JP2015219201A

JP2015219201A - 造波装置

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Publication number: JP2015219201A
Application number: JP2014104818A
Authority: JP
Inventors: 智裕上野; Tomohiro Ueno
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-12-07

Abstract

【課題】反射波の発生を抑制し、造波精度を向上することができる造波装置を提供する。【解決手段】水路２１を形成する水槽２と、水路２１の長手方向に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段３と、水路２１の下流に配置され地形を模擬した模型４と、を備え、模型４を乗り越えた波を堰き止めることなく下流側に落水可能な回収部５を有している。また、回収部５は、模型４の背面を封止する端末処理板５１を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、人工的に波を発生させる造波装置に関し、特に、長周期波を発生可能な造波装置に関する。

津波等の長周期波に対する浮体構造物や陸上構造物等の安定性や地形に与える影響等を検討するために、フラップ式、ダムブレイク式、フロート式、空気圧式、水流式等の実験装置が既に開発されている。特に、沿岸構造物の津波対策には、波力の推定が必要であり、これに適した水理実験技術の構築が望まれている。

ここで、フラップ式実験装置は、板を前後に移動させて波を発生させる装置であり、ダムブレイク式実験装置は、溜めた水を放流することによって波を発生させる装置であり、フロート式実験装置は、フロートを上下に振動させて波を発生させる装置であり、空気圧式実験装置は、水面に負荷する空気圧を変動させて波を発生させる装置であり、水流式実験装置は、水槽内で水流を発生させることにより波を発生させる装置である。

特許文献１に記載された造波装置は、水流式実験装置に関するものであり、水路を形成する水槽と、前記水路の長手方向に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段と、前記水路の下流に配置され地形を模擬した模型と、を備えている。また、特許文献２に記載された造波装置は、水路の外周部に複数の仕切りを配置して回流部を形成し、水路内の水を仕切りの開口部から回流部に落水させることによって、水路内に模擬したい流れ場を形成するようにしたものである。

特開２００２−３３２６２１号公報特開２００４−６９３１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された造波装置では、地形を模擬した模型の端部に波を堰き止めるための板部材が配置されていることから、この板部材により生じた反射波が実験時に生成した波と干渉し、造波精度が低下してしまう。また、特許文献２に記載された造波装置においても、水路内に複数の仕切りが配置されていることから、この仕切りにより生じた反射波が実験時に生成した波と干渉することとなる。特に、津波のような長周期波を模擬する場合には、波の模擬に必要な時間が長いことから、反射波の進行する距離も長くなり、模擬した波と干渉を生じやすい。

本発明は、かかる問題点に鑑み創案されたものであり、反射波の発生を抑制し、造波精度を向上することができる造波装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、水路を形成する水槽と、前記水路の長手方向に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段と、前記水路の下流に配置され地形を模擬した模型と、を備えた造波装置において、前記模型を乗り越えた波を堰き止めることなく下流側に落水可能な回収部を有する、ことを特徴とする造波装置が提供される。

前記回収部は、前記模型の背面を封止する端末処理板を有していてもよい。また、前記端末処理板は、前記水槽の内面との間に配置されるシール部材を有していてもよい。さらに、前記端末処理板は、前記模型の背面に固定される板状体と、該板状体の縁部に前記水槽の内面に向かって移動可能に配置された稼働体と、を有し、前記シール部材は、前記稼働体の先端部に配置されていてもよい。また、前記回収部は、回収した水を外部に排出する排水手段を有していてもよい。

上述した本発明の造波装置によれば、模型を乗り越えた波を堰き止めることなく下流側に落水可能な回収部を設けたことにより、波が模型を乗り越える際に反射波が生じることがなく、実験時における反射波の発生を抑制し、造波精度を向上することができる。

本発明の第一実施形態に係る造波装置を示す全体構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、を示している。図１に示した端末処理板を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図、を示している。端末処理板の変形例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、を示している。本発明の第二実施形態に係る造波装置を示す部分構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、を示している。図１に示した造波装置の作用を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る造波装置を示す全体構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、を示している。図２は、図１に示した端末処理板を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図、を示している。図３は、端末処理板の変形例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、を示している。

本発明の第一実施形態に係る造波装置１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、水路２１を形成する水槽２と、水路２１の長手方向に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段３と、水路２１の下流に配置され地形を模擬した模型４と、を備え、模型４を乗り越えた波を堰き止めることなく下流側に落水可能な回収部５を有している。また、回収部５は、模型４の背面を封止する端末処理板５１を有している。

水槽２は、上部が開放された略直方体形状を有しており、長手方向に人工的な波を発生させるための容れ物である。水槽２は、仕切板２ａによって水路２１と貯水槽２２とに区分されている。貯水槽２２は、水路２１内に水流を発生させるための水を蓄える部分である。水路２１は、波を発生させる部分であり、津波等の長周期波を発生させることができるだけの十分な長さを有している。

水流発生手段３は、貯水槽２２から水路２１に向かって水流を発生させて、水路２１内で目的の波を発生させる手段である。水流発生手段３は、例えば、貯水槽２２の水を汲み上げるポンプ３１と、汲み上げた水を水路２１に放出する配管３２と、により構成される。ポンプ３１は、図示しない電動モータ及び制御装置に接続されており、回転数や駆動時間が制御される。なお、水流発生手段３の構成は、図示したものに限定されるものではなく、ポンプ３１の台数、配管３２の構成等、適宜変更することができる。

また、水流発生手段３の下流には、整流板６及び制波板７が配置されていてもよい。整流板６は、水路２１に供給された水流の断面積における速度分布を略均一となるように整流する板部材である。制波板７は、仕切板２ａと整流板６との間の水面の少なくも一部を覆う板部材である。なお、制波板７は、必要に応じて省略することができる。

整流板６は、例えば、通水性を有する樹脂材や金属材により構成されるフィルターである。具体的には、整流板６は、立体網目形状を有する樹脂材により構成される。整流板６は、仕切板２ａに対して一定の距離だけ離隔した位置に、水槽２の幅方向（短手方向）に亘って配置される。

ところで、仕切板２ａと整流板６との間の領域は、水流発生手段３により供給された水流を一時的に整流板６で堰き止め、均一な速度に整流するための領域である。そして、水路２１に供給された水流が整流板６に堰き止められると水圧が上昇し、水は上方に逃げようとする。その結果、水面に波が形成されたり、整流板６から水を押し出す圧力が低下したりして、造波精度に影響を与える。そこで、仕切板２ａと整流板６との間の領域における、水の上方への逃げ道を封止する手段として制波板７を配置している。なお、制波板７の支持構造については、図を省略してある。

また、整流板６の下流側の水路２１には、海底や陸地等の地形を模擬した模型４が配置されている。模型４は、地形を模擬したものに限定されず、例えば、浮体構造物（船舶を含む）、地上設備であるタンクやビル等の建造物、防波堤や風力発電設備等を模擬したものを有していてもよい。なお、模型４内部は、空洞に形成されていることが多い。

模型４の背面（下流側の端面）には、端末処理板５１が固定されており、水槽２と端末処理板５１とにより囲まれる空間によって回収部５が形成される。端末処理板５１は、模型４の後端部の高さを超えないように形成されている。例えば、端末処理板５１の上端は、模型４の後端部の高さと一致するように形成される。かかる構成により、水流発生手段３及び整流板６によって水路２１内に生成された波が模型４に押し寄せ、模型４を乗り越える場合であっても、その波を堰き止めることなく回収部５に落水させることができ、反射波の発生を抑制することができる。

端末処理板５１は、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、模型４の背面を覆う板状体５１ａと、水槽２の内面と対峙する外縁部に形成されたフランジ部５１ｂと、を有している。板状体５１ａは、例えば、ボルト５１ｃにより、模型４に固定される。板状体５１ａと模型４との間にガスケット等のシール部材を配置するようにしてもよい。また、端末処理板５１は、水槽２の内面との間に配置されるシール部材５２を有している。具体的には、フランジ部５１ｂの表面にシール部材５２が固定される。

シール部材５２には、例えば、ゴムシートやゴムチューブ等、ガスケットやパッキンに一般的に用いられているものを適宜選択して使用することができる。なお、端末処理板５１を配置した際に、水槽２とシール部材５２との間に隙間が生じる部分（例えば、水槽２の角隅部等）には、シリコン等の目地剤により隙間を埋めるようにしてもよい。

ところで、模型４の背面を封止しない場合には、模型４と水槽２の隙間を介して水路２１と回収部５とが連通してしまい、水路２１内の水位の維持が難しい、模型４を乗り越えて落水した水により生じた波が水路２１内に伝播してしまう等の不具合を生じる。そこで、本実施形態では、模型４の背面を端末処理板５１によって封止することにより、これらの不具合を抑制している。特に、端末処理板５１にシール部材５２を配置することにより、効果的に模型４の背面を封止することができる。

回収部５は、回収した水を外部に排出する排水手段５３を有していてもよい。排水手段５３は、例えば、図１に示したように、排水路に配置されたポンプであってもよいし、単なる排水口であってもよい。かかる排水手段５３を配置することにより、回収部５に落水して回収された水を必要に応じて外部に排水することができ、回収部５に回収された水の水路２１への溢流を抑制することができる。なお、図１には、回収部５の一部を深掘りにした構成を図示しているが、かかる構成に限定されるものではない。

また、端末処理板５１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示した変形例のように、模型４の背面に固定される板状体５１ａと、板状体５１ａの縁部に水槽２の内面に向かって移動可能に配置された稼働体５１ｄと、を有していてもよい。シール部材５２は、稼働体５１ｄの先端部に配置される。板状体５１ａの稼働体５１ｄよりも内側の部分には、水槽２の内面に対峙するように張り出した突起部５１ｅが形成されている。突起部５１ｅには、稼働体５１ｄを位置決めするボルト５１ｆが螺合される。

稼働体５１ｄは、例えば、略Ｌ字断面形状を有するアングル材により構成されており、板状体５１ａの表面に沿って摺動可能な摺動面と、シール部材５２が配置されるシール面と、を有している。また、稼働体５１ｄは、板状体５１ａに固定されたピン５１ｇと、摺動面に形成された長孔５１ｈとにより、板状体５１ａの表面に沿って移動可能に構成されている。突起部５１ｅに螺合されたボルト５１ｆの先端は、稼働体５１ｄのシール面の裏側に当接し、シール部材５２は水槽２の内面に押し付けられる。

稼働体５１ｄは、水槽２の底面に押し付けられる部分と水槽２の側面に押し付けられる部分とに分離して形成するようにしてもよい。水槽２の側面に押し付けられる稼働体５１ｄは、下端に形成された略Ｌ字形状の折り返し部５１ｉを有し、水槽２の底面に押し付けられる稼働体５１ｄは、両端に形成された略Ｉ字形状の突起部５１ｊを有している。折り返し部５１ｉは、突起部５１ｊに螺合されるボルトにより水槽２の側面に押し付けられる。水槽２の底面に押し付けられる稼働体５１ｄの両端は、折り返し部５１ｉに螺合されるボルトにより水槽２の底面に押し付けられる。

このように、折り返し部５１ｉ及び突起部５１ｊを形成することにより、水槽２の角隅部にシール部材５２を強く押し付けることができる。なお、水槽２とシール部材５２との間に隙間が生じる部分には、シリコン等の目地剤により隙間を埋めることが好ましい。

このように、端末処理板５１を板状体５１ａと稼働体５１ｄとで構成することにより、板状体５１ａを模型４に固定した後、稼働体５１ｄを水槽２の内面に向かって移動させることができ、シール部材５２を水槽２の側面及び底面に押し付けることができ、シール性能を向上させることができる。

ここで、図４は、本発明の第二実施形態に係る造波装置を示す部分構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、を示している。なお、上述した第一実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図４（ａ）及び（ｂ）に示した第二実施形態は、回収部５として上部が開放した容器５４を模型４の下流側に配置したものである。容器５４の上流面５４ａは、端末処理板５１として機能する。容器５４の形状を回収部５の形状に合わせて形成することにより、容器５４と水槽２との間に配置するシール部材を低減又は省略することができる。

最後に、上述した第一実施形態に係る造波装置１の作用について、図５を参照しつつ説明する。ここで、図５は、図１に示した造波装置の作用を示す説明図である。図５に示したように、水流発生手段３を作動させると、水路２１内に波Ｗを生成することができる。波Ｗは、時間の経過とともに下流に向かって移動し、海底や陸地を模擬した模型４に乗り上げ、波高が高くなった波Ｗ′へと移行し、最終的に回収部５に落水することとなる。

水路２１と回収部５とは、端末処理板５１により仕切られていることから、図示したように、水路２１内の水と回収部５内の水とを分離することができる。したがって、水路２１内の水位を維持することができ、落水した水により生じた波の水路２１内への伝播を抑制することができる。そして、回収部５に落水した水が所定の水位に達した後、排水手段５３により回収部５内の水を外部に排水する。

上述した本発明の造波装置１によれば、模型４を乗り越えた波を堰き止めることなく下流側に落水可能な回収部５を設けたことにより、波Ｗが模型４を乗り越える際に反射波が生じることがなく、実験時における反射波の発生を抑制し、造波精度を向上することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、水流式実験装置以外の、フラップ式、ダムブレイク式、フロート式、空気圧式等の種々の実験装置に適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１造波装置
２水槽
２ａ仕切板
３水流発生手段
４模型
５回収部
６整流板
７制波板
２１水路
２２貯水槽
３１ポンプ
３２配管
５１端末処理板
５１ａ板状体
５１ｂフランジ部
５１ｃ，５１ｆボルト
５１ｄ稼働体
５１ｅ突起部
５１ｇピン
５１ｈ長孔
５１ｉ折り返し部
５１ｊ突起部
５２シール部材
５３排水手段
５４容器
５４ａ上流面

Claims

水路を形成する水槽と、前記水路の長手方向に向かって水流を発生させて波を発生させる水流発生手段と、前記水路の下流に配置され地形を模擬した模型と、を備えた造波装置において、
前記模型を乗り越えた波を堰き止めることなく下流側に落水可能な回収部を有する、
ことを特徴とする造波装置。
前記回収部は、前記模型の背面を封止する端末処理板を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の造波装置。
前記端末処理板は、前記水槽の内面との間に配置されるシール部材を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の造波装置。
前記端末処理板は、前記模型の背面に固定される板状体と、該板状体の縁部に前記水槽の内面に向かって移動可能に配置された稼働体と、を有し、前記シール部材は、前記稼働体の先端部に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の造波装置。
前記回収部は、回収した水を外部に排出する排水手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の造波装置。