JPH0841839A

JPH0841839A - 膜式没水堤

Info

Publication number: JPH0841839A
Application number: JP6181679A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tanaka; 正博田中; Tetsushi Kiyokawa; 哲志清川
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 1996-02-13

Abstract

(57)【要約】【目的】設備コストが低く、常時は船舶等の自由な航
行を妨げることなく、荒天時には波浪条件に応じて消波
性能を調整することができる膜式没水堤を提供すること
を目的とする。【構成】水底地盤Ｇに固定される固定ベース１２と、
この固定ベース１２上に固定される可撓性素材からなる
袋体１３と、前記袋体１３内に流体を注入、排出する給
排水装置１４とを備え、前記袋体１３の側方に海水また
は水を前記袋体１３の天端１３ａ上へ向けて噴き出す噴
出装置１５が設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば沿岸や港湾等
にて、波の伝播を抑制するために用いられる膜式没水堤
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、沿岸や港湾等には防波堤を構
築し、波の伝播を抑制していた。漁船、プレジャーボー
ト等が出入りするため漁港、マリーナ等の小型港湾開口
部は、広いほど船舶の航行が容易となるが、開口部をで
きるだけ狭くして荒天時に港内の静穏を確保するという
防波堤の使命と矛盾していた。このため、常時には十分
な幅の開口部を確保し、荒天時に開口部から侵入する波
を低下または阻止する簡易な方法がないため、従来の小
型港湾には以下のような問題があった。すなわち、港湾
の開口部は一般的にできるだけ狭くして暴風時の波浪の
進入を抑えるように設計されるので、開口部での操船は
熟練技術を要する。そして、風、海水の流れ、波等が存
在する場合には、開口部近傍では、しばしば船舶同士の
接触や船舶の防波堤への接触等のトラブルが発生する。

【０００３】また、港湾の開口部の位置は、暴風時の波
浪で、最も出現頻度の高い波向き（卓越方向）に対して
効果を発揮するように設計される。したがって、波が卓
越方向と大きく異なった方向から進行してくる場合に
は、開口部から波が進入し、港内の静穏を確保できない
場合がある。また、波の卓越方向を優先して設計された
港湾の開口部は操船上好ましくない場合もあり、船舶同
士の接触、港湾や岩礁への船舶の接触などのトラブルが
発生することがある。

【０００４】ところで、河川や瀬戸などの速い流れの水
域（海域）に流れに逆らって波が進入するとき、砕波の
ため波高が減衰したり、波が全く伝播しなくなる現象は
よく知られている。この波高変化は群速度と称する波の
エネルギーが伝播する速度と流れの速度との関係で決ま
り、波の進行と逆方向の流れ（逆流）の流速が群速度の
約６割になると波高が減少し始め、群速度と等しくなる
と波が消滅することが実験的に知られている。そこで、
逆流が波高を減衰させる効果を人工的な流れを発生さ
せ、消波方法として活用しようとする提案がされてい
た。これは、図６および図７に示すような装置等によっ
て、波の進行と逆方向に水を噴出し、人工的な流れを発
生させて入射波を消波する方法である。

【０００５】図６に示す装置は、海水（水面）１と水平
に複数のパイプ２が設置され、入射波３の進行方向（図
中矢印）に対し、逆方向に向けた海水（水）の噴き出し
口４がこれらパイプ２に多数設けられた構成となってい
る。また、図７に示す装置は、水面１に対し、水面１か
ら海中（水中）への鉛直方向に複数のパイプ２が防波堤
５側面に設置され、入射波３の進行方向（図中矢印）に
対し、前述と同様に、逆方向に向けた海水（水）の噴き
出し口４がこれらパイプ２に多数設けられた構成となっ
ている。図６および図７の両装置による入射波の消波方
法は、ポンプ等によってパイプ２中に海水（水）を送水
し、噴き出し口４から進行してくる入射波に向けて勢い
よく噴出させる方法である。すなわち、この噴出させた
海水（水）によって逆流を起こし、入射波の波高を減少
させようとするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の装置
では、前述したように十分な消波効果を得るために、少
なくとも波の群速度の６割以上の流速を発生させる必要
があり、単位時間当たりの送水量が非常に大きいポンプ
等、すなわち大出力の送水装置が必要であった。そのた
め、多大な設備コストが必要であるという問題があっ
た。そして、港湾開口部のように船舶等の航路上の水面
１近傍には、船舶等の航行の障害となるため、パイプ２
等が設置できないという問題があった。また、前述した
ように従来から用いられている一般的な防波堤では、様
々な波浪条件に対応した消波を行うことができないた
め、開口部から波が進入してしまい港内の静穏を確保で
きないという問題があった。本発明は、前述の課題に鑑
みてなされたもので、設備コストが低く、常時は船舶等
の自由な航行を妨げることなく、波浪条件に応じて消波
性能を調整することができる膜式没水堤を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の構成を採用した。すなわち、請求項
１記載の膜式没水堤では、水底地盤に固定される固定ベ
ースと、この固定ベース上に固定される可撓性素材から
なる袋体と、前記袋体内に流体を注入、排出する給排水
装置とを備えてなり、前記袋体の側方に海水または水を
前記袋体の天端上へ向けて噴き出す噴出装置が設置され
ていることを特徴とするものである。請求項２記載の膜
式没水堤では、請求項１記載の膜式没水堤において、前
記噴出装置は、前記固定ベース上面に対する海水または
水の噴出量および噴出角度を可変可能に構成されている
ことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】請求項１記載の膜式没水堤では、固定ベースを
水底地盤等に固定させると共に、噴出装置を波の入射側
とは反対側に位置するよう設置する。そして、この噴出
装置により袋体の天端上に向けて海水または水を噴出さ
せる。その結果、袋体の天端上に入射波の進行方向とは
逆方向の流れ（逆流）が生じる。この逆流による波の減
衰効果と、袋体の運動によって発生する波（ラディエー
ション・ウェーブと称する）との干渉効果によって、入
射波の波高が低下・消波する。一方、静穏時には、袋体
内の流体を給排水装置により排水して、ほぼ海底レベル
に倒伏させておくことで、船舶等の航行の妨げにならな
い。請求項２記載の膜式没水堤では、請求項１記載の膜
式没水堤において、入射波の群速度、海面の水位に応じ
て、前記固定ベース上面に対する海水または水の噴出量
および噴出角度を制御する。これにより袋体の天端上で
の水流を所定の速度に調節・設定する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の膜式没水堤の一実施例を図１
および図２によって説明する。図１において、符号１１
は膜式没水堤である。この膜式没水堤１１は、海底（水
底）地盤Ｇに鉄筋コンクリート等から構築された、所定
厚さ・重さを有する固定ベース１２と、この固定ベース
１２上に設けられ、海水または水が充填されたときに断
面半円形状に膨張する袋体１３とから概略構成されてい
る。なお、固定ベース１２の周囲には洗掘防止工（図示
せず）が敷かれ、固定ベース１２の固定状態が強化され
ている。また、固定ベース１２は必要に応じて杭等で海
底に固定する。

【００１０】袋体１３は、例えば、ゴムシート、塩化ビ
ニルシート等の膜状の可撓性素材から形成されたもの
で、上部シートと下部シートとが絶端部にて液密的に一
体接合されている。また、この袋体１３は、給排水装置
１４により、その内部に海水等の流体を充填することで
膨張され、その天端１３ａの高さ位置が、海面の水位Ｗ
Ｌより低い所定の位置に設定されている。袋体１３に対
する流体の給水・排水を行うためのポンプ（図示せず）
は給排水装置１４に内蔵、または、陸上に設置する。固
定ベース１２の上面には、波の入射側とは反対側に位置
するよう噴出装置１５が設置されている。この噴出装置
１５は、給排水装置１４に内蔵、または、陸上に設置さ
れているポンプを駆動源としており、また、この噴出装
置１５の上部には長筒状の噴出ノズル１６が設けられて
いる。この噴出ノズル１６は、固定ベース１２の上面に
対する噴出ノズル１６自体の角度θを可変・制御できる
ように設置されている。したがって、この角度θを変え
ることにより、固定ベース１２上面に対する海水等の噴
出角度θを所定の値に適宜、設定することができる。

【００１１】上記構成の膜式没水堤１１によれば、噴出
装置１５によって、海水または水を袋体１３の天端１３
ａ上に向けて、波浪条件および要求される静穏度に応じ
た所定の噴出速度で噴き出させる。その結果、袋体１３
の天端１３ａ上に入射波３の進行方向とは逆方向で所定
の流速の逆流が生じ、この逆流により膜式没水堤１１上
を透過する入射波３の波高を低下させることができる。
この袋体１３の運動によって発生するラディエーション
・ウェーブと、同時に生じる散乱波との干渉効果によっ
て入射波３の波高を低下させることができる。また、こ
の入射波３のエネルギーは、可撓性素材からなる袋体１
３の運動に伴ってに吸収されるため、波高減衰を生じ
る。したがって、この両方の作用を組み合わせたことに
より、逆流を発生させる噴出装置１５の出力が小さくて
も十分な消波効果を発揮することができる。

【００１２】また、この噴出装置１５の噴出ノズル１６
は、それ自体の角度θを可変できるので、膨張させられ
た袋体１３の天端１３ａ位置に対応した噴出角度θを変
更できる。これによって、入射波３の群速度や海面の水
位ＷＬの変化に合わせて、袋体１３の天端１３ａの位
置、海水等の噴出角度θおよび噴出速度を適宜変更・調
整して、適切な逆流速度を天端１３ａ上で得ることがで
きる。一方、図２に示すように、静穏時には、袋体１３
内の流体を給排水装置により排水して、ほぼ海底レベル
に倒伏させる。また、噴出装置１５の噴出ノズル１６の
角度θも小さくし、その先端部を低い位置に設定してお
く。これらによって、この膜式没水堤１１の上には、船
舶等が航行するために必要な深さを十分に確保すること
ができ、船舶等が自由に航行できる。

【００１３】なお、本実施例では、上記の噴出装置１４
をポンプによるものとしたが他の噴出装置でも構わな
い。例えば、スクリューによる噴出装置でも良い。ま
た、海水等の噴出角度θを噴出ノズル１６の角度θを変
えることにより可変・調整したが、他の方法でも構わな
い。例えば、噴出口に取り付けられたフィン等の向きを
変更することにより噴出角度θを変更・調整しても構わ
ない。

【００１４】次に、本発明の効果に関する実験例を図３
から図５によって説明する。図３に示すように、２次元
流水路２０の水底には、透過型架台２１上に袋体２２を
取り付けた膜式没水堤の模型２３を固定・没水させてい
る。このときの設置条件は、水深ｈ＝９０ｃｍ、水面か
ら透過型架台２１までの距離ｈ’＝５０ｃｍ、水面から
袋体２２の天端までの距離Ｒ＝２０ｃｍ、模型２３の幅
Ｂ＝１００ｃｍ、袋体２２内の付加水圧ｐｏ＝２．５ｇ
／ｃｍ²である。図３において、模型２３の右方向より
入射波２５を進行させ、この入射波２５の進行と逆方向
に流れ（逆流）を２次元流水路２０全体に発生させた。
この逆流の流速Ｕmは０，１０，２０，３０ｃｍ／ｓ
で、各流速に対して入射波２５の波高Ｈ_I（逆流中に模
型２３を設置しないときの波高）を４〜７ｃｍで、周期
を０．７〜２．０ｓｅｃの範囲で変化させた。

【００１５】図４は、上記の実験による入射波２５の透
過率Ｋ_T（模型２３を透過した波高Ｈ_Tと入射波の高さＨ
_Iとの比）に関する実験結果を示したものである。この
図４の横軸は、模型２３の幅Ｂと逆流中での入射波２５
の波長Ｌ_Iとの比である。当然のことであるが、模型２
３を設置しなければ入射波２５は変化しないので、Ｋ_T
＝１．０である。図４より、流れのない場合でも模型２
３の設置によりＢ／Ｌ_I＝０．６〜０．７の近傍でＫ_T≦
０．５の消波効果（○印）が得られている。これに対
し、波の進行に対し逆流のある場合では、流れのない場
合に比べてＫ_Tは著しく小さくなっている。特に、Ｕ_m＝
３０ｃｍ／ｓの場合、検討したすべてのＢ／Ｌ_Iに対し
てＫ_T＜０．３に、また、Ｂ／Ｌ_I≧０．３では入射波２
５は模型２３上をほとんど通過しないことがわかる。こ
れら逆流による波高減衰は、袋体２２の天端上で、流れ
の断面が小さくなることにより流速が増加するためであ
る。そこで、十分な消波効果が得られるときの膜式没水
堤での流速がわかれば、噴出装置に要求される水の流出
量を推定できる。

【００１６】図５は、入射波２５の群速度Ｃ_Gと模型２
３の天端上での流速Ｕ_xの変化を示したものである。図
４のＵ_m＝１０ｃｍ／ｓの場合の結果より、Ｂ／Ｌ_I＞
０．４ではＫ_T≦０．３の消波効果が得られている。こ
のとき、模型２３の天端上での流速Ｕ_xは入射波２５の
群速度Ｃ_Gのせいぜい２０％程度である。この流速は、
前述した群速度の６０％以上の流速に達しないと波高の
減衰効果は現れないという従来の実験結果に比べて著し
く小さく、従来の結果では、逆流による波高の減衰効果
がまったく現れない領域である。このように、膜式没水
堤の持っている消波機能（主として、ラディエーション
・ウェーブと散乱波との干渉作用）と、逆流による波高
の減衰効果により、きわめて高い消波性能を発揮するこ
とがわかる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を得ること
ができる。請求項１記載の膜式没水堤によれば、噴出装
置によって海水等を袋体の天端上に噴き出させることに
よって入射波に対する逆流を生じさせ、入射波を減衰さ
せることができる。また、入射波の作用により袋体の運
動に伴って発生するラディエーション・ウェーブと入射
・散乱波との干渉作用によって、入射波の波高を低下さ
せることができる。また、袋体の運動に伴って波エネル
ギーの一部が吸収され波高が減衰する。したがって、こ
の両方の作用によって噴出装置の出力が小さくても十分
な消波効果を発揮することができ、設備コストや稼動コ
ストを低減することができる。また、原理的には、入射
波の群速度に対応させて噴出装置の出力を高めることに
より、どのような入射波に対しても完全に消波すること
ができる。

【００１８】一方、静穏時には、袋体内の流体を給排水
装置により排水して、ほぼ海底レベルに倒伏させること
ができるので、この膜式没水堤の上を船舶等が自由に航
行できる。なおかつ、従来の防波堤と併用し、防波堤の
開口部に設置することによって、防波堤の開口部を広く
することができる。また、没水型であり、かつ、噴出装
置により港内（または、岸）側から港外（沖）側に向か
う流れを発生させるので、港内の海水交換を促進させる
ことができる。そして、没水型なので景勝地等でも美観
・景観を損なわずに設置できる。

【００１９】請求項２記載の膜式没水堤によれば、請求
項１記載の膜式没水堤において、噴出装置を、固定ベー
スに対する海水等の噴出角度が可変できるので、波浪条
件等によって変更される袋体の天端位置に適正な噴出角
度を変更・設定できる。これにより、袋体の天端上にお
いて入射波に対応した適切な逆流速度を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜式没水堤の一実施例を示す概略側面
図である。

【図２】静穏時における本発明の膜式没水堤の一実施例
を示す概略側面図である。

【図３】本発明の膜式没水堤の実験例における設置条件
を説明するための実験装置の概略側面図である。

【図４】本発明の膜式没水堤の実験例における模型幅と
入射波長との比に対する入射波の透過率を示したグラフ
図である。

【図５】本発明の膜式没水堤の実験例における模型幅と
入射波長との比に対する入射波の群速度の天端上での流
速を示したグラフ図である。

【図６】従来の人工的な噴流を利用した消波方法の一例
を説明するための概略側断面図である。

【図７】従来の人工的な噴流を利用した消波方法で、図
６とは別の一例を説明するための概略側断面図である。

【符号の説明】

１１膜式没水堤１２固定ベース１３袋体１３ａ天端１４給排水装置１５噴出装置Ｇ海底地盤 θ 噴出角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水底地盤に固定される固定ベースと、この固定ベース上に固定される可撓性素材からなる袋体
と、前記袋体内に流体を注入、排出する給排水装置とを備え
てなり、前記袋体の側方に海水または水を前記袋体の天端上へ向
けて噴き出す噴出装置が設置されていることを特徴とす
る膜式没水堤。
【請求項２】請求項１記載の膜式没水堤において、前記噴出装置は、前記固定ベース上面に対する海水また
は水の噴出量および噴出角度を可変可能に構成されてい
ることを特徴とする膜式没水堤。