JP5519613B2

JP5519613B2 - 長周期波対策用消波構造物

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Publication number: JP5519613B2
Application number: JP2011232520A
Authority: JP
Inventors: 朗松本; 真史田中; 稔半澤
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: JP2013087610A

Description

本発明は、長周期波の反射率を効果的に低減させることができる長周期波対策用の消波構造物に関する。

海上においては、一般的な波（風波）のほかに、長い周期（例えば３０秒以上の周期）を有する波（長周期波）が発生することが知られている。長周期波が港内に進入し、或いは、港内において発生すると、係留索の破断や荷役障害といった問題を引き起こすことがあるため、このような問題を回避するためには、港内に進入し、或いは、港内において発生した長周期波の反射率を効果的に低減させる対策を講じる必要がある。

従来の長周期波対策工としては、図１２に示すような消波構造物２１が公知である。図１２に示す消波構造物２１は、防波堤或いはケーソン等の防波構造物１０の港内側に、捨石等を積み上げてマウンド２２を形成し、このマウンド２２の天端面及び傾斜面（港内側へ向かって次第に低くなる傾斜面）の上に被覆石を配置して被覆材層２３を形成することによって構成されている。尚、この種の消波構造物２１においては、被覆材層２３の天端面が、海水面よりも常時高くなるように、つまり、満潮時においても、被覆材層２３の天端面が海水面下に没しないように設計されている。

また、特開２００７−１６４０５号公報に示すような長周期波高低減構造物なども知られている。

特開２００７−１６４０５号公報

図１２に示したような、従来の長周期波対策用の消波構造物２１は、ある程度のレベルで長周期波の反射率を低減させることができるが、必ずしも十分なレベルであるとは言い難く、性能の更なる向上が望まれている。また、従来の長周期波対策用の消波構造物２１において、天端幅を大きく設定すれば、性能を向上させることができる可能性があるが、天端幅を大きくするほど、それだけ施工費用が嵩むことになるという問題があるほか、港内に設定される航路との関係で天端幅が制約され、大きく設定することができない場合がある。

本発明は、上記のような従来技術における課題を解決しようとするものであって、長周期波の反射率を効果的に低減させることができ、また、従来と比べて施工費用を大幅に縮減できる長周期波対策用の消波構造物を提供することを目的とする。

本発明に係る長周期波対策用の消波構造物は、港内に進入し或いは港内において発生した長周期波が反射する、海水面下に没しない防波構造物の港内側、又は、港内に進入し或いは港内において発生した長周期波が反射する港内の護岸の前面にマウンドを形成し、このマウンドの天端面、及び、港内側へ向かって次第に低くなる傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層を形成することによって構築され、被覆材層の天端面が、海水面の年間平均潮位（消波構造物の構築場所における海水面の年間平均潮位）と同じ高さ±１ｍの範囲内となるように設定され、被覆材として消波ブロックを使用し、それらを二層積みすることによって被覆材層を形成し、又は、被覆材として被覆ブロック或いは被覆石を使用することを特徴としている。

尚、ここに言う「被覆材層の天端面」とは、被覆材層を形成する被覆材の各頂部の平均高さ位置を含む水平面を意味する。

本発明に係る長周期波対策用の消波構造物は、従来のものと比べて、長周期波の反射率を効果的に低減させることができる。特に、被覆材として消波ブロックを二層積みで使用した場合、周期が７５秒以下の長周期波に対して安定した反射率低減効果を期待することができる。また、従来の長周期波対策用の消波構造物と比べ、大幅な工費縮減が可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る消波構造物１の断面図である。図２は、実施例１における比較例１（干出型捨石堤）、及び、本発明１（没水型捨石堤）における長周期波（周期Ｔ＝３０秒、９０秒）の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を示すグラフである。図３は、実施例１における比較例１（干出型捨石堤）、及び、本発明１（没水型捨石堤）における長周期波（周期Ｔ＝６０秒、１２０秒）の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を示すグラフである。図４は、実施例２における比較例２（干出型消波ブロック被覆堤）、及び、本発明２（没水型消波ブロック被覆堤）における長周期波（周期Ｔ＝３０秒、９０秒）の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を示すグラフである。図５は、実施例２における比較例２（干出型消波ブロック被覆堤）、及び、本発明２（没水型消波ブロック被覆堤）における長周期波（周期Ｔ＝６０秒、１２０秒）の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を示すグラフである。図６は、実施例３における本発明１（没水型捨石堤）、本発明２（没水型消波ブロック被覆堤）、及び、本発明３（没水型被覆ブロック堤）における長周期波（周期Ｔ＝３０秒、４５秒、６０秒、７５秒）の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を示すグラフである。図７は、実施例４における本発明２（没水型消波ブロック被覆堤）の天端上水深Ｒを変化させた場合における長周期波（周期Ｔ＝３０秒、４５秒、６０秒、７５秒、９０秒、１２０秒）の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を示すグラフである。図８は、実施例５における比較例１（干出型捨石堤）、本発明１（没水型捨石堤）、本発明２（没水型消波ブロック被覆堤）、及び、本発明３（没水型被覆ブロック堤）の、波長Ｌに対する消波構造物の大きさを表す値Ｂ^＊の割合を変化させた場合における長周期波（波高：０＜Ｈ≦０．５ｍ）の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を示すグラフである。図９は、実施例５における比較例１（干出型捨石堤）、本発明１（没水型捨石堤）、本発明２（没水型消波ブロック被覆堤）、及び、本発明３（没水型被覆ブロック堤）の、波長Ｌに対する消波構造物の大きさを表す値Ｂ^＊の割合を変化させた場合における長周期波（波高：０．５＜Ｈ≦１．０ｍ）の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を示すグラフである。図１０は、本発明の第２実施形態に係る消波構造物１の断面図である。図１１は、消波構造物の大きさを表す値Ｂ^＊の説明図である。図１２は、従来の長周期波対策用の消波構造物２１の断面図である。

以下、添付図面に沿って、本発明「長周期波対策用消波構造物」を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る消波構造物１の断面図である。図示されているように、この消波構造物１は、防波構造物１０（防波堤、ケーソン等）の港内側に、基礎捨石を積み上げてマウンド２を形成し、このマウンド２の天端面及び傾斜面（港内側へ向かって次第に低くなる傾斜面）の上に被覆材（被覆石、消波ブロック、被覆ブロック等）を配置して被覆材層３を形成することによって構成されている。

尚、この消波構造物１においては、被覆材層３の天端面が、海水面（年間平均潮位）と同じ高さとなるように設定されており、これにより、従来の長周期波対策用の消波構造物２１と比較して、長周期波の反射率をより効果的に低減させることができる。

尚、本実施形態においては、防波構造物１０は、図１に示すように海底地盤上に設置されているが、図１０に示すように、海底地盤上に形成した基礎捨石マウンド４上に設置することもできる（本発明の第２実施形態）。

また、第１実施形態、及び、第２実施形態においては、防波構造物１０の港内側に、マウンド２と、天端面が海水面と同じ高さの被覆材層３とからなる消波構造物１が構築されている（図１、図１０参照）が、港内の護岸（海底地盤上に形成した護岸、及び、基礎捨石マウンド上に形成した護岸）の前面に同様の消波構造物１を形成するようにしてもよい。

以下、本発明に係る消波構造物について、本発明の発明者らが行った実験の結果を、実施例１〜５として説明する。

（概要）
造波装置を付帯した水理実験用の水槽内に、下記に示すような消波構造物の１／５０のスケールの模型（比較例１、及び、本発明１）をそれぞれ構築し、造波装置によって長周期波を発生させて測定した水位変動を解析し、反射率Ｋ_Ｒを求めた。

（比較例１：干出型捨石堤）
防波構造物１０の港内側に、基礎捨石を積み上げてマウンド２２を形成し、このマウンド２２の天端面及び傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層２３を形成し、図１２に示すような消波構造物２１の模型を水槽内に構築した。尚、ここでは、被覆材として、基礎捨石と大きさの異なる割石（被覆石）を使用した。また、被覆材層２３の天端面については、水面よりも十分に高くなるように設定した。

（本発明１：没水型捨石堤）
防波構造物１０の港内側に、基礎捨石を積み上げてマウンド２を形成し、このマウンド２の天端面及び傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層３を形成し、図１に示すような消波構造物１の模型を水槽内に構築した。尚、ここでは、被覆材として、基礎捨石と大きさの異なる割石（被覆石）を使用した。また、被覆材層３の天端面については、水面と同じ高さとなるように設定した。

（解析結果）
比較例１の消波構造物２１（干出型捨石堤）、及び、本発明１の消波構造物１（没水型捨石堤）における、周期が異なる四種類の長周期波（周期Ｔ＝３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒（実スケール換算値））の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を、図２及び図３に示す。尚、これらの図（グラフ）においては、縦軸を反射率Ｋ_Ｒ、横軸を長周期波の波高Ｈ（単位：メートル（実スケール換算値））としている。また、グラフ中の実線の折れ線は本発明１の解析結果を、破線の折れ線は比較例１の解析結果を示している。

図２に示すように、周期Ｔが３０秒の長周期波では、本発明１の反射率Ｋ_Ｒは、比較例１に対して大幅に低減した。図３に示すように、周期Ｔが６０秒の長周期波においても、本発明１の反射率Ｋ_Ｒは、比較例１に対して大幅に低減した。周期Ｔが９０秒の長周期波（図２参照）においても、ある程度評価できる程度に低減した。周期Ｔが１２０秒の長周期波（図３参照）では、波高Ｈが１ｍ以下の場合には、ある程度評価できる程度に低減した。

これらの解析結果から、本発明１の消波構造物１は、比較例１の消波構造物２１と比較して、長周期波の反射率Ｋ_Ｒを好適に低減できることが確認された。

（概要）
造波装置を付帯した水理実験用の水槽内に、下記に示すような消波構造物の１／５０のスケールの模型（比較例２、及び、本発明２）をそれぞれ構築し、造波装置によって長周期波を発生させて測定した水位変動を解析し、反射率Ｋ_Ｒを求めた。

（比較例２：干出型消波ブロック被覆堤）
防波構造物１０の港内側に、基礎捨石を積み上げてマウンド２２を形成し、このマウンド２２の天端面及び傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層２３を形成し、図１２に示すような消波構造物２１の模型を水槽内に構築した。尚、ここでは、被覆材として消波ブロックを使用し、被覆材層２３において二層積みとした。また、被覆材層２３の天端面については、水面よりも十分に高くなるように設定した。

（本発明２：没水型消波ブロック被覆堤）
防波構造物１０の港内側に、基礎捨石を積み上げてマウンド２を形成し、このマウンド２の天端面及び傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層３を形成し、図１に示すような消波構造物１の模型を水槽内に構築した。尚、ここでは、被覆材として消波ブロックを使用し、被覆材層３において二層積みとした。また、被覆材層３の天端面については、水面と同じ高さとなるように設定した。

（解析結果）
比較例２の消波構造物２１（干出型消波ブロック被覆堤）、及び、本発明２の消波構造物１（没水型消波ブロック被覆堤）における、周期が異なる四種類の長周期波（周期Ｔ＝３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒（実スケール換算値））の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を、図４及び図５に示す。尚、これらの図（グラフ）においては、縦軸を反射率Ｋ_Ｒ、横軸を長周期波の波高Ｈ（単位：メートル（実スケール換算値））としている。また、グラフ中の実線の折れ線は本発明２の解析結果を、破線の折れ線は比較例２の解析結果を示している。

図４に示すように、周期Ｔが３０秒の長周期波では、本発明２の反射率Ｋ_Ｒは、比較例２に対して大幅に低減した。図５に示すように、周期Ｔが６０秒の長周期波においても、本発明２の反射率Ｋ_Ｒは、比較例２に対して大幅に低減した。周期Ｔが９０秒の長周期波（図４参照）においても、ある程度評価できる程度に低減した。周期Ｔが１２０秒の長周期波（図５参照）においても、ある程度低減した。これらの解析結果から、本発明２の消波構造物１は、比較例２の消波構造物２１と比較して、長周期波の反射率Ｋ_Ｒを好適に低減できることが確認された。

（概要）
造波装置を付帯した水理実験用の水槽内に、実施例１で使用した没水型捨石堤（本発明１）、実施例２で使用した没水型消波ブロック被覆堤（本発明２）、及び、下記に示すような消波構造物の１／５０のスケールの模型（本発明３）をそれぞれ構築し、造波装置によって長周期波を発生させて測定した水位変動を解析し、反射率Ｋ_Ｒを求めた。

（本発明３：没水型被覆ブロック堤）
防波構造物１０の港内側に、基礎捨石を積み上げてマウンド２を形成し、このマウンド２の天端面及び傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層３を形成し、図１に示すような消波構造物１の模型を水槽内に構築した。尚、ここでは、被覆材として被覆ブロックを使用した。また、被覆材層３の天端面については、水面と同じ高さとなるように設定した。

（解析結果）
本発明１〜３の消波構造物１における、周期が異なる四種類の長周期波（周期Ｔ＝３０秒、４５秒、６０秒、７５秒（実スケール換算値））の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を、図６に示す。尚、これらの図（グラフ）においては、縦軸を反射率Ｋ_Ｒ、横軸を長周期波の波高Ｈ（単位：メートル（実スケール換算値））としている。また、グラフ中の一点鎖線の折れ線は本発明１の解析結果を、実線の折れ線は本発明２の解析結果を、破線の折れ線は本発明３の解析結果を示している。

図６に示すように、周期Ｔが３０秒及び４５秒のとき、被覆材として消波ブロックを二層積みで用いた本発明２は、被覆石を用いた本発明１及び被覆ブロックを用いた本発明３のいずれの場合よりも反射率Ｋ_Ｒが大幅に低くなった。また、周期Ｔが６０秒及び７５秒のとき、波高ランクが小さい（波形勾配Ｈ／Ｌが小さい）場合に一部バラツキが見られるものの、全体としては、被覆石を用いた本発明１、消波ブロックを用いた本発明２、及び、被覆ブロックを用いた本発明３の反射率Ｋ_Ｒは同程度であった。これらの結果から、被覆材として消波ブロックを二層積みで用いた場合、被覆石や被覆ブロックを用いた場合と比べて、より効果的かつ安定的に長周期波の反射率を低減できることが判った。

（概要）
造波装置を付帯した水理実験用の水槽内に、実施例２で使用した没水型消波ブロック被覆堤（本発明２）を構築し、天端上水深Ｒ（水面から消波構造物の天端面までの深さ）を変化させながら、造波装置により長周期波を発生させて測定した水位変動を解析して反射率Ｋ_Ｒを求め、天端上水深Ｒと反射率Ｋ_Ｒの関係を調べた。

（解析結果）
本発明２の消波構造物１の天端上水深Ｒを−１．５ｍから１．５ｍの範囲で変化させた場合における、周期が異なる六種類の長周期波（周期Ｔ＝３０秒、４５秒、６０秒、７５秒、９０秒、１２０秒（実スケール換算値）／波高ランク０．５〜１．０ｍ（実スケール換算値））の反射率Ｋ_Ｒの解析結果を、図７に示す。尚、これらの図（グラフ）においては、縦軸を反射率Ｋ_Ｒ、横軸を天端上水深Ｒ（単位：メートル（実スケール換算値））としている。

図７に示すように、周期Ｔが３０秒の長周期波については、天端上水深Ｒを１ｍとした場合（天端面が水深１ｍの高さとなるように設定した場合）に、反射率Ｋ_Ｒが最も低くなったが、天端上水深Ｒを０ｍとした場合（天端面が水面と同じ高さとなるように設定した場合）でも、十分に長周期波を低減できることが判った。また、周期Ｔが４５秒の長周期波、６０秒の長周期波、及び、７５秒の長周期波については、天端上水深Ｒを０ｍとした場合に、反射率Ｋ_Ｒが最も低くなった。これらの結果から、消波ブロックを二層積みして被覆材層３を形成した消波構造物１においては、天端面が水面と同じ高さとなるように設定することによって、効果的に長周期波を低減できることが判った。

（概要）
造波装置を付帯した水理実験用の水槽内に、実施例１で使用した干出型捨石堤（比較例１）、実施例１で使用した没水型捨石堤（本発明１）、実施例２で使用した没水型消波ブロック被覆堤（本発明２）、及び、実施例３で使用した没水型被覆ブロック堤（本発明３）をそれぞれ構築し、造波装置により長周期波を発生させて反射率Ｋ_Ｒを解析し、長周期波の波長Ｌに対する消波構造物の大きさを表す値Ｂ^＊（静水面上の幅Ｂ＋（０．５×傾斜面の勾配の逆数β×水深ｈ））（図１１参照）の割合と反射率Ｋ_Ｒの関係を調べた。

（解析結果）
比較例１、及び、本発明１〜３の各消波構造物のＢ^＊／Ｌ（波長Ｌに対する消波構造物の大きさを表す値Ｂ^＊の割合）を変化させた場合における長周期波の反射率Ｋ_Ｒであって、長周期波の波高Ｈを「０＜Ｈ≦０．５ｍ（実スケール換算値）」とした場合の解析結果を図８に、長周期波の波高Ｈを「０．５＜Ｈ≦１．０ｍ（実スケール換算値）」とした場合の解析結果を図９に示す。尚、これらの図（グラフ）においては、縦軸を反射率Ｋ_Ｒ、横軸をＢ^＊／Ｌとしている。

図８に示す解析結果（グラフ）に基づいて、性能（長周期波の反射率Ｋ_Ｒ）が同等である比較例１の消波構造物と本発明２の消波構造物を構築しようとする場合における各静水面上の幅Ｂの値を比較してみたところ、次の通りとなった。

例えば、図８のグラフからは、所望の反射率Ｋ_Ｒが０．８の場合、本発明２におけるＢ^＊／Ｌの値は約０．０５、比較例１におけるＢ^＊／Ｌの値は約０．１０と読める。ここで、消波構造物の傾斜面の勾配の逆数βが１．５、水深ｈが１０ｍ、長周期波の波長が５９３ｍ（周期Ｔ＝６０秒）である場合、比較例１の静水面上の幅Ｂの値は、Ｂ＝Ｂ^＊−０．５βｈより、約５１．８ｍとなり、本発明２の静水面上の幅Ｂの値は、約２２．２ｍとなる。これらの計算結果に基づいて、それぞれの工費を試算してみると、本発明２の消波構造物は、比較例１の消波構造物の工費の約５〜６割の工費で、比較例１の消波構造物と同等の性能のものを構築でき、工費を大幅に縮減できることが判った。

１，２１：消波構造物、
２，２２：マウンド、
３，２３：被覆材層、
４：マウンド、
１０：防波構造物

Claims

港内に進入し或いは港内において発生した長周期波が反射する、海水面下に没しない防波構造物の港内側、又は、港内に進入し或いは港内において発生した長周期波が反射する港内の護岸の前面にマウンドを形成し、このマウンドの天端面、及び、港内側へ向かって次第に低くなる傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層を形成することによって構築した長周期波対策用の消波構造物において、
被覆材層の天端面が、海水面の年間平均潮位と同じ高さ±１ｍの範囲内となるように設定され、
被覆材として消波ブロックを使用し、それらを二層積みすることによって被覆材層を形成したことを特徴とする長周期波対策用の消波構造物。
港内に進入し或いは港内において発生した長周期波が反射する、海水面下に没しない防波構造物の港内側、又は、港内に進入し或いは港内において発生した長周期波が反射する港内の護岸の前面にマウンドを形成し、このマウンドの天端面、及び、港内側へ向かって次第に低くなる傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層を形成することによって構築した長周期波対策用の消波構造物において、
被覆材層の天端面が、海水面の年間平均潮位と同じ高さ±１ｍの範囲内となるように設定され、
被覆材として被覆ブロックを使用したことを特徴とする長周期波対策用の消波構造物。
港内に進入し或いは港内において発生した長周期波が反射する、海水面下に没しない防波構造物の港内側、又は、港内に進入し或いは港内において発生した長周期波が反射する港内の護岸の前面にマウンドを形成し、このマウンドの天端面、及び、港内側へ向かって次第に低くなる傾斜面の上に被覆材を配置して被覆材層を形成することによって構築した長周期波対策用の消波構造物において、
被覆材層の天端面が、海水面の年間平均潮位と同じ高さ±１ｍの範囲内となるように設定され、
被覆材として被覆石を使用したことを特徴とする長周期波対策用の消波構造物。