JP4775735B2 - 長周期波高低減構造物 - Google Patents

Description

本発明は、主に港湾において長周期波の波高を低減させる長周期波高低減構造物に関する。

一般に、港湾内の船舶等に影響を及ぼす波浪には、周期が数秒程度の通常の波の他に、周期が３０秒以上の長周期波がある。この内の通常の波は、コンクリートブロックを積み上げた消波構造物や、前面にスリット等の開口を設けたケーソン等の消波構造物による消波が可能であるが、長周期波は周期が３０秒以上もの海面変動があり、波長が長いため、上述の如き通常の波に対処するための消波構造物ではこれを低減することはできない。

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る。特に外洋に面した港湾においては、港内が静穏であるにもかかわらず、係留している大型船舶が大きく動揺し、荷役作業の中断や係留索の切断、防舷材や船体の損傷等、長周期波が原因と思われる事故が多数報告されている。

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、消波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７、図８示す如き長周期波低減構造物も開発されている。図７に示す長周期波低減構造物は、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消波層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、その消波層４に約５０ｍの幅（奥行き）が必要であった。

また、図８示す長周期波低減構造物は、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。

このような従来の長周期波低減構造物は、設置スペースが充分に確保できる新設の港湾に実施する場合には有効であるが、既存の港湾に設置する場合には、航路や港湾施設領域を確保する必要から設置が制限されることが多く、また、港湾内の船舶の接岸する岸壁には長周期波低減構造物の適応が難しく、更に、防波堤や岸壁の前面に設置すると、その消波層が長周期波の重複波の腹の位置になり、流速が小さく十分な消波効果を得ることが難しい等の問題がある。

本発明は、上述の従来技術の問題を鑑み、岸壁等の構造物に波が打ち寄せる部分ではなく、長周期波が通過する海底に設置することによって、長周期波の波高の低減がなされる長周期波高低減構造物及び該構造物を用いた長周期波高低減工法の提供を目的としてなされたものである。

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に記載の発明の特徴は、港湾の湾口、港口又はそれらの内外における長周期波進入路の水底面を掘削することにより、設置しようとする透水性消波構造物の幅及び長さに対応させた設置空間を形成し、該設置空間内に礫又はコンクリートブロックを投入して積み上げることにより前記透水性消波構造物を造成し、該透水性消波構造物の長周期波進行方向の長さを２００ｍ以上、層厚を５ｍ以上としたことにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記透水性消波構造物の天端面が水底面とほぼ同高さとしたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記透水性消波構造物の天端面が水底面より低い高さとし、前記設置空間の周縁部に流砂及び泥土の流入を防止する防砂泥堤を設置したことにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記透水性消波構造物の天端面を水底面より所定の高さを有する潜堤状に形成したことにある。

本発明に係る長周期波高低減構造物は、水底面に所定の厚さに形成され、水粒子が透過することによってエネルギーを消費させるものであるため、既存の港湾に設置する場合においても航路や港湾施設領域による制限が少なく、しかも、長周期波の流速の大きい部分に設置することが可能となり効果的な波高低減効果が得られる。

また、本発明においては、前記透水性消波構造物は、礫又はコンクリートブロックを積み上げることにより構成させることにより、港湾内の船舶の接岸する岸壁や防波堤の前面に礫又はコンクリートブロックを積み上げて消波構造物を構築する場合と同様に、容易に設置することができる。

また、透水性消波構造物を、その天端面を水底面とほぼ同高さ又はそれより低い高さとすることにより、既存航路の必要水深を維持した状態で波高低減効果が得られる。

本発明に係る長周期波高低減構造物は、港湾の湾口、港口又はそれらの内外における長周期波進入路の水底面に、水粒子が透過することによってエネルギーを消費させる透水性消波構造物を設置するようにしているため、既存の港湾に設置する場合であっても、既存の航路や港湾施設領域を狭めることなく設置が可能であり、しかも、長周期波に対して効果的な設置場所の選定が容易となるため、より効果的な波高低減がなされる。

更に、設置する透水性消波構造物の高さ、幅及び長さに対応させた設置空間を、前記水底面を掘削して形成し、該設置空間内に礫又はコンクリートブロックを投入して天端面が水底面とほぼ同高さ又はそれより低い高さの透水性消波構造物を造成することにより、水深の比較的浅い港湾内であっても現存する水深を確保した状態で設置が可能であり、航路として必要な水深を維持でき、しかも、その工事は浚渫による掘削及び礫又はコンクリートブロックの投入作業によってなされるため、工事費が低く経済的である。

また、水底面に掘削形成した設置空間の周縁部に流砂及び泥土の流入を防止する防砂泥堤を設置することにより、流砂や泥流が透水性の透水性消波構造物内の隙間に入り込み、透水性を損なうことによる消波性能の低下を有効に防止できる。

次に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

図において符号１０は本発明による掘り込み設置型の透水性消波構造物であり、この透水性消波構造物１０は、図には詳示されてないが、テトラポットその他の消波用コンクリートブロックを積み上げて内部に空隙を設けて透水性を持たせたものである。尚この透水性消波構造物は、上記コンクリートブロックの他、礫を積み上げたものであってもよい。

この透水性消波構造物１０は、港湾における湾口又は港口位置、或いはそれらの外側又は内側等、長周期波が通過する位置の水底面に設置するものであり、長周期波の流速がより大きい場所に設置することが好ましい。

また、航路下に設置する場合において、現状より航路の水深を浅くすることが制限される場合には、透水性消波構造物１０の頂面を、水底面１１と同高さか、それより低い高さとする。

例えば、図１(ａ)に示すよう如き、水底を浚渫して一定以上の水深を確保した航路用溝１２内の水底面に設置する場合には、同図(ａ)中破線で示すように航路用溝１２の水底面を透水性消波構造物１０の高さｈ分だけ掘削し、その掘削部分１３内に消波用コンクリートブロック又は礫を投入し、同図(b)示す如く所定厚さの透水性消波構造物１０を造成する。

次いで、同図(c)に示すように、流砂や泥土による埋没を防止するために、透水性消波構造物周辺の航路用溝１２の両側に防砂堤１４を造成する。この防砂堤１４は、例えば浚渫土砂にセメント系の固化材を混合させたソイルセメントを使用することができる。

また、船舶の停泊場所等の水底面が平らな場所に設置する場合には、図２(ａ)に示す如き平な水底面１１を、同図中破線で示すように透水性消波構造物１０の高さｈ分だけ掘削し、その掘削部分１３内に消波用コンクリートブロック又は礫を投入し、同図(b)示すように頂面が水底面１１とほぼ同高さとなるように透水性消波構造物１０を造成する。

次いで、同図(c)に示すように、流砂や泥土による埋没を防止するために、透水性消波構造物１０周辺に防砂堤１４を造成する。この砂防堤１４は前述したものと同様である。

上記いずれの場合にも、消波用コンクリートブロック又は礫の投入は、ガット船又は起重機船によって行う。また、礫を使用する場合には蛇籠に入れ、これを規則正しく並べることによって所望の厚さ及び広さに設置することも有効であり、投入による礫の逸散を防止できる。

造成する透水性消波構造物１０は、長周期波の進行方向の長さを２００ｍ以上、層厚、即ち層状に造成される該構造物の厚さを５ｍ以上とすることによって、周期が６０秒程度の長周期波の低減がより効果的となる。

このように長周期波の通過する水底に透水性の透水性消波構造物を設置すると、長周期波は、水面と同等の水粒子速度を水底面においても有しているため、水底部分においても水粒子が水底面にある透水性消波構造物内を透過することとなり、水の粘性によるエネルギー損失により波のエネルギーが消費され、波高が低減される。

上述の実施例は、透水性消波構造物１０の天端面を水底面より低いか、同程度の高さにして設置した場合を示しているが、本発明では上述の他、図３に示すように水底面１１より高く盛り上げた潜堤状の透水性消波構造物１０Ａを水底に設置してもよく、この透水性消波構造物１０Ａの構造は、前述の透水性消波構造物１０と同様に、礫又はコンクリートブロックを指定の厚さに積み上げることによって構成されている。

更に、潜堤状の透水消波構造物１０Ａの構築に際しては、図４に示すように、前述した掘り込み設置型の透水性消波構造物１０と同様に、水底面１０所定深さに掘り込み、その中に礫又はコンクリートブロックを投入し、更にその上に天端面が水底面１１より高い潜堤状に盛り上げ、底部掘り込み式潜堤型の型透水性消波構造物１０Ｂを構築してもてもよい。

この場合には、前述した水底面上設式の潜堤型の透水性消波構造物１０Ａに比べ、水底を掘り込んでいる分だけ透水性消波構造物の厚さが大きくなり、より高い長周期波の波高低減効果が得られ、透水性消波構造物の天端面高さが一定以下に制限される場合に効果的となる。

本発明による長周期波波高低減効果をシミュレーションによって確認したところ以下の如くであった。

ブシネスク方程式を用いて２次元の数値計算を行い、長周期波に対する消波効果の確認を行った。周期６０ｓ(秒)の規則波を造波し反射率を算出した。

計算領域は２５００ｍ、計算格子間隔ΔＸを５ｍ、有効計算時間を７００ｓ、計算時間間隔Δｔを０．０５ｓとした。

計算条件は、周期６０ｓ、波高０．５ｍ、波長７２５ｍの規則波を入射波とし、水深を１５ｍとした。

透水性消波構造物設置条件は、図５、図６に示すように、天端面を水底面と同高さにした掘り込み設置型の透水性消波構造物１０と、天端面を水底面より高くした潜堤型の透水性消波構造物１０Ａを想定し、透水性消波構造物１０は、図５に示すように設置位置を直立壁１５からの距離が８０ｍ、透水性消波構造物１０の長周期波進入方向の長さを２００ｍとし、厚さを５ｍと１０ｍとの２例とした。また潜堤型の透水性消波構造物１０Ａは、図６に示すように設置位置を直立壁１５からの距離を１００ｍ、長周期波進入方向の長さを２００ｍとし、厚さを１０ｍとした。

波高算出地点は、図５に示すように、透水性消波構造物の先端からａ：５０ｍ、ｂ：１５０ｍ、ｃ：３５０ｍ、ｄ：６５０ｍ、ｅ：２１５０ｍの位置の５地点とし、また、図６に示すように、透水性消波構造物の先端からａ：５０ｍ、ｂ：１５０ｍ、ｃ：３５０ｍ、ｄ：６５０ｍ、ｅ：２１７０ｍの位置の５地点とし、各地点の水位を算出した。

計算結果

透水性消波構造物の先端から１５０ｍのｂ地点における波高算出地点のデータを用い、反射率を算出した結果は次のとおりであった。

尚、この計算は、ブシネスク方程式を用いて行った。これは波の非線形性に加え、分散性を考慮した長波の方程式である。（分散とは、波の伝播速度が周波数（波長）によって異なる性質であり、深さのみならず周波数（波長）に大きく依存する。）

従来の長周期波消波構造物の反射率が、周期６０ｓで反射率０．７〜０．８程度であることから、本発明の長周期波高低減工法は十分に効果があることが明らかになった。

(ａ)〜(ｃ) は本発明に係る長周期波高低減構造物を、水底を浚渫して水深を大きくした航路用溝部に設置する場合の工程を示す概略図である。 (ａ)〜(ｃ)は本発明に係る長周期波高低減構造物を平らな水底面と同高さに設置する場合の工程を示す概ほぼ図である。 本発明に係る長周期波低減構造物の他の例を示す断面図である。く 本発明に係る長周期波低減構造物の更に他の例を示す断面図である。 本発明における埋め込み設置型長周期波低減構造物の波高低減効果の確認に用いた透水性消波構造物の設置条件を示す断面図である。 本発明における潜堤型長周期波低減構造物の波高低減効果の確認に用いた透水性消波構造物の設置条件を示す断面図である。 従来の長周期波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、１０Ａ 透水性消波構造物
１１ 水底面
１２ 航路用溝
１３ 掘削部分
１４ 防砂堤
１５ 直立壁
ｈ 高さ
ａ〜ｅ 波高算出地点

Claims (4)

1. 港湾の湾口、港口又はそれらの内外における長周期波進入路の水底面を掘削することにより、設置しようとする透水性消波構造物の幅及び長さに対応させた設置空間を形成し、該設置空間内に礫又はコンクリートブロックを投入して積み上げることにより前記透水性消波構造物を造成し、該透水性消波構造物の長周期波進行方向の長さを２００ｍ以上、厚さを５ｍ以上としたことを特徴としてなる長周期波高低減構造物。
2. 前記透水性消波構造物の天端面が水底面とほぼ同高さとした請求項1に記載の長周期波高低減構造物。
3. 前記透水性消波構造物の天端面が水底面より低い高さとし、前記設置空間の周縁部に流砂及び泥土の流入を防止する防砂泥堤を設置した請求項1に記載の長周期波高低減構造物。
4. 前記透水性消波構造物の天端面を水底面より所定の高さを有する潜堤状に形成した請求項１に記載の長周期波高低減構造物。