JP2012241320A - 津波防波堤 - Google Patents

Abstract

【課題】津波の水平方向エネルギーあるいは水流を変流し、湾内あるいは海岸線に達する以前に分散させる防波堤を提供する。
【解決手段】人工島４の形状は外洋（津波の接近方向）に向かって凸であり、下部よりも上部の水平断面積が小さい。防波堤全体は湾口部に設置されるものであり、人工島４の下部は海底と強固に結合していることが必要である。外洋に突出して設けられた人工島４で津波１の水流を二分し、引き続く雁行堤５によって水流方向を海岸線３と並行するように近づける。これによって湾口部に向かう津波１の水平方向エネルギーは分散され過流を形成して源弱する。
【選択図】図１０

Description

本発明は海底地形変動によって生じる水平方向の津波エネルギーを分散し、陸地に到達する波高を源弱させることで、津波被害を最小限に抑制する防波堤に関するものである。

海岸線近傍にしか平地が求められない我が国で、長期に安定的な社会生活を営むには、大地震にともなって生じる津波被害の防止が急務となる。津波が外洋で発生する長周期波動である以上、湾口部に長大な防波堤を築けば海水の陸地への侵入を阻止し得ることは自明である。しかし湾口に長大かつ切れ目のない防波堤を築造すれば、船舶の出入りが不可能となって港湾機能が失われる。また湾内と外洋との海水交換が途絶するため、湾内の生態系に甚大な影響が出る。さらに陸水の流れ込む場所が湾の奥であるため、河川水が海水と混合しなくなるという問題も発生する。しかし船舶の出入り口を残して海水の交換機能をも確保した防波堤は、大地震によって発生した大津波によって完全に崩壊した。消波ブロックのような開口部を持つ防波堤では津波の水平方向エネルギーを十分に分散できず、水圧あるいは水流によって破壊されてしまう。また津波の水平方向エネルギーは防波堤によって上向きの圧力に転換され、波高が急激に増加するという現象を齎す。このため単に長大な防波堤を湾口部に築造すれば津波被害を防止できるとは言えない。

また海岸線に長大な防潮堤（離岸堤あるいは消波堤）を設けることで津波被害を防止しようとしても、波高が十メートルを超えるような大津波に対しては有効に機能しない。たとえば東日本大震災による津波では、海面高十メートルの防潮堤（宮古市田老地区に設置された世界最大級のもの）でも越堤が発生し、却って浸水被害が拡大したと言われている。また防潮堤の長大化を推し進めれば防潮扉も巨大化せざるを得ず、電力供給が停止した状態での閉鎖は困難となる。さらに通常時に長大な防潮堤は物流の障害となるため、港湾機能が強く制限されることも忘れてはならない。さらに流入する河川の堤防を防潮堤の高さまで嵩上げすれば、市街地の交通および物流にも大きな影響が出る。したがって海岸線の防潮堤を増強して津波被害を防止しようとしても非現実的となってしまう。

とくに防波堤と防潮堤に共通する課題として、津波のような長周期の海面振動に対する障害物を設けた場合に波高が急速に上昇するが、これは波動の水平方向エネルギーが拡散するどころか堤の外側で蓄積され、上方に向かって解放されるために生じる現象である。すなわち地震動によって発生する津波は通常の波浪と異なり、海水が水平方向に大きく移動する水流としての性格が強い。

このため単純に防波堤および防潮堤の堰堤を嵩上げしても、津波は更に波高を増して越堤すると考えられる。たとえば東日本大震災で見られたように湾口部で十メートル程度の波高であったものが、内陸部では三十メートルを超える高さまで達している。同じく北上川に流入した海水は数十キロも河川道を遡っており、通常の海水面より数十メートルの高さに達する水平方向エネルギーをもっていた。この水平方向エネルギーを解消しない限り、波高と同じ高さの堰堤では越堤が生じる。

また堰堤の一部に開口部を設ければ、たとえ越堤が発生しなくても波動エネルギーが陸地側に侵入して広い範囲で浸水が生じてしまう。たとえば湾内に注ぐ河川道を海水が逆流し、河川堤防が破断あるいは越堤するといった現象となって発現される。河川道における遡上現象が示すのは津波の波動性ではなく、水流すなわち海水の水平移動なのは一目瞭然である。

一般的に津波は海水の長周期波動と見なされるが、数百平方キロにも達する海底が一気に上昇するプレート境界地震では、上昇した海水が周囲に流れ落ちる水流としての性格を帯びる。すなわち津波を水流と考えなければ説明できない現象に遭遇する。このため津波から陸上の構造物を保護するには、想定される波高より高い堤防を築くだけでは不十分で、また浮体を堤防の外側ないし上に設置して津波に備えるといった方法を採用しても、水流あるいは水平方向エネルギーを消滅させられない。

津波の水平方向エネルギーあるいは水流を分散して消滅させるには、多段階に越堤を生じさせてエネルギーを分散するか、広大な陸地を遊水地ないし遊休地として確保する必要がある。しかし何れの方法を採用するとしても膨大な津波エネルギーの拡散は困難で、広大な面積（多段階堤防あるいは遊休地）を必要とする。海岸部の平地面積が教小で大部分が居住地となる日本においては、こうした消極的な方策によって津波被害を防止することは実用的でない。

特開２０１１ー５８１７８号 特開２０１０ー２５５３１２号 特開２０１０ー１４４４３７号 特開２００５ー２０１０２６号 特開２０００ー３８７１４号 特開平１１ー３５０４５３号

津波のような長周期の波動から陸上の構造物を保護するため、海水の波動エネルギー（水平方向）を二次元的に拡散する湾口部の防波堤である。

上記の課題を解決するため、津波の進行方向に向かって凸の人工島と斜行する堰堤（雁行堤）から成る防波堤を提供する。

図１に示すように、本発明の中心は外洋に向かって凸（およそ三角錐状）の人工島を湾口部の中央部付近に築造し、海岸に向かう津波の水平方向エネルギー（水流）を二分する点にある。

人工島の形状は図２に示すような厳密な三角錐状である必要はなく、より鈍角の弾丸型断面であっても構わない。また人工島の一部（海岸側）に突出部を設けることもできる。ただ海岸あるいは湾口に平行する平面部分が外洋に向かう先端部よりも大きく、波動エネルギーを二つに大きく二分することを主目的とする。図２のように海底との結合部（底面）より海面あるいは海上部の面積を小さくし外洋に向かう面に傾斜を備えることで、人工島の正面から加わる水平方向のエネルギー（水流）は人工島を垂直方向に圧しつける圧力に転換される。このため人工島の機械強度は津波の水流エネルギーを完全に停止（消滅）させる水準ではなく、より小さなもので十分である。仮に津波が防波堤に到達する時の速度を五十キロとすれば、五十キロの最大船速に耐える舳先として設計される。

もちろん図２に示すように、想定される湾口部（設置地点）での津波高よりも人工島の頂上部（海面からの高さ）が高ければ十分な大きさであり、陸上での最大遡上高を基準に設計されるものではない。

図３に示すように人工島の左右に複数の整流用堤防を設けるが、これらは波動エネルギーを消滅させるための構造物ではない。最も外洋側に位置する人工島によって二分された長周期波動の水平方向エネルギー（水流）を、より左右（津波進行方向と直交する方向）へ分離し整流するための堰堤であり、波動の進行方向から見て堰堤の一部が重複する形状を持っている。

図３に示したような一部が重複する整流提を一般的に雁行提と呼び、河川の治水において古くから用いられている。もちろん一般的な雁行提は大量の水が一気に河川道を流れ、周囲に溢水する場合に機能する構造であり、溢水そのものを防止するものではない。むしろ溢水しようとする水流を河川の本流あるいは中心軸に押し戻すように整流する構造であり、水の進行方向に対して斜行することを特徴とする。すなわち河川治水における雁行堤は水流を河川中央部に集中させる目的で設置されるが、本発明における雁行堤の役割は人工島によって二分された水流（津波の水平方向エネルギー）を徐々に湾口外（本来の進行方向と直交する方向）へ向かって導く変流分散機能にある。

さらに本発明における雁行提の特徴は図４に示すように、個々の堰堤が津波の進行方向に対して少しずつ異なる傾斜角を持つ点にある。すなわち最も外洋に突出した人工島の先端が津波の進行方向と正反対を指しており、これに引き続く雁行提の長軸は人工島の近くでは津波の進行方向に近く、海岸に近づくにつれて海岸線と平行するように配置される。

また図５のように個々の雁行提は直線状のみならず曲線であっても構わず、湾曲の凸側を湾内に向けて凹側を外洋側とする。こうした堰堤の曲線構造は波動の水平移動方向を徐々に海岸線と平行に近づける変流あるいは整流作用を目的とする。

図６に示すように津波の波動エネルギーあるいは水平方向の水流は、複数の雁行提によって海岸線と平行する方向、すなわち湾奥あるいは陸上施設の中心から離れるように偏向される。

人工島と雁行提を合わせた防波堤システム全体は、人工島を舳先とした船舶の前半部分に類似するが、津波の水流あるいは波動エネルギーは海岸線と平行するように導かれる。すなわち図７に示すように外洋から湾口に向かう波動エネルギー（水流）は、湾外で本来の進行方向と交差することで過流を形成してエネルギーの減弱あるいは消滅に至る。

図８に示すように本発明の雁行提は、人工島を中心とした場合に左右対称である必要がなく、周囲の陸上地形および海底地形に合わせて片流れ形式とすることもできる。これに伴って人工島の形状も非対称とすることが可能である。なぜなら雁行提や人工島の間を船舶の通過経路とするため、方向転換の容易性や航路の深度あるいは船舶の大きさによって、防波堤の間隔を適宜に決定する必要を満たさなければならないからである。また海底地形および周辺の陸上地形によって左右の堰堤長や設置の場所および角度も変動する。

本発明の防波堤は雁行提および人工島が二次元的に連続しておらず、船舶のみならず通常の海流あるいは潮汐を妨げることが少ない。また仮に想定外の巨大津波によって越堤が発生しても、いわゆる引き波を妨げることがなく長期の浸水被害を最小限に留めることができる。

本発明の防波堤は緩やかな潮位の変化を完全には消滅させないので、海岸部の防潮堤（離岸堤あるいは消波堤）を不要とするものではない。緩やかな潮位変化とくに引き波による潮位の低下によって船舶が転覆する現象を防ぐには、図９のように突堤付近の海底を掘削して、潮位の低下時にドックあるいは海水プールが出現する構造とする。これによって強固に係留された船舶は原位置から移動することなく、潮位の変化をやり過ごすことが可能となる。また突堤の方向を湾口部あるいは外洋側に向けることで、係留船舶の流出を防ぐことが可能である。

一方で湾口部の（水平方向）波動エネルギーあるいは水流が岬部に向かって放出されるため、岬部の海岸線が著しく侵食される可能性がある。このため岬部を立ち入り禁止とするか、あるいは構造物を建設しない領域としておく必要が生じる。

図１は先端部人工島の平面図である。 図２は先端部人工島の垂直断面図である。 図３は雁行提の平面図である。 図４は雁行提の平面配置図である。 図５は曲線雁行提の平面図である。 図６は人工島と雁行提による津波の変流である。 図７は変流された津波による過流形成の概念図である。 図８は人工島と片流れ式雁行提の平面図である。 図９は船舶係留部位のドックの断面図である。 図１０は湾口部設置の対称的な防波堤の平面図である。（実施例１） 片流れの非対称的防波堤の平面図である。（実施例２） 平坦な海岸線に設置する人工島と雁行提の平面図である。（実施例３） 雁行堤を持たない人工島のみの平面図である。（実施例４）

人工島の形状は外洋（津波の接近方向）に向かって凸であり、下部よりも上部の水平断面積が小さいことを特徴とする。防波堤全体は湾口部に設置されるものであり、人工島の下部は海底と強固に結合していることが必要である。

雁行堤の形状は垂直壁であっても傾斜面をもつ台形断面でも構わないが、人工島に近い部分が最も低く、陸地に近づくにつれて高く築造されることが望ましい。なぜなら変流された水平方向の海水は徐々に高さを増すため、越堤する海水の量を少なくするために雁行堤の高さを増す必要が生じる。ただし若干の越堤は生じても変流作用が十分であれば、雁行堤の基本機能は維持される。

雁行堤の下部も人工島と同様に海底と強固に結合していることが必要で、単に消波ブロックを並べた上に建設されてはならない。なぜなら大津波の水流（水平方向エネルギー）は消波ブロックの間隙を通じて湾内に侵入してしまうからで、穴開き式のケーソン上に雁行堤を設けることも許されない。すなわち雁行堤全体が水平方向の水流を変流できる構造として建設されることが必要である。

図１０は湾口部に対称形の人工島と雁行堤を配した防波堤の全体配置であり、湾口部より外洋側に設置された人工島と雁行提の典型例である。

図１１は片流れに雁行堤を配した防波堤の全体配置（平面図）である。全体の非対称性は周辺部の海底および陸上の地形によって決定される。

図１２は平坦な海岸線に立地する原子力発電所などの重要施設を津波被害から保護するための防波堤である。雁行提の設置角度を海岸線に近づけることで、周辺部への津波エネルギー集中を抑制し、海岸線への影響を最小限に留められる。

図１３に示すように、極端に狭い湾口部をもつ地形では、人工島の一部（海岸側）に突出部を設けることで雁行堤を省略できる。ただし人工島の設置場所が水深の深い外洋側になるため、利用可能な自然地形たとえば自然島が存在しない場合には造成が困難となる。

本発明は津波に対して湾口部で水平方向のエネルギー（水流）を偏向し湾内に海水が流れ込むのを阻止する防波堤であり、以前から海岸線に沿って設けられてきた防潮堤と合わせて津波被害を最小限に抑制する機能を担う。

本発明の防波堤は湾内に侵入する津波エネルギーを分散して解消するため、湾内の海水面変化を抑制して湾内の構造物たとえば船舶や養殖施設などの津波被害を防止できる。

人工島と雁行堤の間に通路を設けることができるため、通常の潮汐（海流）や船舶の出入りに直接的な支障を来さない。このため湾内の生態系に及ぼす影響が少なく、さらに湾口部に設置されるため陸上からの景観上も許容範囲に収まる。

小規模から大規模な湾内面積を持つ港湾に設置可能であり、湾内での養殖漁業および港湾での揚陸作業を可能としながら大津波の被害を防止することができる。また深い海岸線の凹部をもたない場合（外洋に面した平坦な海岸線）でも、特定の施設たとえば原子力発電所などを大津波の被害から守ることが可能であり、産業利用上の応用範囲は著しく広い。

１ 津波
２ 津波エネルギー（水流）進行方向
３ 海岸線
４ 人工島
５ 雁行堤

Claims (3)

1. 人工島と雁行堤からなる防波堤である。
2. 人工島は外洋から陸地に向かう津波の水流（水平方向エネルギー）を左右に分割し、変流することを目的とした形状を有しており外洋側よりも海岸側の断面積が大きいことを特徴とする。
3. 雁行堤は人工島によって分割された水流を更に偏向し、本来の進行方向と交差する方向へ津波エネルギー（水流）を導くことで、湾内あるいは陸上部への侵入を防止することを特徴とする。

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