JP3909343B2 - 海水交換促進型消波堤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長周期波が到来する海域における海水交換促進型消波堤に係り、とくに、２重カーテン壁による低反射・低透過構造で波動運動により一方向流を生成する海水交換促進型防波堤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に港湾は、厳しい波浪環境下にある場合が多く、外郭施設の整備より、船舶の接岸や荷役業務に対して十分に安全なように港湾波浪の静穏化が求められる。しかし、湾内静穏度を求めるあまり、港内外の海水交流が抑止され、港湾域が閉鎖性海域になりがちであり、湾内に海水が入らず、港内の海水が汚れがちで、水質悪化が問題となっている。
【０００３】
その対策として、古くから透過性防波堤の適用や海水交換促進型防波堤の開発も進められてきている。従来、海水交換促進型防波堤としては、▲１▼堤体の一部に透水孔を設け、潮流や波浪流等の流れの疎通をよくするものや、▲２▼さらに越流工や弁などを設けて通水孔内の流向を制御するものなど、▲３▼また別途に潜堤を設けるものなどが知られている。
【０００４】
前記の何れもできるだけ防波・消波機能を維持しながら、通水あるいは海水交換機能を持たせるような工夫がなされているが、波の遮蔽効果や反射波低減効果が充分でないものや、構造が複雑すぎる例などもみられる。特に、従来の構造体では、波動運動の卓越する水面付近に通水工を設けたものがほとんどで、潮位により海水交換機能が変動するなどの欠点がある。
【０００５】
例えば図２２（ａ）に示す例では、海底に捨石工２４を介して構築した基礎２５に山形形状の消波用隆起部２６を構築し、その側方にコンクリートの消波堤２７を構築し、消波堤２７の下部には前後方向に貫通して通水口２８が形成されている。したがって、湾外（図２２（ａ）の左側）から押し寄せる波は、消波用隆起部２６を乗り越えることで第１段階の消波が行われ、次に消波堤２７によって反射して湾外側に押し返されることで第２段階の消波がなされ、さらに、一部の海水は消波堤２７の下部の通水口２８を通って湾内側に出入して、港内外の海水交流が行われるように構成されている。
【０００６】
図２２（ｂ）に示す例では、海底に捨石工２４を介して構築した基礎２５にコンクリートの消波堤２７を構築し、消波堤２７の上部には前後方向に貫通して通水口２９が形成されている。したがって、湾外（図２２（ｂ）の左側）から押し寄せる波は、消波堤２７によって反射して湾外側に押し返されることで消波がなされ、さらに、一部の海水は消波堤２７の上部の通水口２９を通って湾内側に出入して、港内外の海水交流が行われるように構成されている。
【０００７】
図２２（ａ）、（ｂ）に示す海水交換型消波堤は、構造が簡単である反面、消波作用および港内外の海水交流の作用が不十分な構造であった。
【０００８】
前記の既存技術を改良するものとして、本出願人に係る反射波低減構造物が提案されている（特許文献１）。この先行技術は、沖側が傾斜型の前面カーテン壁と、陸側が傾斜型の後面カーテン壁とを間隔をおいて配置するようにした異吃水式二重カーテン壁を備えた反射波低減構造物において、沖側の前面カーテン壁の吃水を陸側の後面カーテン壁の吃水よりも浅くするものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１５４５１８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の従来技術は、港湾の防波構造物として、反射波の波周期を対象にして、沖側の前面カーテン壁の吃水を陸側の後面カーテン壁の吃水よりも浅く設定することにより、反射波を効果的に低減させることができるというものである。本発明は、▲１▼防波施設としての本来の機能である来襲波の遮断および反射波の低減などをできるだけ維持したうえ、▲２▼海水交換をより有効に行える構造とすることを目指すが、前記▲１▼と▲２▼は両立が難しい関係にあり、従来技術はこの問題解決には不十分であり更なる改良の余地が残されていた。さらに消波時の静穏化および構造の簡易化の点でも改良すべき点が残されていた。
【００１１】
すなわち、前記の異吃水２重カーテン防波堤で通水機能を高める（海水交換）ためには、後面カーテン壁下部の通水開口長を広くする方法が一般にはとられる。しかし、その場合の透過波は大きくなり、港湾の静穏度が悪くなるという問題があった。
【００１２】
本発明者は、港湾域における海水交換を促進する目的から海水交換促進型防波堤を目指し、特に、防波施設としての機能である来襲波の遮断および反射波の低減などをなるだけ維持して、しかも海水交換を有効かつ静穏に行える構造体について研究した。
【００１３】
本発明は、前記の研究結果に基づく提案に係り、本来の防波施設としての機能である来襲波の遮断および反射波などを低減でき、加えて海水交換が有効かつ静穏に行える海水交換促進型防波堤を提案するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明は次のように構成する。
【００１５】
第１の発明は、海側の前面カーテン壁の吃水が陸側の後面カーテン壁よりも浅くなるようにして、前記両カーテン壁を間隔をあけて配置し、後面カーテン壁の下端部と海底部との間に海水透過部のための下部通水路が形成されてなる海水交換促進型消波堤において、後面カーテン壁の下端部に略一致する高さ位置で、かつ前後両カーテン壁の間に透過波低減および波の作用に伴う前カーテン壁下端より発生する渦流れの制御ならびにその制御効果による沖向き一方向流の生成を可能とする没水平版を配設したことを特徴とする。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、没水平版を後面カーテン壁の後方に延長することにより後部没水平版を設けたことを特徴とする。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明において、後部没水平版を、後面カーテン壁の背面に設けた支持板によって支持したことを特徴とする。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明において、後面カーテン壁の背面に耐波安定性のための重量付加用コンクリート躯体を設け、かつ第２発明における後部没水平版に代えて、前記コンクリート躯体の下面部によって、渦流水の制御効果による沖向き一方向流の生成を可能とする海水透過部天井面を形成し、その下部に海水透過部が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
第５の発明は、第１の発明において、第４発明記載のコンクリート躯体の下面部に形成される海水透過部天井面に代えて、コンクリート躯体の下部に所定長の水平管路を配設し、この水平管路によって海水透過部を形成したことを特徴とする。
【００２０】
第６の発明は、第１〜第５の発明において、前面カーテン壁と後面カーテン壁のうち、前面カーテンが垂直型又は、構造強化及び潮位差による消波効果の変動を少なくするため下部が前方に迫り出した傾斜型であり、後面カーテンが垂直型又は、やはり構造強化及び下部が後方に迫り出した傾斜型の何れかであることを特徴とする。
【００２１】
第７の発明は、第１〜第６の明において、前面カーテン壁が、全面閉鎖型の壁又は、横形ブラインド状に隙間を持って配列された複数の傾斜板を備えた壁であることを特徴とする。
【００２２】
第８の発明は、第１〜第７の発明において、前面と後面のカーテン壁及び、没水平版等からなる下部通水路の境界部形成用の構造体が水底地盤、または水底地盤に打設の杭に取り付けられていることを特徴とする。
【００２３】
第９の発明は、第１〜第７の発明において、前面と後面のカーテン壁及び、没水平版等からなる下部通水路の境界部形成用の構造体が水底地盤に打設の杭に沿って上下動自在に取り付けられていることを特徴とする。
【００２４】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２５】
図１（ａ）は、本発明の基本思想を説明する模式図として、異吃水２重カーテン式構造の海水交換促進型消波堤を示す図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の比較図、図２は、図１（ａ）の具体的模式説明図、図３〜図６は、図１に示す海水交換促進型消波堤を用いた各種実験のデータを示すグラフである。
【００２６】
図１（ａ）において、海水交換促進型消波堤１は、下部透過型で、かつ異吃水２重カーテン式構造として、海側の前面カーテン壁２の吃水が、陸側の後面カーテン壁３よりも浅くなるようにする。つまり、前面カーテン壁２の吃水下端部２ａが後面カーテン壁３の吃水下端部３ａよりも静水面４に近い位置になるように設け、かつ、前記両カーテン壁２、３の間隔をあけて平行に配置し、両カーテン壁２、３の間に遊水室１０を形成する。前記の異吃水２重カーテン壁からなる消波構造において、後面カーテン壁３の吃水下端部３ａと海底部５との間には下部通水開口部６ａが形成され、この下部通水開口部６ａを介して、前後両カーテン壁２、３と海底部５との間に海水透過部６が形成される。
【００２７】
本発明では、図１（ａ）に示されるように、前記下部通水開口部６ａの上端に略一致する位置で、かつ、両カーテン壁２、３の各吃水下端部２ａ、３ａの間の位置に、透過波低減および波の作用に伴う前カーテン壁下端より発生する渦流れの制御ならびにその制御効果による沖向き一方向流の生成を可能とする没水平版８を配設してある。図２には、具体的模式図として、海水交換促進型消波堤１が、任意の支持手段により海底地盤に設置の捨石工９の上に打設されたコンクリート底版１１（図１の海底部５に相当する）に設置された例が示されている。
【００２８】
図１（ｂ）には、本発明の比較例として、没水平版８を配設しない例が示され、したがって、両カーテン壁２、３の各吃水下端部２ａ、３ａの間には、下方部が開いた遊水室開口部７ａが形成されている。
【００２９】
図１（ａ）の海水交換促進型消波堤１は、海水透過部６によって潮流や波浪流等の流れの通水機能を維持すると共に、これらの殆ど見られない海域でも遊水室１０内でのピストンモードの波動運動を利用して前面カーテン壁下端より渦流れを発生し、波動運動のエネルギーを最終的に一方向流のエネルギーに効率的に変換して、海水交換を可能にすることを特徴とする。
【００３０】
このとき、没水平版８は、図３（ａ）に示すように前後カーテン壁の間の遊水室内に図中の状態で反時計まわりの渦流れを集積すると共に、この渦流れによる通水部流体への影響を遮断する役目を果たす。別の表現をすれば、没水平版８は、海水透過部６において前後方向に延びる下部通水路を形成するもので、特に、この下部通水路における天井面を形成する役目を果たしている。
【００３１】
こうして没水平版８で形成される下部通水路により、海水透過部６を流れる流体は、所定方向の水流に強制的に整流され、かつ、前面カーテン壁２の湾外側に形成される時計回りの渦の影響を強く受けることから、波の一周期間で平均化すると湾外側に輸送される。すなわち、下部通水路を形成する没水平版８は、湾内側から湾外側に向かう海水の平均流を引き起す役目を果たすことになり、それにより湾内外の海流交換が促進される。
【００３２】
一方、比較例として示す没水平版８のない図１（ｂ）の海水交換型消波消波堤は、図３（ｂ）に示すように前面カーテン壁下部にやはり押し波時および引き波時に交互に渦流れが発生し、押し波時に発生する渦が後面カーテン壁下部の通水部に近い場所に形成されることや、後面壁下部にも小規模ながら渦流れが発生するため、平均流は、図１（ａ）の海水交換型消波堤の場合とは逆方向、すなわち湾内側に向かう結果となる。
【００３３】
前記の海水交換促進型消波堤１において、海水交換をよくするためには、海水透過部６の下部通水開口部６ａを出来るだけ大きくとることになる。この場合、比較図として図１（ｂ）に示す没水平版８がない構造体では、遊水室１０内での消波作用が有効に機能せず、長周期の波が広く開けた下部通水開口部６ａを透過し易いという問題が生じる。このように、港湾内の水をよどませないための潮流や波浪流等の流れの通水機能を確保することと、消波とは両立が難しい問題があった。然るに、本発明の透過波低減および波動運動による一方向流生成のための没水平版８を設けることで、通水機能の確保及び消波を同時に解決でき、しかも静穏に消波できることが実験結果からも確認された。
【００３４】
以下、前記構造に基づく実験結果を説明する。
本発明は、前述のとおり、潮流や波浪流等の流れの通水機能を期待する下部透過の構造体において、海水交換をよくするため広く開けた下部通水開口部６ａの上端に一致する没水平版（水中水平版）８を設けたことにより、（イ）長周期波の透過波を有効に低減できると共に、反射波の低減効果も開口部が無い場合と同程度（透過率０．１）に維持できること、及び（ロ）没水平版８による渦流れの制御効果により、湾外側に向かう平均流の発生することが模型実験によって実証された。
【００３５】
まず、本発明おいて、下部通水開口部６ａの拡幅による透過波の増大を没水平版8の採用によりどの程度抑制できるかについて検討した。
【００３６】
実験装置および実験方法
［模式堤体］
図１に示す堤体を模型縮尺が１／１５程度の大きさに作成した。これらは何れも前後の鉛直板（前述の前面カーテン壁２と後面カーテン壁３）の２枚で構成し、遊水室１０内でのピストンモード波浪による前後壁の下端部での渦流れの増大効果により反射波を低減する機構を採用している。前記前面カーテン壁２と後面カーテン壁３は両側に設けた側板（図示省略）で支持する構造としており、堤体１ユニットの長さは５０ｃｍである。水中に、水槽幅（１ｍ）にほぼ等しくなるように２基のユニットを直列に配置した。
【００３７】
図１（ａ）に示すように、本発明では、潮流や波浪流等の流れの通水機能を維持するため下部透過型堤体とし、この場合、通水機能を上げるために、下部通水開口部６ａの長さを大きくするとき透過波の増大が懸念されるが、ここでは、図中に示す没水平版８を設けて、これによる透過波の低減効率を検討した。このとき、記号のみで示す量は、実験で各種に変化させており、その代表例を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
実験では、計５〜８本の容量式波高計を用いて、各堤体の反射率Ｃｒと透過率Ｃｔおよび遊水室内外の水面変動等を測定した。このとき反射率は、入・反射波の分離推定法を用いて求めた。また、実験では、計５〜８本の容量式波高計を用いて、各堤体の反射率Ｃｒと透過率Ｃｔおよび遊水室１０内外の水面変動等を測定した。このとき反射率は、入・反射波の分離推定法を用いて求めた。
【００４０】
用いた波条件は、ピストンモードの波浪共振条件を考慮して、周期Ｔが、０．９〜２．０_ｓの８種類程度、入射波高Ｈは、５ｃｍ、１０ｃｍの２種類とした。
【００４１】
図４、図５は、図１（ａ）に示す下部通水開口部６ａを有する下部透過型堤体にて、没水平版８を設けないで下部通水開口長ｌｏ＝１５ｃｍとしたときの反射率Ｃｒと透過率Ｃｔの波周期および作用波高による変化を示す。この図４、図５を含め、以下では、波周期に関する無次元量として遊水室幅Ｂと波長Ｌとの比が用いてある。図中には、減衰波理論による算定結果について合わせて示す。また、比較のため、算定結果のみであるが、下部通水開口部６ａが無いときの反射率の算定結果についても示す。この際、減衰波理論による算定では、線形抵抗係数ｆｃが必要になるが、ここでは従来の成果に準じてｆｃ＝０．２を用いた。
【００４２】
図４、図５から、下部通水開口部６ａの有無に関係なく、反射率Ｃｒはほぼ同じＢ／Ｌの条件下で一旦極小となる変化を示すことが分る。これは既に理論が発表されているＣｒが極小となる条件下で遊水室１０内のピストンモード波浪共振が発生し、前面カーテン壁２の下部付近に強い渦が形成されることによる。Ｂ／Ｌの小さな長周期側では、下部通水開口部６ａの有無により差が見られるが、これは下部開口部６ａを設けることによる波の透過度による。
【００４３】
一方、透過率Ｃｔは、下部通水開口部６ａを設けることにより、特に、長周期側では比較的大きな値になることが認められる。このため、通水機能は満足されるものの、波浪の遮断効果は充分ではないと判定される。
【００４４】
図１の下部透過型堤体において、透過波の低減を目的として後面カーテン壁３下部に前方に突出して没水平版８を設けたときの反射率Ｃｒと、透過率Ｃｔの実験結果と算定結果を図６、図７に示す。図中には、比較のため没水平版８のないときの結果をも合わせて示す。
【００４５】
この図６、図７より、没水平版８を設けると、反射率Ｃｒが極小となる条件は、没水平版８がない場合に比較して長周期に移行することなどが実験・算定結果の両者で認められる。これは没水平版８を設けることで、遊水室１０内の水深が浅くなり、没水平版８上の波長が短くなることに起因する。
【００４６】
次に、図７に見られるように、透過率Ｃｔは没水平版８を設けると、特に、Ｂ／Ｌの小さな比較的長周期の条件下で低くなることが認められる。これは没水平版８を設けることで、波動運動による鉛直運動が拘束されるためと考えられる。本発明では、前記の下部通水開口長ｌｏ＝１５ｃｍのケースに加えて、下部通水開口長ｌｏ＝５ｃｍについても検討したが、やはり、没水平版３の有無の影響は同様の傾向にあることが確認された。
【００４７】
このように、遊水室１０内に後面カーテン壁３の下側に位置する下部通水開口部６ａの上端に略一致するように没水平版８を設けると、通水機能の維持のため下部通水開口部長さを比較的広くしたままで、反射波の低減効果を損なうことなく、しかも、透過波についても有意に低減できることが確認できた。
【００４８】
前記したような波浪制御効果の実験とは別途に、図８に示すような平面水槽を用いて、図１（ａ）、（ｂ）の海水交換型防波堤による平均流の生成効果について実験的に検討した。平面水槽を用いた実験では、図８中に示すように、１０ｍの水路の水路幅を隔壁によりほぼ４等分して、中央の２つの水路内に、図１（ａ）および（ｂ）の海水交換型防波堤をそれぞれ５基ずつ設置した。両側の２つの水路は、中央部水路内で波の作用により海水交換型防波堤まわりに平均流が発生するとき、堤体の前後に水位差が生じ、本来の堤体による平均流の生成機能が損なわれないようにするための循環水路の役割を果たすように設けてある。
【００４９】
ここで想定した模型の縮尺や、用いた波条件等は、ほぼ前出の波浪制御機能の験と同一である。また、図１（ａ）、（ｂ）の海水交換型防波堤で、没水平版のある場合及びない場合共に、下部の海水透過部の開口高さはほぼ１５ｃｍに固定してある。
【００５０】
実験では、計４本の電磁流速計を用いて、図８に示すように、図１（ａ）、（ｂ）の海水交換型防波堤の港内側の海水透過部にそれぞれ２本ずつ鉛直位置を変えて設置し、海水透過部に引き起こされる水平流速を時系列的に観測して、平均流の向きやそれによる一周期当たりの平均輸送量を求めた。
【００５１】
図９（ａ）、（ｂ）は、実験波の諸元が、波周期Ｔ＝１０ｃｍのときの電磁流速計による海水透過部港内側での水平流速ｕの測定例をそれぞれ水平版ありとなしの場合について示す。この水平流速は、没水平版の有無に関係なく時間的に振動する波形であるが、水平版を設けると水平流速ｕの正負振幅の絶対値は小さくなるものの正負振幅の平均値が負側（港外側へ向かう流速）になるなど、海水透過部では港外側に向かう平均流が発生することが確認できる。そして、水平版のないとき、この平均流は港内側に向かうことなども確認できる。
【００５２】
図１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示す海水交換型防波堤の海水透過部を通しての波の一周期当たりの一方向輸送流量Ｑの波周期による変化を示す。図中で輸送流量Ｑは、進行波の波動運動により半周期に移動する水塊量に相当するＨＬ／（２π）で無次元化してある。また、波周期についても、前出のＢ／Ｌ（遊水室幅／波長）の表現で代用してある。
【００５３】
この図で輸送流量Ｑの正負は、それぞれ港内側、港外側に輸送されることを表す。図９より、波動運動に起因する一方向輸送流量Ｑは、水平版を設けると負値であり、港外側に向かう平均流であることや、水平版のないときには概略正値で逆の傾向を示すことなど、平均流を生成するのに没水平版の効果は非常に大きいことが確認できる。
【００５４】
［実験結果のまとめ］
前記から、異吃水２重カーテン防波堤の通水機能を高めるため、後面カーテン壁の下部の下部通水開口長を広く設定する場合、下部通水開口部６ａの上端に略一致させて没水平版８を設けると、この没水平版８が無い場合に比較して透過波を有効に低減できる。このとき反射波の低減効果も下部通水開口部６ａが無い場合と同程度に維持できることが立証された。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１１〜図１３を参照して説明する。
【００５６】
図１１（ａ）は、実施形態１に係る杭式前面垂直型消波堤の斜視図、（ｂ）は、図（ａ）の部分正面図、図１２（ａ）は、図１１（ａ）の側面図、図１２（ｂ）は、図（ａ）の杭体と下部構体を省略して示す側面原理説明図、 図１３（ａ）は、実施形態２に係る下部透過型で、かつ杭式前面垂直型消波堤の斜視図、図１３（ｂ）は、図（ａ）の支柱と下部構体を省略して示す側面原理説明図である。
【００５７】
図１１、図１２の実施形態１を説明すると、海底部５に杭１２を横方向に所定の間隔をあけて、前後２列に打ち込む。杭１２はコンクリート充填の鋼管杭その他各種の杭を使用できると共に、杭下端はロックアンカー１３を介して海底部５に強固に設置される。また前後列の杭１２の間に梁材１４が架設されており、各梁材１４と一体に所定幅で横方向に伸長する没水平版８が設けられている。各梁材１４の前後端部であって、かつ各杭１２の直上位置からは断面が矩形の前支柱１５と後支柱１６が立設されている。
【００５８】
各梁材１４の前後部に杭１２が貫通する孔１７をあけてあり、また、前支柱１５と後支柱１６の内部には杭挿通孔１８が開設されていて、各梁材１４に開設の孔１７と前、後支柱１５、１６の杭挿通孔１８に杭１２の上部を貫通する。これにより、杭１２の所定の高さ位置に没水平版８が一体の梁材１４を取り付けることができると共に、前、後支柱１５、１６を取り付けることができる。梁材１４を杭１２に取り付けたとき、没水平版８と海底部５との間には海水透過部６が形成される。
【００５９】
前支柱１５と後支柱１６にはそれぞれ前面カーテン壁２と後面カーテン壁３が一体に設けられている。前面カーテン壁２と後面カーテン壁３は、横方向に所定幅の壁板ブロックに設けられていて、各壁板ブロックの両側部位置に前支柱１５、後支柱１６が固定されたものが１ユニットをなしており、この１ユニットを横方向に繋いで前面カーテン壁２と後面カーテン壁３の列が構成されている。
【００６０】
したがって、前記の消波構造体の施工に際しては、没水平版８が一体に設けられた各梁材１４の前後部の孔１７に杭１２を貫通させて所定の位置に固着し、その後、前面カーテン壁２が一体に設けられた１ユニット毎の前支柱１５と、後面カーテン壁３が一体に設けられた１ユニット毎の後支柱１６に梁材１４から上方に立上っている杭１２の上部を挿入することで各支柱１５、１６および梁材１４と杭１２が強固に一体化される。
【００６１】
前記の構造体を構築したとき、前面カーテン壁２と後面カーテン壁３の間に遊水室１０が形成されると共に、前面カーテン壁２の吃水下端部２ａと没水平版８との間に遊水室開口部７が形成される。また、後面カーテン壁３の下部と没水平版８との間は梁材１４の高さ分の隙間が生じるので、この隙間を閉じるように梁材１４と同じ高さで、かつ後面カーテン壁３と一体の閉鎖板１９が設けられている。したがって本実施形態では、没水平版８の高さ位置が後面カーテン壁３の吃水下端部３ａとなる。
【００６２】
さらに、前支柱１５の列と後支柱１６の列の上端を繋ぐように、かつ、前面カーテン壁２と後面カーテン壁３の上端縁に接して空気抜き兼用型枠として、消波堤１の前後方向に遊水室１０と連通する溝部２０を横方向に複数設けた山型プレキャストコンクリート２１が構築され、山型プレキャストコンクリート２１の上に、場所打ちコンクリートを打設して上床版２２を形成している。
【００６３】
実施形態１によると、海側（イ）から波となって押し寄せる海水の一部は前面カーテン壁２の吃水下端部２ａと後面カーテン壁３の吃水下端部３ａの間に形成される遊水室開口部７を通って遊水室１０内に入り、この遊水室１０内でピストンモードの波動運動を引き起こす。このピストンモードの波動運動により、前面カーテン壁２の下端付近から強い渦が発生し、特に引き波時に湾外側に形成される渦により、海水透過部６より湾内側の海水を湾外側に引き出すように流出させる。
【００６４】
このように、遊水室１０内に後面カーテン壁３の下側に位置する下部通水開口部６ａの上端に略一致するように没水平版８を設けたことで、反射波の低減効果を損なうことなく、透過波についても有意に低減できる。しかも、一方向平均流をも誘起する機能を有する。
【００６５】
図９は実施形態２を示す。実施形態２に係る消波堤１は、実施形態１における全面垂直型の前面カーテン壁２に代えて、横形ブラインド状に隙間を持って配列された複数の傾斜板を備えた前面カーテン壁２ｂを設けた例を示す。
【００６６】
実施形態２では、海側（イ）から波となって押し寄せる海水の一部は、下部通水開口部６ａおよびブラインド型前面カーテン壁２ｂの傾斜間隙２３からも遊水室１０内に進入、退出できるもので、この構成は内海など比較的短周期の波に対する低反射を期待する場合に有効である。実施形態２におけるその他の構成と作用は実施形態１と同じであるので、同一要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６７】
実施形態１、２において、前面カーテン壁２やブラインド型前面カーテン壁２ｂおよび、後面カーテン壁３等を垂直に配置するのは、外海（大西洋・太平洋）で、干満差の少ない海域に適している。また、前面カーテン壁２が傾斜していない場合は、遊水室１０の上部に空気抜きの開口があるのが遊水室１０内での波浪を効率的に減衰させる上で具合がよく、遊水室１０と連通しており、かつ消波堤１の前後方向に開口する溝部２０がこの場合に有効に機能する。
【００６８】
また、干満差が大きい内海などでは、前後のカーテン壁を傾斜型とするのが有効である。すなわち、図示を省略するが、実施形態１、２における前面カーテン壁２やブラインド型前面カーテン壁２ｂを下部が海側（イ）に迫り出すように傾斜配設し、また、後面カーテン壁３を下部が陸側（ロ）に迫り出すように傾斜配設しもよい。このような傾斜型消波堤は、瀬戸内海など低反射を期待する場合に有効である。特に、前面カーテン壁２やブラインド型前面カーテン壁２ｂが傾斜しているのが、反射波を低減するのに有効である。なお、海水の干満差や波浪によっても没水平版８にはさほど大きな鉛直力（水平波圧の２割程度）は発生しないので、強度的な問題は生じない。
【００６９】
図１４は実施形態３を示す模式図である。実施形態３では、図１（ａ）における没水平版８を、前後両カーテン壁２、３の間隔寸法Ｂと略同じ長さにわたり後面カーテン壁３の後方に延長して後部没水平版８ａを設け、この後部没水平版８ａを後面カーテン壁３の背面に設けた支持板３０で支持したもので、この後部没水平版８ａを設けた点が図１（ａ）の構成と相異する。
【００７０】
実施形態３のように、没水平版８の後方に後部没水平版８ａを設けることにより長水路下部通水型とすることで、図１（ａ）の没水平版８のみで形成する下部通水型よりも、湾内外に移動する海水交換量が増えると共に、透過波の低減効果が優れることが実験の結果判明した。
【００７１】
図４〜図６と一部重複するが、図１５と図１６に、図１（ａ）と図１４の各々の構成による実験結果を示したので説明する。図１５には、図１（ａ）の没水平版８のみの下部通水型の反射率Ｃｒ、透過率Ｃｔの波長・遊水室幅比（Ｌ／Ｂ）による変化を示し、図１６には、図１４の没水平版８＋後部没水平版８ａの長水路下部通水型の反射率Ｃｒ、透過率Ｃｔの波長・遊水室幅比（Ｌ／Ｂ）による変化を示す。各図には模型実験結果と理論計算結果の両者が示してある。図１５と図１６の比較から、長水路下部通水型は、下部通水路通水型よりも消波効果が優れていることがわかる。特に、透過率Ｃｔは水路長を延長することで低下することが確認できる。
【００７２】
次に図１７は、没水平版なしの場合、下部通水型、長水路下部通水型のそれぞれの通水路での平均流速の実験結果を示す。この図から、没水平版８を取付けることで平均流体の発生方向は、波浪進行方向と逆方向になることや、後部没水平版８ａを設けて下部通水路を延長することにより、より速い平均流が発生することが分る。
【００７３】
さらに図１８は、没水平版なしの場合、下部通水型、長水路下部通水型のそれぞれの通水路での各堤体の平均輸送流量を示す。この図から、没水平版８を取付けることで平均輸送流量は沖向きに発生することや、後部没水平版８ａを設けて長通水路型にすることにより、波運動による半周期の移動水塊量の半分にもなることが分る。
【００７４】
以上から、図１４に示す長水路下部通水型構造の防波堤は、図１（ａ）に示す下部通水型構造に比べて、一層の反射波の低減、透過波の低減、交換機能を有することが分る。
【００７５】
ところで下部通水型の消波堤では、安定性を確保するため重量物を付加して設ける必要があり、前述の長水路下部通水型の構造はこの重量物について検討している中から創案されたものである。
【００７６】
すなわち、下部通水型の消波堤体消波堤では、波の衝撃を堤体で受けるため耐波安定性が懸念される。このため本発明の消波堤を実際に施工するときは、堤体の耐波安定性のために後面カーテン壁３の背面にコンクリート躯体等からなる重量体を設置することになる。この場合、コンクリート躯体の下面部が海水透過部６（下部通水路）の天井面に相当し、結果として、没水平版８が後方に延長された長水路下部通水型の構造となる。したがって、長水路下部通水型の構造は、図１４に模式図で示す後部没水平版８ａ以外の手段によっても構成できる。その実施形態を以下に説明する。
【００７７】
図１９は実施形態４で、下部通水路型の消波堤をコンクリート躯体によって構成した例を示す。同図において、海底に捨石工３１を介して基礎３２が構築され、基礎３２の上部に海水透過部６を介して前面カーテン壁２と後面カーテン壁３との間に遊水室１０が設けられ、遊水室１０の下部に遊水室開口部７を形成し、かつ、前面カーテン壁２と後面カーテン壁３との間に没水平版８が設けられ、後面カーテン壁３の背面に重量付加用コンクリート躯体３３が一体に形成される。このコンクリート躯体３３の下端面３３ａが海水透過部６の天井面となり、これが図１４おける後部没水平版８ａに相当する下部通水路形成の機能を果たし、結果として、長水路下部通水型の構造となる。
【００７８】
実施形態４で示す消波堤の作用は、実施形態３と同じである。図１９において、矢印▲１▼が波浪進行方向を示し、矢印▲２▼が波浪共振（上下のピストンモード）、矢印▲３▼が渦流れ、矢印▲４▼が透過波小、矢印▲５▼が湾外方向への吸出し流れを示している。そして、▲１▼〜▲５▼によって、波浪による反射波の低減、透過波の低減、効率的海水交換機能（湾内への流動と湾外への吸出し流れ促進）を奏するものである。
【００７９】
図２０は実施形態５を示し、基本構造は図１９の実施形態４と同じであるが、図１９における重量付加用コンクリート躯体３３の下端部３３ｂを基礎３２上に設置し、躯体下端部３３ｂに円形断面の管体３４を設置し、この管体３４で下部通水路（海水透過部６）を構成した例を示す。図２１は実施形態６を示し、図２０における円形断面の管体３４に代えて、矩形断面の円形断面の管体３４ａを設置した例を示し、他の構成は図２０と同じである。
【００８０】
図２０、図２１における他の構成と作用は、実施形態１〜４と同じであるので、同一要素には同一符号を付して重複説明を省略する。実施形態５、６では、管体３４、３４ａで下部通水路（海水透過部６）を構成する点で、施工性や所期設計値通りの下部通水路の断面形状や断面大きさのものを容易に施工できる。
【００８１】
本発明に係る下部透過式消波堤は、杭式でも定置式でもいずれでもよい。また、本発明の構成を適宜設計変更して実施することは、その技術的範囲に含まれる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明に係る海水交換促進型消波堤は、遊水室内に後面カーテン壁の下側に位置する下部通水開口部の上端に略一致するように没水平版を設けたことにより、通水機能の維持のみならず、一方向平均流の発生をも促進し、しかも、下部通水開口部高さを比較的大きくしたままで、反射波の低減効果を損なうことがなく、透過波についても有意に低減でき、かつ静穏な消波作用を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の基本思想を説明する模式図、（ｂ）は、図（ａ）の比較図である。
【図２】図１（ａ）の具体的模式説明図である。
【図３】（ａ）は、図１（ａ）の模式図において、没水平版により生成する港外側に向かう平均流を矢印で示す図、（ｂ）は、図１（ｂ）の比較図において、港内側に向かう平均流を矢印で示す図である。
【図４】本発明の消波堤において、通水透過部の有無による反射率Ｃｒ変化を示す図である。
【図５】本発明の消波堤において、通水透過部を設けたときの透過率Ｃｔを示す図である。
【図６】本発明の消波堤において、水平版を設けたときの透過率Ｃｔを示す図である。
【図７】本発明の消波堤において、水平版の有無による透過率Ｃｔの変化を示す図である。
【図８】平面水槽および模型堤体、電磁流速計の配置状況を示す説明図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、没水平版がある場合とない場合における港内側の海水透過部での水平流の時間波形図である。
【図１０】一周期当たりの無次元輸送量に関する没水平版の有無の比較図である。
【図１１】（ａ）は、実施形態１に係る、異吃水２重カーテン式構造の海水交換促進型消波堤を示す斜視図、（ｂ）は、図（ａ）の正面部分図である。
【図１２】（ａ）は、図１１（ａ）の側面図、（ｂ）は、図（ａ）の支柱と下部構体を省略して示す側面原理説明図である。
【図１３】（ａ）は、実施形態２に係る、異吃水２重カーテン式構造の海水交換促進型消波堤を示す側面図、（ｂ）は、図（ａ）の杭体と下部構体を省略して示す側面原理説明図である。
【図１４】実施形態３に係る下部透過型消波堤の模式図である。
【図１５】下部通水型の反射率Ｃｒと透過率Ｃｔを示すグラフである。
【図１６】長水路下部通水型の反射率Ｃｒと透過率Ｃｔを示すグラフである。
【図１７】没水平版と通水型と長水路通水型の平均流の水平流速を示すグラフである。
【図１８】没水平版と通水型と長水路通水型の平均流の各堤体の１波あたりの輸送流量Ｑを示すグラフである。
【図１９】実施形態４に係る下部透過型消波堤の斜視図である。
【図２０】実施形態５に係る下部透過型消波堤の斜視図である。
【図２１】実施形態６に係る下部透過型消波堤の斜視図である。
【図２２】（ａ）、（ｂ）は従来の一般的な消波堤の２例の断面図である。
【符号の説明】
１ 海水交換促進型消波堤
２ 前面カーテン壁
２ａ 吃水下端部
３ 後面カーテン壁
３ａ 吃水下端部
４ 静水面
５ 海底部
６ 海水透過部
６ａ 下部通水開口部
７ 遊水室開口部
８ 没水平版
９ 捨石工
１０ 遊水室
１１ コンクリート底版
１２ 杭
１３ ロックアンカー
１４ 梁材
１５ 前支柱
１６ 後支柱
１７ 孔
１８ 杭挿通孔
１９ 閉鎖板
２０ 溝部
２１ 山型プレキャストコンクリート
２２ 上床版
２３ 傾斜間隙
２４ 捨石
２５ 基礎
２６ 消波用隆起部
２７ コンクリートの消波堤
２８ 通水口
２９ 通水口
３０ 支持板
３１ 捨石工
３２ 基礎
３３ 重量付加用コンクリート躯体
３４ 断面円形の管体
３４ａ 断面矩形の管体

Claims (9)

1. 海側の前面カーテン壁の吃水が陸側の後面カーテン壁よりも浅くなるようにして、前記両カーテン壁を間隔をあけて配置し、後面カーテン壁の下端部と海底部との間に海水透過部のための下部通水路が形成されてなる海水交換促進型消波堤において、後面カーテン壁の下端部に略一致する高さ位置で、かつ前後両カーテン壁の間に透過波低減および波の作用に伴う前カーテン壁下端より発生する渦流れの制御ならびにその制御効果による沖向き一方向流の生成を可能とする没水平版を配設したことを特徴とする海水交換促進型消波堤。
2. 請求項１記載の没水平版を後面カーテン壁の後方に延長することにより後部没水平版を設けたことを特徴とする海水交換促進型消波堤。
3. 請求項２記載の後部没水平版を、後面カーテン壁の背面に設けた支持板によって支持したことを特徴とする海水交換促進型消波堤。
4. 後面カーテン壁の背面に耐波安定性のための重量付加用コンクリート躯体を設け、請求項２記載の後部没水平版に代えて、前記コンクリート躯体の下面部によって、渦流水の制御効果による沖向き一方向流の生成を可能とする海水透過部天井面を形成し、その下部に海水透過部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の海水交換促進型消波堤。
5. 請求項４記載のコンクリート躯体の下面部に形成される海水透過部天井面に代えて、コンクリート躯体の下部に所定長の水平管路を配設し、この水平管路によって海水透過部を形成したことを特徴とする請求項１記載の海水交換促進型消波堤。
6. 前面カーテン壁と後面カーテン壁のうち、前面カーテンが垂直型又は、構造強化及び潮位差による消波効果の変動を少なくするため下部が前方に迫り出した傾斜型であり、後面カーテンが垂直型又は、やはり構造強化及び下部が後方に迫り出した傾斜型の何れかであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の海水交換促進型消波堤。
7. 前面カーテン壁が、全面閉鎖型の壁又は、横形ブラインド状に隙間を持って配列された複数の傾斜板を備えた壁であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の海水交換促進型消波堤。
8. 前面と後面のカーテン壁及び、没水平版等からなる下部通水路の境界部形成用の構造体が水底地盤、または水底地盤に打設の杭に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載の海水交換促進型消波堤。
9. 前面と後面のカーテン壁及び、没水平版等からなる下部通水路の境界部形成用の構造体が水底地盤に打設の杭に沿って上下動自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載の海水交換促進型消波堤。

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