JPS61216916A - 波を消す方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は海岸又は沖合の構造又は構築物を打寄せる波か
ら保護するための波を消す方法及びこの方法を実施する
ための消波装置に関する。

〔従来技術〕

建設費が非常に安価で、維持費がほとんど要らず、悪天
候の時でも波を食い止め、小型船舶の通行を妨げず、し
かも海岸の美観を損なわない消波装置が発明されれば、
海に関連ある極めて多くの分野の産業活動に多くの利益
をもたらすと言われて来た。

このような発明としては、たとえば次のようなもの、す
なわち、 波や自然の避難場所に打ち寄せる波の消波、破損の危険
のある防波堤の保護、 沖合構築物（全てのタイプのリグや水没型貯蔵タンク等
）の保護、 海における作業（構築物の曳行、予め作られた部材の組
立て、油膜の回収等）の安全性の向上、波浪エネルギー
の利用 がある。

このタイプの効果を得るために極めて多くの装置が提案
されている。この目的の研究のうち、実用的に注目に値
するものは米国の海軍省が１９７１年５月に発行した研
究報告Ｒ７２７号である。

しかしながら今日まで提案された消波装置は何れも、海
水自体の粘性を利用して波の勢を弱めるものである。し
かしながら実際の波は周期的に筒の中を往復するような
波動運動を行なうものであリ、この波動運動を従来の数
学的な方法で計算すれば、前記波動運動を利用して波を
消し得るはずである。

〔発明の目的及び効果〕

そこで本発明は、従来の消波装置と異り、「水壁振動」
現象を利用する全く新しいタイプの消波装置を提供する
ことを目的とする。

本発明は、前記タイプの波動現象を理論的に計算した結
果に基き、単純、安価、かつコンパクトな部材を用いて
所期の消波効果を実際に発揮させることができる。

〔発明の概要〕

前記目的は、沿岸又は沖合の構造又は構築物を保護する
ために波を消す方法において、前記波を消す方法は打ち
寄せる波のうねりによって「水壁振動」の形の波動現象
を生じさせ、この波動現象は前記「水壁振動」より下流
側の引き返えす波との合成により発生し、波のうねりの
振巾をゼロにし、又は減衰させることを特徴とする波を
消す方法により達成される。

また、前記目的は、指定された場所を打ち寄せる波から
守るために前記波を消す方法を採用する消波装置におい
て、前記消波装置の設置すべき場所の水深は打ち寄せる
波の長さに比べて浅く、前記消波装置は薄い水平なスラ
ブより成り、このスラブは或る深さに沈められ、前記ス
ラブは強固な支持部材に固定され、又は正の僅かな浮力
を有し、緊張する係詔索で係留され、前記係留又は固定
されたスラブと海底との間に形成される水の層を前記水
壁振動させることを特徴とする消波装置によって達成さ
れる。

さらに前記目的は、前記波を消す方法を採用する消波装
置において、設置される場所の水深は打ち寄せる波の波
長に比べて大きく、前記「水壁振動」は異る深さに沈め
られてその深さに保持される重ねられた２枚のスラブの
間に形成されることを特徴とする消波装置によって達成
される。

〔実施例〕

先づ、本発明の基礎となる理論を説明する。

本発明に基く消波装置を設置する場所の水深によって、
２つの場合が考えられる。

その１つの場合は、波長に比べて水深が浅い場合である
。

この場合、平行な管状部材よりなる槽を設け、この槽の
長さを符号り、高さを符号りで表わし、波の打ち寄せる
方向すなわち入射方向Φ■に直角に設置すれば、前記波
のうねりは打ち寄せる波すなわち入射波Φ１と、引き返
えす波すなわち反射波Φ１と、前記管状部材によって分
割された波Φ。とが合成された形になる。この波の形を
第１図に示す。

ここで、何等かの機械的な装置、たとえば油圧駆動ｔｉ
置１を用いて前記槽を前記波に対して水平に前後に振動
させ、この運動を式Ｘ（ｔ）＝Ａ　ｅｉｗｔで表わし得
るものとすれば、２つの反射波Φ、とΦ、′が前記槽の
何れかの側部で重なって進行する。この状態を第２図に
示す。

前記駆動装置１の振巾Ａを調節して反射波Φ１と分割波
Φ、の振巾を常に等しくし、前記駆動装置の振動の位相
すを調節して前記反射波Φ、の力を分割波０口に対して
常に逆相になるようにすれば、前記反射波Φ、と分割波
Φ。が相互に打ち消し合って理想的な消波作用をする。

これを数学的に記述すれば、慣性力、油圧による駆動力
及びこの両者の合成力による質点の運動はニュートンの
運動方程式によって求めることができ、波が常に少なく
とも周期的に上下方向に動くのに対して、上記駆動装置
１が剛性Ｋを有する単純なばねで置換できる場合には、
前記消波装置は理想的な消波特性を発揮する。この場合
、前記槽の前部が水を噴き出す作用をする。その状況を
第３図に示す。

さらに、前記剛性Ｋがゼロになる時の前記槽の容積をＭ
とすれば、この剛性がゼロの時に前記槽が理想的な消波
装置となり、そのためにこの槽を駆動する必要はない。

また、前記槽は、高さｈが一定の場合、その巾しは、前
記槽の容積Ｍと前記槽を通過する水の容積とが等しくな
るように選定される。この時に前２槽は前記水の全容積
を包絡するのと全く等価になり、垂直方向の力のみを受
ける。以上の条件の下では前記槽は、側壁が押さえられ
るという欠点がないので理想的な消波装置となり、微少
な正の浮力を有し、緊張した係留索２．２′で係留され
た薄い水平板ｅと置換できる状態になる。

換言すれば、前記説明のように、理論的には「理想的」
な消波装置、すなわち打ち寄せる波のうねりを完全に消
す装置は、適当な寸法の単純な１枚の板状部材すなわち
スラブより成り、このスラブを適当な深さまで沈め、こ
のスラブの下側に形成される水の層が所期の消波作用を
発揮し得る振巾及び位相で振動するようにする。この振
動を水壁振動現象といい、第４図に示す。

実際には、前記現象に含まれるパラメータの数及び値は
与えられた条件における最大消波効率すなわち消波効率
の適性効率を求めればよく、この消波効率Ｒは次式 ％式％ 従って、たとえば板の長さＬが１２ｍ１厚さが０．２４
ｍ、沈める深さが拘束されない水面から１１７７１１水
の底から１．５ｍである場合の消波効率Ｒ（％）は、波
の周期によって変わり、第５図のグラフから求めること
ができる。それ故、前記第１の場合には、消波効率は波
の広い周期範囲にわたり極めてすぐれたものとなる。

次に第２の場合は、水深が入射波の波長より大きい場合
である。

この場合には、工学的には、前記「水壁振動」現象をダ
ミ一槽によって生じさせる。このダミ一槽は上側の板Ｐ
１の下面と下側の板Ｐ２の上面との間の、高さがｈのス
ペースである。このダミ一槽を第６図に示す。

前記第１の場合と同じ要領で、波の周期に対応する消波
効率を求めることができる。すなわち、長さが１２７Ｆ
Ｌ１厚さが０．２４ｍの２枚の板を、水面から２０ｍの
深さに重なるように沈め、この２枚の板の水の底からの
距離を調節と１８ＴｒＬ１すなわち高さ方向に４ｍ離間
させた場合の消波効率を求めることができる。

この消波効率は第７図のグラフから求めるが、その結果
から、適当な間隔の周期の場合、極めて満足できる消波
効率を得ることが判った。

当然のことながら、前記２つのタイプの消波装置は続け
て、すなわち波の経路に沿うように設置することも、或
いは平行に、すなわち互いに重なるように設置すること
も可能であり、また、このようにすることが好ましい。

この状況を第８図及び第９図に示す。

第８図では、先づ、２枚のスラブ３．３′より或る長い
消波装置を設置し、次に２枚のスラブ４゜４′より或る
短い消波装置を設置し、この短い消波装置は前記長い消
波装置より浅く設置する。

第９図には、第８図と異り、３枚の重なった板のみから
或る消波装置、すなわち平行に作用する板３．３’　、
４’より或る消波装置を示す。

消波装置は、水深、波長、質質、入射波の特性、消波装
置の性能等に応じて形状を変えることができる。

与えられた条件に最適な消波装置を作るために考慮すべ
きパラメータは極めて多く、その詳細を挙げることは、
不可能である。その理由は、与えられた波の水壁振動現
象を計算で容易に把握できる場合でも、それに対する消
波装置は、すでに説明したような水の粘性を利用する従
来の消波装置と異り、パラメータの数を増すにつれて構
造が夜霧化するからである。それ故予備設計を公知の数
学的モデル（流動作用の最適化、構造設計、固定部分へ
の荷重等）を用いて十分に行なう必要があり、この理論
的な予備設計の結果を工事に移してよいか否かの評価は
縮尺模型を用いて試験する他はない。

第１０図に、特に厳しい条件、すなわち波の周期が極め
て長く、水深が深く、海の状況が極めて悪く、土質が悪
いために大きな荷重に絶える固定部を設けることができ
ない場合に適用できる消波装置の形状を略図により例示
する。

この第１０図の消波装置は、第８図と同様、４枚のスラ
ブＰ１乃至Ｐ４より或る。

スラブＰ、は固定部に動的な力を伝達するためのマスタ
ースラブであり、 スラブＰ２は深さを変え得る長い消波スラブであり、 前記スラブＰ１．Ｐ２はリール５によって支持され、 スラブＰ３．Ｐ４は深さを変え得る２枚の短い消波スラ
ブであって、リール５′によって支持される。

前記リール５．５′は索より成り、長いスラブＰ２と２
枚の短いスラブＰ３．Ｐ４の深さを調節するためのもの
で、極めて小さい力で展長できるようにしなければなら
ない。これは、海の状態が常に極めてゆっくり変化する
ことを考慮したからである。

前記リールは、波の周期又は海の状態に合わせて制御で
きるようにするためには多少複雑になる。

リールを波の周期に合わせるのは圧力ピックアップを用
いて簡単に制御できるが、海の状態に合わせるためには
マイクロフォンによる制御が必要である。

さらに前記リールは、長いスラブＰ２又は２枚の短いス
ラブＰ３．Ｐ４が波によって激しく打たれて上下運動を
する時に、直ちにこの入射波のエネルギーの全部又は一
部を吸収できるように、すなわちこのエネルギーを回収
するか又は単にこのリールを操作するためのエネルギー
として利用するように自動制御できるようにすることも
できる。

この第１０図に示す例は単なる例示であり、本発明を限
定するものではなく、本発明は顕著に、しかも前記列挙
した特許出願に矛盾することなく、次々に打ち寄せる波
を減衰させる作用をする「水壁振動」を発生させる水流
及びこの水流の組合せを全て含むものである。

第１１図及び第１３図に、悪条件にある防波堤を保護す
るために本発明に基く消波装置を応用する実例を示す。

第１１図に保護すべき防波堤りと、５乃至４０ｍの５ｍ
ごとの等探線と、波の打ち寄せる方向Ｈとを示す。

この防波堤は、本発明に基いて、第１２図に示すように
、巾が１２ＴｒＬ１厚さが１．２ｍ、矢印Ｈで示す波の
打ち寄せる方向に直角に設置され、水面からの深さが３
ｍ１海底からの高さが３５ｍであるスラブＰによって保
護される。このスラブは大きい正の浮力を有し、硬くて
軽い材料で作られ、厚さ１０ＩｌｌＩの厚い表皮で覆わ
れる。このスラブは係留索Ｃによって海底に係留される
。すなわちこのスラブの各端部から１ｍの位置に前記係
留索Ｃが取り付けられ、この係留索ＣＧ、を海底の固定
ブロックにつながれ、この固定ブロックは前記スラブの
長手方向軸線の両側８７７Ｌの−に設置される。この索
は１ＴｒＬ当り１０．０００トンの強さを有し、前記消
波用のスラブに平行に１０ｍ間隔で取り付けられる。

この消波装置の効率は、第１３図にグラフで示すとおり
であり、極めて満足できるものである。

すなわち波の周期が４．５乃至７秒の波に対して、波高
の８０乃至１００％を消去する。

従って前記防波１０は１、通常考えられるほとんど全て
の波から、本発明に基（消波装置によって充分に保護さ
れ、しかもこの消波装置は極めて簡単なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は波のうねりの形の断面略図、第２図は合成波の
断面略図、第゛３図は消波特性の説明図、第４図は水壁
振動現象の説明図、第５図は消波効率のグラフ、第６図
はダミ一槽の断面略図、第７図は水深が深い場合の消波
装置の消波効率のグラフ、第８図及び第９図は浅い部分
及び深い部分の波のうねりを消す消波ＶｔＩの断面略図
、第１０図は浅くかつ海底条件が悪い場所に設置した消
波装置の１例の縦断面略図、第１１図は防波堤保護のた
めに設置する消波装置の配置図、第１２図は第１１図の
消波装置の縦断面図、第１３図は第１２図の消波装置の
消波効率のグラフである。 １・・・駆動装置、２．２′・・・係留索、３．３’　
。 ４．４′・・・スラブ、５．５′・・・リール、Ｃ・・
・係留索、Ｈ・・・水深、矢印Ｈ・・・波の打寄せる方
向、Ｌ・・・スラブの深さの差、Ｋ・・・ばね、Ｌ・・
・スラブの巾、Ｐ、Ｐｌ乃至Ｐ４・・・スラブ、Φ、・
・・分割波、Φ１・・・入射波、Φ８．Φ１．Φ、′・
・・反射波。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 二！＊ −コｒｌｉＳ１１ 」−一灼艷一一一一一一一一一−−−−−−一一一一一
−−一一−−ｊ阿ＩＪ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、沿岸又は沖合の構造又は構築物を保護するために波
   を消す方法において、前記波を消す方法は打ち寄せる波
   のうねりによって「水壁振動」の形の波動現象を生じさ
   せ、この波動現象は前記「水壁振動」より下流側の引き
   返えす波との合成により発生し、波のうねりの振巾をゼ
   ロにし、又は減衰させることを特徴とする波を消す方法
   。 ２、前記振動現象は平行な管状の槽により発生し、この
   槽は前記打ち寄せる波のうねりに直角に、或る深さに設
   置され、前記槽の容積は前記槽より下流側にある引き換
   えす波によって、打ち寄せる波のうねりの周期の広い範
   囲にわたり、波のうねりを殺し又は大巾に弱め得る振巾
   及び位相の振動を生じさせる大きさであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項の波を消す方法。 ３、前記槽の包絡面は単純であり、この槽の寸法は前記
   槽の容積が移動する水の容積と等しく、前記包絡面が垂
   直方向の力のみを受けるように決められることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項の波を消す方法。 ４、前記振動する範囲は、前記槽の包絡面で囲まれる筒
   状の水の全量であり、前記包絡面には前記波動現象が「
   水壁振動」になるように側壁を全く設けないことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかの波を
   消す方法。 ５、前記「水壁振動」は水中の１枚以上のスラブによっ
   て発生し、このスラブの厚さはこのスラブの他の部分の
   寸法に比べて薄く、前記スラブは海底から離され、この
   海底から離される距離は前記スラブと海底との間にある
   水の量が前記槽の容積に等しくなり、前記スラブが垂直
   方向の力のみを受けるように決められることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れかの波を消す
   方法。 ６、指定された場所を保護するための消波装置において
   、前記消波装置の設置場所の水深は打ち寄せる波の長さ
   に比べて浅く、前記消波装置は薄い水平なスラブより成
   り、このスラブは或る深さに沈められ、前記スラブは強
   固な支持部材に固定され、又は正の僅かな浮力を有し、
   緊張する係留索で係留され、前記係留又は固定されたス
   ラブと海底との間に形成される水の層を前記水壁振動さ
   せることを特徴とする消波装置。 ７、水深は打ち寄せる波の波長に比べて大きく、前記「
   水壁振動」は異る深さに沈められてその深さに保持され
   る重ねられた２枚のスラブの間に形成されることを特徴
   とする消波装置。 ８、前記波を消す方法が有効に作用する波の周期の範囲
   を拡大するために、前記「水壁振動」を何箇か直列又は
   並列に共働させることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項又は第７項の消波装置。 ９、前記消波装置は２箇以上のスラブより成り、このス
   ラブは相互に垂直方向に異る深さに重なるように沈めら
   れ、前記スラブの間の水の容積が前記水壁振動現象によ
   って振動することを特徴とする特許請求の範囲第６項乃
   至第８項の何れかの消波装置。 １０、前記消波装置は２枚以上のスラブより成り、この
   スラブは相互に水平方向に離間され、かつ、前記スラブ
   と海底との間の水が前記「水壁振動」現象によって振動
   することを特徴とする特許請求の範囲第６項乃至第８項
   の何れかの消波装置。 １１、前記消波装置は水平方向に離間するように沈めら
   れた２箇以上のスラブより成り、又は前記消波装置は垂
   直方向に離間するように沈められた２箇以上のスラブよ
   り成り、前記スラブの間の水が前記「水壁振動」現象に
   よって振動することを特徴とする特許請求の範囲第６項
   乃至第８項の何れかの消波装置。 １２、１日以上のスラブより成り、このスラブの厚さは
   このスラブの他の部分の寸法に比べて薄く、海底からの
   高さを調節できるように沈められることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかの波を消す方法
   を採用する消波装置。 １３、前記１箇以上のスラブは、その設置場所の特性（
   水深、水の流れの強さ）及び打ち寄せる波の特性（周期
   及び波長）に応じ、圧力ピックアップ又はマイクロホン
   によって最適の深さになるように沈めて設置されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１２項の消波装置。