JP6312362B2 - 津波及び洪水保護用、養魚用並びに海中の建築物の保護用の海中建造物 - Google Patents

Description

本発明は、津波の波に抗する、海の高波に抗する、嵐からの洪水に抗する保護に関し、そしてまた海底建築のための新規技術を提供する。津波バリアによって分離された海水リザーバは、魚／マグロ及び水産物の生産のために使用できて、そして新規陸地（land）を獲得するために部分的に埋め立てることができる。

関連出願への相互参照
以下の特許出願の全開示が本明細書に参照することにより取り込まれているものとする。
− Ｈａｎｓ ＳＣＨＥＥＬの名前で２０１２年９月３日に出願されたＰＣＴ／ＩＢ２０１２／０５４５４３
− Ｈａｎｓ ＳＣＨＥＥＬの名前で２０１２年１２月１９日に出願されたＰＣＴ／ＩＢ２０１２／０５７４５８

多くの海岸領域は、沿岸の住民の死亡、並びに都市、工業的及び文化的建築物及びインフラストラクチャへの大きな損害の原因となり得る高い津波の海の波のリスクを有する。最大の最近の津波大惨事は、２３１、０００人の犠牲者を出した２００４年のスマトラ及び８カ国、及び１９、０００人を超える犠牲者及び福島の大惨事を出した２０１１年３月１１日の日本の東北である。Ｂｒｙａｎｔ（２００８）によると、東京及びニューヨークのような多くの大都市並びに数百キロメートルの海岸線は、将来の津波、特に、メガ級の津波の場合、に脅かされている。

津波の波は、地震に関連する海洋底の突然の垂直変位、地滑り、海底火山噴火から形成され、又は波は落下する隕石から又は人工的爆発から開始される。それらの初期の波長は４キロメートルの典型的な海洋の深さよりももっと長く、初期振幅（波の高さ）は数十センチメートルに限られ、そして１メートルを超えることは稀であり、そして走行速度は約７００キロメートル／秒である。

典型的には４〜１０メートルの高さの壊滅的な津波の海の波（Tsunami sea wave）は、重力波が海岸での減少する水深（decreasing water depth）に達するときに形成される。圧力波の長い波長は次いで、減少しそして振幅の増大によって補償され、または言い換えれば、圧力波の運動エネルギは、津波の海の波の高さを増すことによってポテンシャルエネルギに変換される。３８メートルにおよぶ波高は、海岸が、エネルギを集中する漏斗形状の構造を有するときに形成される。そのような極端な波は、コンピュータシミュレーションによって観察されそして確認されている。

高価な津波警告システムが開発されているが、それらはしばしば沿岸の住民に対してはあまりにも遅く、そして物質、家屋及びインフラストラクチャの巨大な損傷をどうしても防ぐことができない。米国においては、国立海洋大気庁ＮＯＡＡが、津波警告及び保護の努力を調整し、そして津波会議及びワークショップの公文書を所有する。

Ａｎｎｕｎｚｉａｔｏら（２０１２）は、２０１１年３月１１日の東北地震及び津波の解析を用いて、地球規模の災害警報及び調整システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｄｉｓａｓｔｅｒｓ Ａｌｅｒｔｓ ａｎｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）（ＧＤＡＣＳ）の改良を議論してきており、そしてＫａｗａｉら（２０１２）は２０１１年の東北地震の後、ＧＰＳブイ及びその他の測定器を使用した測定について報告した。

北大西洋の領域において、地球温暖化は第一に、海洋底でのガスハイドレートの不安定化を、そして第二に、氷床の融解によって引き起こされる基本重量のシフトを引き起こし得て、そしてこれらは巨大な地滑り及び地震を引き起こし得て、それが次いで圧力波を発生させる（Ｂｅｒｎｄｔら、２００９）。その他の領域において、衝撃波は海底の地形が役割を演じる海底での地滑り（Ｈｏｒｎｂａｃｈら、２００７、２００８）によって誘発できる。

津波のリスクを減じるための初期の提案は以下のものを含む：
−アイオワ州立大学で研究者らは、国連食糧農業機関（ＦＡＯ）の要請を受けて、バイオシールド（Ｂｉｏｓｈｉｅｌｄ）として海岸森林を提案してきた（Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄａｉｌｙ １６．４．２００７）。
−日本の元首相、管直人氏は２０１１年に、より高い場所の土地レベルでのみ村の債権が許可されると提案したが、それは漁師にとっては港までのより長いルートを意味する。
−特許文献１は、陸地でのダム（dam on the land）が残留津波の波をさえぎるであろうと期待されるように、「越えてくる」津波の波のエネルギを連続して低下させる幾つかの防波堤を開示している。この構造体の効率は、第一の防波堤の前の海底のスロープ；海底からの高さ及び海岸線からの距離に対する第一の防波堤の高さ；津波衝撃波の到達時の海面レベルに対する沈められた防波堤の高さ；及び底構造体のスロープ及び高さに依存しており、津波圧力波の低減は小さい。特許文献１に開示されている構造体の主要効果は、津波の波及びそのエネルギに抗して戦うことであり、そうすることによって陸地での防波堤ダムが低減された津波の波を止めるであろうこと、そして津波の波から助かるであろうことが期待される。不利な点は、港の海がセクション化され、そのためその使用が制限されることである。以下に論じる通り、人は港領域を維持すべきか、又はそれを非常に価値がある土地又は養魚場に転換すべきかの何れかである。
−特許文献２は、両者とも海底に固定された、海岸から５０〜８０メートルでの、複合材料で充填された大きな水袋、並びに部分的に水及び部分的に気体で満たされた第二の浮袋の使用を開示している。これによって津波の波が幾分減じられ得るが、壊滅的な津波の波の形成は防がれないであろう（以下の図２の議論を参照）。
−特許文献３は、高さが３〜５メートルである、海岸に沿って伸びているトレッドライザ（tread-riser）／テラス構造体を提案しており、「ライザがよく沈んでいるので、小さい波だけがそれを超えて通り得る」（？）「最も深いライザは、海岸に沿って小さなボートが航行することを可能にするよう岸から十分に遠くなるよう空間を開けられるべきである」と主張している。海の波を防ぐことに対して、この発明の非常に小さい効果しか期待できないし、そして津波の波に対する効果は無視できるであろう。
−特許文献４は、下方浸食（undercutting）を防ぐために隔壁及び防潮堤のような防波堤の基底部又は脚部での波よけ階段を提案している。この発明は我々の発明と矛盾しないが、我々の津波バリアの基底部でのそのようなテラス構造体は、バリアの寿命に関して或る局所的保護効果を有し得る。

防波堤及びダムは広く応用されるが、日本の釜石において示された通り、高い津波の波に対してわずかな保護しか与えない。日本の国土交通省の港湾局は、「統合された岸保護システム」（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｈｏｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）として「海中に沈められた防波堤、人工的養浜及び緩やかなスロープ型の土手」（Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｂｒｅａｋｗａｔｅｒ， Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｂｅａｃｈ Ｎｏｕｒｉｓｈｍｅｎｔ ａｎｄ Ｇｅｎｔｌｅ Ｓｌｏｐｅ−ｔｙｐｅ ｌｅｖｅｅ）の組合せを提案してきて、それは、日本の岩手県、釜石港で実現された：１９７８年から２００９年３月まで（実に３１年間において）、この津波保護防波堤は１５億ＵＳＤのコストをかけて建設され、そして２０１０年９月２７日、月曜日に、世界記録のギネスブックで世界最深の防波堤として祝われた。しかしながら、その長さ、１９６０メートル及び深さ６３メートルをもってしても、釜石の港及び市を防ぐことができず、２０１１年３月の地震及び津波で約１０００人が死亡しそして防波堤は部分的に破壊された。同様に、住民は二重護岸堤防を信じたが、釜石の北の漁村の田老は破壊され、１００人が犠牲になった。ジャーナリスト大西規満氏は、２０１１年３月３１日付けニューヨークタイムズにおいて日本での護岸堤防の使用に批判的であった。

釜石湾の海岸構造が、漏斗効果を引き起こし、従って水深６３メートルに対して既に数メートルの高さを有していた津波の波に更に増した（以下の図２を参照）のであるから、本発明の知識及びこの新規技術の認識によれば、これらの大惨事は防ぎ得たであろう。この防波堤を修理する代わりに、以下に述べる２００メートルの高さの津波バリアを建築すべきである。

津波の一般的な記述がＢｒｙａｎｔ（２００８）によって、そして海洋における津波の伝播及び海岸とのその相互作用がＬｅｖｉｎ及びＮｏｓｏｖ（２００９）によって公表された。博士論文において、Ａ．Ｓｔｒｕｓｉｎｓｋａ（２０１０， ２０１１）は、Ｌｙｎｅｔｔ（２００２；Ｌｙｎｅｔｔ及びＬｉｕ、２００２）のクールウエイブプログラム（Ｃｏｕｌｗａｖｅ Ｐｒｏｇｒａｍ）を用いて津波の海の波の発達をシミュレーションし、そして既に形成された津波の海の波の効果を減じようとする保護の試みをレビューした。

海洋環境におけるコンクリートの挙動研究の観点から、従来のコンクリート技術を用いた深海工事は、原則として可能である（Ａｌ−Ａｍｏｕｄｉ、２００２；Ｍｅｈｔａ、１９９１；Ｓｔａｒｋ、１９９５）。しかしながら、海の深さが増すほど、その挑戦は著しく困難さを増す。従って危険な津波の波の形成を防ぐために、津波のリスクをなくす又は少なくとも低減するための新規アプローチ及び解決策を見出すことが必要である。

日本特許出願第７１１３２１９号 中国特許出願第１８０４２２４号 英国特許第９８７２７１号 米国特許第６０５０７４５号

反射された衝撃波を有する垂直津波バリア及び獲得された新しい陸地（模式的断面）。 大陸棚の破断を有する海底地盤の模式的断面及び波の速さｃの水深ｈ（より低いセクション）及び波の高さＡへの依存性。 浮桟橋上のロールから降ろされた鉄鋼フェンスの模式図。 鉄鋼フェンス構造体の三つのタイプ（ＧＥＯＢＲＵＧＧ、スイス）。 水平サイドアーム及びアンカを有する鉄鋼ビーム鎖。 津波バリアのテラス（模式的断面）。 航行用の隙間を備えた津波バリア（模式的断面）。 その高さが調節できる重いハンマ板によってフェンス−岩バリアを高密度化するための振動ショック（模式的断面）。 掘削による海岸での垂直壁（模式的断面）。 二艙の浮桟橋から降ろされた二重−フェンス（模式的断面）。 コンクリート壁、サージストッパ及びサービス道路を備えた５メートルの厚みの二重−フェンスバリア（模式的断面）。 海岸及び獲得した新しい陸地を近くにバリアを備えた発電のための水車又はタービンを備えた可撓性津波バリア（模式的断面）。 岩によって安定化されたコンクリート壁を備えた２０メートルの厚みの二重−フェンスバリア（模式的断面）。 発電のためのタービン又は水車を取り付ける可能性を有する、橋及び強化フェンスを備えた津波バリアに沿った弱点（隙間）（模式的長手方向の断面）。 直線的な傾斜（ａ）及び上部曲線（ｂ）を備えたコンクリートのサージストッパ（模式的断面）。 図１５ａの吊り下がったサージストッパを備えたコンクリート壁の頂部（模式的断面）。 図１５ｂの吊り下がったサージストッパを備えたコンクリート壁の頂部（模式的断面）。 頂部サービス道路を備え、重い塊を用いて海岸側上で安定化された鉄鋼ビームの間の垂直フェンス構造体。鉄鋼ビームは図１５のサージストッパを吊り下ることを可能にする（模式的断面）。 頂部サービス道路、図１５のサージストッパを吊り下げて、後ほど上昇することを可能にする鉄鋼ビームを備えた、重い塊を用いて海岸に向かって安定化された垂直コンクリート壁。（模式的断面）。 供給道路が大きな養魚場を分離して、２００メートル水深線に沿って津波バリアを有する日本の東海岸の地形。 サービス道路、供給道路、釣り池（fishing reservoir）及び魚港から公海へのアクセスを備えた津波バリアの模式的上面図。 海岸と、橋によって覆われた隙間及びフェンスを備えた津波バリアの間の供給道路の模式的縦断面（ａ）、及び側壁を備えた４〜５メートルの厚さの二重−フェンス供給道路の模式的断面（ｂ）。 海岸港から公海へのアクセスのための鉄鋼フェンス溝（模式的断面）。

本発明の一般的な記述
地震又は地滑りからの圧力波（９）を、安定な垂直壁で反射させ（１０）、そしてバリアの前での水の上方への動きによる幾らかの圧力エネルギの開放を伴う、図１における断面を用いて本発明の原理を示す。垂直の海中に沈められた壁は、低減されたせん断流と向きあい、そして高い海波の衝撃を全く受けず、一方、津波バリア（４）の頂部上の垂直コンクリート壁及び堤防又は土手の垂直前面は、交換できる本発明の吊り下がった、傾斜した／三角形の構造体（「サージストッパ」又は「波デフレクタ」）によって海面より上で保護される。本発明は、新規海中建築技術によって、適度のコスト及び比較的高い生産速度にて垂直の安定な壁を供する。この効果のために、それは請求項において定義された通りの保護バリアに関する。同時に、津波バリアと岸（３）の間の隙間（５）を埋めることによって、新しい土地が獲得できて、その価値は建設コストの全て又は少なくとも大部分を補償し得るであろう。

隙間は、マグロ及び他の魚又は水産物の大規模な養殖のために代替法として使用できる巨大な海水リザーバを取り囲む。

図１は、地震又は地滑りからの重力波を反射している垂直なバリア（例えば津波バリア）の模式的な断面を表す。この理想的な場合において、垂直バリアは海洋（２）の底に典型的には４キロメートルも伸び、そのようにして津波の圧力波を完全に反射する。しかしながら、もし、海岸に向かう動きの中での、つまり、低くなる水深を体験中での、波の速度及び関連する振幅の発達の変化を考慮するならば、高い津波の海の波は、約５００メートル未満又は更に２００メートル未満の水深でのみ発達していることが理解される。それらの速度ｃは第一の近似において（Ｌｅｖｉｎ及びＮｏｓｏｖ、２００９、１．１章及び５．１章）
によって与えられ、ここでｇは重力、そしてｈは水深であり、
そして振幅又は波の高さＡの２乗と速度ｃの積は一定である。
Ａ² ｘ ｃ ＝ 一定

これらの関係は図２と、ｈ＝−４０００メートルでの、４つの典型的な波の高さの例、Ｉ＝１．５メートル、ＩＩ＝１．０メートル、及びＩＩＩ＝０．３メートル、に対する、水深４０００メートルでのパラメートルｃ＝７１３キロメートル／時間を組合せて示される。図の下方部分は、大陸棚のスロープの理想的な図を備えた水の高さｈの関数としての速度ｃを示し、そのスロープは「変わり目（break）」の近くで増えている。図の上方部分は、水深ｈの関数としての波の高さＡを示す。津波の波の高さは、水深が５００メートル未満まで少しばかり増していて、そして水深が２００メートル近辺でのみ波の高さは、深さ４キロメートルで０．３メートル及び１．０メートルの初期の波の高さに対して、２メートルを超えて増す。この結果は、通常まだ大陸棚上である５０メートル〜５００メートルの間の水深で、津波バリアが直立できるということである。津波及び嵐から予想される最も高い波に依存して、高潮時での海面より上に３メートルまでの津波バリア及び津波バリアの頂部の上方６〜８メートル伸びている頂部コンクリート壁を有して、海中に沈められた津波バリアと頂部コンクリート壁をサージストッパと組合せると、海岸の保護に対して効果的であるはずである。従来技術の防波堤とは対照的に、本発明は高い津波の波の形成を防ぎ、一方で、従来技術の防波堤は、これらの波が形成された後の、海岸近くの高い津波の波の壊滅的効果を減じようと試みる。顕著な例は上で論じた釜石の防波堤である。

湾又はフィヨルドのような直線的な海岸線からのずれが、海岸に達する津波の波の高さを増幅できるという漏斗効果に繋がり得ることも考慮すべきである。これは釜石湾に対して２０１１年３月１１日の東北津波の場合に述べられた。このように、新しい津波バリアは、湾又はフィヨルドの漏斗効果が防がれるように、岸から遠く離れている。

例外的な局地性においては、初期の沖津波の波は、地球物理学者及び地震学者が海洋床の最大の予想される垂直変位を推定するに違いない数メートルに達し得る。次いで、これは津波バリアの好ましい位置及び深さ並びに頂部の津波バリアプラスコンクリート壁の高さを示す。もし、この科学的推定がまだ不可能であれば、歴史的データが、４キロメートルの海洋深さでの最大の予想される津波の波についての考えを与えるべきである。更に、上で与えられた津波の波の速度ｃは、海洋底、特に浅海でのレリーフによって影響され、そしてその方向は導波路として作用する中央海嶺によって影響される。また、本発明を用いれば防がれる、津波の圧力波が浅海に達するとき、海底での摩擦も関連してくる。

津波バリアの建設
好ましい実施態様において、好ましくは、鉄鋼製の、フェンス（１２）のようなネット構造体は、岩が堆積された後、水平位置においてフェンスを垂直位置に固定する一連の鉄鋼アンカと一緒に、重り（例えば、吊り下がっているアンカ（１４））の助けによって海中へと下げられる。図３は、ロール（１３）からフェンスを挿入するための浮桟橋の模式的断面を示す。

種々の高強度鉄鋼フェンスが、スイスのＧｅｏｂｒｕｇｇ ＡＧ、Ｒｏｍａｎｓｈｏｒｎによって製造されている（Ｇｅｏｂｒｕｇｇ ２０１２）。この会社は、同社の特別なフェンスが、落下する岩を停止できるように、そして頂上の道路及び鉄道を保護できるように、高い強度と弾性の組合せを有することを示してきた。典型的なフェンス設計が図４ａ〜４ｃにおいて示される。１平方メートルの重さは、ワイヤの厚さ及び鉄鋼のネット構造に依存して、４ａ、４ｂ及び４ｃに対して各々０．６５、１．３及び４．５と１０キログラム／平方メートルの間である。本発明に対する全ての鉄鋼部品は、欧州番号１．４４２９（ＡＳＴＭ３１６ＬＮ）、１．４４６２、１．４４０４又は１．４５７１（Ｖ４Ａ）を備えた、耐塩水腐食性鉄鋼、例えば、クロム及びモリブデンを含有する低炭素鉄鋼で製造される。全ての金属合金は、連結点での電解反応及び腐食を防ぐために、同じ又は類似の組成を有するべきである。更に、長期腐食は、全ての金属部品を特別な耐食性塗料で塗装することによって、又は弾性ポリマによって、又は海に向かった鉄鋼フェンス構造体をコンクリートで被覆することによって、又は鉄鋼フェンスを埋め込むことによって防がれ得る。

ワイヤ及び鉄鋼ロープの特定のフェンス構造及び厚さは、フェンス−岩構造体の合計高さ、岩のサイズ及び形、水平アンカの数及び構造体、並びに地震のリスクに依存して、強度及び弾性の要求事項と合致しなければならない。また、バリアの高さに沿った又は長さに沿ったフェンスの種々のタイプも現地の要求事項を満たし得る。フェンス−岩バリアの安定化は、鉄鋼フェンスの前の交叉する鉄鋼ロープによって達成できて、ここでロープはフェンスに固定される。

フェンス−岩構造体の全体的な表面トポロジ及び局所的な粗さによって、圧力波の反射性が決まる。これは津波バリアのジグザグ又は波打つ構造によって調節できて、一方、粗いフェンス−岩表面は、反射性を向上させるために、例えば、コンクリートによって又は弾性ポリマによって平らにできる。

これらの反射された重力波は、海上の又は島の他の側上の対岸を害し得る。例えば、深い日本海溝内に落ち込む日本の本州の東北海岸で、垂直から少しばかり下方への傾斜が圧力波を反射するために適用されるべきであり、又は海岸から離れて動く分散された海波を形成することによって、圧力波の運動エネルギをポテンシャルエネルギに変換するために傾斜はすこしばかり上向きあるべきである。

一重−フェンス技術
最下方のフェンス及び最下方のアンカが海底の望みの位置に達したとき、それらはアンカによって、鉄鋼バー（図１、６、７、１１、１４、１８、２２、２３における７）によって、及び／又はコンクリート基盤によってそこに固定される。この手順の前に、海底は、パイプを通って届く又は海中に沈められたコンプレッサ又はファンによって現場で生産される高圧水ジェットによって砂及び軟質物質を排除され、そして険しいスロープは掘削によって除去され得る。ここで、特定のサイズ及び鋭いエッジの岩が、図６、７、１１において示される通り、それらが水平アンカひいては、大体垂直位置に保持される鉄鋼フェンスも覆いそして固定するように、海面から陸地側上に挿入される。第一の堆積された岩は、はっきりと見えることによって強い照明及びビデオカメラによる、ダイバーによる、潜水鐘による、又は遠隔操作車両ＲＯＶ（Ｅｌｗｏｏｄら、２００４、Ｔａｒｍｅｙ及びＨａｌｌｙｂｕｒｔｏｎ、２００４）、又は自律型潜水艇、ＡＵＶ（Ｂｉｎｇｈａｍら、２００２、ＷＨＯＩ２０１２年）による、プロセスの制御が可能になるように、前もって洗浄される。

津波保護のために、鉄鋼フェンスは、好ましくは、海底へと下に２００メートル伸びる。もし、フェンスが１００メートルの長さのロール状で送達されるならば、これは２本のロールを必要とする。第一のロールの上方端は、海中に挿入されることになる第二のロールの下方端に浮桟橋又は船上で連結される。引渡船（delivery ship）又は浮桟橋は、海の深さレベルに従って又は海岸線に従って水平ラインに配置され、そしてこの作業は比較的に静かな海を必要とする。代替のアプローチは、供される鉄鋼ワイヤを有する浮桟橋上で鉄鋼フェンスを直接生産するために、又は供給道路に亘って又は海岸から長い（一時的な）橋に亘って、又は「浮き（swimming）地表（land surface）」を確立するために、又は「供給道路」として使用されるであろうために後ほど使用される恒久的な橋に亘ってフェンスロールを送達するために使用され得るであろう（以下を参照）。

鉄鋼フェンスの水平連結は、鉄鋼ロープ又はクランプを用いて海面の上で達成できるか、又は代わりにそれらの側部ホルダは鉄鋼ビームに沿って滑り落ちることができる。これは船又は浮桟橋の上に配置されるが、それは厳格な手順ではない。フェンスと一緒に、図５において示される鉄鋼ビーム（１６）の鎖が二つの隣接しているフェンスの直前で海に向かって挿入されるとき、これらの鉄鋼ビームが、挿入された岩のサイズに関して各々フェンスの開口部に対応するサイドアーム（１７）を有することがより容易であろう。

これらのサイドアームは岩が海側に落ちることを防ぐのみならず、それらは両側上で鉄鋼フェンスの開口部に入る、そしてそのようにして二つの平行な水平フェンスを連結する、陸の方を向いたスパイン（spine）も含む：これによって平行な水平フェンスの間の大きな距離的許容誤差が可能になる。垂直鉄鋼ビームには、アンカが直接鉄鋼フェンスに固定される必要がないように、引き続く岩の堆積によって、鉄鋼フェンスを垂直な位置に固定するための２メートル〜２０メートルの長さの水平アンカ（１８）も備えられる。サイドアーム、スパイン及びアンカを有するこれらの鉄鋼ビームは、図５ａ、５ｂ、及び５ｃにおいて示される。スパインは、機械的に又は磁気的に陸地の方向に引かれるとき、接触の際にフェンスにロックする自動的クランプによって交換できる。

津波バリアと海岸の間の空間は、図１において示された通り、新しい陸地を獲得するように、岩、砂利など及び（６）頂部上の土を用いて埋められ得る（５）。しかしながら、これは大量の物質が輸送されることを必要とする。

テラス（２９）を有する単純なテラス構造体は、より少ないロクフィル材料しか必要とせず、それでも新規陸地（６）を獲得することを可能とするため、或る海岸上では好まれ得る（図６を参照）。これはまた、地震の震源地が海岸に近く、ひいてはテラスの二つの階段の間にあるであろう場合に重要となるであろう。

或る海岸では、図７において隙間（２８）を用いて示された通り、津波バリアの全高は、津波バリアが航行用又は浜及び港を保全するために低潮時で、例えば、海面の下５メートル〜３０メートルで終わる必要があるとき、低減されるであろう。この場合、津波の波の一部分及び嵐からの海の高波も海岸に到達し得るため、浜又は港の後方に、高い安定な壁又は建築物を有する保護ラインが必要となる。テラスバリアに対して、そして隙間を有する津波バリアに対して、反射係数及び透過係数に由来する津波の波の振幅は、Ｌｅｖｉｎ及びＮｏｓｏｖ、２００９年、５．１章によって論じられた通り、バリアと海洋の深さの比に依存する。

岩は、特に、人工的な振動（爆発）によって、又は日本における典型的には年間２０００回もの地震によって起こされた振動によって助けられて、時間経過と共に落ち着くであろう。フェンス−岩バリアの密度を上げるための新しい技術は、船／浮桟橋（３４）から吊り下がっている重たい金属重り（５８）から成る：重りは、フェンス−岩バリアに抗してぶつかり、強い振動を引き起こすように上方に引き上げられ、そして次いで緩められる（６０）。模式的図８はこの手順及び重り（５９）の高さを調節する可能性も示す。

更に、岩は、岩の層が例えば２メートル〜５メートルに成長したとき、定期的に挿入される砂利及び／又は砂によって固定される。岩の主要な動きを防ぐために、大体水平な鉄鋼フェンスが約２０メートル〜５０メートルの岩の厚さ毎に堆積され得る。

代わりの垂直保護が、津波の衝撃波を反射するための深い垂直壁（４２）（図９）を達成するための掘削、及び近くのフェンスバリア又はバスケットバリアを安定化させるために使用される掘削された岩材料（４３）によって海岸で直接、確立できる。

二重−フェンス技術
ロクフィル材料の量を最小化するための代替法は、距離ホルダ（distance holder）（３３）によって確立された、１メートルと２０メートルを超える間のフェンスの間で水平な分離距離を有して、底で閉じられた二つの平行なフェンス（３１、３２）を使用する。この二重−フェンスバスケットは、二つの浮桟橋（３４、３５）から海中へと望みの深さに降ろされ、そして洗浄された岩（３６）及び砂利で埋められる（図１０を参照）。これらの二重−フェンス壁の厚さは要求される安定性によって定められ、津波の衝撃波は少なくとも３メートルの厚さを必要とする。高さは、高潮で海面より上に２メートル〜４メートルに伸びるであろう。数キロメートルの長さのこれらの二重−フェンス岩構造体は底部で可撓性であり、従って、前述の通り、高圧水ジェットによって、これがきれいにされた後の海底の局所トポロジに調和できる。あるいは、アンカを有する第一の一重フェンス、続いて連結された二重−フェンスバスケットが、海底のトポロジに調和するために導入される。これらのバスケットはそれらの水平な端部で閉じられる。最も強い衝撃波に抗する安定化のために、図１１において示される通り、岩は二重−フェンスバリアの海岸側上（ここでは左側上）に堆積され、そして、上で論じられた通り、５メートルの厚さのこの場合、バリアは水平のアンカによって更に安定化される。海の波が高くそびえることを防ぐであろう、そして反射された津波の圧力波からの持ち上げられた海水のはねかけを減じるであろう吊り下がっている三角形の構造体（４１）（サージストッパ）を有するコンクリート壁（３０）も海面より上に示されている。コンクリート壁から伸びている鉄鋼バー（２２）は、コンクリート壁を後で高くするため及びサージストッパ（４１）を吊り下げるための両方のために使用される。コンクリート壁に沿ったサービス道路（８）によって、サージストッパ（波デフレクタ）を輸送すること、そして津波バリアを制御することが可能になる。

海中建造物は、風に起因した潮による、そして水輸送による、内向き及び外向きの流れを使用することによって電気エネルギを生み出す可能性を提供する。図１２において示された可撓性津波バリアは幾らかの圧力波を反射する。波エネルギの別の部分は、泡立ちによって及び可撓性バリアの重い翼をゆがめることによって失われる。残りの津波圧力は海岸に向かって続くであろうし、そして図１３において示されるように、海岸近くの固体バリアによって止められなければならない。水車及び／又はタービンは電気エネルギを生み出す。これらは津波バリアの弱点、橋の下、にも設置できて、ここでも以下に論じられるように著しい水流が予想される。２０メートルの幅の二重−フェンス津波バリアの場合、頂部コンクリート壁は、図１３において示されるように、コンクリート壁とサービス道路の間で、海岸側上の岩によって安定化される。

非常に長い二重−フェンスバリアは、中程度の地震に耐えるように或る弾性を有する。しかしながら、非常に強い地震に対しては、それらは剛直過ぎるため破壊するかもしれない。修理することが困難なそのようなひどい損傷を防ぐために、図１４において示されたような、そこでバリアが２メートル〜５メートルほどさえぎられ、そしてそこでコンクリート橋（４７）が隙間に亘って通過する弱点を確立することが予見される。この橋は激しい地震の後、次いで容易に修理される。橋の下の隙間は、魚が逃げるのを防ぐように、高強度鉄鋼フェンス（４６）及び細い格子フェンスを用いて充填される。同時に、フェンスによって海水の交換及び潮の高さの違いの均等化が可能になり、それが（図において示されていない）内側に向かう及び外側に向かう流れを用いて規則正しく回転するタービン又は水車によるエネルギの「生産」を可能にする。固定されたフェンスの代わりに、隙間には（図において示されていない）ゲートが供給できる、完全なロックのための、フェンスを備えたもの及び板ドア又は滑りゲートを備えたもの。

岩で充填された二重−フェンスバスケットも海岸で事前製作され得て、そして次いで海中で挿入されて連結される。

海中建築物の保護
二重−フェンスバリアは、沖のプラットフォーム用、橋の柱用、及び（図を用いて示されていない）風力発電プラント用の環状チューブ構造体においても使用され得る。海面より上に伸びている内側と外側のチューブの間に岩が挿入された二重壁チューブ構造体は、沖のプラットフォーム又は風力発電プラントの中央の柱を津波の圧力波から、津波の海波から及び嵐によって引き起こされた海の高波から保護する。保護されるべき構造体／柱の形は円形であり得るが、それは四角、楕円、矩形、三角形などのような如何なる他の断面も有し得る。

そのような二重チューブ構造体において、外部フェンス及び内部フェンスは連結され、そしてこのように底部で閉じられる。本建設は津波バリア建設と類似してなされる。海中に挿入される第一の二重−フェンスユニットは（通常、柱の底で）最大の円周を有する。内部フェンスは距離ホルダによって又は小さな垂直壁によって外部フェンスから離された状態に維持される。このフェンスユニットは次いで、供給浮桟橋／船上に（クランプ、鉄鋼ロープ又は他の手段を用いて）連結される。この環状構造体は、プラットフォームの柱又は風力発電プラントの台が部分的にのみ持ち上げられるときに配置される。しかしながら、例えば、橋の既存の柱も二重−フェンス岩構造体をその場で製造することによって保護できる。二重−フェンス保護チューブを製造するためのこの代替法は、二つのフェンスを離れた状態に保持する距離ホルダを用いて、そしてクランプ、鉄鋼ロープ又は他の手段によって下方セクションを上方セクションに連続的に連結して、長いフェンスをロールから柱の回りにねじのように捲くことである。

最も低い二重−フェンスセクションが海底に達した後、洗浄された岩が頂部から挿入され得る。

保護チューブの高さ及び内部フェンスと外部フェンスの間の距離、ひいては外径及び充填された岩を含む質量は、予測される最大高さの海波に依存する。殆どの場合、フェンスの間の水平距離は、１メートル〜５メートルの範囲内にあるであろうし、そして高潮時での海面より上に２メートル〜１０メートルの高さが推奨される。内部フェンスは柱に固定されるであろうし、又は鉄鋼ネットが機械的損傷することを防ぐために緩衝剤が柱の回りに設置され、そしてその岩の多くの角は内部フェンス表面の外側にあり得る。あるいは、内部フェンスは省略できて、そして外部フェンスは距離ホルダによって直接、柱に連結できる。

外部フェンスの上方縁は、（海面より下で終わる津波バリアの場合と同じく）航行用の警告信号又は信号灯を有すべきである。

サージストッパを備えた頂部コンクリート壁
ａ）津波バリアへの応用
少なくとも５メートルの高さのコンクリート（３０）の垂直壁が、部分的な津波の波から、そして嵐によって引き起こされる高い海波から海岸及び港を保護するために、そして新しい陸地を保護するために、津波フェンスバリアの頂部上に建設されるべきである（図１を参照）。海水の攻撃に対する最高の抵抗のために、ポルトランドセメントのコンクリートは、低い水含有量を有し、そして不浸透性であるべきである；アルミン酸三カルシウムの５パーセント〜１０パーセントの含有量が提案されている（Ｚａｃａｒｉａｓ）。このコンクリート壁の厚さは海では少なくとも１メートル、そして川に沿っては少なくとも５０センチメートルであるべきである。このコンクリート壁の頂部は、後で上昇させることを助け得るように、そしてoverthrothingを減じるよう、コンクリート壁の浸食を減じるように、そして交換を可能にするように、海に向かって傾斜を有する傾斜した構造体（サージストッパ（４１））がこれらのコンクリート壁上に吊り下げられ得るよう鉄鋼ビーム（２２）を有し得る。二つのそのような傾斜したコンクリート構造体は図１５において示される。図１５ａは傾斜角にのみに対応している直線的傾斜（１９）を有する構造体を示し、そして図１５ｂは直線的傾斜（１９）及び上方の曲り（２０）を有する第二の三角形の構造体を示す。図１６は、コンクリート壁（３０）の頂部上に搭載された図１５ａの三角形の構造体を示し、そして図１７は、基本コンクリート壁（３０）上に搭載された図１５ｂからの三角形の構造体を示す。最適な傾斜角は理論的に、実験的に及びコンピュータシミュレーションによって決定できる。しかしながら、実用的理由から及び重量制限で、選択された角度は、好ましくは、垂直方向に対して１０度と１５度の間である。例えば、１１．３度の角度そして下方向に５メートルの長さを有する２メートルの長さのコンクリート構造体は約１２．５トンの重さを有するであろう。これらのサージストッパは、フック（２４）を用いてサービス道路（８）上を動かされ、そして垂直壁上に下ろされなければならない。これらの三角形の構造体は以下の有利な点を有する：
ａ）それらは基本の垂直壁を浸食から保護する；
ｂ）それらは傾斜角を変えるために又は修理のために交換できる；
ｃ）それらは最も高い波が高くそびえることが最小化され得るよう、上方部分上で外側に向かって曲げることができる；
ｄ）それらは異なる建設設計及び材料を試験するために交換できる；そして
ｅ）それらは垂直コンクリート壁が将来高くされるとき、再度使用できる；

コンクリートの高い圧縮強度を生かしてコンクリートが使用され、そして鉄鋼の高い引っ張り強さを生かして鉄鋼が使用される。交換の可能性によって、代替建設材料及び材料の組合せ、例えば、部分的に融解されたリサイクルされたガラス又は複合プラスチックと保護用鉄鋼板、例えば、二重−フェンス岩構造体、又は計量化のための中空構造体又は木材の使用を試験することが可能になる：その決定はタイムリーさ、寿命経験、及び現地の資源及びノウハウに依存する。

（関西空港の場合のように）全フェンス−岩構造体が万一沈む場合、又は気候変動から海水レベルが上昇する場合、又は激しい嵐のため、より高い海波が予測される場合、コンクリート壁を高くすることも要求され得る。これらの垂直コンクリート壁に沿ったサービス道路（８）によって、サージストッパの輸送、修理及び公衆のためのアクセスが可能になる（図１、１１、１４を参照）。

ｂ）堤防及び土手への応用
別の実施態様において、本発明は、海波からの全体のせん断及び衝撃を著しく低減させ、その結果、増大された安定性及び寿命を供する、安定な垂直二重−岩壁又はコンクリート壁上に吊り下がっている、海に向かったサージストッパを含む。典型的には海面より上に５〜１０メートルに延びる壁は海波を反射し、そして反射された波は続いてやってくる波のパワーを減じる。壁の高さは、高潮時に予想される最高の海波レベルの高さより高くなければならない。吊り下がっている三角形の構造体の海に向かった傾斜角によって、特に、上部曲面が供されるとき、陸地に向かう海水の高くそびえること及びはねかけが防がれるか又は少なくとも減じられる。本発明による壁は、通常、両側上、つまり、海側上及び陸地側上のスロープを用いて画成され、大きな陸地面積を覆い、そして多くの場合不十分な安定性を供して破滅的な洪水を引き起こす既存の堤防に対する効率的な代替物を提供する。

本発明の一つの実施態様に記載の基本的な壁は、図１８において模式的に示される。吊り下がっているサージストッパ（４１）を備えたこれらの二重−フェンス−岩堤防は、英国の北東における険しい海岸の浸食を減じるためにも効果的であろう。この実施態様において、壁（６２）は海（１）の表面に対して垂直である、つまり、それらの傾きは０度であり、そして海面より上に伸びる。

壁は、上述のように、好ましくは、二重−フェンス−岩構造体で建築され、そしてこの場合、垂直な鉄鋼ビーム（７）の間で地面に固定される鉄鋼フェンスを有し、そしてアンカ、及びアンカと鉄鋼−フェンス堤防を固定するための岩を有する。これらの鉄鋼フェンス堤防の陸地に向かう側は、図１８において示されたように、重たい塊（４５）によって及び前の従来の堤防の材料によって安定化される。

あるいは、図１９において示されたように、堤防（３０）は、海（１）に対しては、少なくとも１メートルの厚さの、そして陸地内部の川に沿っては少なくとも５０センチメートルの厚さの鉄鋼強化コンクリート（２３）で建造される。最大化された安定性のために、そして浸食された壁表面の修理のために、鉄鋼ビームの最高密度の場所は海に向かって及び壁の表面の下方である。これらの壁はコンクリートの基盤によって、そして鉄鋼ビーム固定（７）を用いて、海底中又は地中に深くアンカを下ろされ、そして陸地（大陸）方向にアンカ、及び現在の堤防材料の岩、砂利、砂、砂利及び土から成る高密度の塊（４５）によって安定化される。海岸に沿った実際の高さは、一般的に、高潮時に予想される最高の海波高さよりも高くべきであり、北海の海岸に沿ってそれは８メートル〜１０メートルであるべきであるが、鉄鋼ロッド（２２、５２）及びコンクリート壁（３０）の表面トポロジによって、気候変動及び嵐に起因してより高い海波が予測されることからの海面レベルの増加と共に、将来その高さを増やすことが可能になるべきである。

上で論じた通り、基本的な壁は、海の表面に対して垂直であり得るが、傾斜した面を示している追加のエレメント、サージストッパは、基本的な壁に吊り下げられ得て、一般的な構造体は次いで海の表面に対して傾斜される。

砂及び砂利は、海岸に向かって洗われ得て、そして新しい堤防の前に堆積され、そうすることによって、保護有効高さが減じられる。この材料は浚渫されるべきであるか又は壁の高さは完全に保護的に留まるよう増大されなければならない。
当業技術の堤防のように、本発明によるサージストッパを有する壁は、海岸に沿って数キロメートルに亘って伸び得る。

壁の頂部に沿った道路（８）によって、壁の制御、サービス、修理、サージストッパの輸送及び、例えば、バイクによる公共交通も可能になる。

本発明に記載の二重−フェンス−岩構造体（又はコンクリート壁を有する）及びサージストッパを有する堤防の建設コスト及び維持コストによって、改良された安定性及び寿命が供され、並びに更に、海側のスロープ及び小さい陸地側のスロープを有する従来の堤防に比べてもっとより少ない（おそらく５０パーセントより少ない）陸地面積が占有される。もし、これらの新しい堤防が現在の堤防の海に向かう側上に建築されるならば、そしてこれらの古い堤防が除去され、そして平らにされるとき、新しい陸地が獲得され得る。

８００キロメートルの二重−フェンス−岩の津波バリア、深さ２００メートル、幅５メートルを有する、日本の東北における津波保護の具体的な応用(図２０を参照)；白埼（４１°２６′Ｎ、１４１°３４′２２”Ｅ）から銚子／犬吠埼（３５°４２′０５”Ｎ、１４１°１４′２３”Ｅ）まで；は、約４００ｘ１０⁶平方メートルの鉄鋼フェンス；約３ｘ１０⁹トンの岩；及び壁及び道路用に１２、０００立方メートルのコンクリートを必要とする。

新規陸地の獲得
もし、津波バリアと海岸の間に、例えば、５００平方キロメートルの新規陸地が開発されるならば、これは、日本の陸地１平方メートル当たり１００ＵＳＤの典型的な価格で、５００億ＵＳＤに対応するであろう。しかしながら、この場合、巨大な質量の岩、砂利及び土が輸送されなければならない。あるいは、津波バリアと海岸の間の隙間の幾らかの部分を「浮き地表」で又は（図を用いて示されていない）柱上又は垂直鉄鋼−フェンス−岩構造体上の地表で埋めることであろう。浮き地表内の開かれた隙間を用いて、魚及びエビの生産を可能にする藻などが生育され得るであろう。この水リザーバは部分的に海洋と接続され得るであろう。

養魚場
海岸線と津波バリアの間の海水リザーバの大部分は、例えば、鮭、クロマグロ、海ヒラメなどのような魚のための養魚場用に使用できる。図２０において示された、例えば、８００キロメートルの津波バリアによって保護された日本の東北海岸は、県の境界による供給道路（４８）によって分割されるセクションに分割され得る。供給道路のための代替配置によって、図２１において模式的に示されるように、都市及び漁港（５１）から公海への航行が可能になる。公海（３９）へのアクセスは、港内への津波の波の直接的な動きを停止する短い津波バリアによって保護される。供給道路は、橋（４７）及びフェンス（４６）と共に隙間を有する（ここで、後者は分離された魚のサイズによる開口部を有する）、４〜５メートルの厚さの二重−フェンス−岩バリアの頂部上にある（図２２ａ、２２ｂを参照）。これらの隙間は、フェンスを有する又は完全に閉じられたゲートを有するゲートによって閉じられ得る。公海への漁船用の代替アクセスは、鉄鋼バー（７）によって又は二重−フェンス柱によって、海底に固定される長い鉄鋼−フェンス溝から成る（図２３を参照）。フェンス（６２）の一部は生物付着を防ぐ抗菌性銅合金から成る。魚のために閉じられたシステムは、海洋の新鮮な魚が津波バリアの開口部におけるフェンスを通して交換され得るものの、公海からの汚染のリスクを減らす。

本発明の種々の態様に対して種々の技術的解決策が論じられてきた。詳細な技術的実現は、局地的な津波及び海波／洪水のリスクの推定、工業的能力及び、例えば、日本の海岸に沿った並びにチリ及び北米の東西の海岸に沿って非常に異なる大陸棚の局所的広がりに依存する。

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Claims (15)

1. 津波などの衝撃波及び／又は海の高波に抗するバリアであって、海面下、最大４キロメートル伸びている壁を含んでなり、その壁の最低端は海底上に又は地中に固定されるように適合され、ここで、該壁は更に、海側に関して垂直位置で安定化されるように設計され、かつ吊り下げ式の交換可能なサージストッパ又は波デフレクタによって、海面より上での浸食に抗して保護されるように設計され、
   前記壁が、岩、コンクリートブロック又はその他の固形物体によって陸方向に安定化される水平アンカを備えたフェンスであるか又は岩で充填された二重−フェンス壁であり、
   前記バリアが、連続表面を形成するよう、水平にそして垂直に相互連結された幾つかのフェンスを含んでなる、上記バリア。
2. 請求項１に記載のバリアであって、上記フェンスが鉄鋼でできている、上記バリア。
3. 請求項１又は２に記載のバリアであって、上記フェンスに固定され、そして水平に保持され、上方から挿入される岩又はコンクリートブロックによって固定されるように適合されるアンカを含んでなる、上記バリア。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のバリアであって、底で連結された二つの平行なフェンスを含んでなり、そのようにして岩によって充填されるように適合され、そして平行なフェンスを離れて保持するよう距離ホルダを備えたフェンスバスケットを形成する、上記バリア。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のバリアであって、隣接するフェンスを連結するための、そして垂直のフェンスを岩によって安定化させるように水平アンカを設けるためのサイドアーム、スパイン及びアンカを備えた鉄鋼ビームの鎖を含んでなる、上記バリア。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のバリアであって、前記フェンスが天然ゴム又は合成ゴム、ポリウレタンのような弾性ポリマ、若しくはコンクリートによって被覆されるか又は充填される、上記バリア。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載のバリアであって、表面トポロジ及び構造並びに垂直からの傾斜が、反射された圧力波の対岸に及ぼす影響を低減するように調節される、上記バリア。
8. 請求項１に記載のバリアであって、少なくとも１メートルの厚さがあり、海底においてコンクリート基礎によって又は鉄鋼ビームによって固定され、海面より上に少なくとも４メートル伸びており、そして、フェンス−岩壁又はコンクリート壁を保護し、かつ浸食又は損傷を受けたときに交換できる、水平長１メートル以上の長さの三角形の構造体を吊り下げるために、垂直鉄鋼ビームを備えており、ここで該バリアは、嵐による海波に耐えるように、塊によって安定化されている、上記バリア。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載のバリアであって、ステップライザ構造を形成している一連の海中に沈められた壁を含んでなる、上記バリア。
10. 請求項１〜７及び９の何れか１項において定義された通りのバリアの建設方法であって、以下の：
    −重りの助けによってアンカを備えた一つ又は複数のフェンスを海中へと下ろす工程、
    −該アンカを上方から挿入された岩又はコクリートブロックによって水平に固定する工程、
    −上記フェンスの海岸側を岩で充填して、上部の土層が新しい陸地を獲得する工程、を含んでなる、上記方法。
11. 二重−フェンス岩バリアの建設方法であって、以下の：
    −アンカ及び距離ホルダを用いて二つのフェンスを海中に同時に下ろす工程、
    −垂直フェンスの間の隙間を岩又はコンクリートブロックで充填する工程、
    −機械的安定性を向上させるために、そして岸に向かって新しい陸地を獲得すべく、隙間を埋める可能性を持って二重−フェンスの海岸側上に岩を更に挿入する工程、を含んでなる、上記方法。
12. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のバリアであって、電気エネルギを生み出すために、陸側に向かって流れる水流及び海側に向かって流れる水流を用いて水車又はタービンで嵌合され得る、ベアリング上又は鎖上に吊り下がっている、海中に沈められた可撓性バリア部分を含む、上記バリア。
13. 藻及びその他の植物が生育でき、そして魚及びその他の水産物の生産のために餌が供給できるように、上部上に開口部を残すべく、請求項１〜７又は９において定義されたようなバリアと海岸の間に創出される、柱の上又はフェンス−岩構造体上の浮き道路及び地表。
14. 請求項１〜７又は９に定義されたような津波バリアと海岸の間の海水リザーバの養魚のための使用であって、船舶及び漁船によって公海に近づくことを可能にする供給道路を形成するようにリザーバが分離される、上記使用。
15. 橋杙、沖合のプラットフォーム、風力発電プラント、灯台、津波警報システム及びその他の海中建築物を保護するための、請求項４において定義された通りの、距離ホルダを有し、そして岩又はその他の固形物で充填された円形（又はその他の閉形状）の二重−フェンスチューブバリアの使用。