JPS5869909A - 消波装置 - 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】 本糞明は１水ｉの波の１行を為柔軟で変形し易いが漏水
しない材ｉを以て作られた空気袋３個を１対として連結
して空気を流−過せしめ１進行波の圧力変動によっで空
気袋が変形するときに誘起される波（これをＲａｄｉａ
ｔｉｏｎ　　Ｗａｖｅと称する）を利用して蔦進行波を
しゃ断し１以て防波堤としての機能を発揮することを特
徴とする装置に関するものである。

従来用いられている防波堤は、主としてコンクリートま
たは冷血を用いて海中に構築された構造物によりて島入
射波をしゃ断する型式のもの、が大部分である。このよ
うな防波堤は永久構造物として作られるので１耐久性は
大きいが建設費は巨大で為り１建設後は容易に移動また
は撤去することは出来ない。

本発明は１波の進行に伴ふ水の圧力変動に対。

応して容易に変形する１２個の空気袋を１対として海中
または海底に設置し１それらを適当な管で連結するだけ
で九波の進行をしゃ断する機能をもつ装置を提供するも
ので為従来の防波堤とは全く異る原理を利用して島海面
上に姿を現はすことなく為極めて低摩な費用を以て容易
に建設することの出来る１特異な防波堤である。

本発明の原理は以下のようである。

（１）まづ　第１図（示すように１単独の空気袋１が海
底に設置されているとき１図の左から右に向って入射波
Ｈ１（矢印は波の進行方向を示す）が進行するものとす
る。海底の空気袋はこの波のため１実線・破線および点
線で示すような時間的変形を行うと共に為入射波の一部
は反射波１（ｒとして反射され為残りが通過波）Ｉｔと
して１入射波と同じ方向に進行して行く。この時の通過
波）Ｉｔをしゃ断するのが防波堤の目的である。

（２）海岸工学或は造船工学の分野では１上記・の現象
は次の２つの現象の重合として解析されている。第１は
♀気袋が全く変形しない国体構造物として第２図の２の
ように蔦海底に固定されている時を考える。この時は１
入射波Ｈ１によって１反射’　　（１）　　　　　　（
１） 波Ｈｒ　　と通過波Ｈｔ　　が生ずる。（これを１う、
な１入射波によって誘起されるのと同じ変形運動（第３
図の点線と破線で〕示すような変形運動）を行う時を考
える。この時はＨＲ（１）とＨ（２１で示すような波（
これをＲａｄｉａｔｉｏｒ）　Ｗａｖｅという）力発生
し、対称な形で左右に進行する。（これをＲａｄｉａｔ
ｉｏｎ現象という）そして（１）に述べたような現象は
、このＤｉｆｆｒａｏｔｉｏｎ現象とＲａｄｉａｔｉｏ
ｎ−現象の重合として解析される。従って第１図の場合
の、入射波Ｈ（により生ずる反射波Ｈｒと通過波Ｈｔは
次のようになる。

（３）上記の通過波！（ｔを小さくすることが防波堤の
目的である。そして上式から分るように、−Ｈｔき通過
波は０となり翫防波堤は完全に波をしゃ断ら左に進行す
る波で為振幅は０でない有限値をもっている。そのよう
な波が重合した結果が０となるためには　（ｉ）　　波
の振幅が和等゛しい。

（ｉｉ）波の位相が丁度反対である。　という２つ　　
□の条件が必要である。　この事は為同一方向に進行す
る振幅の等しい２つの波を重ね合せたとき、位相が丁度
反対であれば）互に相殺されて波は消えてしまうことに
よる。

上のス条件が満足されて為通過波ＨｔがＯとなるときは
１入射波のエネルギーは完全に反射されて１反射波Ｈｒ
の振幅は入射波の振幅と同じになる。（実際の現象にお
いては１若千のエネルギー損失があって為反射波線必ず
入射波より小さいのが常である。、然し本発明の原理は
、エネルギー損失の有無には関係しないので、以下では
エネルギー損失は考えなにととする。） （４し般に海底付−臀に設けられた固°定物体（実際に
は潜堤と呼ばれる）による波の反射は極めて小さく１透
過波Ｈｔは＃１とんど入射波Ｈｉに近い振幅をもってい
る。即ち潜堤のもつ１波のしゃ断効果はｉめて低い。

−このしゃ断効果を高めるためには、潜堤は固体ではカ
＜、波によって変形し１キの結果生ずるＲａｄｉａｔｉ
ｏｎ　Ｗａｖｅ　　を利用することが考えられる。

こうして波によって変形する潜堤として、空気袋の利用
が提案されることとなる。

空気袋によって波をしゃ断するためには、固体として変
形しない場合の通過波Ｈ９）と同等の振幅をもつ波をＲ
ａｄｉａｔｉｏｎ　Ｗａｖｅとして発生し得ることが、
まづ必要である。そこで空気袋は、ある程度以上の体積
をもち、そして入“耐波による変形も相当程度大なるこ
とを必要とすることは明かである。このため、袋の材料
は漏水がなく、比重は、軽く、かつ変形に対して抵抗が
少いものであり、−゛まだ袋の内容物も同様の意味で空
気（またはガ→が最も適当と考えられる。

然しなから・如何に轡軟で軽い袋につめだと。

しても翫空気はそれ自体容易に変形はするが１波の変動
圧力の程度ではほとんど体積は変らないから、第１図の
ような単独の空気袋の場合は）波には微小であり、従っ
てＨ９）と相殺して・波のしゃ断効果を示すことは不可
能である。　　　　　□（５）今までは簡単のため、単
独の空気袋について述べたが、２個の空気袋の場合にお
いても全く同様に考えることが出来る。

第４図は２つの袋が水深りの４倍の距離だけ離れて在り
１袋の高さが約（％、１５ｈ、底幅が約ｏ、７２ｈのと
き　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ現象における、距離Ｂと波
長りの比に対して、反射率（反射波と入射波の振幅比）
　Ｋｒ　　（＝　Ｈｒ（１ンＨｉ）と通過率（通過波と
入射波の振幅比）　Ｋｔ　（＝ｏｔ（１／　Ｈｉ）を理
論的に計算した結果を示すもので、図で明らかなように
、反射率は最大０．２０Ａ１０．２４に達することもあ
るが１通過率はほとんど１に近＜、０．９７以上で２あ
るロー即ち波はほとんど通過してしまふことか分る。

第５．・図は同じ２つの袋が変形する場合（第４図は袋
が固体で変形しない場合である）即ちＤｉｆｆｒａｃｔ
ｉｏｎ現象とＲａｄｉａｔｉｏｎ現象の重合の場率Ｋｔ
：　（Ｈｔ”’十櫂））／Ｈ１を示している。

之を第４図と比較すると、両者にはほとんど差はなく　
袋が変形してもそれが微小であって、Ｒａｄｉａｔｉｏ
ｎ　Ｗａｖｅがほとんど発生していないことを示唆して
いる。

（６）以上のことから九波に対するしゃ断効果を大なら
しめるためには１入射波による空気袋の変形を可及的に
大ならしめ、以てＲａｄｉａｔｉｏｎ　Ｗａｖｅ通気管
３を以て連結し１内部の空気を自由に流通させ１２つの
袋を一対の袋の系として作動させることが考えられる。

即ち、入射波の山が空気袋１の付近に在る時は１袋に作
用する波の圧力上昇によって袋１は収偏の傾向に在る。

この時、袋２が波の谷付近に在って波の圧力低下により
、膨張の傾向に在るものとすると、袋１の空気は管３を
通って袋２の方に流れ１両方の袋は共に同量だけ収鵬・
膨張い各々の袋の変形量は為単独の袋の場合の数十倍に
達する。　考える入射波の波長りに対して、袋の間隔Ｂ
を適正に選ぶときは、入射波の進行に伴って袋１及び２
は互に＼充分大きな膨張・祝砲の変形をくり返いその結
果各々の袋は充分大なるＲａｄｉａｔｉｏｎ　　Ｗａｖ
ｅ　　を発生し１それらが重合してこの一対す袋の系か
らのＲａｄｉａｔｉｏｎＷａｖｅとなりＨ罎及びＨ罎と
して夫々左方及び右方に進行する。　そしてこの袋の系
を通過した波＋ａ”とＲａｄｉａｔｉｏｎ　Ｗａｖｅ　
Ｈ；＞とが、振幅が等しく、かつ位相が反対となったと
き１入射波Ｈ１はこの袋の系によって完全にしゃ断され
たことになる。

（７）上記のように為一対の袋膜が波をしゃ断する効果
を示す理論計算の例は次のようである。即ち第１図は第
４図及び第５図に示したと同じ空気袋を第６図のよう１
ｃ、Ｂ＝’４ｈの間隔で設置し連結させた場合１距離Ｂ
と波の波長りの比に対する反射率Ｋｒど通過率Ｋｔ　　
を示すもので）この場Ｋｔ　＝＝　（Ｈｔ”＋　＜’　
）である。第６図と比較すると分るように、通過率にｔ
は著しく低下し１Ｂ／Ｌ　”：；　ｏ、７においてほと
んどＯとなっている。

即ちこの波長の波に対して１この寸法の一対の袋の系は
完全なしゃ断効果、を示すことが分る。

（８）一対の袋膜が波をしゃ断する作用は５Ｒａ−ｄｉ
ａｔｉｏｎ　Ｗａｖｅの振幅と位相に大きな関係がある
めで１２つの袋の適正な間隔Ｂは、対象とする波の波長
りと袋の設置水深及び袋膜の単位面積当りの重量−海底
に設置したときの袋の太さ等に依存する。一般に−・袋
の材料の密度が水の密度に近く１の幅と高さをもつ第８
図のような場合は為最小の通過率Ｋｔを与える　袋の中
心間隔は波長の０．５〜０．８倍で１半波襄乃至−波長
の程度と見てよい。

尚このとき・袋を連結を會管あ断面積は、はぼｈ　／１
０Ｇの程度１即ち水深りが１０ｍのとき、管の断面積は
１　ｒｎ２の程度である。

（ｉ）第７図は２つの袋の間隔Ｂが水深りの４倍即ちＢ
＝４ｈの場合に最小の通過率Ｋｔを与えるＢ／’Ｌの値
が約０．７であること１殖している。全く同様のｉ算を
行うことによって　Ｂ／ｈ：３．０乃至６．０の程度で
は最小通過率を与えるＢ／Ｌの値は０．６乃至０．８の
程度であることが理論的に見出される。之等のＢ／ｈと
Ｂ／Ｌとに対応するｈ／ｌ、の値はほぼ　０．１に０．
３にわたり〜　実際の海岸で考慮すべき大部分の波を含
むことになる。この故に一般に間隔Ｂは波長りの０．６
〜０．８倍１または半波長乃至−波長程度にとればよい
。

四　以上要するに１本発明の方法によれば１実際海岸の
水深ｈ　の場所において１しゃ断すべき波の波長が与え
られるときは１その０．６〜０．８　　倍の間隔を以て
１第８図のような太さの、自由に変形する空気袋を２個
設置し１断面積がｈ　／１００程度の管を以て連結し１
両方の空気袋の空気を自由に流通させることによって１
その波長の波を全くし中断することが可能となるのであ
る。ただしこの場合１２個の袋を連結する空気管は１袋
の鴬長く防波堤の場合に社堤体法線に沿って測った長さ
防波堤の延長という）ｈにつｔ！１本程度を必要とする
。従って水深ＩＱｍのときは１袋の延長１０ｍにつき断
面積ｈ　／　１ＱＱ＝　１ｍ　　程度の管を１本（また
は袋の延長２０ａ１につき２ａ１２程度の管１本）を用
いるのが適当である。

（１１）本発明による防波堤は従来の防波堤に比して次
のような優点を亀っている。

（１）本体が水面下にあるため島激浪時においても波の
破壊作用を受けることがない。

（１１）従来の防波堤は１自重によって波力に対抗する
型式であるため島堤体重量は極めて大龜く従って海底地
盤が軟弱な場所や大水深の場所においては巨額の建設費
を要する。之に反し）本発明の方法においては寓空気袋
の内容積に等しい水の重量だけの浮力が作用するので１
全体の重量からこの浮力を差し引いた重量が全体の水中
重量となるため地盤に作用する一体重量は極めて小さい
。

従って従来の防波堤内水域°は施工不可能な場所でも１
本発明の方法によれば容易に防波堤を建設することがで
きる。

（１ｉｉ）空気袋の高さは水深の０．３乃至０．４倍以
下であるから１流れに対する障害にはほとんどならない
。従って防波堤内水域の水質保全に極めて有効である、 （１ｖ）波浪のない静穏時には）防波堤は不要であるか
ら〜空気袋の中の空気を抜いておけば１船の航行などに
も全く障害にはならない。

ズＶ）従来の防波堤よりも建設費は低線で）施工期間を
著しく短縮することができる。

尚本発明実施の態様について述べると次のようである。

（１２）第９図は１本発明の方法による防波堤を為海底
付近に構築した場合の側面図を示すもので１１及び２は
空気袋１３は２つの空気袋を連通ずる管１４は空気室の
空間１．６は空気袋を固定する堤体である。空、気袋１
−は堤体６に漏水のないように取りつけるが１多少の漏
水は堤体の底部から通気管３の底部を経て’％めます１
にたまる。

第１０図は第９＠の平面図である。騒めます＃６にたま
った水は集水管フによってポンプ室８に集められ）堤体
外に排出される。このような漏水は堤体６や通気管３の
底部を流れるので１空気の流通を妨げ−るこｔａない。

尚９は堤体ｉや通気管３々とを支持し保護する砕石であ
る。

この方法け１しゃ断しようとする波の波長が水深に比べ
て充分大きいときに有効である。然らざるとき社１波の
進行に伴ふ空気袋の変形が充分な太さに達することが出
来危いので、空気袋を水面近くに設置することにより為
空気袋の機能を発揮させる必要がある。

（１３）第１１図は空気袋を水面に近く設置する場合を
示す側面図である。空気袋１．ｓのζ水面からの深さｈ
を波長りより充分小さく取る。　このため空気袋を固定
する堤妹６を砕石９によシ築造されたマクンドの上に設
置する。その仲の構造は第１０図と同じである。堤体Ｓ
を支持するためには１ウンドでなくて〜架構構造物でも
よい。

尚第９図１び第１０図では一空気袋の保護枠１０が示さ
れている。之は空気袋を保護するのと内時に１空気袋に
作用する内部空気圧が過大となって）袋が破損するのを
防ぐ作用をする。

（１４）本方法における２個の空気袋は）必ずしも厳密
に同一の形状と寸法をもたなくても丸近似したものであ
ればよく）一対として作動する際に充分な太さをもって
いることが必要である。

実際の海面には）波長を異にする波が共存しているから
）一対の空気袋のみによる特定の波長の波だけのしゃ断
では不充分な場合がある。このような場合には空気袋の
間隔を異にする二対またはそれ以上の対の空気袋を用い
ると有効である。

（１５）第１２図（ａ）はＢ及びＩの間隔をもつ二対の
空気袋１，２・及び１−２−を示している。（ｂ）はそ
れらの通過率を）水深りと波長りの比を以て示したもの
である。破線はＢ１点線はＢに対応する。今の場合はＢ
’）ＢでちるからｓＢ’ｌｌｃ対するＫｔの最小値はｈ
／Ｌ　　の点ａにおいて１またＢに対するＫｔの最小値
は点ｂＫ現はれる。これらの一対の空気袋系の通過率は
１夫々の通過率の積として（ｂ）図の実線のようになる
。点ａと点すの間のｈ／Ｌの値に対しては１通過率はほ
とんどＯに近く１この範囲の波長の波はほぼ完全にしゃ
断されたことになる。

（１６）第１３図（ａ）は間隔Ｂ＝５ｈ、Ｂ＝ｐｈとし
た３個の空気袋１．１及び２　を通気管３で連結した場
合を示している。（ｂ）はこの場合の入射波Ｈ１に対す
る通過率Ｋｔの計算値を水深りと波長りの比に対して示
すもので、点ａ、　ｂ、　ｃは夫々　（Ｂ−）−Ｂ　）
　：　ｌ、　Ｂ：＝ｙｈ及びＢ＝！ｌｈの間隔で２個の
袋が夫々単独に在る場合のＫｔの最小値を与えるｈ／Ｌ
の値を示している。このように３個の袋を用いると為第
１３図のように９個の袋を用いるのに比べると％　　ｈ
／Ｌの広い範囲にわたってＫｔの値を低下することは出
来ないが１２個の袋だけの場合よりも良好な１波のしゃ
断効果を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図）第３図１第６図は本発明の原理を示す
側面図 第４図、第５図、第７図は本発明に係はる入射波のしゃ
新方法の有効性を実証する、波の反射率と通過率め理論
値を示す図 第８図は本発明に係る空気袋や太さを示す図第９図１第
１０図は本発明に係る防波堤の実施例を示す側面図と同
じく平面図 第１１図は同じく側面図 第１２図（ａ）′ＥＬび（ｂ）は本発明に係るλ対の空
気袋の配置を示す側面図及びその場合の波の通過率を示
す図 第１３図（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る３個の空気袋
の配置を示す側面図及びその場合の波の通過率を示す図 １．２は空気袋　　　　−３は通気管 ４　は空気袋内の空間　　５　は空気袋を固定する８　
はポンプ室　　　　　９　は砕石 １０　　は空気袋の保鏝枠 ５ 第６図 第８図 ＠Ｉ［ｉｌｌ 箱型０１２１ 第　　■　　図 第　１２１４ （ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水面下に設置され１波の進行方向に平行ＫＳ＃１−ｆ半
   波長ないしｌ−彼五程度の間隔を以て配装置した１対ま
   たは複数対の１波の圧力変動によりて容易に変形する空
   気袋を１通気管によ°θて連結し１波の進行によって誘
   起される空気袋の変形運動により為進行波をしゃ断する
   防波堤