JPH0560006B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、例えば漁港、一般港、海洋に面する
マリーナや原子力発電所等の諸設備を保護する防
波堤の開口海域に、あるいは静穏度の高い人工的
な内海域を形成する海域などに沈設されて用いら
れた場合に好適な新規な構造の可動板型消波用潜
堤に関するものである。

「従来の技術とその問題点」 近年、景観上の観点から人工リーフ、潜堤など
の没水型海域制御構造物が見直されている。しか
し、これら従来型の没水構造物の場合、一定の防
波効果を得るには、潜堤の天端を水面近くまで持
つてくる必要があり、しかも堤体幅も大きくする
必要があるので、大断面構造物となり、対費用効
果の面からも問題があつた。

ところで、一定の防波（消波）効果を得るため
に必要な、海面から潜堤の天端までの水深並びに
堤体幅等については、波高や波長との間に次のよ
うな相関性があることが知られている。

例えば、第１５図において、潜堤Ｓの天端水深
をＲ、入射波高をHiとした場合、入射波が潜堤
を越えて内側へ侵入してくる度合を示すいわゆる
透過率KTを、0.5以下にするには、堤体幅によつ
ても異なる（堤体幅が大きい程よく消える）が、
Ｒ／Hi＜0.5〜1.5とする必要がある。したがつ
て、仮に5mの波高の波を消すには、Ｒ＝2.5〜
7.5m、すなわち水深ｈ＝20とすると、水深の約
60〜90％までを潜堤で埋める必要があることにな
る。そうした場合、潜堤本来の重要な機能である
天端上の水深Ｒを確保する上で大きな問題が生じ
る。

一方、堤体幅をＢ、入射波長をＬとした場合、
Ｂ／Ｌ＞0.5とすることが必要であり、これ以下
では波はほとんど透過してしまう。したがつて、
大きな波高の波（＝波長も長い）を消すには、堤
体幅も大きくする必要がある。なお、通常の設計
波は波長50〜150m程度を基準にしている。

「発明の目的」 そこで、本発明は、上記したような種々の問題
点を持つ従来型の潜堤を根本的に改良し、本来的
に潜堤に要求される機能、即ち、潜堤の天端上の
水深の確保と消波効率並びに堤体幅などとの関係
においていずれの点も改善でき、しかも小断面構
造物となつて、対費用効果の面でも改善できる新
規な構造の可動板型消波用潜堤を提供することを
目的としている。

「問題点を解決するための手段」 本発明による可動板型消波用潜堤は、水面下に
位置し、波による水面の変化に応答して上下動可
能に配置された可動板と、この可動板を定位置に
戻すための復元力を与えるばね系と、前記可動板
の上下運動に伴つて波のエネルギー損失を生じさ
せる減衰機構とを備えた構成としている。

「作用」 波による水面の変化、即ち、入射・散乱波等に
よる波力を受けた可動板は、ばね系の作用により
波の周期に応じた上下往復運動をする。そしてそ
の運動に伴つて放射波が可動板より発生する。そ
の放射波は、水面に達して表面波となるときに、
入射・散乱波と位相差を持つことになる。そし
て、入射・散乱波と放射波が重合し、この結果、
透過側で入射・散乱波の峰と放射波の谷が重なつ
て互いに打ち消しあう。また、入射波が持つてい
たエネルギーの一部は、減衰機構のする仕事に消
費され、全体として波のエネルギーが減少する。

「実施例」 まず、本発明の理解の便宜のために、本発明に
至る経緯について説明し、その後、本発明の具体
的実施例の説明に移行する。

本発明の発明者等は、前述した潜堤の問題点を
解決するために、既に、可撓性膜を利用した袋体
による潜堤（人工礁）（特願昭60−280790号（特
開昭62−141209号公報））を発明し、これに提案
した。この発明は、膜にすることで、大断面の構
造物が安価にできること、海洋レジヤー等に対す
る安全性が高いことなどに着目したもので、この
水理性能の確認や解析のために、造波水槽を用い
て模型実験を行つた。

ところが、第１５図及び第１６図に示すよう
に、比較のために行つた不動（剛体）型潜堤の場
合の実験ではほとんど波が透過してしまうが（透
過率KT＝１）、同じ形状で袋体のような可撓性
にすると逆に透過率が下がる場合があるという全
く予期せぬ結果を得た。しかも図から分かるよう
に天端水深Ｒと入射波高Hiとの比Ｒ／Hiが大き
い、換言すれば相対的に天端水深Ｒが大きい方が
透過率が低いという従来の潜堤に関する知識から
は想像できない結果を得た。また、図による説明
は省略するが、砕波しないのにかなりのエネルギ
ー損失が生じていることもわかつた。これは極め
て重要な研究成果であり、言わば、没水率（天端
水深Ｒと水深ｈとの比）が大きくても波のエネル
ギーを消費させ、透過率を下げることが可能であ
るということを意味している。

このメカニズムを解明することができれば、よ
り経済的な波浪制御構造物を開発することが可能
となる。図に示す結果の他にも、膜の質量あるい
は内部圧力を変えると特性が大きく変化する等の
結果も得ているが、これらの結果を総合的に検討
した結果、このメカニズムとして次のような仮説
を立てた。

(i) 膜構造物が一種の振動系になつており、膜の
質量あるいは内部圧力を変えることは固有周期
を変えることに等しい。そして膜が振動するこ
とが重要で、振動で生じるradiation wave（放
射波）と入射・散乱波との位相差により透過率
が下がる。

(ii) 砕波しない場合の波のエネルギー損失は、振
動系として膜が持つ減衰機構（ダンパー）のす
る仕事によつて生じる。

そして、この仮説を確かめるためには、第１図
に示すような単純化したモデルにより理論的に検
討するのが最も良いとの結論に達した。

以上が本発明の研究を始めた動機であるが、実
際に理論を構築して計算してみると、上の仮説が
検証されたのみならず、以下に述べるように、こ
の単純化モデル自体が極めて良好な性能を持つこ
とが明らかとなつた。そこでこれを可動板型消波
用潜堤と名付け、本発明提案に至つた。

以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的
に説明する。

第１図は本発明の可動板型消波用潜堤を原理的
に表現している概念図であり、次の第２図及び第
３図がその具体的実施例を示す平面図及び縦断面
図である。これら図において、全体として符号１
で示されるものが可動板型消波用潜堤（以下単に
潜堤と称する）であり、従来の潜堤と同様、沈設
すべき海域や港域の海底２に設置される。この実
施例で示す潜堤１は、第２図及び第３図に示すよ
うに、上面が開口した偏平な矩形箱状の枠体３
と、この枠体３の上面開口部を覆う形態で水平
に、かつ、枠体３内で上下動可能に配置された矩
形板状の可動板４と、この可動板４と枠体３との
間に設けられ、前記可動板４を定位置に戻すため
の復元力を与えるばね系５と、同じく可動板４と
枠体３との間に設けられ、前記可動板４の上下動
を抑制するための（即ち上下動に伴つて波のエネ
ルギー損失を生じさせる）減衰機構６とを備えた
構成とされている。

前記枠体３は、海底２の定位置に安定的に設置
できるように海水よりも比重が大きくかつ耐腐食
性のある材料、例えばコンクリートにより形成さ
れており、また、前記可動板４も、やはり耐腐食
性のあるコンクリートあるいは防錆対策の施され
た鋼板等により形成されている。前記ばね系５
は、この実施例ではコイルスプリングにて構成さ
れ、図示のように四隅近くと中間部に間隔をおい
て配設されかつ、可動板４と枠体３の底板との間
に介装されてそれ自体が可動板４を上下動可能に
支持する構成となつている。また、前記減衰機構
６は、オイルダンパーにて構成され、枠体３の底
板及び可動板４を連結する形態で前記ばね系５の
間に間隔をおいて複数個配設されている。

可動板４の周囲には、この可動板４の周囲と枠
体３の内壁との間に形成されている間隙を密閉し
て枠体３内を液密に保ち、かつ、可動板４の上下
動を許容する構成の防水膜７が設けられ、これに
より枠体３の内部には空気室８が形成されてい
る。この防水膜７としては、図示のようにその両
側部をそれぞれ枠体３と可動板４とに固定し、中
間部に余裕を持たせて可動板４の上下動を許容さ
せる構成、あるいは防水膜７自体を伸縮性のある
材料で形成しておく構成などが適用される。

このように構成された可動板型消波用潜堤にあ
つては、可動板４に入射・散乱波による波力が作
用すると、可動板４は波の周期に応じた上下運動
を行うが、可動板４自体は等間隔をおいて配され
た複数のばね系５及び減衰機構６等によつて枠体
３に水平に支持されているので、その上下運動が
円滑に行なわれる。この際、ばね系５は主として
可動板４を定位置に戻すいわゆる復元力を与える
作用を発揮し、減衰機構６は可動板４の上下運動
を抑制する、即ち可動板の上下運動に負荷を与え
る作用を発揮する。なおこのとき、枠体３内に存
在する空気室８には、可動板４の上下運動に基づ
いて内圧変化が生じるので、この空気室３は可動
板４を支持しているばね系５と同様の作用を発揮
することになる。可動板４の上下運動により、可
動板４から放射波が発生してそれが海面に達し、
いわゆる表面波として海面上を広がる。この表面
波、即ち放射波のうち、海面上を透過側（潜堤の
内側海域）へ広がる放射波と、潜堤上を進行して
きた入射・散乱波とは略同一方向へ進行し、かつ
双方の波はそれらの波の発生条件等から進行速度
や周期等は同一となるが、位相差はむしろ異なる
場合が多いので、これにより入射・散乱波の峰と
放射波の谷とが透過側において重なる現象が起こ
り、互いに打ち消しあうことになる。従つて、透
過側における入射・散乱波の波高はその分、小さ
くなる。一方、潜堤上へ進行してきた入射波が持
つていたエネルギーの一部は、主に可動板４を押
し下げるときに減衰機構６のする仕事によつて消
費され、この結果、波のエネルギーそのものが減
少することになる。このように可動板を備えた潜
堤１は、透過側において波高を小さくし、かつ波
のエネルギーそのものをも減少（損失）させると
いう作用を同時に発揮するため、その相乗効果と
して極めて効果的な消波作用を備える構造とな
る。

第４図及び第５図は、本発明の第２実施例を示
すもので、この実施例では、耐海水性の減衰機構
（オイルダンパー）６ａを使用することで空気室
を不要とし、かつ、枠体３の代わりに床板１１を
使用することで簡素化を図つたものである。この
ような構造にした場合、第１実施例のいわゆる密
閉式に比べて保守管理を容易に行える利点があ
る。

第６図ないし第８図は、本発明の第３実施例を
示すもので、この実施例では、可動板４の上下動
を抑制する減衰機構として、第１実施例のように
オイルダンパーを設ける代わりに、枠体３の側壁
部分に複数の透水孔９を設けて、いわゆる流体ダ
ンパーによる減衰機構１０を構成したものであ
る。したがつて、この潜堤の設置状態においては
枠体３内は海水で満たされ、また、可動板４の周
囲と枠体３の内壁との間の間隙も防水膜等で密閉
することなくそのままの状態で、つまり、海水が
出入りできる間隙αが存在する状態に保たれた構
成とされている。

このようにして構成した場合、オイルダンパー
の如く別途製作して取り付ける工程と工費が不要
となるだけでなく、減衰機構１０自体の耐久性を
理論的には半永久的なものにすることができる
他、例えば、複数ある透水孔９のうちのいくつか
を栓体（図示せず）で閉じることにより、減衰機
構１０の減衰率を容易に調節することができる。

（計算例による作用効果の説明） 次に、第１図の概念図、第９図及び第１０図を
参照して計算例による作用効果の裏付けについて
説明する。

第９図は、Ｒ／ｈが0.1および0.9の場合、すな
わち水深のそれぞれ９割および１割まで構造物が
占める場合について、無次元ばね定数（説明省
略）を１および∞としたときの透過率KTをＢ／
Ｌの関数として表し、比較したものである。ここ
で、＝∞は不動を意味している。なお、減衰機
構（ダンパー）は０としている。

この図から、潜堤が不動の場合よりも可動の方
が透過率が低くなることがわかる。また、Ｒ／ｈ
が0.9（破線）の場合、不動潜堤（＝∞）ではす
べてのＢ／Ｌに対し入射波はそのまま透過してし
まうが、可動（＝１）とすると透過率が大幅に
下がり、しかもＢ／Ｌ＜0.5でＲ／ｈ＝0.1（実線）
の場合よりも消波効果が高い。

これは、構造物として極めて有利な性質であ
る。なぜなら、堤体幅が小さく、しかも堤体高が
低いほうが消波効果が高いことを意味しているの
で、経済的に有利であるばかりでなく、船舶など
の航行の障害ならないため、防波堤の開口海域に
沈設することができ、既設の港の静穏度改善も容
易になる。

次に、減衰機構を加えたらどうなるかをＲ／ｈ
＝0.9、＝１の場合を例にとつて示す。第１０
図はそのときのエネルギー損失KL²（＝１−KT²
−KR²，KR：反射率）を示したもので、図中の
Ｃは減衰係数（説明省略）を表している。これか
らわかるように、減衰機構の使用により最大50％
の波エネルギーを消すことができる。全エネルギ
ーの50％をこのように没水率の大きな、換言すれ
ば海底にへばりついているような構造物によつて
消すことができ、しかも第９図に示したように透
過率も下げることができるというのは、極めて画
期的な発明として位置付けすることができるもの
である。

以上計算例で示したように、可動板型波用潜堤
は、従来の潜堤ではほとんど波が透過するような
Ｂ／Ｌが小さい場合や、天端水深が深い場合でも
波の透過を防ぐことができる。また、減衰機構を
使用すれば、砕波や渦が無くても１基あたり最大
50％のエネルギー損失を生じさせることができ
る。しかも、Ｂ／Ｌが小さく天端水深が深いとい
うことは、同時に作用波力も小さいことを意味し
ているので、構造物の安定に対しても有利であ
る。すなわち、小型で経済的な低反射・低透過の
没水型波浪制御構造物を提供することができる。

（従来形潜堤との断面比較） 没水構造物による波浪制御は、2m前後の波高
の波が対象となることが多いと考えられる。第１
３図は、水深ｈ＝20m、入射波高Hi＝2m、入射
波長Ｌ＝100mとした場合に、透過率を0.5以下に
押さえるのに必要な断面を従来型の潜堤と可動板
型潜堤とで比較したものである。ただし、これら
の諸元は、従来型潜堤の場合第１４図ａ，ｂ、可
動板型潜堤の場合第９図より求めている。図から
明らかなように、同じ水理性能を得るのに必要な
断面は、可動板型消波用潜堤の方が圧倒的に小さ
い。

なお、実施例においては、可動板型消波用潜堤
を単独で沈設した場合の構成並びにその水理性能
などについて説明したが、例えばこの潜堤を複数
個並べた構成、あるいは段差を持たせて並べた構
成、さらには一つの潜堤が複数個の可動板を備え
た構成など、沈設すべき海域の状況や目標とする
透過率等との関係において適宜展開できることは
勿論である。なお、この場合に特記すべきこと
は、可動板を複数個とすることによつて単独の場
合最大50％であつたエネルギー損失を第１１図に
示す如く幅広いＢ／Ｌの範囲にわたつてそれ以上
とするとができることである。またそのとき第１
２図に示す如く透過率KTも大きく下がり、単独
の場合よりもさらに防波効果の高い潜堤を構築す
ることが可能である。

また、ばね系や減衰機構なども実施例に限定さ
れることなく、これらと基本的に同様の機能を発
揮するものであれば、他の構成のものを採用して
も良いことは言うまでもない。また、実施例で
は、海域制御用の潜堤として説明しているが、必
要とあらば、例えば波浪対策の必要な湖水域など
にも適用できることは勿論である。

「発明の効果」 以上詳述したように、本発明による可動板型消
波用潜堤は、水面下に位置し、波による水面の変
化に応答して上下動可能に配置された可動板と、
この可動板を定位置に戻すための復元力を与える
ばね系と、前記可動板の上下運動に伴つて波のエ
ネルギー損失を生じさせる減衰機構とを備えた構
成であるから、波力を受けて上下運動をする可動
板が放射波を発生して水面上に広がる表面波を造
り、これが透過側において入射・散乱波等と重合
し互いに打ち消しあう現象を発生させた波高を小
さくする作用効果を発揮し、さらに、入射波が持
つているエネルギーの一部を減衰機構が消費し
て、波のエネルギーそのものを減少させる作用効
果を発揮する。この結果、波の透過率を著しく減
少させ得るという、極めて効率的な消波効果を持
たせることができる。しかも、可動板の存在によ
り、潜堤の天端上の水深が大きくかつ堤体幅が小
さくても大きな消波効果を発揮するので、潜堤の
天端上の水深を深くとることができ、したがつ
て、特に船舶の往来する防波堤の開口海域等に沈
設して用いた場合に好適なものとなり、さらに、
小断面構造となるので対費用効果の面からも改善
できるなど、種々の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１４図ａ，ｂは本発明の実施例
を説明するために示す図であり、第１図は可動板
型消波用潜堤の概念図、第２図及び第３図は本発
明の第１実施例を示す平面図及び縦断面図、第４
図及び第５図は本発明の第２実施例を示す平面図
及び縦断面図、第６図，第７図及び第８図は本発
明の第３実施例を示す平面図、縦断面図及び側面
図、第９図は潜堤が可動と不動の場合の透過率の
比較図、第１０図は減衰機構による波のエネルギ
ー損失を示す曲線図、第１１図は潜堤を複数個並
べた場合の波のエネルギー損失を示す曲線図、第
１２図は同じく潜堤を複数個並べた場合の波の透
過率と反射率を示す曲線図、第１３図は透過率を
0.5以下にするのに必要な潜堤断面の比較図、第
１４図ａ，ｂは潜堤による透過率を示すための側
面図及び曲線図、第１５図及び第１６図は本発明
のきつかけとなつた模型実験の結果を説明するた
めに示したもので、第１５図はモデル図、第１６
図は第１５図に示す膜式及び剛潜堤の透過率に関
する実験値を示す図である。 １……可動板型消波用潜堤、４……可動板、５
……ばね系、６，６ａ，１０……減衰機構、７…
…防水膜、９……透水孔、１１……床板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水面下に位置し、波による水面の変化に応答
   して上下動可能に配置された可動板と、この可動
   板を定位置に戻すための復元力を与えるばね系
   と、前記可動板の上下運動に伴つて波のエネルギ
   ー損失を生じさせる減衰機構とを備えた可動板型
   消波用潜堤。