JP3922956B2

JP3922956B2 - 消波装置および消波方法

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Publication number: JP3922956B2
Application number: JP2002098779A
Authority: JP
Inventors: 秀紀西田; 吉輝土橋; 正福本; 浩彰高村; 剛橋本
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: JP2003293346A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波高によって生じる水圧差を利用する消波装置および消波方法に関し、より詳細には、波高によって複数の開口かかる水圧に差を生じさせて、波によって水面が高くなる側に位置する開口から水を流入させ、水面が低くなる側に位置する開口から水面方向に向けて水を流出させ、流出させた水を水面が低くなる側に位置する開口上部の波と衝突させることにより、波の波高および波長を小さくして減衰させる消波装置および消波方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
港湾においては、湾内と湾外とを区画し、湾外からの波浪を遮断または通過させることでその勢いを減少させ、湾内の静穏を維持するために防波堤などが構築されている。防波堤は、港湾内に構築された施設や港湾内に停泊する船舶が波浪のために損壊したり、係留や荷役などの作業が妨げられないように波浪の伝搬を阻止するためのものである。例えば、防波堤は、海底に所定の基礎捨石を敷設し、その上にコンクリートケーソンを設けることにより構築される。従来においては、津波の発生によりコンクリートケーソンに大きなモーメントが作用し、特に、海底から水面に近づくにつれて上記モーメントが大きくなるため、幅の広いコンクリートケーソンを構築する必要があった。
【０００３】
そこで、特開２００１−８１７５３号公報に開示の防波堤においては、海水内に位置する外海に面する壁面に開口部を形成するとともに、海水面より上部に位置する湾内に面する壁面に噴出口を形成し、かつ、開口部と噴出口を連通させた構造とされている。この防波堤を提供することにより、津波が発生した場合、津波のエネルギーを利用して防波堤の湾内に面する側から海水を噴射し、防波堤本体に作用するモーメントを軽減することが可能であることが開示されている。
【０００４】
しかしながら、上述した防波堤は、構築する手間や労力を要し、多大な材料が必要であるといった問題があった。また、防波堤は、海水面上に露出して外観を損ねるといった問題も生じていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題に鑑み、簡単な構造であり、大きな消波効果を有し、海水面上に露出することなく、また上部を船舶の通行も可能にし、さらには低コストで提供することが可能となる消波装置および消波方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、本発明の消波装置および消波方法により達成される。
【０００７】
すなわち、本発明の請求項１の発明によれば、水中に浸漬される消波装置であって、
水面方向に向いて、かつ波の向きに沿うように離間して設けられる複数の開口と、前記複数の開口を互いに連通させる連通路とを備える消波構造物を含み、
波高により前記複数の開口にかかる水圧に差を生じさせて、前記複数の開口のうち前記水面の高い側に位置する開口から水を流入させ、前記水面の低い側に位置する開口から前記水面方向に向けて前記水を流出させ、前記流出させた水を前記水面の低い側に位置する開口上部の波に衝突させることを特徴とする、消波装置が提供される。
【０００８】
本発明の請求項２の発明によれば、前記消波装置は、波長測定手段を含み、前記消波構造物は、前記複数の開口の離間距離が前記波長測定手段により略半波長となるように前記波の向きに沿った長さが調節される消波装置が提供される。
【０００９】
本発明の請求項３の発明によれば、前記消波装置は、前記水面から５〜１５ｍの水深に設置される消波装置が提供される。
【００１０】
本発明の請求項４の発明によれば、前記消波装置は、さらに、回転手段を含み、前記消波構造物が前記回転手段の上に設置され、前記波の向きに沿うように回転される消波装置が提供される。
【００１１】
本発明の請求項５の発明によれば、水面方向に向くように離間して設けられる複数の開口と前記複数の開口を互いに連通させる連通路とを備える消波構造物を、前記複数の開口が波の向きに沿うように水中に浸漬して設置するステップと、波高により前記複数の開口にかかる水圧に差を生じさせて、前記複数の開口のうち前記水面の高い側に位置する開口から水を流入させ、前記水面の低い側に位置する開口から前記水面方向に向けて前記水を流出させるステップと、
前記流出させた水を前記水面が低くなる側に位置する開口上部の波に衝突させるステップとを含む消波方法が提供される。
【００１２】
本発明の請求項６の発明によれば、前記消波方法は、前記複数の開口の離間距離が波長測定手段により略半波長となるように前記消波構造物の長さを調節するステップを含む消波方法が提供される。
【００１３】
本発明の請求項７の発明によれば、前記消波方法は、前記消波構造物を回転手段により前記波の向きに沿うように回転させるステップを含む消波方法が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の消波装置および消波方法について図面を参照して詳細に説明する。本発明の消波装置は、海洋および湖沼などの波が発生する場所であればいかなる場所でも使用することができるが、特に、波浪を遮断し、静穏を維持させる必要がある沿岸部において使用することができる。以下、本発明の消波装置を沿岸部に設置するものとして説明する。
【００１５】
図１は、本発明の消波装置を沿岸部に設置したところを示した図である。図１に示す消波装置１は、沿岸部の海水中に設置され、水面方向に向くように、かつ波の向きに沿って離間して設けられている開口２、３と、開口２、３を互いに連通させる連通路４とを備える消波構造物５と、消波構造物５を浮かせるための浮体６と、消波構造物５を海水中の所定深さとなるように支持する係留部材７と、波の波長を測定するための波長測定手段とから構成されている。以下、開口２、３をそれぞれ区別するために、第１の開口２および第２の開口３として説明する。図１に示す実施の形態では、消波構造物５は、第１の開口２と第２の開口３とが離間して設けられ、第１の開口２と第２の開口３とが連通路４によって互いに連通した構造とされ、かつ第１の開口２と第２の開口３とのそれぞれが水面方向に向くように配置されている。また、第１の開口２および第２の開口３は、波の向きに沿って設けられており、図１において第１の開口２と第２の開口３との離間距離は、略半波長とされている。また、図１に示す消波装置１には、海水面に設けられた波長測定手段として波長センサ８が設けられ、第１の開口２と第２の開口３との離間距離が波長センサ８によって測定された波長の略半分となるように、波の向きに沿った消波構造物５の長さを調節することができる。また、消波構造物５の下側には、回転手段９が設けられていて、上述したようにそれぞれの開口が波の向きに沿うように回転させることができるようになっている。さらに、図１に示す回転手段９は、海底に設けられた基礎１０に係留部材７を用いて所定深さとなるように係留されている。
【００１６】
図１に示す消波装置１では、波高によって第１の開口２と第２の開口３とにかかる水圧に差が生じ、高い水圧がかかる、水面が高くなる側に位置する第１の開口２から海水が流入し、第１の開口２にかかる水圧より低い水圧がかかる、水面が低くなる側に位置する第２の開口３から海水が流出する。この場合、海水面方向に向けて水が流出し、流出した海水は、水面が低くなった部分の波と衝突する。波は、進行方向に向けて絶えず進んでいくが、進むことによってそれぞれの開口２、３にかかる水圧も絶えず変化する。水面が同じ高さとなれば、同じ水圧がそれぞれの開口２、３にかかるのため、それぞれの開口２、３から海水の流入も流出もない。それぞれの開口において水面の高さが異なる場合には、水面が低くなる側の開口から海水が流出し、水面の低くなる波の部分に衝突することとなる。本発明の消波装置１を通過する前の所定の波高および周期であった波は、本発明の消波装置１を通過することにより、上記衝突によって波エネルギーが失われ、波高および波長が小さくなり減衰される。本発明の消波装置１を通過した波は、通過する前と比較すると、波高が小さく、波長の短い穏やかな波となる。一般に沿岸部においては、波が浅海に近づくと、波の周期には変化がないものの、波長が短くなり、波高が増加する砕波を生じる。本発明の消波装置１は、上述した砕波のように、波長が短く、波高が大きい波であっても適切な開口２、３の間隔および大きさの消波構造物５を用いて効果的に減衰させることができる。このように、波高が大きく、波長が長い波を減衰させて沿岸部において穏やかな波にすることで、波浪による海岸部の侵食や湾内の施設および船舶の破損を防止することができる。また、本発明の消波装置１は、水中に設置するため、海岸の外観も損われないといった利点も有し、さらには、係留部材７を収縮させるなどして消波構造物５を海底に沈めることにより、海水面上を船舶が通行できるようにすることができる。
【００１７】
本発明の消波装置１に用いられる消波構造物５は、水面に向けて開口２、３を有するものであれば、いかなる形状、大きさ、個数であっても良い。すなわち、本発明の消波装置１に用いられる消波構造物５は、開口２、３が同じ向きに設けられているものであれば、その開口２、３を水面方向に向けて設置することができる。また、開口２、３は、中空の内部を通して互いに連通し、波高によって所定量の水を流入および流出させることができれば、いかなる形状および大きさであっても良い。本発明においては、消波構造物５の内部の表面は、水の流れに対して抵抗が小さくなるように滑らかな表面とすることができる。図１に示す消波構造物５に設けられる第１の開口２と第２の開口３との離間距離は、いかなる距離であっても良いが、一般に沿岸部での波長は一年を通して大きく変化するものではなく１０ｍ程度であるため、半波長、すなわち５ｍ程度が好ましい。また、本発明に用いられる消波構造物５は、海水による侵食や腐食を考慮してコンクリート製とすることができる。本発明においては、プラスチック材料により製作された消波構造物５を用いることもでき、さらには侵食や腐食しにくい材質の金属を用いることもできる。この場合、消波構造物５は、浮力によって浮かないように回転手段９に溶着や溶接、その他締結部材を用いて固定することができる。また、本発明においては、消波構造物５の内部にフジツボなどの発生や魚の巣とならないようにそれぞれの開口２、３に網などを設けることもできる。さらに、本発明においては、海底が１０ｍ以下で浅い場合には、浮体６や係留部材７を設けることなく、消波構造物５または回転手段９を有する消波構造物５を直接海底に設けることもできる。
【００１８】
図１に示す消波構造物５は、回転手段９を設けない場合には、直接浮体６が設けられ、海底の所定位置に設けられた基礎１０にアンカーワイヤおよびアンカーといった係留部材７によって所定水深に支持することができるようになっている。本発明においては、消波構造物５を配置する水深は、水面に発生する波を適切に減衰させるために５〜１０ｍとすることが好ましい。図１に示す浮体６は、消波構造物５および回転手段９上に設置される消波構造物５などを浮かせることができるものであればいかなるものでも良い。また、本発明においては、浮体６および係留部材７を設ける代わりに、消波構造物５を海底に構築した基礎上に設けることもできる。係留部材７は、浮体６を備える消波構造物５を所定深さに配置するように支持することができれば、上述したアンカーおよびアンカーワイヤ以外にいかなるものでも用いることができる。また、係留部材７としてアンカーを用いる場合、アンカーは予め基礎１０に固定しておくことができ、アンカーワイヤをアンカーに結びつけるなどして波により消波構造物５が移動しないように係留させることができる。
【００１９】
図１に示す回転手段９としては、回転台を用いることができる。本発明においては、図示しない波の向きを検知する手段を用いて波の向きに沿うように消波構造物５を回転させることができる。一般に、沿岸部での波の波長や波の向きは、１年を通じて大きく変化するものでなく、本発明の消波装置１においては、回転手段９は設けなくても良い。図１に示す基礎１０は、所定位置に所定の数設けることができ、海底にコンクリートを打設するなどして設けることができる。本発明においては、基礎１０以外にも、波によって上記消波構造物５が移動しないように係留させることができるものであれば、碇といったおもりであっても良い。
【００２０】
図２は、本発明の消波装置１に用いる消波構造物５の第１の実施の形態を示した図である。図２に示す消波構造物５は、海水面に向くように同じ面に離間して第１の開口２と第２の開口３とが設けられ、第１の開口２と第２の開口３とが内部に設けられた連通路４によって連通されている。図２に示す消波構造物５は、第１の開口２から流入する海水が連通路４を通して第２の開口３に、または第２の開口３から流入する海水が連通路４を通して第１の開口２に向けて流れるようになっている。また、図２に示す消波構造物５は、上述したように海水中の所定深さに設置し、波高によって第１の開口２と第２の開口３とに水圧の差を生じさせ、その水圧差によって水面が高くなる側に位置するいずれかの開口から海水が流入し、消波構造物５に設けられた連通路４を通して流入した開口とは異なる、流入した開口上部の水面より水面が低くなる側に位置する開口から流出するようになっている。連通路４を通して流れた海水は、海水面に向いた開口から流出し、流出した開口上部の波に衝突することにより波が減衰される。本発明においては、流出した海水が、海水面が低くなる側に位置する開口上部の波に衝突することで、海水面を押し上げて波高を小さくし、波の周期を短くして波を減衰させることができる。また、海水面に向けて流出させた海水は、防波堤としての効果もあり、沿岸部に向けて流れる波の一部を逆流させて波動を弱めることもできる。
【００２１】
図２に示す実施の形態では、消波構造物５は、直方体のブロックの上面に２つの開口２、３を備え、２つの開口２、３を互いに連通させる連通路４が内部に形成された構造となっている。図２に示す消波構造物５は、それぞれの開口２、３が矩形で、かつ同じ大きさとされ、破線で示された連通路４は、断面が開口２、３と同様に矩形かつ同じ大きさとされている。本発明においては、上述したように２つの開口２、３は、波の向きに沿って配置され、波高により水面が高くなる側に位置する、例えば第１の開口２から水が流入し、水面が低くなる側に位置する第２の開口３から流出するようにされている。また、本発明においては、２つの開口２、３の距離は、上述したように略半波長とされることが好ましい。また、本発明においては、消波構造物５は、図１に示す波長センサ８によって測定した波長によって長さが変えられるように、消波構造物５の一部にレール部材やローラといったスライド機構を設けた構造とすることができる。
【００２２】
図３は、本発明の消波装置１に用いる消波構造物５の第２の実施の形態を示した図である。図３に示す消波装置１に用いる消波構造物５は、図２に示す消波構造物５と同様に、直方体のブロックとされ、ブロック上面に開口２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂが設けられ、開口２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂを互いに連通させる連通路４が設けられている。図３に示す実施の形態では、開口２ａ、２ｂは、矢線Ａに示す方向を波の向きとした場合、波の向きに対して垂直となる方向に離間して設けられ、開口３ａ、３ｂも波の向きに対して垂直となる方向に開口２ａと開口２ｂとの離間距離と同じ間隔で設けられている。また、開口２ａ、２ｂと開口３ａ、３ｂとが矢線Ａに示す波の向きに離間して設けられ、開口２ａと開口３ａ、開口２ｂと開口３ｂとが波の向きに沿って対になるように設けられている。図３に示す消波構造物５を海水中に配置し、例えば、波によって開口２ａ、２ｂの海水面の水位が高く、開口３ａ、３ｂの海水面の水位が低いものとする。これらの水位の相違によって水圧差が生じ、開口３ａ、３ｂから海水が流入し、連通路４を通して開口３ａ、３ｂから流出する。海水は、海水面に向けて流出し、上述したように波を減衰させることができる。本発明においては、図３に示すように、波の向きに対して垂直方向に２つの開口に限らず、いかなる数の開口を設けることもできる。また、本発明においては、図３に示すように、流入する側の開口の数と、流出する側の開口の数とが同じでなくてもよいが、個別の開口面積が同じであれば、開口による流れの抵抗が小さくなるように同じ数とするのが好ましい。
【００２３】
図４は、本発明の消波装置１に用いる消波構造物５の第３の実施の形態を示した図である。図４に示す消波装置１に用いる消波構造物５は、両方の端部が開口２、３とされ、それぞれの開口２、３が海水面に向いたＵ字管とされている。図３に示す消波構造物５も、図２に示す消波構造物５と同様に、互いの開口２、３の距離が適切な間隔で離間されていて、適切な量の水が流入および流出する大きさの開口２、３を有する構造とされている。図４に示す開口２、３は、円形とされ、第１の開口２から第２の開口３まで同じ形状および大きさとされている。本発明においては、これらの形状および大きさに限らず、いかなる形状および大きさの開口２、３および連通路４とすることができる。また、本発明においては、これら消波構造物５は、いかなる数設けられていても良く、波浪による海岸部の侵食や湾内の施設および船舶の破損を防止したい区域の沿岸部に必要な数の消波構造物５を配置して波を減衰させることができる。
【００２４】
図５を用いて本発明の消波方法について詳細に説明する。図５は、本発明の消波装置１を海水中に設置したところを示した図である。図５に示す消波装置１は、図２に示す消波構造物５と、波の波長を測定するための波長センサ８と、消波構造物５を設置し、消波構造物５を波の向きに回転させるための回転手段９と、消波構造物５を設置した回転手段９を浮かせるための浮体６と、消波構造物５が所定水深となるように海底に支持するための係留部材７と、海底に係留部材７の一端を固定するための基礎１０とを含んでいる。
【００２５】
図５に示す実施の形態では、海水中に浮体６を備える回転手段９を設置し、回転手段９上に消波構造物５が設置されている。消波構造物５は、海水中に浸漬され、消波構造物５が所定水深となるように係留部材７を用いて海底に固定されている。海水面には、波長測定手段として波長センサ８が配置され、波の波長が測定されている。測定された波長により消波構造物５の長さが略半波長Ｃとなるように調節される。また、波の向きに沿うように消波構造物５が回転手段９により調節される。
【００２６】
図５に示す実施の形態では、波が定常波とされていて、第１の開口２が位置する海水面において最高水位Ｄを示し、第２の開口３が位置する海水面において最低水位Ｅを示している。図５に示す波は、半波長Ｃの２倍の波長を有している。第１の開口２には、最高水位Ｄにより最大の水圧がかかり、第２の開口３には、最低水位Ｅにより最小の水圧がかかる。これにより、海水は、第１の開口２から流入し、連通路４を通して第２の開口３に向けて流れる。第２の開口３に流れた海水は、第２の開口３から海水面に向けて流出する。流出した水は、最低水位Ｅの波に衝突し、海水面を持ち上げ、波の周期を破壊する。これによって、波は、波高が小さくなり、かつ波長も小さくなるため、海岸に向けて流れる波が穏やかになる。また、矢線Ｆに示すように進行して第１の開口２および第２の開口３の上部を続いて通過する波は、第２の開口３にかかる水圧が最大となり、第１の開口２にかかる水圧が最小となるものの、本発明の消波装置１を通過した波がすでに上述したように第２の開口３から流出した海水によって減衰されているため、続いて通過する波は波高が小さくなる。この場合には、第２の開口３から海水が流入し、第１の開口２に向けて海水が流れることとなる。第１の開口２に流れた海水は、海水面方向に向けて流出し、上部の波に衝突することで波が減衰される。このように、本発明の消波装置１の上部を波が通過することで、波を減衰させることができる。また、波の向きに沿って２以上の消波構造物５を配置することにより、さらに波を減衰させることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の消波装置および消波方法は、波高による水圧差を利用して、水を水面方向に流出させることにより、波高が大きく、かつ波長の長い波と衝突させて減衰させ、穏やかな波にすることで、海岸の侵食を抑制することが可能となり、また波浪による湾内の施設および船舶の破損を防止することが可能となる。また、本発明の消波装置は、水中に設置するため、外観を損なうこともない。さらに、本発明の消波装置は、簡単な構造の装置であるため、低コストで提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消波装置を沿岸に設置したところを示した図。
【図２】本発明の消波装置に用いる消波構造物の第１の実施の形態を示した図。
【図３】本発明の消波装置に用いる消波構造物の第２の実施の形態を示した図。
【図４】本発明の消波装置に用いる消波構造物の第３の実施の形態を示した図。
【図５】本発明の消波装置を用いて波を減衰させているところを示した図。
【符号の説明】
１…消波装置
２、２ａ、２ｂ…開口
３、３ａ、３ｂ…開口
４…連通路
５…消波構造物
６…浮体
７…係留部材
８…波長センサ
９…回転手段
１０…基礎
Ｃ…半波長
Ｄ…最高水位
Ｅ…最低水位

Claims

水中に浸漬される消波装置であって、
水面方向に向いて、かつ波の向きに沿うように離間して設けられる複数の開口と、前記複数の開口を互いに連通させる連通路とを備える消波構造物を含み、
波高により前記複数の開口にかかる水圧に差を生じさせて、前記複数の開口のうち前記水面の高い側に位置する開口から水を流入させ、前記水面の低い側に位置する開口から前記水面方向に向けて前記水を流出させ、前記流出させた水を前記水面の低い側に位置する開口上部の波に衝突させることを特徴とする、消波装置。
前記消波装置は、波長測定手段を含み、前記消波構造物は、前記複数の開口の離間距離が前記波長測定手段により略半波長となるように前記波の向きに沿った長さが調節される、請求項１に記載の消波装置。
前記消波装置は、前記水面から５〜１５ｍの水深に設置される、請求項１または２に記載の消波装置。
前記消波装置は、さらに、回転手段を含み、前記消波構造物が前記回転手段の上に設置され、前記波の向きに沿うように回転される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の消波装置。
水面方向に向くように離間して設けられる複数の開口と前記複数の開口を互いに連通させる連通路とを備える消波構造物を、前記複数の開口が波の向きに沿うように水中に浸漬して設置するステップと、
波高により前記複数の開口にかかる水圧に差を生じさせて、前記複数の開口のうち前記水面の高い側に位置する開口から水を流入させ、前記水面の低い側に位置する開口から前記水面方向に向けて前記水を流出させるステップと、
前記流出させた水を前記水面が低くなる側に位置する開口上部の波に衝突させるステップとを含む、消波方法。
前記消波方法は、前記複数の開口の離間距離が波長測定手段により略半波長となるように前記消波構造物の長さを調節するステップを含む、請求項５に記載の消波方法。
前記消波方法は、前記消波構造物を回転手段により前記波の向きに沿うように回転させるステップを含む、請求項５または６に記載の消波方法。