共に、複数の小規模構造体1を格子状に整然と
配置した時の波の一周期平均流速(波浪残差流)の鉛直
分布を図26に示す。但し、図26において、水路床か
らの高さzは、平均水深hを用いて無次元表示され、ま
た、幅平均の波浪残差流速Uは、波の振幅a及び角周波
数σを用いて無次元表示されている。
配置していないときの結果も併せてプロットしている。
なお、流速測定は、構造体ユニット10の真ん中に相当す
る横断面内で行い、幅方向の平均流速が算定されてい
る。
の進行方向の流れに対して抵抗が小さく、それと反対方
向に抵抗が大きく作用するように配置しているが、この
抵抗特性に応じて底層付近には波の進行方向の残差流
が、上層付近ではそれを補償する残差流が生じ、結果的
に鉛直2次元的な残差環流が形成されていることがわか
った。
の微弱な補償流が生成される)と比較しても、小規模構
造体1による波浪残差流の生成効果が明白に見て取れ
る。
し、特に、漂砂制御に強く影響すると思われる最下層に
おいてもかなり大きな値を示している。実際、水路床付
近に浮遊粒子を投入したところ、波の進行方向に輸送さ
れていく様子も観測された。
に、小規模構造体1を配置することで、波浪残差流の生
成が可能であることが示された。
れる。
における海底において、波浪により形成される往復流の
中に、流れの方向により抵抗特性の異なる小規模構造体
を複数配置して、任意の方向に底層付近の流れを生成す
ることにより、底質の移動を制御するようにしている。
のみを利用しているため、メンテナンスフリーである。
復流があれば、波向きに対して任意の方向に底層付近の
流れを生成することができて、底質の移動を制御するこ
とができる。
在に制御することができて、豊かな砂浜を創造・維持す
ることができる。
埋没防止、河口の閉塞防止、魚の養殖に伴う水質・底質
汚染の改善、河川における底質移動のコントロール、及
び、シルテーションのマネージメント等が図れる。
き、新しい砂浜形成の有力な手法となり得る。
態を作り出すことができる。
きる。
果的な対応策となる。
構造体は、底層付近に生成する流れの方向に沿わせて、
かつ、間隔を開けて複数配置することにより小規模構造
体の列を形成すると共に、同小規模構造体の列は、流れ
と交差する方向にも複数配置している。
向に沿わせて小規模構造体の列を複数配置するだけで、
簡単に底質の移動を制御することができる。
方向を変えることで、底層付近に生成する流れの方向や
強さを適宜微調整することが簡単に行えると共に、小規
模構造体の撤去や強化も容易に行うことができる。
構造体が海底面より突出する高さは、5cm〜50cm程度
としている。
とができる。
等の支障となることがなく、小規模構造体の製造コスト
の低減と輸送・配置作業のコスト低減及び効率化を同時
に図ることができる。
構造体は、略四分の一球状に形成している。
性が大きく異なる小規模構造体をシンプルな形状に形成
することができて、製造コストや搬送コスト等の経済性
に優れたものとなすことができると共に、同小規模構造
体による底質の移動制御を良好に確保することができ
る。
構造体は、円柱状に形成した基端部と、同基端部より上
方に延設して基端部と同径の半円柱状に形成した中間部
と、同中間部の上端に連設して中間部と同径の略四分の
一球状に形成した先端部とを具備している。
ことにより、同小規模構造体による海底面と水空間との
遮断を最小限にとどめることができて、底生生物等の生
活空間を良好に確保することができると共に、上記した
効果を十分に発揮させることができる。
も、露出した半円柱状の中間部によって任意(所望)の
方向に底層付近の流れを確実に生成することができる。
させることができ、可撓性に優れている。
ことができるため、海底に据える形状のものに比して安
定性を高めることができる。
とで、小規模構造体の海底面より突出する高さを任意に
設定できる。
とができて、経済性に優れている。
図。
閉塞防止構造の平面説明図。
・底質汚染改善構造の平面説明図。
の底質移動コントロール構造の平面説明図。
図と残差流速分布図。
図。
明図。
明図。
明図。
図。
Claims (5)
- 【請求項1】 沿岸域における海底において、波浪によ
り形成される往復流の中に、流れの方向により抵抗特性
の異なる小規模構造体を複数配置して、任意の方向に底
層付近の流れを生成することにより、底質の移動を制御
することを特徴とする底質移動制御方法。 - 【請求項2】 小規模構造体は、底層付近に生成する流
れの方向に沿わせて、かつ、間隔を開けて複数配置する
ことにより小規模構造体の列を形成すると共に、同小規
模構造体の列は、流れと交差する方向にも複数配置した
ことを特徴とする請求項1記載の底質移動制御方法。 - 【請求項3】 小規模構造体が海底面より突出する高さ
は、水深に関係なく5cm〜50cm程度の範囲内であるこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の底質移動制御方
法。 - 【請求項4】 小規模構造体は、略四分の一球状に形成
したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記
載の底質移動制御方法。 - 【請求項5】 小規模構造体は、円柱状に形成した基端
部と、同基端部より上方に延設して基端部と同径の半円
柱状に形成した中間部と、同中間部の上端に連設して中
間部と同径の略四分の一球状に形成した先端部とを具備
することを特徴とする底質移動制御方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000198108A JP4550231B2 (ja) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | 底質移動制御方法 |
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JP2000198108A JP4550231B2 (ja) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | 底質移動制御方法 |
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JP4550231B2 JP4550231B2 (ja) | 2010-09-22 |
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