JPWO2013035794A1

JPWO2013035794A1 - 消波構造体

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Publication number: JPWO2013035794A1
Application number: JP2013532643A
Authority: JP
Inventors: 弘奥村; 紀佐松島
Original assignee: Toyama University
Current assignee: Toyama University
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2015-07-30
Also published as: WO2013035794A1

Abstract

消波構造体１０は、汀線Ｓに沿って並ぶように配置された複数の柱状のブロック２０を備え、複数のブロック２０のうちの隣り合う第１のブロック２０ａ及び第２のブロック２０ｂは、沖側と岸側とを結ぶ水路Ｃを形成しており、該水路Ｃを形成する該第１のブロック２０ａの壁面２３１と該第２のブロック２０ｂの壁面２３１との距離が、沖側から岸側に向かうにつれ次第に小さくなっている。

Description

本発明の一形態は消波構造体に関する。

消波構造体は、外洋からの波浪を防いで港湾の内部を安静に保ったり、津波の被害から陸域を守ったりするために設置される構造物であり、従来から様々な種類のものが知られている。例えば、下記特許文献１には、一定間隔の開口部を有する複数の離岸堤を、海岸線にほぼ平行に且つ前後２列に配置して成る沖合防波堤が記載されている。また、下記特許文献２には、潮流が通過する防波堤先端部の平面形状が三角形状あるいは刃形形状である防波堤が記載されている。

特開平１１−８１２６９号公報特開平１０−２１９６５０号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載されているような従来の防波堤では、津波や高波を防ぎきれない場合がある。そこで、津波や高波が陸域に及ぼす影響を低減することが要請されている。

本発明の一形態に係る消波構造体は、汀線に沿って並ぶように配置された複数の柱状のブロックを備え、複数のブロックのうちの隣り合う第１のブロック及び第２のブロックは、沖側と岸側とを結ぶ水路を形成しており、該水路を形成する該第１のブロックの壁面と該第２のブロックの壁面との距離が、沖側から岸側に向かうにつれ次第に小さくなっている。

このような形態によれば、隣り合う一対のブロックにより形成される水路の幅は、沖から岸に進むにつれて次第に狭まることになる。このように形成された水路を波が流れると、水路を形成している一方の壁面（第１のブロックの壁面）と、当該壁面と向かい合う他方の壁面（第２のブロックの壁面）とによって、波高が過度に上昇する。そして、波のエネルギーフラックスは保存されるので、負の波高を有する反射波が生じるとともに、透過波の波高が小さくなる。このように、波を堰き止めようとするのではなく、特有の反射現象によって透過波を減衰させることができ、津波や高波が陸域に及ぼす影響を低減することが可能となる。

別の形態に係る消波構造体では、第１のブロックの壁面及び第２のブロックの壁面が流線形であってもよい。

さらに別の形態に係る消波構造体では、各ブロックが、沖に向かって先細る第１の部分と、岸に向かって先細る第２の部分と、を有してもよい。

さらに別の形態に係る消波構造体では、第１のブロックの壁面と第２のブロックの壁面との成す角が鋭角であってもよい。

さらに別の形態に係る消波構造体では、水路の端部における幅が水路の長さの１／２以下であってもよい。

さらに別の形態に係る消波構造体では、ブロックの底面が略二等辺三角形であってもよい。

さらに別の形態に係る消波構造体では、ブロックの底面が略菱形であってもよい。

さらに別の形態に係る消波構造体では、複数のブロックは、汀線に沿って複数列に配置されていてもよい。

さらに別の形態に係る消波構造体では、第１のブロック及び第２のブロックが配置された第１の列と隣り合う第２の列には、第３のブロックが配置されており、第３のブロックは、第１のブロックと第２のブロックとの間に位置してもよい。

本発明の一側面によれば、津波や高波が陸域に及ぼす影響を低減することができる。

第１実施形態に係る消波構造体の一例を示す上方からの斜視図である。第１実施形態に係る消波構造体の別の例を示す上方からの斜視図である。消波構造体を通過する波の様子を説明するための図である。数値実験のモデルを示す図である。図４に示すモデルでの計算結果を二次元的に示す図である。図４に示すモデルでの計算結果を三次元的に示す図である。図４に示すモデルのうち、各ブロックによって形成される水路部分を拡大した図である。水路に流入する孤立波の流れのシミュレーション結果を三次元的に示す図である。（ａ）は水路に流入する孤立波の流れのシミュレーション結果を二次元的に示す図、（ｂ）は水路に流入する孤立波の流れの水槽実験結果を二次元的に示す図である。波の進行方向に対して垂直な面を有する壁による反射のシミュレーション結果を三次元的に示す図である。波の進行方向に対して傾斜した面を有する壁による反射のシミュレーション結果を三次元的に示す図である。第１実施形態に係る消波構造体の開口比に対する透過波（減衰波）のエネルギーフラックスの線形減衰を示す図である。第１実施形態に係る消波構造体の別の例を示す平面図である。第２実施形態に係る消波構造体の一例を示す平面図である。水槽実験に用いた消波構造体１０Ａを示す平面図である。水槽実験における水面の変化を時系列的に示す模式図である。第２実施形態に係る消波構造体の別の例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
まず、図１〜３を用いて、第１実施形態に係る消波構造体１０の構成を説明する。図１は第１実施形態に係る消波構造体１０の一例を示す上方からの斜視図である。図２は第１実施形態に係る消波構造体１０の別の例を示す上方からの斜視図である。図３は消波構造体１０を通過する波の様子を説明するための図である。

消波構造体１０は、汀線Ｓに沿って一列に並ぶように配置された複数の角柱状のブロック２０を備えている。各ブロック２０はコンクリートブロックまたはコンクリートケーソンから成り、その大きさは略統一されている。図１，２に示されるように、各ブロック２０は、底面が略菱形である四角柱であってもよいし、底面が略二等辺三角形である三角柱でもよい。なお、図１，２ではブロック２０の一部が水面から出ているが、ブロック２０はその全体が水中に沈められた状態で設置されてもよい。

各ブロック２０は、隣り合う２側面が鋭角を成す先端部を二つ有している。各ブロック２０は、一方の先端部が沖に向かって突き出るとともに他方の先端部が岸に向かって突き出るように、汀線Ｓから所定の距離だけ離れた沖合に設けられる。したがって、各ブロック２０は、沖に向かって先細るように形成された三角柱（第１の部分２１）と、岸に向かって先細るように形成された三角柱（第２の部分２２）とが一体化されたものであるといえる。

複数のブロック２０は一定の間隔を置いて配置されるので、隣接する二つのブロック２０の間には、沖側と岸側とを結ぶ水路が形成される。すなわち、隣り合う一対のブロック２０により水路が形成される。対を成す二つのブロック２０を第１のブロック２０ａ及び第２のブロック２０ｂとすると、図３に示されるように、第１のブロック２０ａの壁面２３と第２のブロック２０ｂの壁面２３との双方は、水路の幅を端部から中央部にかけて次第に狭くするように形成されている。すなわち、水路の幅は、沖から岸に向かって進むにつれて一旦次第に狭まり、その後は次第に広がることとなる。消波構造体１０が３個以上のブロック２０から成る場合には複数の水路が形成されるが、この場合には、各水路が図３に示されるように形成される。

このように、従来の消波構造体のように津波や高波を堤防の面で受けるのではなく、波の抗力を受けない複数のブロック２０を適切な間隔で配置して水路を形成すると、次のような理由により波を静穏化することができる。すなわち、図３の矢印で示すように、一対のブロック２０により形成された水路を波が流れると、一方のブロック２０の壁面（第１のブロック２０ａの壁面）２３で反射した波と、他方のブロック２０の壁面（第２のブロック２０ｂの壁面）２３で反射した波とが干渉し合う。そして、この干渉による相殺効果により波のエネルギーが低減する。波が水路を通る間にこのような反射、干渉、及び相殺という一連の現象が繰り返し発生するので、水路を通る波の強さは岸に近づくにつれて弱くなる。なお、図３では、波が弱まる様子を矢印の大きさ及び太さで表現している。このように、波を堰き止めようとするのではなく、波同士の干渉により波を弱めることで、津波や高波が陸域に及ぼす影響を低減することができる。

このような効果はブロック２０の高さの分の波に対して認めることができるので、ブロック２０が完全に沈んだ状態で設置されている場合でも、上記の効果を得ることができる。したがって、本実施形態の消波構造体は、防波堤として用いるだけでなく、ケーソン等にかかる水圧を減ずる目的で用いることも可能である。

このような効果を、図４〜６に示す数値実験のモデル及び結果を参照しながら説明する。図４は数値実験のモデルを示す図である。図５，６はそれぞれ、そのモデルでの計算結果を二次元的、三次元的に示す図である。

図４に示すＸ軸は汀線に沿って延びる軸であり、Ｙ軸は岸から沖に向かう方向に延びる軸である。計算領域のＸ軸に沿った長さはＷ（ｍ）であり、Ｙ軸に沿った長さはＷ＋Ｗ´（ｍ）であり、水深は１．０ｍである。

消波構造体１０のモデルは、図２，３に示されるような一対の三角柱状のブロック２０から成る。各ブロック２０の底面は二等辺三角形であり、Ｙ軸方向に沿った長さはＬ（ｍ）であり、この長さは、想定する津波又は高波の波長に依存する。第１の部分２１の頂部及び第２の部分２２の頂部に相当する各ブロック２０の先端部の角度θは５度である。ここで、Ｗ＝Ｗ´＝３Ｌの関係があるが、図４では、消波構造体１０をクローズアップするために、長さＷ及びＷ´を実際よりも短く表現している。水路の長さはブロックの長さと同じなのでＬ（ｍ）であり、水路の両端の幅（水路の最大幅）ＤはＬ／４（ｍ）である。

各ブロック２０の境界Γ_ｏｂｊを流速ｕ＝０の反射境界とし、Ｘ軸に沿った流入境界Γ_ｉｎにおいて、フルード数Ｆｒに対応する流速を与える。フルード数Ｆｒは、圧縮性流体の超音速流れに対応する１．２に設定し、射流になる流速を流入境界Γ_ｉｎにおいて与える。Ｙ軸に沿ったモデルの境界Γ_ｓではスリップ境界条件を付与し、汀線に相当する境界Γ_ｏｕｔでは無反射境界条件を付与する。

以上のような条件下で、津波が流入境界Γ_ｉｎから段波として岸に向かって押し寄せ消波構造体１０（一対のブロック２０の間）を通過する状況を算出した。その結果、図５，６に示されるように、波が消波構造体１０を通過した直後の水位（波高）が大幅に減少することがわかった。具体的には、波の高さが２〜３ｍから１．１ｍ程度にまで下がった。このことから、本実施形態における消波構造体１０の有効性を確認できる。なお、図６では消波構造体１０の表示が省略されている。

数値実験から、水路の両端の幅ＤはＬ／４（ｍ）に限定されずＬ／２（ｍ）以下であってもよいことがわかった。また、ブロック２０の先端部の角度θが１０度以下の場合に、波の干渉によって波を効果的に弱めることができ、その角度θが５〜６度の範囲にある場合により効果的に波を弱めることができた。ブロック２０の底面が菱形である場合には、第１の部分２１の頂部及び第２の部分２２の頂部の角度θを２０度以下に設定するか、あるいは１０〜１２度の範囲に設定すればよい。

角度θが大きい場合には、ブロック２０の沖側の面で反射した波が、ブロック２０の中央の頂点（水路の中央）よりも沖側の位置で再度反射してしまうため、ブロック２０の中央付近で波同士を干渉させることができず、結果的にブロック２０の岸側の先端部付近で波を効率的に相殺できなくなる。また、ブロック２０にかかる波による水圧が大きくなるという問題がある。一方、角度θが小さすぎる場合には、波の反射量が少なくなるため干渉し合う波の量も少なくなり、その結果、波を効果的に相殺することができない。したがって、波の干渉による相殺効果に着目した場合には、上記のように角度θを設定すると波を効果的に弱めることができる。

なお、上記の数値実験における値θ，Ｌ，Ｄは、下記の式（１）と関係する可能性がある。

式（１）は、水面をＸＹ平面とし深さ方向をＺ軸とするＸＹＺ座標系の空間領域Ωにおいて、Ｚ軸方向の水深ηと、ＸＹ平面における水深平均流速ｕ＝（ｕ，ｖ）とが未知である浅水長波方程式である。ここで、ｇ＝９．８１ｍ／ｓ^２は重力加速度であり、ξは海底起伏（Ｚ＝ξにおいて∂ξ／∂ｔ＝０）であり、Ｔ＞０は時間である。上記式（１）における第１式は運動方程式であり、第２式は連続式である。Ｚ＝０の位置から水面までの高さ（全水位）Ｈは、Ｈ＝η＋ξで表される。なお、問題を簡潔にするために、上記式（１）を考察する際には海底摩擦、乱流粘性、及びコリオリ力を無視する。

フルード数Ｆｒは、下記式で示される速度Ｕ及び波速ｃを用いて、Ｆｒ＝Ｕ／ｃと定義される。

浅水長波流れにおけるフルード数Ｆｒが、圧縮性流体流れの音速に対して定義されるマッハ数Ｍに対応することから、これら二つの流れ問題には類似性がある。すなわち、圧縮性流体においてマッハ数が１．２≒１．２５＜Ｍ＜５であるときの流れは超音速流と呼ばれるが、このときには、すべての流れ場で流速が音速を超え、衝撃波が流れ場全域に発生する。一方、津波の波圧が最大となるフルード数Ｆｒは１．５程度（この状態を射流という）になる。したがって、超音速流れと、浅水長波流れによって表される津波との間には、共通した流れの構造があることが推察される。

図７は、図４の数値実験のモデルのうち、各ブロック２０によって形成される水路部分を拡大した図である。図７に示されるように、対を成す二つのブロック２０（第１のブロック２０ａ及び第２のブロック２０ｂ）の第１の部分２１の壁面２３１は漏斗形状を呈しており、狭窄部２５を成している。このため、第１のブロック２０ａの第１の部分２１及び第２のブロック２０ｂの第１の部分２１の間に形成される水路Ｃは、沖から岸に向かうにつれて狭くなっている。

流体力学によれば、この水路Ｃに孤立波を沖から岸に向けて流した場合、水路Ｃを流れる水の流量は保存される。このため、狭窄部２５において流速が増加し、狭窄部２５を通過した水の流量は、水路Ｃに流入した水の流量から変化しない、すなわち反射して水路Ｃを逆流する波は発生しないと考えられる。なお、半無限長の波長を有するステップ性の波（段波）は、非常に長い波長を有するインパルス性の波（孤立波）とみなすことができるので、以下の説明では孤立波を用いる。

ここで、発明者らは、孤立波の流れのシミュレーション及び水槽実験を行った。このシミュレーション及び水槽実験は、断面水槽側面には流速のスリップ境界条件、水槽上流側には流入境界条件、水槽下流側には自由流出境界条件を与えることにより行った。また、水槽実験では造波装置を用い、造波装置により所望の孤立波を生成した。シミュレーションでは、造波装置によって生成された孤立波が有する波高及び流速分布を、初期の波高及び流速分布として用いた。なお、孤立波の波高は１ｃｍ、水槽の全長は１８．５ｍ、水槽の幅Ｄは３０ｃｍ、水深は２０ｃｍである。また、対を成す二つのブロック２０は水槽の長さ方向の中心に位置し、ブロック２０の長さＬは２０ｃｍ、ブロック２０の狭窄部２５における長さｄは１０ｃｍ、ブロック２０の先端部の角度θは４５度である。

図８は、水路Ｃに流入する孤立波の流れのシミュレーション結果を三次元的に示す図である。図９の（ａ）は水路Ｃに流入する孤立波の流れのシミュレーション結果を二次元的に示す図、（ｂ）は水路Ｃに流入する孤立波の流れの水槽実験結果を二次元的に示す図である。なお、図９において、横軸ｔは初期条件を基準（ｔ＝０秒）とした経過時間を示し、縦軸ηは水位を示している。また、ｘ軸は、対を成す二つのブロック２０の中心線に沿って延び、水槽の上流側壁面（造波装置面）がｘ＝０であり、下流側が正である。すなわち、図９は、水槽の上流側壁面からｘ＝３．０ｍ、ｘ＝６．０ｍ、ｘ＝１３．０ｍの位置での時間波形を示している。

図８及び図９に示されるように、水路Ｃに孤立波（入射波）が流入すると、狭窄部２５を通過した透過波においては、波高が減衰し、波のエネルギーも減衰することが判明した。さらに、水路Ｃに流入した孤立波の一部は、反射されて沖側に遡っていくことが判明した。この反射波は、負（negative）の波高を有し、入射波に対して逆位相となる。

次に、図１０及び図１１を用いて、発明者らが発見したこの現象を理論的に説明する。図１０は、波の入射方向に対して垂直な面を有する壁による反射のシミュレーション結果を三次元的に示す図である。図１１は、波の入射方向に対して水路幅を狭窄した形状を有する壁による反射のシミュレーション結果を三次元的に示す図である。なお、ここでは、波の表面張力、乱流粘性及び摩擦は無視できるものと仮定する。この仮定は、ブシネスク（Boussinesq）方程式の第一次近似解においても成立する。

図１０の（ａ）に示されるように、一定の水深を有する水路において、正の波高を有する孤立波が入射波として入射する。そして、図１０の（ｂ），（ｃ）に示されるように、波の入射方向に対して垂直な壁面を有する垂直壁に入射波が衝突すると、入射波が壁面上を垂直に駆け上がる。このとき、線形理論によれば、壁面上では入射波の波高の２倍の波高を有する孤立波となる。そして、図１０の（ｄ）に示されるように、波の入射方向と逆方向に進行する反射波が生じる。流体の連続式によれば、波のエネルギーフラックスは保存されるので、反射波は、入射波と同じ性質と正の波高とを有する孤立波である。

一方、図１１の（ａ）に示されるように、波の入射方向に対して水路幅を急激に狭窄した形状を有する壁に孤立波が入射波として入射する。この壁は、波の進行方向に対して例えば３０度程度の角度で傾斜する２つの壁面を有している。この２つの壁面は、波の入射方向に凸のＶ字の断面形状を成している。そして、図１１の（ｂ）に示されるように、入射波は壁面に衝突する。このとき、壁面に衝突した入射波は、エネルギーフラックスの集中によって加速度が増大するので、壁面上における入射波の波高は、図１０の（ｃ）に示された垂直壁の壁面上の波高よりも過度（excessive）に上昇する。

図１１の（ｃ），（ｄ）に示されるように、砕波が発生しなければ、波のエネルギーフラックスは完全に保存されるので、結果的に生じる反射波の一部は、平均水面位置よりも低い負（negative）の波高を有する逆位相の孤立波となる。なお、この負の波高を含む反射波は、２つの壁面が成す角度が一定の角度（例えば６０度程度）以下の鋭角であれば、孤立波の非線形性及び分散性とは関係なく生じる。しかしながら、２つの壁面が成す角度は上記角度以下である必要はなく、２つの壁面が沖から岸に向かうにつれて互いの距離が狭くなっていればよい。

このように、流体の運動エネルギー及び位置エネルギーを含む全エネルギーは保存される。消波構造体１０の狭窄部２５において、水路Ｃに流入した入射波のエネルギーフラックスが集中し、波高が過度に上昇すると、位置エネルギーが過度に大きくなる。この位置エネルギーの増大に対し、負の運動エネルギー及び位置エネルギーを生じることにより、全エネルギーが保存される。そして、負の運動エネルギー及び位置エネルギーが、負の波高を有する逆位相の反射波となる。また、反射波が生じたことによって、透過波の波高は減衰する。なお、孤立波の数値シミュレーション結果と水槽実験の結果とは極めてよく一致していることから、本論が実証的に成立しているといえる。

図１２は、消波構造体１０の開口比に対する透過波（減衰波）のエネルギーフラックスの線形減衰を示す図である。ここで、開口比とは、水路Ｃの最小幅Ｄ−２ｄと水路Ｃの最大幅Ｄとの比（水路Ｃの最大幅Ｄに対する水路Ｃの最小幅Ｄ−２ｄの割合）を意味する。すなわち、第１のブロック２０ａの第１の部分２１の壁面２３１と第２のブロック２０ｂの第１の部分２１の壁面２３１との最大距離が水路Ｃの最大幅Ｄに相当し、第１のブロック２０ａの第１の部分２１の壁面２３１と第２のブロック２０ｂの第１の部分２１の壁面２３１との最小距離が水路Ｃの最小幅Ｄ−２ｄに相当する。グラフＧ_０〜グラフＧ_７はそれぞれ、消波構造体１０の開口比が１／１、１／１．５、１／２、１／３、１／４、１／５、１／６及び１／７の場合の透過波のエネルギーフラックスを示す図である。

図１２に示されるように、消波構造体１０の開口比が１／１の場合、透過（減衰）率κは１である。消波構造体１０の開口比が１／１．５の場合、透過率κは０．９程度である。消波構造体１０の開口比が１／２の場合、透過率κは０．７５程度である。消波構造体１０の開口比が１／３の場合、透過率κは０．７程度である。消波構造体１０の開口比が１／４の場合、透過率κは０．６５程度である。消波構造体１０の開口比が１／５の場合、透過率κは０．６３程度である。消波構造体１０の開口比が１／６の場合、透過率κは０．６程度である。消波構造体１０の開口比が１／７の場合、透過率κは０．５程度である。なお、沖側への反射率は、１−κで表される。

このように、消波構造体１０の開口比に対する透過波のエネルギーフラックスは、線形減衰関係にあることが分かる。すなわち、エネルギーフラックスは透過波の波高の２乗に相当するので、開口比の平方根に比例して透過波は減衰する。さらに、対を成す二つのブロック２０の間隔を無限小に狭めることにより、理論上は波を透過させながら波を完全に反射させることができる。

以上のように、消波構造体１０では、互いに隣り合うブロック２０の壁面２３１は、沖から岸に向かうにつれて互いの距離が狭くなっている。このため、負の波高を有する反射波を生じさせるとともに、透過波の波高を小さくすることができる。その結果、波を堰き止めることなく、特有の反射現象によって透過波を減衰させることが可能となる。

本実施形態では、上記のような消波効果に加えて、水（例えば海水）をよりスムーズに循環させることができるという効果も得られる。消波構造体１０を用いた場合には、沖側の水と岸側の水は二つのブロック２０の間の水路を通ることができ、且つ、各ブロック２０は汀線Ｓに沿って延びる面（波に抗する面）を持たない。したがって、堤防の面で波を受ける従来型の防波堤を用いる場合よりも、沖側と岸側との間で水をスムーズに循環させることができる。

上述の効果は、消波構造体１０のサイズに依存せず有効である。また、図１及び図２に示されるように、各ブロック２０は、海底に固定されている。このため、津波及び高波に応じた適切な配置と、コストも考慮した構造物としての耐久性と、を満たせば、あらゆる海岸、港湾及び重要拠点などを津波から守ることができる。

図１３は、消波構造体１０の別の例を示す平面図である。図１３の（ａ）に示されるように、各ブロック２０は、沖に向かって凸のＶ字状の底面（頂面）を有する柱状部材であってもよい。この例では、各ブロック２０は、沖に対向する壁面２３１を有する。この壁面２３１は沖から岸に向かう方向に対して傾斜している。互いに隣り合うブロック２０の壁面２３１は、沖から岸に向かうにつれて互いの距離が狭くなっており、狭窄部２５を成している。

図１３の（ｂ）に示されるように、各ブロック２０は、略六角形の底面（頂面）を有する六角柱であってもよい。この例では、各ブロック２０は、沖に対向する隣り合う２つの壁面２３１と、岸に対向する隣り合う２つの壁面２３２と、沖から岸に向かう方向に沿って設けられた２つの壁面２３３と、を有する。壁面２３１は沖から岸に向かう方向に対して傾斜しており、２つの壁面２３１は鋭角を成して接続されている。壁面２３２は沖から岸に向かう方向に対して傾斜しており、２つの壁面２３２は鋭角を成して接続されている。壁面２３３は壁面２３１と壁面２３２との間に設けられており、２つの壁面２３３は互いに対向している。

したがって、各ブロック２０は、沖に向かって先細るように形成された三角柱（第１の部分２１）と、岸に向かって先細るように形成された三角柱（第２の部分２２）と、第１の部分２１と第２の部分２２との間に設けられた四角柱とが一体化されたものといえる。互いに隣り合うブロック２０の壁面２３１は、沖から岸に向かうにつれて互いの距離が狭くなっており、狭窄部２５を成している。

図１３の（ｃ）に示されるように、各ブロック２０は、沖から岸に向かう方向と交差する方向に凸の曲線と、同方向と反対の方向に凸の曲線とによって囲まれる底面（頂面）を有する柱状部材であってもよい。この例では、各ブロック２０は、隣り合うブロック２０に向かって湾曲している壁面２３と、隣り合う他のブロック２０に向かって湾曲している壁面２３と、を有する。この壁面２３は流線形であって、沖側の壁面２３１と岸側の壁面２３２とが滑らかに接続されてなる。

隣り合うブロック２０に向かって湾曲している壁面２３の壁面２３１と、隣り合う他のブロック２０に向かって湾曲している壁面２３の壁面２３１とは、沖に向かって鋭角を成して接続されている。また、隣り合うブロック２０に向かって湾曲している壁面２３の壁面２３２と、隣り合う他のブロック２０に向かって湾曲している壁面２３の壁面２３２とは、岸に向かって鋭角を成して接続されている。互いに隣り合うブロック２０の壁面２３１は、沖から岸に向かうにつれて互いの距離が狭くなっており、狭窄部２５を成している。

以上の図１３の消波構造体１０によっても、上述した第１実施形態の消波構造体１０と同様の効果が奏される。このように、上述の反射現象に着目した場合には、複数のブロック２０の壁面２３１は、互いに隣り合うブロック２０の壁面２３１は、沖から岸に向かうにつれて互いの距離が狭くなるように構成されていればよく、ブロック２０の他の部分の形状は限定されない。また、ブロック２０の壁面２３１は、流線形であってもよい。この場合、波によってブロック２０にかかる抗力（圧力）を低減できる。

［第２実施形態］
図１４は、第２実施形態に係る消波構造体の一例を示す平面図である。図１４に示されるように、消波構造体１０Ａは、汀線Ｓに沿って複数列に並ぶように配置された複数のブロック２０を備えている点において、上述した第１実施形態の消波構造体１０と相違している。

すなわち、図１４の例では、複数のブロック２０は、汀線Ｓに沿って第１の列を成すブロック２０の第１グループＧ１と、汀線Ｓに沿って第２の列を成すブロック２０の第２グループＧ２と、汀線Ｓに沿って第３の列を成すブロック２０の第３グループＧ３と、に分類される。第１グループＧ１、第２グループＧ２及び第３グループＧ３は、その順に沖側から配列されている。なお、３列に限定されず、２列でもよく、４列以上であってもよい。また、図１４の例では、互いに隣り合う２つのグループのうち一方のグループに属する１つのブロック２０と、他方のグループに属する１つのブロック２０とが、沖から岸に向かう方向に沿って所定の間隔で配列されている。

各グループに属する複数のブロック２０は一定の間隔を置いて配置されるので、グループ内において互いに隣り合う２つのブロック２０の間には、沖側と岸側とを結ぶ水路Ｃが形成される。さらに、互いに隣り合う２つのグループに属するブロック２０は、沖から岸に向かう方向に沿って一定の間隔を置いて配置されるので、互いに隣り合う２つのグループにおいて形成された水路Ｃは、沖から岸に向かう方向に沿って連なっている。

次に、図１５及び図１６を用いて、消波構造体１０Ａの消波効果を説明する。図１５は、水槽実験に用いた消波構造体１０Ａを示す平面図である。図１６は、汀線Ｓに沿った方向から図１５の消波構造体１０Ａを見た図であって、水槽実験における水位の変化を時系列的に示す模式図である。図１５及び図１６では、右側が沖である。図１５に示されるように、水槽実験に用いた消波構造体１０Ａは、複数のブロック２０と、複数のブロック３０と、を備えている。ブロック２０は、沖から岸に向かう方向に沿った長さＬの底辺を含む三角形の底面を有する。ブロック３０は、沖から岸に向かう方向に沿った長さＬ／２の一対の辺を含む四角形の底面を有する。この消波構造体１０Ａでは、沖から岸に向けて、一対のブロック２０、一対のブロック２０、一対のブロック３０及び一対のブロック３０が、その順にＬ／２の間隔で配置されている。

まず、図１６の（ａ）に示されるように、この消波構造体１０Ａに孤立波が入射する。そして、図１６の（ｂ）に示されるように、孤立波が第１グループＧ１のブロック２０を通過することにより、第１グループＧ１のブロック２０の後方に透過波が生じ、第１グループＧ１のブロック２０の前方に反射波が生じていることが分かる。この透過波の波高は入射波の波高よりも小さく、孤立波は減衰していることが分かる。

次に、図１６の（ｃ）に示されるように、第１グループＧ１のブロック２０を通過した透過波が第２グループＧ２のブロック２０を通過することにより、第２グループＧ２のブロック２０の後方に透過波が生じ、第２グループＧ２のブロック２０の前方に反射波が生じていることが分かる。この透過波の波高は第１グループＧ１のブロック２０を通過した透過波の波高よりも小さく、孤立波はさらに減衰していることが分かる。

次に、図１６の（ｄ）に示されるように、第２グループＧ２のブロック２０を通過した透過波が第３グループＧ３のブロック３０を通過することにより、第３グループＧ３のブロック３０の後方に透過波が生じ、第３グループＧ３のブロック３０の前方に反射波が生じていることが分かる。この透過波の波高は第２グループＧ２のブロック２０を通過した透過波の波高よりも小さく、孤立波はさらに減衰していることが分かる。

次に、図１６の（ｅ）に示されるように、第３グループＧ３のブロック３０を通過した透過波が第４グループＧ４のブロック３０を通過することにより、第４グループＧ４のブロック３０の後方に透過波が生じ、第４グループＧ４のブロック３０の前方に大きな反射波が生じていることが分かる。この透過波の波高は第３グループＧ３のブロック３０を通過した透過波の波高よりも小さく、消波構造体１０Ａに入射した孤立波の波高の１０％程度にまで大きく減衰していることが分かる。そして、図１６の（ｆ）に示されるように、孤立波が消波構造体１０Ａを通過した後であっても、岸側の水面の変化は小さいことが分かる。このように、消波構造体１０Ａを通過した透過波は、大きく消波される。

以上の消波構造体１０Ａによっても、上述した第１実施形態の消波構造体１０と同様の効果が奏される。さらに、消波構造体１０Ａでは、汀線Ｓに沿った複数列（ｎ列）にそれぞれ配置された一対のブロック２０を有する。この消波構造体１０Ａの透過（消波）率κは、第１グループＧ１のブロック２０による透過率κ_１、第２グループＧ２のブロック２０による透過率κ_２、・・・、第ｎグループＧｎのブロック２０による透過率κ_ｎの積で表される。
κ=κ₁×κ₂×…×κ_n…(2)

例えば、一対のブロック２０の透過率が０．６で、この一対のブロック２０を４列配置した場合、消波構造体１０Ａの透過率κは、０．１３（＝０．６^４）となる。このため、消波構造体１０Ａによって、入射波の波高は１０％程度に減衰される。

図１７は、消波構造体１０Ａの別の例を示す平面図である。図１７に示されるように、隣り合うグループに属するブロック２０は、千鳥状に配置されてもよい。すなわち、互いに隣り合う２つのグループの一方に属する一対のブロック２０の間に、互いに隣り合う２つのグループの他方に属するブロック２０が位置するように配置されてもよい。

以上の図１７の消波構造体１０Ａによっても、上述した第２実施形態の消波構造体１０Ａと同様の効果が奏される。さらに、図１７の消波構造体１０Ａでは、ブロック２０が千鳥状に配置されているので、第２実施形態の消波構造体１０Ａよりも、互いに隣り合う列に配置されたブロック２０とブロック２０との間隔が大きい。このため、波を多方向から入射することができ、津波後の湾内に残存する反射波のように、多方向に進む波に対しても消波効果を得ることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、複数のブロック２０は同一形状を有するが、これに限定されない。互いに隣り合うブロック２０の壁面２３１が、沖から岸に向かうにつれて互いの距離が狭くなるように構成されていればよく、各ブロック２０が異なる形状を有していてもよい。

１０，１０Ａ…消波構造体、２０…ブロック、２０ａ…第１のブロック、２０ｂ…第２のブロック、２１…第１の部分、２２…第２の部分、２３，２３１…壁面。

Claims

汀線に沿って並ぶように配置された複数の柱状のブロックを備え、
前記複数のブロックのうちの隣り合う第１のブロック及び第２のブロックは、沖側と岸側とを結ぶ水路を形成しており、
該水路を形成する該第１のブロックの壁面と該第２のブロックの壁面との距離が、沖側から岸側に向かうにつれ次第に小さくなっている、
消波構造体。
前記第１のブロックの前記壁面及び前記第２のブロックの前記壁面が流線形である、
請求項１に記載の消波構造体。
各ブロックが、沖に向かって先細る第１の部分と、岸に向かって先細る第２の部分と、を有する、
請求項１又は請求項２に記載の消波構造体。
前記第１のブロックの前記壁面と前記第２のブロックの前記壁面との成す角が鋭角である、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の消波構造体。
前記水路の端部における幅が前記水路の長さの１／２以下である、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の消波構造体。
前記ブロックの底面が略二等辺三角形である、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の消波構造体。
前記ブロックの底面が略菱形である、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の消波構造体。
前記複数のブロックは、汀線に沿って複数列に配置されている、
請求項１に記載の消波構造体。
前記第１のブロック及び前記第２のブロックが配置された第１の列と隣り合う第２の列には、第３のブロックが配置されており、
前記第３のブロックは、前記第１のブロックと前記第２のブロックとの間に位置する、
請求項８に記載の消波構造体。