JP5537722B1 - 津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】海岸近くに居住する住民各自それぞれが、何時でも、襲来する津波高さの正確な事前検知ができ、津波及び高潮などの異常高水位水流体の衝撃力を、自然減衰より少しでも早く減衰できる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置を提供する。
【解決手段】津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置は、少なくとも、一本の導水管１を、海底２２に、敷設してなる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置であって、導水管１の一端側は、満潮時又は津波襲来前水位線１７より低い位置に設置された海側開口部３を有し、導水管１の他端側は、満潮時水面より高水位位置に設置された陸側開口部５を有しており、陸側開口部５は、上向きに立ち上がるように敷設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置に関する。詳しくは、本発明は、襲来予想の津波が陸側に到達する前の避難可能な時点で襲来予想地域の陸上から誰もが何時でも電気的通信手段を用いずに、目視で、その津波の規模を事前検知でき、且つ、襲来予想津波の高い波高をその沖合時点で最低でも防潮堤を超える分だけを低減させ、且つ、本発明の津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置の通過を免れて陸側に到達した津波又は高潮、又は河川を遡上して来た津波も自然低減よりも早く低減させる装置に関するものである。

平成２３年３月１１日に発生した巨大地震による大津波は、津波襲来の経験が豊富な東日本の太平洋沿岸部でも甚大な災害を被らせた。このような未曽有の事実から判明したことは、地震発生直後に比べ、その後高くされた襲来予想の津波高さを、被災地域住民の多くが、停電などを含めて各自それぞれの理由で聞き逃し、そのため避難行動が大幅に遅れ、結果、死者行方不明者の合計が二万人規模の大惨事となった。

津波被害を防御する思想に基づく既存の技術である特許文献１の多段津波防波堤及び特許文献２のフラップゲート式防潮装置、特許文献３の海面変位計測システム等がある。

特開平７−１１３２１９号公報 特開２００３−２３９２６１号公報 特開２０１１−１４５１３９号公報

上記の事実を踏まえるなら、避難に必要な時間内に当該陸地の住民各自が、何時でも、襲来する津波高さなどを目視でその規模をある程度正確に事前検知できる技術がなかったことが問題点である。

詳しくは、海岸近くに居住する住民自身が、停電などによる通信及び放送の受信などの手段で津波の情報が入手できなくても、当該地域の住民各自それぞれが、何時でも、襲来する津波高さの正確な事前検知ができる装置が望まれていた。

また、津波などの異常高水位が、襲来する事前の遠方の沖合時点でも、又は、陸側に到達した時点でも、その異常高水位を低減できる効果的な装置によって、津波及び高潮などの異常高水位水流体の衝撃力を、自然減衰より少しでも早く減衰できる装置が望まれていた。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、海岸近くに居住する住民各自それぞれが、何時でも、襲来する津波高さの正確な事前検知ができ、又は、津波及び高潮などの異常高水位水流体の衝撃力を、自然減衰より少しでも早く減衰できる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置は、
複数本の導水管を、海底に、敷設してなる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置であって、
前記導水管の一端側は、満潮時又は津波襲来前水位線より低い位置に設置された海側開口部を有し、前記導水管の他端側は、満潮時水面より高水位位置に設置された陸側開口部を有しており、
前記陸側開口部は、上向きに立ち上がるように敷設され、
前記導水管の前記海側開口部から前記陸側開口部までの距離を、異にするとともに、前記距離が異なる該導水管を、複数本を並列に配置することを特徴とする。

本発明によれば、導水管の海側開口部に津波が到達した時点では、海側開口部位置の水位は導水管の陸側開口部位置の水位より高くなるので、海側開口部の内側は外側より水圧が低くなった結果、到達したその津波の一部は、流体の特性通り、伝達速度を変えずに導水管内を通過して陸側開口部から水柱として、速やか（瞬時）に噴出するので、陸側開口部近くの住民はこの水柱を見て、海側開口部地点に津波が到達したと津波規模を含め確実に推測できる。

本発明によれば、例えば、二つの陸側開口部の設置位置は隣接し、二つの海側開口部の離間距離が短尺導水管敷設距離の十分の一となっている場合、片方の水柱噴出から両方の水柱噴出まで３分掛かったとすれば、３０分後には陸側開口部位置に津波が到達すると、陸側附近の住民は目視で当該地の津波到達時間を推測できる。

本発明の第２の観点に係る津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置は、
少なくとも、一本の導水管を、海底に、敷設してなる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置であって、
前記導水管の一端側は、満潮時又は津波襲来前水位線より低い位置に設置された海側開口部を有し、前記導水管の他端側は、満潮時水面より高水位位置に設置された陸側開口部を有しており、
前記陸側開口部は、上向きに立ち上がるように敷設され、
前記陸側開口部から噴出する水柱高さで津波高さが推測可能な目印役を備えた目印表示体を、前記陸側開口部に対応して具備することを特徴とする。

本発明によれば、電気等のエネルギー（自然エネルギーを除く）を一切使用しないことを主題とし、地震により停電になる等して社会インフラが機能停止状態になっても、当該地の住民は、いつでも、夜は自動車のヘッドライトなどで、陸側開口部の目印役の横枠付きガレキ混入防止柵の中の水柱高さを目視して津波規模が推測できる。又、沖合にある海側開口部設置附近の波浪高さを日常的に目視で推測ができる。これは、海側開口部設置地点での波浪によって増大した水圧がパスカルの原理によって陸側開口部から下記表４で示す数値の水柱になって噴出する構成である。

本発明の第３の観点に係る津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置は、
少なくとも、一本の導水管を、海底に、敷設してなる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置であって、
前記導水管の一端側は、満潮時又は津波襲来前水位線より低い位置に設置された海側開口部を有し、前記導水管の他端側は、満潮時水面より高水位位置に設置された陸側開口部を有しており、
前記陸側開口部は、上向きに立ち上がるように敷設され、河川の上流部まで敷設されるとともに、前記海側開口部は、前記陸側開口部の位置より水位が低い位置に敷設されたことを特徴とする。

本発明の第１〜３の観点に係る津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置（以下、本発明装置という）の敷設で、河川を遡上して来た津波も減衰する課題の解決手段とした。

必要により、本発明装置は、図７、８でも示すように、ガレキ混入で機能低下となることを防ぐために、海側開口部３，４にガレキ混入防止柵９と陸側開口部５，６に目印役の横枠付きガレキ混入防止柵１０の具備で課題の解決手段とした。

本発明装置の敷設工事を効率化させるために、図６で示すように、導水管敷設補助船３６による吊り下げ敷設可能とする固定帯吊り用金具２６を図９で示すように単列用スパイク付導水管固定帯１１と、図１０で示すように複列用スパイク付導水管固定帯１２と、図８で示すように位置決め板２５を備える位置決め板付スパイク付導水管固定帯１３にそれぞれ具備される仕様で敷設の容易化を図る。

本発明装置の敷設工事は、自然沈下と急激な沈下回避等を図り、効率化、並びに容易な敷設を図る為に、例えば、導水管１，２の材質は鋼管にして外径１１７６ミリ、肉厚２２ミリで内径断面積を約１平方メートルになる設計仕様にすれば体積比重は約０．６２となるので、敷設する導水管の両端が水面上にあれば浮力がついて沈下しないので、導水管を海底まで沈下させる為に、導水管敷設船３５上で、敷設する導水管へ徐々に注水しながら海底２２（水底等を含む）へ沈められる工法が可能とする仕様で敷設の容易化を図る。

本発明装置は、津波を含む流体の全部が、圧力の高い方から圧力の低い方へ必ず移動する原理を応用したものである。即ち、導水管１，２内は通り抜け可能な入り口と出口が解放された陸側開口部５，６の水位「０」附近から、敷設される内径が固定された導水管１，２の海側開口部３，４の内水圧は、水位が高くなっている海側開口部３，４外側より水圧が低いので、外側にある水圧が高い津波本体の一部は、最優先で敷設された海側開口部３，４より（導水管１では、導水管通過の陸側行水流体１９、導水管２では、導水管通過の陸側行水流体２１として）導水管１，２に入り込んで、表１で示す計算通りの水量と速度で導水管１，２内を通過して、陸側開口部５，６から、パスカルの原理（密閉した容器の中の流体の一部に加えられた圧力は、同時に流体の各部に等しい強さで伝達される）通りの水量と速度で（導水管１では、噴出水流体１９ｂとして、導水管２では、噴出水流体２１ｂとして）噴出し、結果、襲来中の津波本体は減衰する事象を課題の解決手段とした。そして、導水管１，２の海側開口部３，４を、パンフルート楽器のように長短とする構成で、海側開口部３と海側開口部４とでは敷設位置が離れているので、それぞれへの津波本体の到達時間が異なる形の敷設とし、この導水管１，２への衝撃緩和と、津波の襲来と同期すること、等を考えた。尚、導水管１の本数は、限定されない。即ち、広域的に敷設することも有り得る。

以上で示す数値にはなるが、現実では、水柱は空気の抵抗を受けて数値通りの高さには到達しないと考えられる。しかし、この計算通りの水量の水柱は必ず陸側開口部５，６から噴出する。例えば、図５（ｂ）で示す陸側開口部５，６の両方からｈ５，ｈ６それぞれの高さで水柱が噴出する状況を、当該地域の住民自身が目視で、図１１，１２の掲示板と照合した時点で直ちに避難すれば、津波犠牲者の数は過去より大幅な減少が期待できることを課題の解決手段とした。

尚、この現象は、導水管１，２の内径断面積を１平方メートルとする固定と仮定した値で、導水管１，２通過の陸側行水流体１９は、海側開口部３，４の設置位置Ｈ１（水深）に当て嵌めた表２で示す計算値の速度（秒速）で流れるから、海側開口部位置の水深で変位する各近似値を、図１，４で示す津波本体１８より抜き取る減衰流量を表２に示した。

必要により、図１１で示す、津波の陸側到達時間の推定近似値掲示板では、表２の「津波本体１８より抜き取る減衰流量の近似値早見表」に基づく津波速度部分だけの数値を記載した掲示板として陸側各所に設置することで、陸側住民が津波の陸側到達時間の推定近似値掲示板との目視照合で、何時でも津波の到達時刻を推測できる仕様にした。

必要により、図１２で示す、襲来の津波高さ推定近似値掲示板の「ここより上の水柱噴出は津波高２ｍ以上有り」の目印１００より上に図５（ｂ）で示すように、水柱が連続して噴出すれば、当該地域の住民は自己の目視照合で津波規模も実感できるので、躊躇せず、直ぐに避難行動に移れる仕様にした。

必要により、図１〜４に記載の流失防止鎖ｃ１と流失防止杭ｃ２の設置で、本発明装置が、津波本体１８の激流によって流されないようにした。

本発明装置の敷設によって、電気等のエネルギーを一切使用しない沖合地点に設置されていた海側開口部３，４が、襲来中の津波本体の一部を抜き取り、陸側開口部５，６からの噴出によって、その津波規模と到達時間を当該地の陸側住民が目視で検知可能とし、且つ、沖合時点でその津波本体１８から海側開口部３，４の抜き取り効果によって、陸側に近づくほど波高が上昇する津波の特性が大きく抑止されるので、津波本体２０が防波堤２３を超える分の一部は確実に減衰する。例として、図２で示す敷設状態で表２の数値に基づけば、導水管１の内断面積の合計が４平方メートル、海側開口部３，４とも同じ水深位置と仮定するなら、本発明装置は水深４０メートル地点に設置された海側開口部３，４で合計毎秒８０トンの水量を津波本体１８から抜き取る。そして、そこを免れて津波が陸側（河川遡上を含む）に到達した時点でも、表３の数値に基づけば、水位差Ｈ５、Ｈ６の値が３メートルとしても、設置されている陸側開口部５，６が合計で毎秒２１．６トンの水量を陸側に到達した津波本体２０から抜き取るなど、これら一連の効果は、電気等のエネルギーを一切使用していない事も最大な特徴である。且つ、本発明装置の敷設工事費も、例えば、石油パイプライン敷設と同程度の費用となり、敷設工事期間が短い為に、従来の工事期間が長い、且つ、高さを高くし、且つ、距離が何千キロメートル以上もある沿岸部の防潮堤の増強工事より、費用の節約効果は非常に大きな違いがある。

当該装置の機能は、表４で示すように、水柱高さｓｈ５と水柱高さｓｈ６でそれぞれ噴出するので、当該地の陸地住民はこれの目視で、日常的に、今日の外海は波が高い、又は凪、と即座に判断できる効果も発生する。

更にこの事象は、敷設された本発明装置は今日も機能不全になっていないと、当該地域の住民各自が日常的に確認できる効果も発生する。

本発明の一実施形態であり、導水管１と短尺導水管２を並列にして、港湾内まで敷設した場合を示す図２のＸ１矢視の側面相関説明図である。 上記実施形態の平面図である。 上記実施形態を河口部奥まで敷設した場合の平面図である。 上記実施形態における導水管１と短尺導水管２を並列にして、河川の上流部まで敷設した場合を示す図３のＸ２矢視の側面相関説明図である。 上記実施形態の作用説明図である。 上記実施形態の敷設工事風景図である。 上記実施形態における陸側開口部５及び陸側開口部６の拡大図である。 上記実施形態における海側開口部３及び海側開口部４の拡大図である。 上記実施形態における単列用スパイク付導水管固定帯１１を取り付けた導水管の拡大図である。 上記実施形態における複列用スパイク付導水管固定帯１２を取り付けた導水管１の拡大図である。 上記実施形態における「津波の陸側到達時間の推定近似値掲示板」の説明図である。 上記実施形態における「遠方沖の津波規模の推定近似値掲示板」の説明図である。

各図によって本発明の一実施形態を説明する。
図１，２は、本発明装置を港湾部の港湾口２８に敷設した場合の側面図及び平面図である。防波堤２３と陸上部堤体２４とによって囲まれた港湾内の港湾口２８と港湾外の海底２２との間には、導水管（導水管１、短尺導水管２、その他の導水管）が敷設されている。これらの導水管１は、例えば、長さＬ１の導水管１とそれより短い長さＬ２の短尺導水管２が組み合わされ、その組み合わせが２組敷設されている。尚、導水管１の本数は、限定されない。

導水管１は、両端が開口した導水管１であって、その一端側は海側開口部３として満潮時又は津波襲来前水位線１７より低い位置において位置決め板付スパイク付導水管固定帯１３（本発明おける固定手段に相当）で海底２２にスパイク２７で固定され、他端側は陸側開口部５として満潮時水面より高水位位置おいて導水管敷設基点構造物１６に固定されている。

短尺導水管２は、導水管１と同様に、両端側が開口した導水管であって、その一端側は海側開口部４として満潮時又は津波襲来前水位線１７より低い位置において位置決め板付スパイク付導水管固定帯１３（本発明おける固定手段に相当）で海底２２にスパイク２７で固定され、他端側は陸側開口部６として満潮時水面より高水位位置おいて導水管敷設基点構造物１６に固定されている。

陸側開口部５，６は、その開口部側が上向きに立ち上がるよう敷設されている。

導水管１及び短尺導水管２は、互いに並列となるように敷設され、両者の陸側開口部５，６は互いに隣接して配置されている。従って、短尺導水管２の海側開口部４は導水管１の海側開口部３より港湾に近い位置に敷設されている。

図３及び図４は、本実施形態に係る装置を河口部の陸上部堤体２４によって挟まれた河口２９に敷設した場合の平面図及び側面図である。図３及び図４に示すように、本実施形態に係る装置は、河口部の陸上部堤体２４によって挟まれた河口２９に敷設することもできる。

図１で示す、本発明装置を港湾内から敷設するために、図６で示すように、港湾内に設置済の導水管敷設基点構造物１６の導水管敷設用回転軸１４に、目印役の横枠付きガレキ混入防止柵１０を具備した陸側開口部５，６の縦回転のみ可能な支持軸受７，８ではめた導水管１と短尺導水管２の陸側開口部５，６を、本発明装置の敷設基点となる形態にした。

本発明装置の導水管１は、表１〜４で示す近似値になるように鋼管杭（パイプパイル）の外径１１７６ミリの肉厚が２２ミリで、内径断面積は約１平方メートルとなるようにして、体積比重は約０．６２となる浮力理用可能な寸法で、陸側開口部５，６を上向きに立上げる導水管１の曲げ部は、水流抵抗力軽減の為に半径３メートル以上に曲げ加工する形態にした。

表１で示す数値を適用するために、導水管１の距離Ｌ１（１０．９９８キロメートル）は、離間距離Ｌ３（１キロメートル）と離間距離Ｌ３より１０倍長い数値がある短尺導水管２の距離Ｌ２（１０キロメートル）の合計から、離間距離Ｌ４（０．００２キロメートル）を差し引いた長さの形態にした。

図１でも示すように、本発明装置の導水管の支持軸受７，８具備の陸側開口部５、６に目印役の横枠付きガレキ混入防止柵１０を具備して、敷設作業最後尾となる位置決め板付スパイク付導水管固定帯１３で固定された導水管１及び短尺導水管２の海側開口部３，４それぞれにガレキ混入防止柵９を具備する形態にした。

図１でも示すように、本発明装置の導水管敷設作業中の導水管１及び短尺導水管２を固定するために最適な位置で、複列用スパイク付導水管固定帯１２、単列用スパイク付導水管固定帯１１を取り付けて、海側開口部３，４だけは、砂及びガレキ等が留まりにくい環境保持の為として海側開口部が海底２２に密着しない形になる、位置決め板付スパイク付導水管固定帯１３を取り付ける形態にした。

図８でも示すように、導水管敷設作業では、導水管敷設船３５上で敷設する導水管１が、注水で急激に沈まない程度に間合いを取った間隔で、注水しながら敷設作業を実施する為に全固定帯に固定帯吊り用金具２６を具備する形態にした。

図６でも示すように、導水管敷設補助船３６で吊り下げている固定帯吊り用金具２６は、海底２２の着地でロープを緩めると自然に外れる構造にしてあるから、外れたその部分までの導水管敷設工事は完了する形態にした。

本発明装置は、大自然が対象の為に現物の実施例は不可能だから、表１〜４で、襲来する津波の規模と陸側に到達する時間の数値及び津波等の異常高水位を低減する数値を明示することで本発明装置の機能を理解し易い形にした。

本発明の装置は、大自然が対象の為に現物の実施例は不可能だから、当該装置の機能を証明する為に、沖合時点の津波規模を、津波高さが推測可能な目印役の横枠付きガレキ混入防止柵１０を具備した陸側開口部５，６から、各水位差Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６の各近似値の表示で、本発明装置の機能を理解し易い形の表１〜４に明示した。

図中、Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６は、距離位置基線を、また、図中、Ｙ１８，Ｙ１９，Ｙ２０は、津波仮定水位線を、それぞれ示す。

本発明は、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない範疇において、様々な実施形態、及び／又は、変形が可能な構造などは含まれる。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明装置の設置によって、津波の検知及び異常高水位低減の用途以外にも沖合の波浪高さが速やかに検知できるので、例えば、漁師の出漁判断、ヨット・船舶の航海及び／又は練習などが適格にできる機能もある。

１ 導水管
２ 短尺導水管
３、４ 海側開口部
５、６ 陸側開口部
７、８ 支持軸受
９ ガレキ混入防止柵
１０ 目印役の横枠付きガレキ混入防止柵（目印表示体）
１１ 単列用スパイク付導水管固定帯
１２ 複列用スパイク付導水管固定帯
１３ 位置決め板付スパイク付導水管固定帯（固定手段）
１４ 導水管敷設用回転軸
１５ 陸側開口部高さ基線
１６ 導水管敷設基点構造物
１７ 満潮時又は津波襲来前水位線
１８ 津波本体
１９ 導水管通過の陸側行水流体
１９ｂ 噴出水流体
２０ 津波本体
２１ 導水管通過の海側行水流体
２１ｂ 噴出水流体
２２ 海底
２３ 防波堤
２４ 陸上部堤体
２５ 位置決め板
２６ 固定帯吊り用金具
２７ スパイク
２８ 港湾口
２９ 河口
３０ 下流水位
３１ 上流の平常時水位
３２ Ｘ５垂線上の洪水時仮定水位
３３ 川底
３４ 小型水力発電機
３５ 導水管敷設船
３６ 導水管敷設補助船
Ｌ１ 導水管１の距離
Ｌ２ 短尺導水管２の距離
Ｌ３、Ｌ４ 離間距離
Ｘ１ 図１の側面図矢視線
Ｘ２ 図３の側面図矢視線
Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６ 距離位置基線
Ｙ１８、Ｙ１９、Ｙ２０ 津波仮定水位線
Ｈ１ 水深
Ｈ２ 水位差
Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５ 津波仮定水位差
Ｈ６ 河川遡上中の仮定水位差
ｓｈ５、ｓｈ６ 水柱高さ
ｃ１ 流失防止鎖
ｃ２ 流失防止杭

Claims (5)

1. 複数本の導水管を、海底に、敷設してなる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置であって、
   前記導水管の一端側は、満潮時又は津波襲来前水位線より低い位置に設置された海側開口部を有し、前記導水管の他端側は、満潮時水面より高水位位置に設置された陸側開口部を有しており、
   前記陸側開口部は、上向きに立ち上がるように敷設され、
   前記導水管の前記海側開口部から前記陸側開口部までの距離を、異にするとともに、前記距離が異なる該導水管を、複数本を並列に配置することを特徴とする津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置。
2. 少なくとも、一本の導水管を、海底に、敷設してなる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置であって、
   前記導水管の一端側は、満潮時又は津波襲来前水位線より低い位置に設置された海側開口部を有し、前記導水管の他端側は、満潮時水面より高水位位置に設置された陸側開口部を有しており、
   前記陸側開口部は、上向きに立ち上がるように敷設され、
   前記陸側開口部から噴出する水柱高さで津波高さが推測可能な目印役を備えた目印表示体を、前記陸側開口部に対応して具備することを特徴とする津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置。
3. 少なくとも、一本の導水管を、海底に、敷設してなる津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置であって、
   前記導水管の一端側は、満潮時又は津波襲来前水位線より低い位置に設置された海側開口部を有し、前記導水管の他端側は、満潮時水面より高水位位置に設置された陸側開口部を有しており、
   前記陸側開口部は、上向きに立ち上がるように敷設され、河川の上流部まで敷設されるとともに、前記海側開口部は、前記陸側開口部の位置より水位が低い位置に敷設されたことを特徴とする津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置。
4. 前記陸側開口部から噴出する水柱高さで津波高さが推測可能な目印役を備えた目印表示体を、前記陸側開口部に対応して具備することを特徴とする、請求項１に記載の津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置。
5. 前記導水管の前記陸側開口部は、河川の上流部まで敷設されるとともに、前記海側開口部は、前記陸側開口部の位置より水位が低い位置に敷設されたことを特徴とする請求項１、２及び４のいずれか一項に記載の津波等の事前検知手段を備えた水位低減装置。