JP4512895B2

JP4512895B2 - 長周期波高低減構造物

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Publication number: JP4512895B2
Application number: JP2005003343A
Authority: JP
Inventors: 香織大島; 陽一森屋
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-01-11
Also published as: JP2006193885A

Description

本発明は、主に船舶の荷役作業等が行われる岸壁、堤防等を構成する長周期波高低減構造物に関する。

従来、堤防や海岸等に設置される波高低減構造物には、構造物の前部（海側）に消波ブロックを積み上げて消波工を設けたもの（例えば、特許文献１を参照）や、所謂スリットケーソンからなるもの（例えば、特許文献２を参照）が知られている。

消波工による消波は、構造物の前部に消波ブロックを積み重ねて消波工を形成し、この消波工を波が通過することによりエネルギー損失が生じ、それにより消波するようになっている。

一方、スリットケーソンからなる波高低減構造物は、複数の縦向きスリット状の透水孔が形成された遮壁と、遮壁の後方に十分な空間からなる遊水部とを有し、波が透水孔を通過する際に波動のエネルギーに損失が生じ、それにより消波するようになっている。

このとき、遮壁を通過する際の流速が速いほど波動エネルギーの減衰が大きく、入射波が反射波と重なり合って遊水部の奥で腹となる重複波が形成され、該重複波の水平速度が最大となる節部の位置、即ち遮壁と遊水部の奥との間の距離が重複波の１／４波長となる位置に遮壁を設置することによって、最も消波効果が得られるようになっている。
特開２０００−２０４５２８号公報特開２００２−１４６７４６号公報

海側から打ち寄せる波には、通常の波と共に長周期波という周期が数十秒〜数分という長周期の波が存在し、この長周期波は、港湾内に進入すると港湾の形状や岸壁の位置等の諸条件によって多重反射し、岸壁に接岸された船舶を大きく動揺させ、それにより荷役作業等に支障がでる場合があり、また、船舶を係留していた係留索が切断されてしまう等の被害が発生している。

特に、大型の船舶（数万〜数十万ＤＷＴ）を破断強度の大きな合成繊維からなる係留索を用いて係留した場合、その係留系の固有振動数が数十秒〜数分となり、その係留系と長周期波の周期帯が一致するため、係留系と共振を起こし船体を大きく動揺させる。

しかし、長周期波は、数百ｍ〜数ｋｍという長い波長を有する為、上述の如き従来の波高低減構造物において、長周期波に対して十分な消波効果を得るためには、波高低減構造物を遊水部又は消波工の奥行きが１００ｍ以上ある大規模な構造物とする必要があり、実現性に乏しいという問題があった。

一方、このような長周期波に対応するものとして、図１０、図１１に示す如き長周期波高低減構造物も開発されている。

しかし、図１０に示す長周期波高低減構造物は、海側及び陸側にそれぞれスリット状の透水孔が形成された遮壁１，２を配した所謂両面スリットケーソン３を備え、そのスリットケーソン３の奥側に裏込材として大型の雑石を積層させた雑石層４を設けた構造となっており、十分な消波効果を得るためには、その雑石層４に約５０ｍの幅（奥行き）が必要であった。

また、図１１に示す長周期波高低減構造物は、海側にスリット状の開口５ａを有する透水部５と、その奥側（陸側）に隔壁６を隔てて配置された遊水部７と、透水部５内に積み上げられた砕石等からなる消波材層８とを備え、透水部５内の水位変動に伴って、隔壁６に形成された透水孔６ａを通して透水部５と遊水部７との間で水が出入りし、透水部５の海側部における水位変動を抑制するようにしたものであるが、その構造物においても十分な消波効果を得るためには、透水部５に５０ｍ、遊水部７に１０〜１５ｍ程度の幅（奥行き）が必要であった。

そこで本発明は、上述の従来技術の問題を鑑み、小規模であっても長周期波を好適に消波することができる長周期波高低減構造物の提供を目的とする。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、海洋構造物の海側面に向けて進行してきた周期３０秒以上の長周期波の反射率を低減する長周期波高低減構造物であって、
前記長周期波が押し寄せる船舶接岸岸壁や堤防等の海洋構造物の海側面に開口した導水部と、該導水部の奥側に配置され、該導水部と通水口を通して連通された遊水部とを有する構造体をもって構成され、
該構造体幅は２０ｍ以上であり、
前記導水部は、前面が直立した平板状をなすとともに、両側部より奥側斜めに向けられて、断面ハ字状に配置された一対の導水壁をもって構成され、
前記導水部の中央部の前記両導水壁間の構造体上下に亘る縦向き細長形状の隙間を前記通水口となし、
前記海洋構造物の海側面に向けて進行してきた波が、前記導水壁によって通水口側に寄せ集められて遊水部内に流入されるようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１の構成に加え、前記導水壁は、導水部と遊水部とを仕切る隔壁を構成していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は2の構成に加え、前記導水部の海洋構造物海側面に開口した開口部には、水が出入可能な導入口を有する遮壁を備えていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３の構成に加え、前記遮壁は、前記導水部の海洋構造物海側面に開口した開口部の少なくとも上側部を閉鎖するカーテン壁部を有し、該カーテン壁部の下側に前記導入口が配置されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項3又は4の構成に加え、前記遮壁は、縦向き又は横向きスリット状の導入口を多数有することを特徴とする。

本発明に係る長周期波高低減構造物は、前記長周期波が押し寄せる船舶接岸岸壁や堤防等の海洋構造物の海側面に開口した導水部と、該導水部の奥側に配置され、該導水部と通水口を通して連通された遊水部とを有する構造体をもって構成され、該該構造体幅は２０ｍ以上であり、前記導水部は、前面が直立した平板状をなすとともに、両側部より奥側斜めに向けられて、断面ハ字状に配置された一対の導水壁をもって構成され、前記導水部の中央部の前記両導水壁間の構造体上下に亘る縦向き細長形状の隙間を前記通水口となし、前記海洋構造物の海側面に向けて進行してきた波が、前記導水壁によって通水口側に寄せ集められて遊水部内に流入されるようにしたことにより、導水部から遊水部へ水が流入する際のエネルギー損失が増大し、小規模であっても、長周期波を好適に消波することができ、導水部の海側面部（前面部）における長周期波動を好適に抑制し、船舶への荷役作業等を好適に行うことができ、また、規模が小さくすることができるので既存の港湾にも対応させることができる。

前記通水口を前記導水部の奥側中央部分に配置させ、前記導水壁は、導水部の両側部より前記通水口に向け、前記導水部内が奥に行くに従って狭められる配置に設置したことにより、通常波域から長周期波域に渡って安定した消波効果が得られる。

前記導水壁は、導水部と遊水部とを仕切る隔壁を構成していることによって、導水壁と隔壁とを兼用することができる。

前記導水部の海洋構造物海側面に開口した開口部には、水が出入可能な導入口を有する遮壁を備え、前記遮壁は、前記導水部の海洋構造物海側面に開口した開口部の少なくとも上側部を閉鎖するカーテン壁部を有し、該カーテン壁部の下側に前記導入口が配置されたことによって、導入口を出入りする際の水の流速の影響を受け難く、海洋構造物に接岸している船舶等の動揺を好適に抑えることができ、前記遮壁は、縦向き又は横向きスリット状の導入口を多数有することによって、高い消波効果を得ることができる。

次に、本発明に係る長周期波高低減構造物の実施形態を図に基づいて説明する。

長周期波高低減構造物１０は、船舶の荷役作業が行われる岸壁や防波堤等の海洋構造物を構成するようになっており、図１、図２に示すように、長周期波が押寄せる海洋構造物の海側面に開口した導水部１１と、導水部１１の奥側に配置された遊水部１２とを備え、導水部１１内の水位変動に伴って、通水口１３を通して導水部１１と遊水部１２との間で水が出入りするようになっている。尚、図中符号１４は、導水部１１及び遊水部１２に亘って形成された上部工である。

導水部１１及び遊水部１２は、中空函状のコンクリート構造体（構造体幅約２０ｍ）内に両部を仕切る隔壁を設けることにより双方が中空状に形成され、隔壁によって仕切られた海側（前面側）を導水部１１、奥側を遊水部１２としている。

導水部１１は、複数の縦向きスリット状の導入口１５，１５...が並列配置に形成された遮壁１６を海洋構造物の開口部（前面部）に有し、この遮壁１６の海側（前面側）より波が進行してきた際、この導入口１５，１５...を通して導水部１１内に水が流入するようになっている。尚、この導入口１５は、図に示す実施例において遮壁１１の開口率が約５０％となるように形成されているが、その他、状況に合わせて形状、開口率等を変更するようにしてもよい。

この導水部１１内に流入した水は、導水壁１７，１７により通水口１３側に寄せ集められるようになっている。

この導水部１１は、導水部１１と遊水部１２とを仕切る上下に亘って形成されるとともに前面が直立の平板状をした一対の導水壁１７，１７をもって構成され、この導水壁１７，１７が前述した導水部１１と遊水部１２とを仕切る隔壁を構成している。
導水壁１７，１７は、導水部１１の内部が奥側中央部の通水口１３に向けて奥側が狭められる配置、即ち導水部１１の両側部より奥側に向け左右対称に配置され、且つ両導水壁１７，１７間の距離が奥に行くに従って狭くなるように配置されている。

また、両導水壁１７，１７の奥側端間には、構造物の上下に亘って縦向き細長形状の隙間が形成され、該隙間を通水口１３として導水部１１と遊水部１２との間で水が出入りするようになっている。

この長周期波高低減構造物１０に長周期波が打ち寄せると、まず、前面にある遮壁１６のスリット状導入口１５，１５...を通過し、それにより波動の持つエネルギーに損失が生じる。

また、このように波が打ち寄せる事によって導水部１１内に流入した水は、互いの距離が奥側に行くに従って狭くなるように配置された導水壁１７，１７に誘導されて通水口１３側に寄せ集められ、通水口１３の前部における水位を上昇させる。

そして、海側から導水部１１内に流入した水が、通水口１３を通過して遊水部１２内に流れ込むことによって、図２に示すように、渦１８，１８...が発生し、それにより波のエネルギーに損失が生じる。

このとき、スリット状の導入口１５，１５...より導水部１１内に流入した水が導水壁１７，１７によって通水口１３側に寄せ集められ、通水口１３の前部における水位が上昇したことによって、通水口１３を通過する際の流速が速まりエネルギーの損失が増大する。

更には、通水口１３の前部（導水部１１）と遊水部１２との間で水位差が生じ、この水位差により生じるエネルギー損失により長周期波が減衰される。

このようにして長周期波の持つエネルギーが失われることによって消波され、導水部１１の海側面部（前面部）における波高を低減するようになっている。

また、上述の実施例では、導水部１１の開口部に縦向きスリット状の複数の導入口１５，１５...を有するスリット壁からなる遮壁１６を備えた例について説明したが、導入口は横向きスリット状であってもよい。

また、遮壁は、図３に示す遮壁１９のように、導水部１１の海洋構造物海側面に開口した開口部の少なくとも上側部を閉鎖するカーテン壁部１９ａを有し、そのカーテン壁部１９ａの下側に導入口１９ｂが配置されたもの（カーテン直立壁）であっても良く、カーテン壁部１９ａの下側に多数の横向き又は縦向きスリット状の導入口が形成された壁部を一体に備える構造のものであってもよい。更に、遮壁を設けずとも良い。

更に、海洋構造物は、船舶の荷役作業が行われる岸壁や防波堤に限定されず、どのような海洋構造物であってもよい。

次に、本発明に係る長周期波高低減構造物の性能実験について説明する。
１．実験装置
図４に示すように、長さ５０ｍ、幅０．６ｍ、高さ１．２ｍの２次元断面水槽を使用し、模型縮尺を１／５０とし、各諸元はフルードの相似則から表１の通りとする。尚、図中符号２０，２０...は波高計である。

２．実験条件
（１）入射波
入射波として表２に示す１０のケースについて試験を行う。

（２）実験モデル
図５(ａ)〜（ｃ）に示す３タイプのモデルについて、遮壁１６及び奥行き方向構造体幅ｔを表３の如く組み合わせたモデルを使用する。

図５（ａ）のモデルは、導水壁１７，１７を導水部１１の両側部より奥側斜めに向け、断面ハ字状に配置し、両導水壁１７，１７の奥側端間の隙間を通水口１３とし、通水口１３位置を遮壁前面より１００ｍｍ、通水口幅１５ｍｍとする。

図５（ｂ）のモデルは、１枚の導水壁２１を導水部１１の一方の側部より他方の側部に向けて斜めに配置し、導水壁２１の奥側端と構造物側壁内面との間を通水口１３とし、その通水口１３位置は遮壁前面より２００ｍｍ、通水口幅１５ｍｍとする。

図５（ｃ）のモデルは、通水口側部が端部２２ａを奥に向けた円弧状に形成された１枚の導水壁２２を、導水部１１の一方の側部より他方の側部に向けて斜めに配置し、導水壁２２の湾曲した部分２２ａと構造物側壁内面部間の隙間を通水口１３とし、その通水口１３位置を遮壁前面より３００ｍｍ、通水口幅１５ｍｍとする。
（３）実験方法
上述の各長周期波高低減構造物モデルに上述の（１）に示す入射波を与え、それぞれ場合における波の反射率を測定する。
３．実験結果
構造体幅ｔ＝４０ｃｍの図５（ａ）〜（ｃ）の各モデルと、スリットを有する遮壁のみで導水壁を持たない比較用モデルについて反射率を測定したところ、図６に示すように、スリットを有する遮壁のみで導水壁を持たない比較用モデルは、通常波に対しては反射率が低く、高い消波効果が期待できるが、長周期になると反射率が高くあまり消波効果を期待することができない。

それに対し、図５に示す導水壁を有する各モデルは、長周期波に対して高い消波効果が得られる。

特に、図５（ａ）に示すモデルは、通常波域から長周期域まで安定して低い反射率を示している。

次に、構造体幅をそれぞれｔ＝３０ｃｍ（現地スケール１５ｍ）、ｔ＝４０ｃｍ（現地スケール２０ｍ）、ｔ＝５０ｃｍ（現地スケール２５ｍ）、ｔ＝６０ｃｍ（現地スケール３０ｍ）とした図５（ａ）のモデルについて反射率を比較すると、図７に示すように、構造体幅ｔ＝３０ｃｍ（現地スケール１５ｍ）のものでは、長周期波域において反射率が高く、消波効果が低いが、構造体幅ｔ＝４０ｃｍ（現地スケール２０ｍ）、構造体幅ｔ＝５０ｃｍ（現地スケール２５ｍ）及び構造体幅ｔ＝６０ｃｍ（現地スケール３０ｍ）のものについては、構造体幅ｔが広いほど反射率が低減され、消波効果も大きくなるという傾向はあるが、構造体幅ｔ＝４０ｃｍ〜６０ｃｍの何れにおいても長周期波域で安定して低い反射率を実現し、十分な消波効果が得られる。

次に、それぞれ前面形状の異なる図５（ａ）のモデルについて反射率を比較すると、図８に示すように、前面にスリット状の導入口を有する遮壁を有するモデルでは、長周期波域において安定した反射率が得られ、カーテン直立型のモデル及び遮壁を有しないモデルでも、長周期域（特に周期３０ｓ〜５０ｓ）で双方とも十分な消波効果が得られた。

また、図５（ａ）のモデル（構造体幅ｔ＝４０ｃｍ（現地スケール２０ｍ））について、波高の違いによる反射率を比較したところ、図９に示すように、波高が高い程長周期波域における反射率が低減され、消波効果も高いと思われる。

上述の各結果より、構造体幅ｔ＝４０ｃｍ（現地スケール２０ｍ）以上であれば、各モデルについて長周期域で十分な消波効果を得ることができ、特に構造体幅ｔ＝４０ｃｍ（現地スケール２０ｍ）、前面部にスリットを有する遮壁を有する図５（ａ）のモデルが最適な形態であるといえる。

本発明に係る長周期波高低減構造物の一例を示す部分破断斜視図である。同上の長周期波高低減構造物の横断面図である。本発明に係る長周期波高低減構造物の他の一例を示す部分破断斜視図である。長周期波高低減構造物の消波性能に関する実験に使用する実験水槽模型の概略を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は同上の実験に使用する長周期波高低減構造物のモデルを示す横断面図である。同上の実験における模型形状と反射率の関係を示すグラフである。同上の構造体幅と反射率の関係を示すグラフである。同上の前面部形状と反射率の関係を示すグラフである。同上の波高と反射率の関係を示すグラフである。従来の長周期波高低減構造物の一例を示す縦断面図である。同上の他の一例を示す縦断面図である。

１０長周期波高低減構造物
１１導水部
１２遊水部
１３通水口
１４上部工
１５透水孔
１６遮壁
１７導水壁
１８渦
１９遮壁
２０波高計
２１導水壁
２２導水壁

Claims

海洋構造物の海側面に向けて進行してきた周期３０秒以上の長周期波の反射率を低減する長周期波高低減構造物であって、
前記長周期波が押し寄せる船舶接岸岸壁や堤防等の海洋構造物の海側面に開口した導水部と、該導水部の奥側に配置され、該導水部と通水口を通して連通された遊水部とを有する構造体をもって構成され、
該構造体幅は２０ｍ以上であり、
前記導水部は、前面が直立した平板状をなすとともに、両側部より奥側斜めに向けられて、断面ハ字状に配置された一対の導水壁をもって構成され、
前記導水部の中央部の前記両導水壁間の構造体上下に亘る縦向き細長形状の隙間を前記通水口となし、
前記海洋構造物の海側面に向けて進行してきた波が、前記導水壁によって通水口側に寄せ集められて遊水部内に流入されるようにしてなる長周期波高低減構造物。
前記導水壁は、導水部と遊水部とを仕切る隔壁を構成している請求項１に記載の長周期波高低減構造物。
前記導水部の海洋構造物海側面に開口した開口部には、水が出入可能な導入口を有する遮壁を備えてなる請求項１又は２に記載の長周期波高低減構造物。
前記遮壁は、前記導水部の海洋構造物海側面に開口した開口部の少なくとも上側部を閉鎖するカーテン壁部を有し、該カーテン壁部の下側に前記導入口が配置されてなる請求項３に記載の長周期波高低減構造物。
前記遮壁は、縦向き又は横向きスリット状の導入口を多数有する請求項３又は４に記載の長周期波高低減構造物。