JP4883452B2 - 越流式長周期波低減対策構造物 - Google Patents

Description

本発明は、主に船舶の荷役作業等が行われる港湾内において、岸壁、桟橋、護岸及び防波堤などの海洋構造物の港湾内側に設置し、長周期波を低減させるための長周期波低減対策構造物に関する。

従来、防波堤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際にエネルギー損失を生じさせて消波する構造である。一方、図１６示すようにスリットケーソン３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孔１ａが形成された遮壁１と、遮壁１の後方に十分な空間からなる遊水部２とを有し、波が透孔１ａを通過する際に波動のエネルギー損失を生じさせて消波する構造である。

このスリットケーソンでは、遮壁１の透孔１ａを通過する際の流速が速いほど波のエネルギーの減衰が大きい。このスリットケーソン内では、図１７に示すように、遮壁１の前面側からの入射波λ１が、遊水部２の最奥の反射面４にて反射された反射波λ２と重なり合って遊水室奥の反射面で腹となる重複波が形成され、該重複波の節ａ部分の水平速度が最大となる。
そこで、透孔１ａの位置をこの水平速度が最大となる節ａ位置となるように遊水部２奥行きＢを設定することによって波のエネルギーを最も減衰させることができ、スリットケーソンの前面に進行してくる波の波長Ｌの１／４となる位置（Ｂ／Ｌ＝０．２５）に遮壁を設置することによって、スリットを通過する上記重複波の水平速度が最大となり、最も高い消波効果が得られることが知られている。

一方、海側から打ち寄せる波には、通常の波と共に長周期波が存在し、この長周期波は周期が数十秒〜数分の長い周期を有している。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、このため荷役作業等に支障を生じる場合があり、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、船の動揺の固有周期が数十秒〜数分であると、船の動揺の固有周期と長周期波の周期帯が一致するため、両者が共振を起こし船体を大きく動揺させる。

このため、長周期波を消波ないし低減する対策が求められているが、長周期波は数百ｍ〜数ｋｍの長い波長を有するため、消波ブロックやスリットケーソンを用いた従来の上記消波対策によって十分な消波効果を得るためには、遊水部や消波工の奥行きが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。

この長周期波を低減する手段として、図１８、図１９に示す構造を有する長周期波低減対策構造物も開発されている（特許文献３）。

図１８に示す構造物は、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１，４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５を設けた構造となっている。

また、図１９に示す構造物は、海側にスリット状の開口１ａを有する透水部６と、その奥側（陸側）に側部仕切り壁７を隔てて配置された遊水部２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６内の水位変動に伴って、側部仕切り壁７に形成された透水孔７ａを通して透水部６と遊水部２との間で水が出入りし、透水部６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。
特開２０００−２０４５２８号公報 特開２００２−１４６７４６号公報 特開２００５−４２５２８号公報

図１８及び図１９に示す海洋構造物の長周期波に対する波高低減手段は有効なものではあるが、何れも十分な波高低減効果を得るためには５０ｍ程度の奥行きが必要であり、これより小規模な構造にするのが難しいと云う問題がある。

本発明は、従来の長周期波に対する波高低減対策にみられた上記問題を解決したものであって、小規模でも長周期波の影響を十分に低減することができる構造物を提供することを目的とする。

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に記載する発明の特徴は、船舶の荷役作業等が行われる港湾内において周期が数十秒〜数分の長周期波を低減させるための長周期波低減対策構造物であって、海側が広がった平面視がＶ字状に配置された一対の導流壁を有し、その両導流壁の上縁は、海側端部が最も高く、奥側に至るに従って低くなるように傾斜させた越流部を備えるとともに、前記導流壁の背面側に遊水部を備え、かつ該遊水部には海側に通じる流出口が連通され、海側からの寄せ波時に波が前記越流部を越えて遊水部に入り、前記流出口から徐々に海側に排出されるようにしてなる越流式長周期波低減対策構造物にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、導流壁間に海側が低く、奥に行くに従って高く傾斜させたスロープを備えたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記一対の導流壁のＶ字状奥側端部間に間隔を設け、該間隔を前記流出口としたことにある。

本発明においては、海側が広がったＶ字状に配置された一対の導流壁を有し、該導流壁間の上縁を前記Ｖ字状の奥側を、奥に行くにしたがって低く傾斜させた越流部を備えるとともに、前記導流壁の背面側に遊水部を備え、かつ該遊水部内にはその内側に入り込んだ水が海側に徐々に流出する流出口を備え、海側からの寄せ波時に波が前記越流部を越えて遊水部に入り、前記流出口から徐々に海側に排出されるようにすることにより、寄せ波時には、導水壁間に入った波は、奥に至るにしたがって徐々に間隔が狭まるために水位が上昇し、導水壁の奥部の越流部を乗り越えて背面両側部の遊水部落下し、渦や乱れの発生によって波のエネルギーを損失させ、長周期波に対して有効な波高低減効果が得られる。

また、V字状の導流壁間に海側が低く、奥に行くに従って高く傾斜させたスロープを備えることにより、導流壁奥で水位が高くなり易く、越流が起こり易くなるとともに、越流量が増大し、消波効果が増大する。

更に、一対の導流壁のＶ字状奥側端部間に間隔を設けることにより、越流だけでなく、導流壁間奥のスリット状の開口部から渦を発生させて遊水部に流入させる作用が生じ、これによって消波性能が高まる。また、水位が上昇した遊水部の水を徐々に流出させる流出口の役割も兼ねている。

次に、本発明に係る長周期波低減対策構造物の実施形態を図面に基づいて説明する。 図1〜図３は本発明の第一実施例を示している。この例の構造物Ａは、前面壁１１、両側壁１２，１２および背面壁１３によって長方形の箱状をした周壁を有している。前面壁１１には立て向きのスリット状をした通水口１４，１４......が前後に貫通して形成されており、この前面壁１１を長周期波が寄せてくる海側に向けて設置している。

周壁の内側には、前面壁１１の背面側に平面視がＶ字状配置の１対の導流壁２０，２０が設置されている。この導流壁２０,２０は、Ｖ字状の開口部側端が海側に向けて設置され、その先端が前面壁１の背面に接し、Ｖ字状の奥側が背面壁１３に接するように配置されているとともに、両導流壁２０，２０の上縁は、海側端部が最も高く、奥側に至るに従って低くなるように傾斜させることによって、奥側を越流部２１としている。この傾斜は直線の他、図３中に仮線で示すような凹曲線であっても良い。

各導流壁２０の背面と、背面壁１３、側面壁１２及び前面壁１１の両端の一部によって囲まれる部分が遊水部１５となっており、この遊水部１５には海側に通じる流出口１４ａが連通されている。この例では遊水部１５を構成している前面壁１１の端部の通水口が流出口１４ａとなっている。この流出口１４ａは遊水部１５の内側に入り込んだ水が海側に徐々に流出する大きさとなっている。即ち、図２に示すように、流出口は１４ａは、流入用の通水口１４，１４......の数に比べて少なく、開口面積は流入側の通水口１４，１４......の総開口面積に比べて小さくなっている。

このように構成される構造物Ａの大きさは、例えば導水壁２０，２０の角度αが約６０度、前面壁１１と背面壁１３との間隔（奥行き）Ｄを２０ｍ、導水壁２０，２０の前端部分の高さＨ１を１０ｍ、同後端部分の高さＨ２を前背左右面壁からなる周壁の高さＨ２を６ｍ、通水口１４の幅ｂ及び間隔ｃを１．０ｍとし、前面壁１１を導水壁２０の海側端部外側に前記流出口１４ａが１つ設置される長さとし、背面壁１３をこれと同じ長さとしている。また、流出口１４ａを含む各通水口１４の上下両端と前面壁１１の上下縁との間隔ｄを１．５ｍとしている。

この構造物Ａは、コンクリート製品製作ヤードにて成型したものを搬入して設置しても良く、設置現場にて場所打ちコンクリートにより構築してもよい。

このように構成される構造物Ａを、港湾における長周期波低減対策が必要な場所に前面壁１１を海側に、背面壁１３陸側に向け図４に示すように、横方向に多数並べて設置する。設置に際しては、導水壁２０の奥側の端部、即ち最も低い側の端部が低潮位時においても水没する程度の高さに設置する。

このように構造物Ａを設置すること、海側から前面壁１１側に進入してくる長周期波（寄せ波）は、前面壁１１の通水口１４を通って導水壁２０，２０間に入り、奥に至るにしたがって徐々に間隔が狭まるために図５（a）に示すように水位が上昇し、図５（b）に示すように導水壁２０，２０の奥部の越流部１１を乗り越えて背面両側部の遊水部１５，１５に入る。越流による渦や乱れの発生によって波のエネルギーが消費される。

次いで遊水部１５内の水位が上昇した後、引き波に伴って遊水部内の水は図５（ｃ）に示すように流出口１４ａから排出される。この時、遊水部１５との位相差と流出口１４ａからの排出時に発生する渦によって長周期波のエネルギーを低減する。

尚、前面壁１１を設け、これにスリット状の通水口１４を設けているため、この通水口１４内を通過時に発生する渦によっても長周期波のエネルギーが低減される。

この第一実施例は、個別の構造物Ａを並べて設置している場合を示しているが、図６に示すように横方向に多数連続させた状態に構築する場合には、前面壁１１と背面壁１３との間に仕切り壁１６を形成し、前述と同様の導流壁２０，２０を前背面壁１１，１３と一体に構築するようにしてもよい。また、この場合仕切り壁１６は必ずしも必要ではなく、図７に示すように、Ｖ字配置の１対の導流壁２０，２０を１ユニットとし、そのユニット間を遊水部１５としてもよい。

図８〜図９は本発明の第二実施例を示している。この構造物ＢはＶ字状配置の導流壁２０，２０間に、底版２２を設置してスロープ２３を形成したものである。その他の部分は第一実施例と同様であるため、共通部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この例における底版２２は、前端縁を導流壁２０，２０の最下部間の高さとし、後端側が同導流壁２０，２０の後端部の上端高さにいたるように傾斜されて形成され、その上面をスロープ２３としている。

このように構成される構造物Ｂを第一実施例の構造物Ａと同様に設置すると、寄せ波は、導流壁２０，２０間が奥側に向かって狭まるとともにスロープが奥に向かって高くなっていることにより水位が上昇し、導流壁２０，２０を越えて遊水部へ流れ込み易くなる。これによって寄せ波時における波のエネルギーが消費される。引き波時のエネルギー消費の仕組みは前述した構造物Ａと同じである。

尚第二実施例では、スロープ２３の存在によって寄せ波時の越流部の水位をより大きく高めることができ、遊水部への落下の際のエネルギー消費程度がより大きい。

また、図４に示すように、横方向に多数並べた状態で設置すること、図６に示すように仕切り壁１６を介して連設状態とすること、図７に示すように仕切り壁を使用しないで設置することは、それぞれ第一実施例の変形例と同様ようである。

図１０〜図１１は、本発明の第三実施例を示している。この例の構造物Ｃは、前面壁１１の両端の通水口を流出口とするのではなく、両導水壁２０，２０の奥側端部間にスリット状の間隙を設け、これを流入口を兼用させた流出口１７としているものであり、背面壁１３と導水壁２０，２０との間に流出口１７に通じる空隙を設けている。

この実施例では、寄せ波時に第一実施例と同様に、波が越流部２１を超えて遊水部１５へ落下する際にエネルギーが消費される他、導水壁２０，２０最奥端の狭い流出口１７が、寄せ波時には、図１２に示すように開口が絞られた流入口となり、その間隙を通る波の流速が高くなり、渦が発生することによっても波のエネルギーが消費される。

遊水部１５内の水位が上昇後、引き波に伴い、越流部や構造物前面の水位が低下し、水位差により遊水部15内に入り込んだ水が、導水壁２０，２０間の流出口１７から流速を高めて排出されることにより、同様に波のエネルギーが消費される。

また、図４に示すように、横方向に多数並べた状態で設置すること、図６に示すように仕切り壁１６を介して連設状態とすること、図７に示すように仕切り壁を使用しないで設置することは、それぞれ第一実施例の変形例と同様である。

次に、本発明に係る長周期波低減対策構造物の性能実験について説明する。
１．実験方法
図１３（a）（b）に示す断面水槽を用い、縮尺１／５０で、二次元水理模型実験を行った。尚、同図に示す寸法は現地スケールを示している。

図１、図９、図１０に示す第一、第二及び第三実施例に示す構造物Ａ，Ｂ，Ｃの模型を使用し、前面の水位測定のために、図１３に示すようにＮｏ１〜７の容量式波高計７台と、流速計１台を設置し実験を行った。サンプリング周波数は２０Ｈｚとし、造波開始から３００秒間のデータを収録した。

反射率は、波高計Ｎｏ．３〜６で測定された時系列の水位波形を適宜用いて、合田ら（１９７６）による入反射分離推定法により算出した。

反射率を算定する際には、波が到達してから造波板による再反射波が解析に用いる波高計に到達するまでの時間を考慮し解析した。

入射波条件は第１表に示すように、波高０．５ｍの規則はであって、周期１０，３０，５０ｓの３種類とした。

第１表

２．実験結果
構造物Ａ〜Ｃで実験を行った結果、長周期波の周期と反射率の関係は図１４に示す如くであった。この結果から、周期３０ｓで反射率が０．６前後、周期５０ｓで反射率が０．８前後であり、長周期波に有効な構造であることが確認できた。

上述した各実施例では、導流壁２０，２０の前面側に前面壁１１を設け、これにスリット状の通水口１４を開口させたものを示しているが、この前面壁１１は必ずしも必要ではなく、図１５に示すように、前面壁を設けずに流出口１４ａを設けたものであっても良い。尚、図１５は第一実施例において前面壁を除去したものを示しているが、第二、第三実施例においても同様である。

本発明にかかる長周期波低減対策構造物の第一実施例を示す正面図である。 図１中のＦ−Ｆ線断面図である。 図２中のＧ−Ｇ線断面図である。 図1に示す実施例の構造物を並べて設置した状態を示す平面図である。 図１に示す第一実施例の波のエネルギー消費メカニズムを示す説明図であり、（ａ）は寄せ波時断面図、（ｂ）は同平面図、（ｃ）は引き波時の平面図である。 本発明にかかる第一実施例の変形例を示す平面図である。 本発明にかかる第一実施例の他の変形例を示す平面図である。 本発明にかかる長周期波低減対策構造物の第二実施例を示す横断面図である。 図８中のＩ―Ｉ線断面図である。 本発明にかかる長周期波低減対策構造物の第三実施例を示す横断面図である。 図１０中のＪ−Ｊ線断面図である。 図１１に示す第三実施例における寄せ波時のエネルギー消費メカニズムを示す説明図である。 本発明にかかる長周期波低減対策構造物の実験おいて使用した水槽を示すもので（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）は計測機器設置位置の配置を示す拡大図である。 同上の実験による結果を示すグラフである。 本発明にかかる第一実施例の他の変形例を示す横断面図である。 従来のスリットケーソンを縦断して示す斜視図である。 同スリットケーソンの波のエネルギー消費メカニズムを示す説明図である。 長周期波低減対策構造物の従来例を示す縦断面図である。 長周期波低減対策構造物の他の従来例を示す縦断面図である。

α 導流壁間の角度
Ａ，Ｂ，Ｃ 構造物
１１ 前面壁
１２ 側壁
１３ 背面壁
１４ 通水口
１４ａ 流出口
１５ 遊水部
１６ 仕切り壁
１７ 流出口
２０ 導流壁
２１ 越流部
２２ 底版
２３ スロープ

Claims (3)

1. 船舶の荷役作業等が行われる港湾内において周期が数十秒〜数分の長周期波を低減させるための長周期波低減対策構造物であって、
   海側が広がった平面視がＶ字状に配置された一対の導流壁を有し、その両導流壁の上縁は、海側端部が最も高く、奥側に至るに従って低くなるように傾斜させた越流部を備えるとともに、前記導流壁の背面側に遊水部を備え、かつ該遊水部には海側に通じる流出口が連通され、海側からの寄せ波時に波が前記越流部を越えて遊水部に入り、前記流出口から徐々に海側に排出されるようにしてなる越流式長周期波低減対策構造物。
2. 前記導流壁間に海側が低く、奥に行くに従って高く傾斜させたスロープを備えてなる請求項１に記載の越流式長周期波低減対策構造物。
3. 前記一対の導流壁のＶ字状奥側端部間に間隔を設け、該間隔を前記流出口としてなる請求項１に記載の越流式長周期波低減対策構造物。

Images