JPH09125337A

JPH09125337A - サンドポケット式港湾設備

Info

Publication number: JPH09125337A
Application number: JP28752395A
Authority: JP
Inventors: Sumio Imai; 澄雄今井; Kazuhiko Nakahara; 和彦中原
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 1997-05-13
Anticipated expiration: 2015-11-06
Also published as: JP2995713B2

Abstract

(57)【要約】【課題】港湾内に砂成分をシルト成分が分離して堆積さ
せ、港湾の維持浚渫の効率化を図り、経済性に優れたサ
ンドポケット式港湾設備を提供するにある。【解決手段】サンドポケット式港湾設備１０は護岸１１
より海側に突設された主防波堤１２と、この主防波堤１
２に護岸１１沿いに間隔をおいて対設された副防波堤１
３とにより港湾１４を区画形成する。この港湾１４は港
口１５を介して港外に連絡される。港湾１４内に副防波
堤１３に対向して導流堤１６が設置され、この導流堤１
６と副防波堤１３とにより取水路１７が区画形成され
る。取水路１７の入口に潜堤２３が設置され、この潜堤
２３で港湾１４内に流入する土砂のうち、砂成分とシル
ト成分を分離している。分離されたシルト成分は取水路
１７に案内される一方、砂成分はサンドポケット領域２
５に移動され、港湾１４内に堆積される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所や火
力発電所の冷却水取水設備に適した港湾設備に係り、特
に砂成分をシルト成分から分離して堆積可能なサンドポ
ケット式港湾設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所や火力発電所の取水設備に
は、港湾設備を建設し、港奥部の静穏な海域から冷却水
を取水する港湾取水方式と、沖合部に取水塔を構築し、
水路トンネルを通して冷却水を取水するトンネル取水方
式と、両方式を合わせた取水方式がある。一般に港湾取
水方式を採用した場合は、その港湾に船舶の停泊に対し
ての機能を要求される場合が多い。

【０００３】冷却水取水設備として要求される機能に
は、取水ポンプに有害な水面変動を伝達させることな
く、取水ポンプへの流入土砂を抑制させることが求めら
れる。また、港湾取水方式を採用して、港として利用し
た場合、船舶の停泊に対して要求される機能には、船舶
の航路、泊地、資材荷上げ用の物揚場の静穏を確保した
り、港湾内の土砂の堆積を防止して堆積土砂を低減さ
せ、航路の水深確保・維持を図る必要がある。

【０００４】発電所の取水設備として採用される港湾取
水方式とトンネル取水方式との間には、取水形態の相違
に基いて、図１５に示す相違点がある。この相違点に基
き、発電所近傍の港湾施設の使用の有無も評価して港湾
取水方式とするか、トンネル取水方式とするかが判断さ
れる。

【０００５】トンネル取水の場合は、発電所の近傍に港
湾が存在しない場合には、船舶による資材の荷揚げ用港
湾設備が必要となり、発電所の建設に伴ない港湾設備が
建設される。この荷揚げ用港湾設備を別途建設した場合
を考えると、港湾形式の冷却水取水方式が共用できるた
め有利である。この港湾取水方式を備えた既設の港湾設
備１，２に図１５および図１６に示すものがある。この
港湾設備では港湾の港奥部の静穏な海域である取水路開
渠３，４から冷却水が取水されるので、取水ポンプ５に
与える水面動揺（水面変動）を防止し、取水ポンプ５へ
の砂の流入低減を図ることができるメリットがある。さ
らに、図１６および図１７に示す港湾取水方式を採用す
ると、１つの港湾を数基の発電プラントの冷却水取水設
備として共有でき、経済的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１６
および図１７に示す港湾設備を設置し、港湾取水方式に
より冷却水取水を行なう場合、波や取水流により港内へ
土砂が流入し、長期間それを放置すると、その土砂が取
水ポンプに流入したり、航路水深が確保できなくなるた
め、堆積した土砂の浚渫を行なう必要がある。トンネル
取水方式を採用した場合には、取水トンネル出口等に沈
砂池を設置し、取水ポンプに流入する土砂を除去してい
る。このため沈砂池内の浚渫が必要となる。

【０００７】また、冷却水取水設備の港湾設備１，２内
に堆積する土砂は、その粒径の違いにより粒径の小さな
（ほぼ７５μ以下）シルトと粒径の大きな（ほぼ７５μ
以上）の砂とに大きく分けられる。シルト成分と砂成分
とは港湾内で堆積領域が異なる。

【０００８】一般取水港湾では、粒径の大きな砂は沈降
速度が大きいことから、波浪で巻き上げられた砂が海浜
流や取水流によって港湾内に流入し、港口付近に堆積
し、また、シルトは粒径の小さな微粒子であるため沈降
速度が小さく、取水流とともに流入し、静穏度の高い領
域、例えば防波堤の背面側に堆積する傾向がある。

【０００９】トンネル取水方式を採用した冷却水取水設
備では、沈砂池に砂成分が主に堆積し、シルト成分は沈
砂池の壁面側に堆積する傾向がある。

【００１０】一方、港湾内に堆積した土砂のうち、粒径
の大きな砂成分に関しては、建設地の埋戻し材やコンク
リートの細骨材等に有効で再利用が可能であるため、再
利用に供される。再利用に供するために浚渫土の収容・
処理が積極的に行なわれる。

【００１１】シルト成分に関しては、微粒子で粒径が小
さく、含水比が高く、高含水時に過剰流動性を有するた
め、発電所内の沈澱池等に収容して含水比を下げる必要
がある。しかし、シルト成分は脱水しても、粒径が小さ
すぎるため、有効な再利用先が発見されておらず、脱水
後の再利用も困難であるため、発電所の敷地内に収容し
ているのが現状である。発電所内でのシルト成分の収容
量も年々増大している。

【００１２】また、実際、港湾や沈砂池内には、砂成分
とシルト成分が完全に分離して堆積されておらず、砂成
分とシルト成分は混合して堆積される。このため、維持
浚渫時には砂とシルトを同時に浚渫させる結果となり、
浚渫された砂とシルトの含有率から再利用方法が決定さ
れる。

【００１３】将来の浚渫計画を考慮すると、砂成分とシ
ルト成分とを分離して堆積させ、港湾の維持浚渫を効率
よく行なうことが、砂成分の再利用を考慮した運用上の
メリットがあり、経済的であると思料される。

【００１４】両取水設備の工事設備を比較すると、原子
力発電所あるいは火力発電所の冷却水取水設備として、
将来建設される発電所プラントと共有で利用して、荷役
作業でも利用することを考えると港湾取水方式がメリッ
トがあると思料されるが、この港湾取水方式の採用を決
定した場合にも、港湾の維持浚渫を将来にわたって効率
よく実施するために、１つの港湾設備に如何なる冷却水
取水構造や、砂成分とシルト成分の分離堆積構造を採用
したらよいか問題になっている。

【００１５】本発明は、上述した事情を考慮してなさせ
たもので、砂成分をシルト成分から分離して堆積させ、
港湾の維持浚渫の効率化を図り、経済性に優れたサンド
ポケット式港湾設備を提供することを主な目的とする。

【００１６】本発明の他の目的は、港湾内への流入土砂
のうち、再利用可能な粒径の大きな砂成分を主に堆積さ
せ、シルト成分は取水路側に案内して浚渫量を減少さ
せ、浚渫計画の立案・管理が容易でランニングコストの
軽減が図れるサンドポケット式港湾設備を提供するにあ
る。

【００１７】本発明のさらに他の目的は、シルト成分を
分離した砂成分を港奥部に堆積させ、砂の浚渫を港口よ
り静穏な水域で行なうことができ、浚渫作業の効率化・
能率化を容易に図ることができるサンドポケット式港湾
設備を提供するにある。

【００１８】本発明の別の目的は、既設の発電所に追設
でき、荷揚げ可能な別の港湾設備が存在する場合、港湾
内を砂の収容場所として運用でき、維持浚渫開始時期を
遅らせたり、時期調整が容易なサンドポケット式港湾設
備を提供するにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るサンドポ
ケット式港湾設備においては、上述した課題を解決する
ために、護岸より海側に突設された主防波堤と、この主
防波堤に護岸沿いに間隔をおいて対設された副防波堤
と、両防波堤により区画され、港口を介して港外に連絡
される港湾と、この港湾内に副防波堤に対向して設置さ
れ、取水路を区画形成する導流堤と、上記取水路の入口
に設置され、シルト成分を砂成分から分離させて取水路
に案内可能な潜堤とを有し、前記港湾内に砂成分をシル
ト成分から分離して堆積させるサンドポケット領域を形
成したものである。

【００２０】請求項２に係るサンドポケット式港湾設備
においては、上述した課題を解決するために、潜堤は取
水路の入口を横断して設けられ、上記潜堤と主防波堤の
先端を結んだ方向が主波方向とほぼ一致するように構成
し、潜堤の前面側に港口から港奥にかけて港口から流入
した砂が波の力によりシートフロー状態を生じてサンド
ポケット領域に砂を運ぶフラッシュ流を生じさせるフラ
ッシュ流領域を形成したものである。

【００２１】請求項３に係るサンドポケット式港湾設備
においては、上述した課題を解決するために、主防波堤
は護岸から海側に延びる基部と波浪を主に受ける先端側
の防波部とがほぼくの字状あるいは逆くの字状に形成さ
れ、副防波堤は基部と先端側の防波部が逆くの字状ある
いはくの字状に形成され、両防波堤の先端部間に形成さ
れる港口が主波方向に交差する方向を向くように開口さ
れたものである。

【００２２】請求項４に係るサンドポケット式港湾設備
においては、上述した課題を解決するために、主防波堤
は、高波浪時に潜堤前面側のシールズ数が限界シールズ
数（０．５）以上となってシートフロー状態が生じる長
さに設定したものである。

【００２３】請求項５に係るサンドポケット式港湾設備
においては、上述した課題を解決するために、主防波堤
と副防波堤により形成される港湾内に港口から取水路に
かけてＳ字形あるいは逆Ｓ字形の流路を形成し、取水路
を案内される取水流に限界底面せん断力以上の取水流速
を付与させたものである。

【００２４】請求項６に係るサンドポケット式港湾設備
においては、上述した課題を解決するために、潜堤は主
防波堤の長さおよび主波方向、潜堤前面側の砂の濃度分
布から高さが設定され、潜堤の高さ以下で濃い砂の濃度
分布が得られるようにしたものである。

【００２５】請求項７に係るサンドポケット式港湾設備
においては、上述した課題を解決するために、護岸より
海側に突設された主防波堤と、この主防波堤と護岸沿い
に間隔をおいて対設された副防波堤と、両防波堤により
区画され、港口を介して外海に連絡される港湾と、この
港湾内に副防波堤に対向して設置され、船舶の泊領域を
区画する内側防波堤と、船舶の泊領域の入口に設置され
た潜堤とを有し、前記港湾の港奥側にサンドポケット領
域を形成したものである。

【００２６】請求項８に係るサンドポケット式港湾設備
においては、上述した課題を解決するために、副防波
堤、内側防波堤および護岸の少なくとも１つを荷揚場に
構成する一方、潜堤と主防波堤の先端を結んだ方向が主
波方向とほぼ一致させ、港口から船舶の泊領域に至る航
路を砂の非堆積構造に構成したものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るサンドポケッ
ト式港湾設備の実施の形態について添付図面を参照して
説明する。

【００２８】図１は本発明に係るサンドポケット式港湾
設備の一例を示す港湾レイアウト図である。このサンド
ポケット式港湾設備は、原子力発電所や火力発電所の冷
却水取水設備に適した港湾設備であり、この港湾設備は
原子力発電所や火力発電所を設置する海岸に図示例のよ
うに単独で設置しても、また既設の原子力発電所や火力
発電所の既設の港湾設備に隣り合うように並設させても
よい。

【００２９】サンドポケット式港湾設備１０は、護岸１
１より海側に突設された主防波堤１２と、この主防波堤
１２から護岸１１沿いに例えば７００ｍ〜８００ｍの間
隔をおいて対設された副防波堤１３とを有し、両防波堤
１２，１３により内部に港湾１４が形成される。両防波
堤１２，１３の先端間に港口１５が形成され、この港口
１５を介して港湾１４は港外の外海１６に連絡される。
港口１５は例えば約３００ｍ程度の開口幅を有する。

【００３０】主防波堤１２は護岸１１から海側に数百ｍ
程度延びる基部１２ａと数百ｍの長さの主防波部１２ｂ
とがほぼくの字状（あるいは逆くの字状）に形成される
一方、主防波堤１２に対向する副防波堤１３は基部１３
ａとこの基部１３ａに続く副防波部１３ｂとが逆くの字
状（あるいはくの字状）に形成される。主防波堤１２お
よび副防波堤１３の形状、寸法は海岸の向き、地形等に
応じて種々の変形例が考えられる。

【００３１】港湾１４内には、副防波堤１３側に内側防
波堤を兼ねる導流堤１６が副防波堤１３に対向して設置
され、この副防波堤１３と導流堤１６の間に導水路であ
る取水路１７が形成される。取水路１７は開口幅が例え
ば約１６０ｍ程度を有し、カーテンウォール１８を介し
て取水路開渠１９に通じている。取水路開渠１９は導流
堤１６の基部側を護岸１１に接続する波除堤２０と副防
波堤１３の基部１３ａとにより区画される。図１に示す
取水路開渠１８は取水ポンプ２１を経て２基の発電プラ
ントの冷却設備、例えば復水器を冷却するために設置し
た例を示す。

【００３２】一方、取水路１７の入口側に潜堤２３が設
けられる。潜堤２３は、港湾１４内に流入する土砂のう
ち粒径の大きな砂と粒径の小さなシルトとを分離させる
ために設置される。土砂は粒径の違いにより例えば７５
μ以下の微粒子のシルトと７５μ以上の粒子の砂とに区
分される。

【００３３】潜堤２３は取水路１７の入口を横断するよ
うに開口幅全体にわたって延びており、海底から海面に
向って突設され、砂成分を取水路１７に案内することの
ない所要の高さ、例えば数十cm〜２ｍ程度の高さに設定
される。サンドポケット式港湾設備１０の設置予定地点
の潜堤設置水深が４ｍ〜７ｍ程度、例えば５．５ｍ波向
きが図３に示す場合であるとき、潜堤天端（頂部）水深
は例えば約３．５ｍに設定される。

【００３４】また、潜堤２３の長手方向の向きは主防波
堤１２と副防波堤１３の両先端部を結ぶ直線Ａとほぼ一
致するように構成され、潜堤２３の前面側に波浪の力を
利用して砂が層状態で移動する後述のシートフロー状態
を生じさせ、砂をサンドポケット領域内に運ぶフラッシ
ュ流を生じさせるようになっており、潜堤２３の前面側
を図２に示すフラッシュ領域２４に形成することによ
り、潜堤２３の前面側に砂が堆積するのが防止される。
潜堤２３は港湾１４内に流入する土砂から粒径の大きな
粒子である砂成分と粒径の小さな微粒子であるシルト成
分とに分離するようになっている。このうち、砂成分
は、波浪による波力を利用したフラッシュ効果により、
図２に示すフラッシュ流領域２４を経て港奥部に運ば
れ、港奥部に堆積される。この港奥部はサンドポケット
領域２５を構成している。

【００３５】一方、港湾１４の表層（海面）側には図２
に示すように港口１５から取水路１７にかけて湾曲した
流路２６が導流路として形成され、取水路１７に案内さ
れる。湾曲流路２６は取水路１７とともに全体としてＳ
字形（あるいは逆Ｓ字形）の流路構造に形成される。そ
の際、取水路１７に案内される取水流に砂成分が混入し
ないように潜堤２３が取水路１７入口に設けられる。港
湾１４内に流入する土砂のうち微粒子のシルト成分は潜
堤２３の乗り越え、取水流に混入して取水路１７に案内
される。取水流に混入したシルトが取水路１７の途中で
沈降したり、堆積することがないように、取水流は所定
以上の流速、後述するように例えば２０cm／sec 以上の
流速が付与される。

【００３６】図２において、黒の矢印Ｂはフラッシュ効
果による砂の港内への堆積移動方向を表わし、白抜きの
矢印Ｃは取水流によるシルトの移動方向を表わす。

【００３７】最近の原子力発電所では１００万kWを超え
る大型プラントが連設されるようになっており、この大
型の発電プラントを設置すると取水流量は１基当り少な
くとも例えば８０ｍ³／sec 程度以上が必要となる。

【００３８】この取水流量から２基の発電プラントを設
置すると、余裕分を見て、例えば１８４ｍ³／sec の流
量を確保するために、取水路１７の開口幅を例えば１６
０ｍに設定し、シルトを取水路１７に極力堆積させない
ために取水流に２０cm／sec以上の流速を付与するため
には、取水路１７の水深は例えば４ｍ程度、潜堤２３の
天端水深が約３．５ｍ程度必要となる。

【００３９】また、取水路１７を流れる取水流にシルト
成分が混入しており、このシルト成分は冷却水である取
水流とともに発電プラントの取水ポンプ２１やプラント
冷却設備に案内されるが、シルト成分は微粒子であるた
め、通常の海水中にも浮遊しており取水ポンプ２１やプ
ラント冷却設備を損傷させたり、ダメージを与えること
が少なく、発電プラント運転上の支障は生じない。プラ
ント冷却設備を冷却した冷却水は放水配管２７を通り、
放水口２８により港外の海に放水される。

【００４０】ところで、このサンドポケット式港湾設備
１０は、両防波堤１２，１３の先端部を結ぶ延長線Ａ上
が波高出現頻度の高い特定波浪の方向（主波方向）Ｄと
略一致するように構成される。波高出現頻度の高い波浪
の方向Ｄは、実際には図３に示すように一方向に特定さ
れず、地形等の地理的条件や風向き等の気象条件により
ある角度範囲をもって変化する。

【００４１】図３は、このサンドポケット式港湾設備１
０の設置予定地点（東側に開けた太平洋側海岸）を１０
年間にわたって調査した結果を示すものである。この図
３から波高出現頻度と波浪の方向Ｄとの関係は、東
（Ｅ）あるいは東南東（ＥＳＥ）の方向からの波浪出現
頻度が年換算にして主流を占めることが判明した。この
サンドポケット式港湾設備１０においては、設置予定地
点の波浪出現頻度の高い波浪のうち、防波堤１２，１３
間に形成される港口１５との関係で、厳しい波浪の方向
Ｄ、この場合には東南東（ＥＳＥ）からの波浪を特定波
浪の主波方向と設定し、この主波方向Ｄが潜堤２３から
主防波堤１２の先端を通る延長線Ａの方向とほぼ一致す
るように構成される。

【００４２】サンドポケット式港湾設備１０は維持浚渫
の効率化を目標とし、港湾１４内での水面動揺や取水流
速を港湾形状により制御することで、港湾１４内に流入
する土砂を砂とシルトに積極的に分離させて主に砂成分
だけを港湾１４内に堆積させる形式を採用したものであ
る。

【００４３】このサンドポケット式港湾設備１０は港湾
１４内に流入する土砂のうちシルト成分は、港口１５か
ら取水路に通じる湾曲流路２６を設けることにより、取
水流速をシルトが沈降堆積する流速以下に落さずに常に
浮遊状態に保って取水路１７内を流してやり、取水ポン
プ２１に冷却水と一緒にシルトを吸入させ、港外１６に
放水口２８から排出することで、港湾１４内でのシルト
堆積量を大幅に低減させ、シルト浚渫量を減らしたもの
である。

【００４４】なお、他の港内に流入する土砂を制御する
方法としては、沖合いに流入土砂を制御する沖防波堤を
設置し、土砂を低減する方法もあるが、本手法は沖防波
堤を不要にできるため建設コストを低減できる。

【００４５】また、港湾１４内に流入する砂は一般には
港口付近に堆積し易いが、入射する波（波浪）によるフ
ラッシュ効果を利用し、制御することで、潜堤２３前面
にフラッシュ流を生じさせて港奥のサンドポケット領域
２５にシートフロー状態でフラッシュさせて堆積させ
る。再利用可能な砂の浚渫を港口１５より静穏な港奥の
水域（サンドポケット領域２５）で行ない得るようにし
た港湾形式である。

【００４６】港湾１４内に流入する土砂の砂成分とシル
ト成分との分離は、取水路１７の入口に設置の潜堤２３
により行なわれるが、この潜堤２３設置による評価は次
のようにして行なわれる。

【００４７】（砂の移動機構）初めに、砂の移動機構
は、波動水槽や振動流水槽を用いた移動床実験（海岸環
境工学、本間仁監修、東大出版会）により、波高ある
いは底面流速を増大させ、底面摩擦力を大きくしていく
と、底質（砂）が掃流状態で移動する掃流移動、底質が
浮遊状態で移動する浮遊移動、砂が層状態で移動するシ
ートフローが生じる現象が順次観察されることが知られ
ている。シートフロー状態では、底面摩擦応力が大きい
状態で砂は層状態で数層にわたって下流方向へ移動する
ことが知られている。

【００４８】砂はシルトに較べて粒径が大きいため、静
穏な海域での砂の浮遊量は減少する。一般に港湾設備で
は防波堤により波高（波浪）が減衰するため、砂が港奥
に運ばれることが少なく、砂は波高が減衰する港口近傍
領域に集中的に堆積する。

【００４９】しかし、サンドポケット式港湾設備１０で
は、図１および図２に示す港湾レイアウト構造としたの
で、設置予定地点における最も厳しい波向き条件の一つ
である東南東（ＥＳＥ）からの波浪を受け、この波浪に
よる港口１５での波高（入射波高Ｈ）５．５ｍ、波の周
期（Ｔ）１１．７５秒が生じていることを前提として水
中における砂の鉛直濃度分布を評価する。

【００５０】砂の鉛直濃度分布評価においては、次式の
拡散方程式で表わされる浮遊砂濃度分布算定式を用い
た。使用した係数等は現地調査等を行なって設定した。

【００５１】

【数１】

【数２】

【数３】

【００５２】上記の浮遊砂濃度分布算定式より、サンド
ポケット式港湾設備１０の港口１５における砂の鉛直濃
度分布は図４で表わされる。

【００５３】また、潜堤２３前面地点における砂の鉛直
濃度分布は図５に示すように表わされる。ただし、波向
きＥＳＥの波浪による港口１５での波高（Ｈ）が５．５
ｍであっても、このとき、潜堤２３前面は港口波高に比
較して減衰され、約０．２１倍となるので、波高は約
１．２ｍとなることがわかった。

【００５４】一方、砂の移動は、最大底面せん断力τ_m
が限界底面せん断力τ_cを上廻ると生じることが知られ
ており、図５を参照すると、このサンドポケット式港湾
設備１０では、潜堤２３の前面では、波向きが厳しい波
浪条件で、海底面から１０数cm付近の高さまで浮遊して
おり、それ以上浮遊しないことがわかる。

【００５５】この結果、取水路１７の入口水深が例えば
４ｍ（または５．５ｍ）の場合でも、低層に砂が濃い鉛
直濃度分布で分布している。このため、このサンドポケ
ット式港湾設備１０では、取水路１７の入口に潜堤２３
を設置し、取水路１７内への砂の流入を抑制している。
波向きが種々異なっても、各波向きに対して同様な浮遊
砂鉛直濃度分布算定計算を行なっておき、潜堤２３の高
さ以下で常に濃い砂の鉛直濃度分布が得られるように潜
堤２３の高さが設定される。

【００５６】また、港湾１４内に流入した砂が潜堤２３
の前面に堆積すると、潜堤前面の水深が次第に浅くなる
ため、砂が潜堤２３を乗り越えて取水路１７内に流入す
る可能性があり、この流入を防止する必要がある。砂を
潜堤２３の前面から港奥側に移動させるためには、潜堤
２３の前面に波浪によるフラッシュ効果によりシートフ
ロー状態を生じさせるのが効果的である。

【００５７】潜堤２３の前面に砂のシートフロー状態を
生じさせるために、主防波堤１２の主防波部１２ｂの長
さが決定される。この港湾設置予定地点では、東（Ｅ）
〜東南東（ＥＳＥ）方向からの波浪の出現頻度が高いた
め、この出現頻度を考慮して主防波堤１２の長さが選定
される。潜堤２３の前面に波浪のフラッシュ効果により
シートフロー状態を生じさせることにより、潜堤前面側
の砂を港奥側に層状態で移動させることができる。港奥
に運ばれた砂は静穏領域であるサンドポケット領域２５
に集中的かつ有効的に堆積させることができる。

【００５８】次に、潜堤２３の前面側にシートフロー状
態を生じさせる条件について、図６を用いて説明する。

【００５９】サンドポケット式港湾設備１０では、主防
波堤１２の長さを増大させると、工事費が増大するが、
主防波堤１２による波浪の遮蔽効果により港湾１４内の
静穏度が増加し、シールズ数（無次元化された底面摩擦
応力）が小さくなる。したがって潜堤２３の前面側でシ
ートフロー状態が生じ難くなる。逆に主防波堤１２の長
さを短くすると、工事費が減少するが、港湾１４内の静
穏度が悪化し、シールズ数が大きくなるため、シートフ
ロー状態が生じ易くなる。しかし、この場合には港湾１
４の静穏度の悪化により、砂が海底より高い層まで舞い
上がるため、潜堤２３を高くする必要が生じる。さらに
潜堤２３を高くすると、発電プラントの取水設備（スク
リーンや取水ポンプ２１）での水位変動が大きくなるた
め、水位変動に対応した取水設備の設計が要求され、困
難性を伴なう。

【００６０】一方、このサンドポケット式港湾設備１０
では、港湾１４内の静穏性を確保するため、波（波浪）
に対してある程度の遮蔽効果があり、かつ潜堤２３の前
面領域で港口１５の波高が例えば４ｍ以上でシートフロ
ー状態が波のフラッシュ効果により有効的に生じるよう
に、潜堤２３と主防波堤１２の先端を結んだ方向Ａが主
波向きの方向Ｄと合うように設定した。この港湾レイア
ウト構造を基本として防波堤１２，１３の配置が設定さ
れる。この場合、滝口１５は主波方向Ｄに対して交差す
る方向に開口している。

【００６１】潜堤２３の前面にシートフロー状態が生じ
ていることを正確に確認する方法として、コンピュータ
を利用した３次元海浜変形シミュレーション等による方
法があり、簡易な確認方法としてシールズ数がシートフ
ロー状態となる限界シールズ数（０．５）の値を目安と
し、限界シールズ数（０．５）以上の値になるように設
定する方法もある。

【００６２】砂のシートフロー状態は、シールズ数が一
般に０．５を越える付近で生じるため、シールズ数が高
波浪時（例えば４ｍ以上の波高時）に潜堤２３の前面側
で０．５を越えるように主防波堤１２の長さが決定され
る。

【００６３】主防波堤１２の長さ（かぶり長さ）とシー
ルズ数の関係は図７および図８に示すように表わされ
る。図７に示すように、潜堤２３の向きの延長線Ａ上に
主防波堤１２の先端が位置する場合を基準（かぶり長さ
０）として、主防波堤１２のかぶり長さを種々変更させ
たとき、潜堤２３の前面側のシールズ数を水深５ｍの場
合と水深７ｍの場合を想定して求めると、図８に示すよ
うに表わされる。図８から、かぶり長さがマイナスとな
ると、波高が２．５ｍ程度の場合でもシールズ数は０．
５以上となり、潜堤２３前面でシートフロー状態が生じ
ることが予想される。

【００６４】また、図７および図８に示す主防波堤１２
のかぶり長さとシールズ数の関係を元に、３次元海浜変
形シミュレーションを実施したシミュレーション結果を
図９に示す。図９から、サンドポケット式港湾設備１０
の港湾レイアウト構造を採用すると、砂は潜堤２３の前
面を通過して港奥のサンドポケット領域２５に運ばれ、
堆積されることが確認できた。

【００６５】（シルトの移動機構）シルトは砂の粒径よ
り小さい微粒子であるために、発電所取水港湾設備で
は、主に取水流により港湾１４内に流入する。

【００６６】サンドポケット式港湾設備１０では、取水
流で流入するシルトを沈降させないようにするために、
事前に設置予定地点の周辺海域の底質調査を実施する必
要があり、この底質調査結果から取水流速を所要速度以
上、例えば２０cm／sec 以上に設定すると、シルトに対
して取水流が限界底面せん断力以上の力を加えることが
でき、浮遊状態で移動させ得ることが確認できた。

【００６７】この確認結果から、サンドポケット式港湾
設備１０の一例では取水路１７を流れる取水流速を例え
ば２０cm／sec に設定すると、取水路１７内にシルトの
堆積が生じるのを無くすることができる。このとき、取
水路１７の水深が５．５ｍ、取水流量が例えば約１８４
ｍ³／sec であることから取水路１７の幅を１６０ｍに
設定した。この港湾レイアウト条件で取水路１７内にシ
ルトが堆積せず、シルトは冷却水である取水流に流入し
たまま放水口から港外に流出するのを確認できた。

【００６８】（潜堤による流入砂低減効果の確認）砂お
よびシルトの移動機構および潜堤２３による砂とシルト
の分離機能について説明したが、ここでは、潜堤２３の
設置如何により、取水路１７内に流入する砂の量を比較
した例を図１０に示す。この潜堤２３の有無による砂流
入量の比較にあたって、図３に示す波高出現頻度を元
に、拡散方程式である浮遊砂濃度分布算定式を解いて図
１０に示す手順で算出した砂濃度分布の積分値で評価し
た。

【００６９】この評価結果から潜堤２３が無い場合の取
水路１７への砂の流入量（通過量）が１３，８４０ｍ³
／年であるのに対し、潜堤２３を取水路１７の入口に設
置すると、１００ｍ³／年を大きく下廻り、いずれの波
向きの場合にも１ｍ³／年以下であることが確認でき
た。このサンドポケット式港湾設備１０では潜堤２３の
設置により取水路１７内への砂流入防止効果が大きいこ
とが判明した。

【００７０】サンドポケット式港湾設備１０の一例で
は、設置予定地点が東側に開けた海岸で、波浪は東
（Ｅ）あるいは東南東（ＥＳＥ）からの波向きが多い例
を説明したが、波高出現頻度の高い波向きが、変化する
地域では波の入射方向に対して港湾のレイアウト構造は
種々のバリエーションが考えられる。例えば、波高出現
頻度の高い波浪の波向きＥが海岸の前方より左側から打
ち寄せる波浪が多い場合には、図１１に示す港湾レイア
ウト構造が考えられる。このサンドポケット式港湾設備
１０Ａにおいても鎖線で囲まれた部分Ｆの配置構造が重
要になる。

【００７１】また、サンドポケット式港湾設備１０の一
例では、２基の発電プラントの取水設備に取水路１７か
ら取水させる例を示したが、発電プラントをさらに追設
し、例えば図１２に４基の発電プラントを並設した場合
には波除堤２０を主防波堤１２の基部１２ａ側に延設
し、取水路開渠１９面積を大きくとることにより対応さ
せることができる。この場合には４基の発電プラントを
冷却可能なサンドポケット式港湾設備１０Ｂとなる。

【００７２】さらに、海底土砂の調査により、堆積物が
主に砂でシルト分が少ない場合には、図１３に示すよう
に、荷揚場や航路に砂をためないようにする漁船等の船
舶の停泊に適したサンドポケット式港湾設備１０を漁港
等に利用することができる。このサンドポケット式港湾
設備１０Ｃでは、導流堤に代わる内側防波堤あるいは波
除潜堤３０を副防波堤１３に対向させて港湾１４内に設
け、この副防波堤１３と波除潜堤３０で囲まれた部分を
泊領域３１に形成し、この泊領域３１に漁船のように喫
水の浅い船舶を停泊させる。泊領域３１は図１に示すサ
ンドポケット式港湾設備１０の取水路１７に相当する。

【００７３】図１３に示されたサンドポケット式港湾設
備１０Ｃにおいても、潜堤２３の前面側に港口１５から
の波浪によりフラッシュ効果を生じさせて、港口１５付
近に貯まり易い砂を潜堤２３の前面をシートフロー状態
で港奥側に移動させ、港奥部のサンドポケット領域２５
に運んで堆積させることができる。静穏領域であるサン
ドポケット領域２５を定期的に浚渫することにより、再
利用可能な砂を集中的かつ有効的に浚渫できる。この場
合には、港口１５から船舶の泊領域３１に至る航路を、
波浪によるフラッシュ効果を利用し、砂の非堆積領域と
することができる。

【００７４】さらに、本発明に係るサンドポケット式港
湾設備１０は既存の港湾設備に並設させることができ
る。例えば、図１５および図１６に示す既設の港湾設備
１にサンドポケット式港湾設備１０を並設させることも
できる。

【００７５】既設の港湾設備１と並設した場合には、新
たに追設するサンドポケット式港湾設備１０に荷揚げ場
を設置する必要がなく、既設港湾設備１の荷揚げ場３２
を利用できるので、主防波堤１２や副防波堤１３の建設
コストの低減が図れる。

【００７６】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係るサンド
ポケット式港湾設備においては、請求項１に記載したよ
うに構成し、主防波堤と副防波堤により区画された港湾
内に取水路を形成し、この取水路の入口に潜堤を設置す
ることにより、この潜堤で粒径の大きな砂と粒径の小さ
なシルトとを分離させ、シルト成分を取水路に案内し、
港湾内にシルトが堆積しないようにしたので、浚渫量を
減少させることができ、運転コストの軽減を図ることが
できる。

【００７７】また、港湾内に流入した砂成分を潜堤によ
りシルト成分から分離させてサンドポケット領域に堆積
させることができるので、再利用可能な砂成分の浚渫計
画を効率的に立案することが可能となる一方、サンドポ
ケット式港湾設備は、沖合いに防波堤を建設する必要が
なく、建設コストが割安となり、経済性が向上する。

【００７８】請求項２に係るサンドポケット式港湾設備
では、潜堤と主防波堤の先端を結んだ方向を波高出現頻
度の高い主波方向とほぼ一致させたから、主波方向近傍
からの波浪がある一定以上の波高であるとき、潜堤の前
面側に港口から港奥にかけてフラッシュ流領域を形成
し、シートフロー状態を生じさせるフラッシュ流を生じ
させたので、潜堤前面側に砂が必要以上に堆積せず、潜
堤前面側の砂は波浪によるフラッシュ流で港奥のサンド
ポケット領域に運ばれて堆積される。したがって、砂の
浚渫を港奥の静穏領域で効率よく行なうことができ、浚
渫作業を能率的に効率よく行なうことができる。サンド
ポケット領域に堆積される砂成分にシルト成分が含有す
る割合が少ないので、浚渫により得られた砂成分は有効
的に再利用できる。

【００７９】請求項３に記載のサンドポケット式港湾設
備においては、主防波堤と副防波堤の先端部間に形成さ
れる港口が主波方向に交差する方向を向かせることによ
り、潜堤の前面側に波浪の力を利用してフラッシュ効果
をもたせることができ、潜堤の前面側に砂が堆積して、
取水路側に砂が流入するのを防止できる。

【００８０】請求項４に記載のサンドポケット式港湾設
備においては、主防波堤の長さを、潜堤前面側のシール
ズ数が高波浪時に限界シールズ数（０．５）以上となる
ように設定したので、波浪による波力により潜堤前面に
砂が堆積するのを効果的に防ぎ、堆積した砂を港奥側に
移動させることができる。

【００８１】請求項５に記載のサンドポケット式港湾設
備においては、取水路を案内される取水流に限界底面せ
ん断力以上の流速を付与したので、潜堤を乗り越えて取
水路に流入するシルト成分が取水路内で沈降し、堆積す
るのを効果的に防止でき、シルト成分が港湾内に堆積す
るのを効率よく減少させることができる。

【００８２】請求項６に記載のサンドポケット式港湾設
備では、潜堤の高さ以下で濃い砂の濃度分布が得られる
ように潜堤の高さが設定されたので、砂成分が潜堤を乗
り越えて取水路側に流入するのが有効的にかつ確実に防
止できる。

【００８３】請求項７に記載のサンドポケット式港湾設
備においては、港湾内を停泊させる泊領域を形成し、漁
港等に利用することができ、港湾内に泊領域を形成して
も、港奥部で砂成分を堆積させるサンドポケット領域を
形成でき、サンドポケット領域に堆積した砂の浚渫によ
り有効的な再利用が図れる。

【００８４】請求項８に記載のサンドポケット式港湾設
備では、港湾内に泊領域を形成しても、港口から泊領域
に至る航路に砂が堆積するのを効率よく排除できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るサンドポケット式港湾設備の一実
施態様を示す港湾レイアウト図。

【図２】本発明に係るサンドポケット式港湾設備の港湾
内における砂とシルトの移動関係を説明する図。

【図３】サンドポケット式港湾設備の設置予定地点にお
ける波高出現頻度と波の方向（主波方向）の関係を示す
図。

【図４】サンドポケット式港湾設備の港口での砂の濃度
分布を示す図。

【図５】サンドポケット式港湾設備の潜堤前面での砂の
濃度分布を示す図。

【図６】（Ａ）は主防波堤の長さと潜堤前面におけるシ
ールズ数の関係を評価する図、（Ｂ）は工事費、浚渫
費、港湾内の静穏度、潜堤前面のシールズ数を考慮して
最適主防波堤の長さを求める図。

【図７】主防波堤のかぶり長さを表示する港湾レイアウ
ト図。

【図８】主防波堤のかぶり長さと潜堤前面のシールズ数
との関係を示す図。

【図９】サンドポケット式港湾設備を３次元海浜変形シ
ミュレーションを用いて評価し、解析した結果を表示す
る図。

【図１０】サンドポケット式港湾設備の港湾内に設置さ
れた潜堤による砂流入効果を確認する手順および確認結
果を示す図。

【図１１】本発明に係るサンドポケット式港湾設備の他
の実施形態を示す簡略化した港湾レイアウト図。

【図１２】本発明に係るサンドポケット式港湾設備の第
３実施形態を示す簡略化した港湾レイアウト図。

【図１３】本発明に係るサンドポケット式港湾設備の第
４実施形態を示す簡略化した港湾レイアウト図。

【図１４】発電所取水設備として代表的な港湾取水方式
とトンネル取水方式を比較して示す図。

【図１５】既設の港湾設備のレイアウト図。

【図１６】既設の他の港湾設備のレイアウト図。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃサンドポケット式港湾
設備１１護岸１２主防波堤１２ａ基部１２ｂ主防波部１３副防波堤１３ａ基部１３ｂ副防波部１４港湾１５港口１６導流堤１７取水路１９取水路開渠２０波除堤２１取水ポンプ２３潜堤２４フラッシュ流領域２５サンドポケット領域２６湾曲流路（導流路）３０内側防波堤（波除潜堤）３１泊領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】護岸より海側に突設された主防波堤と、
この主防波堤に護岸沿いに間隔をおいて対設された副防
波堤と、両防波堤により区画され、港口を介して港外に
連絡される港湾と、この港湾内に副防波堤に対向して設
置され、取水路を区画形成する導流堤と、上記取水路の
入口に設置され、シルト成分を砂成分から分離させて取
水路に案内可能な潜堤とを有し、前記港湾内に砂成分を
シルト成分から分離して堆積させるサンドポケット領域
を形成したことを特徴とするサンドポケット式港湾設
備。
【請求項２】潜堤は取水路の入口を横断して設けら
れ、上記潜堤と主防波堤の先端を結んだ方向が主波方向
とほぼ一致するように構成し、潜堤の前面側に港口から
港奥にかけて港口から流入した砂が波の力によりシート
フロー状態を生じてサンドポケット領域に砂を運ぶフラ
ッシュ流を生じさせるフラッシュ流領域を形成した請求
項１に記載のサンドポケット式港湾設備。
【請求項３】主防波堤は護岸から海側に延びる基部と
波浪を主に受ける先端側の防波部とがほぼくの字状ある
いは逆くの字状に形成され、副防波堤は基部と先端側の
防波部が逆くの字状あるいはくの字状に形成され、両防
波堤の先端部間に形成される港口が主波方向に交差する
方向を向くように開口された請求項１に記載のサンドポ
ケット式港湾設備。
【請求項４】主防波堤は、高波浪時に潜堤前面側のシ
ールズ数が限界シールズ数（０．５）以上となってシー
トフロー状態が生じる長さに設定した請求項１または３
に記載のサンドポケット式港湾設備。
【請求項５】主防波堤と副防波堤により形成される港
湾内に港口から取水路にかけてＳ字形あるいは逆Ｓ字形
の流路を形成し、取水路を案内される取水流に限界底面
せん断力以上の取水流速を付与させた請求項１乃至４の
いずれかに記載のサンドポケット式港湾設備。
【請求項６】潜堤は主防波堤の長さおよび主波方向、
潜堤前面側の砂の濃度分布から高さが設定され、潜堤の
高さ以下で濃い砂の濃度分布が得られるようにした請求
項１乃至５のいずれかに記載のサンドポケット式港湾設
備。
【請求項７】護岸より海側に突設された主防波堤と、
この主防波堤と護岸沿いに間隔をおいて対設された副防
波堤と、両防波堤により区画され、港口を介して外海に
連絡される港湾と、この港湾内に副防波堤に対向して設
置され、船舶の泊領域を区画する内側防波堤と、船舶の
泊領域の入口に設置された潜堤とを有し、前記港湾の港
奥側にサンドポケット領域を形成したことを特徴とする
サンドポケット式港湾設備。
【請求項８】副防波堤、内側防波堤および護岸の少な
くとも１つを荷揚場に構成する一方、潜堤と主防波堤の
先端を結んだ方向が主波方向とほぼ一致させ、港口から
船舶の泊領域に至る航路を砂の非堆積構造に構成した請
求項７に記載のサンドポケット式港湾設備。