(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手形状に形成される水中設置構造物であって、
長手形状の長手方向中央部を通り長手方向に垂直な仮想一平面よりも長手方向一方の第１部分と前記仮想一平面よりも長手方向他方の第２部分とを有する長手形状体であって、
前記第１部分と前記第２部分とは、前記仮想一平面に関して互いに非対称であり、
重心は前記第２部分に存在し、
流体中に配置されたときに流体から付与される浮力を１つの作用点に対する仮想的な外力として近似したときに、前記作用点の位置が、前記第２部分の重心の位置から前記長手方向一方の側にずれた位置となる長手形状体と、
前記長手形状体に流体から付与される浮力に抗して前記長手形状体を前記流体中で沈降させる密度および重量に設定され、前記長手形状体の長手方向他端部に、ロープを介して接続される錘とを含み、
前記第１部分が正四角柱の形状に形成される正四角柱部であり、
前記第２部分が円柱状に形成される円柱状部であり、
前記正四角柱部は、その軸線が前記円柱状部の軸線を含む直線に一致し、前記円柱状部よりも長手方向一方に、前記円柱状部に隣接して配置されることを特徴とする水中設置構造物。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に設置する水中設置構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の従来技術に係る水中設置構造物として、衝立形の水中設置構造物が知られる。衝立形の水中設置構造物は、２種類の衝立型構造物で構成され、衝立形の水中設置構造物を海底に設置するときには、これら衝立型構造物は、いずれもロープなどで吊り下げて海底に設置される（たとえば特許文献１参照）。第２の従来技術に係る水中設置構造物として、マウンド形の水中設置構造物が知られる。マウンド形の水中設置構造物を設置するときには、海上の土運船などから石材やブロック状のマウンド材料を、所定の海域に係留される浮体装置を介して、海面から海中に投入して沈降させ、海底に複数のマウンド材料の集合体として形成する。マウンド形の水中設置構造物は、円錐形に堆積させることによって形成される円錐形マウンド状構造物と、同じく土運船などから前記マウンド材料を海中に投入して一対の前記円錐形マウンド状構造物を連結するように形成される仕切構造物とからなる（たとえば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３３７６号公報
【特許文献２】特許第２９９２９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第１の従来技術に係る衝立形の水中設置構造物の場合、ロープによって吊り下げた状態で海中に沈降され、所定位置（海底）に設置されるため、設置される海底の深さがロープの長さに制約されるという問題点がある。また、前記２種類の衝立型構造物が潮流に垂直になるよう設置されなければならず、高度な設置技術が求められる。また、第２の従来技術に係るマウンド形の水中設置構造物の場合、投入されるマウンド材料は潮流によって外力を付与されるので、海底における所定の堆積位置への位置決め精度が低下する。加えて、前記一対の前記円錐形マウンド状構造物およびこれを連結する仕切構造物が潮流に垂直になるよう構築されなければならず、その設置状態を高い精度で制御し決定することができないという問題点がある。
【０００５】
また第１および第２の従来技術に係る水中設置構造物では、予め定める１つの向きに流れる流体には上下方向いずれかの流れを発生させることができるけれども、およそ水平ないずれの向きの流れに対しても上下方向の流れを発生させることができず、汎用性に乏しいという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、設置される場所の水深が制限されることなく、予め定める設置状態に精度よく設置することのできる水中設置構造物を提供することである。  
【０００７】
さらに本発明の他の目的は、水平ないずれの向きに流体が移動する場合であっても、この流体に対して上下方向の少なくともいずれか一方の向きを含む流れを発生させることができる水中設置構造物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、  長手形状に形成される水中設置構造物であって、
長手形状の長手方向中央部を通り長手方向に垂直な仮想一平面よりも長手方向一方の第１部分と前記仮想一平面よりも長手方向他方の第２部分とを有する長手形状体であって、
前記第１部分と前記第２部分とは、前記仮想一平面に関して互いに非対称であり、
重心は前記第２部分に存在し、
流体中に配置されたときに流体から付与される浮力を１つの作用点に対する仮想的な外力として近似したときに、前記作用点の位置が、前記第２部分の重心の位置から前記長手方向一方の側にずれた位置となる長手形状体と、
前記長手形状体に流体から付与される浮力に抗して前記長手形状体を前記流体中で沈降させる密度および重量に設定され、前記長手形状体の長手方向他端部に、ロープを介して接続される錘とを含み、
前記第１部分が正四角柱の形状に形成される正四角柱部であり、
前記第２部分が円柱状に形成される円柱状部であり、
前記正四角柱部は、その軸線が前記円柱状部の軸線を含む直線に一致し、前記円柱状部よりも長手方向一方に、前記円柱状部に隣接して配置されることを特徴とする水中設置構造物である。  
【発明の効果】
【００３３】
また本発明によれば、長手形状に形成される水中設置構造物であって、
長手形状の長手方向中央部を通り長手方向に垂直な仮想一平面よりも長手方向一方の第１部分と前記仮想一平面よりも長手方向他方の第２部分とを有する長手形状体であって、
前記第１部分と前記第２部分とは、前記仮想一平面に関して互いに非対称であり、
重心は前記第２部分に存在し、
流体中に配置されたときに流体から付与される浮力を１つの作用点に対する仮想的な外力として近似したときに、前記作用点の位置が、前記第２部分の重心の位置から前記長手方向一方の側にずれた位置となる長手形状体と、
前記長手形状体に流体から付与される浮力に抗して前記長手形状体を前記流体中で沈降させる密度および重量に設定され、前記長手形状体の長手方向他端部に、ロープを介して接続される錘とを含み、
前記第１部分が正四角柱の形状に形成される正四角柱部であり、
前記第２部分が円柱状に形成される円柱状部であり、
前記正四角柱部は、その軸線が前記円柱状部の軸線を含む直線に一致し、前記円柱状部よりも長手方向一方に、前記円柱状部に隣接して配置される。
【００３４】
これによって、長手形状体と錘とを含む水中設置構造物を、流体中で沈降させることができる。また長手形状体の長手方向の一方の端部を上方に向けた状態で、長手形状体を流体中に浮遊させて配置することができる。これによって長手形状体は、長手方向が規定された状態で配置されるので、長手方向におよそ垂直かつおよそ水平な流体の流れを受けて、上下方向のうち少なくともいずれか一方の向きを含む流体の流れを発生させることができる。
【００３５】
また本発明によれば、水中設置構造物は、正四角柱部と円柱状部とを含んで構成される。正四角柱部は、正四角柱の形状に形成され、円柱状部は、円柱状に形成される。正四角柱部は、その軸線が円柱状部の軸線を含む直線に一致し、円柱状部よりも長手方向一方に、円柱状部に隣接して配置される。
【００３６】
これによって、水中設置構造物を沈降させたときに、水中設置構造物の長手方向一方の端部を長手方向他方の端部よりも上方に向けた姿勢で、沈降させることができる。一時的に長手方向を水平にした姿勢で水中設置構造物が沈降する場合があっても、水中設置構造物に対して相対移動する流体から長手形状体に付与される抗力の総和は、長手方向において不均一となる。したがって、流体から付与される外力を１つの作用点に作用する外力として近似すると、作用点の位置は、水中設置構造物の重心よりも長手方向一方にずれた位置となる。これによって、水中設置構造物は、正四角柱部および円柱状部のいずれか一方を上方へ向けた姿勢で沈降し、水底に配置される。
【００３７】
この状態で水底に設置された水中設置構造物に対し、側方からの潮流または水流が作用すると、流体の上下方向の流れ、特に湧昇流を生じさせることができる。正四角柱部および円柱状部に対し軸線に垂直な１つの向きの潮流または水流が作用すると、正四角柱部の背圧は低く、円柱状部の背圧は高くなる。したがって、正四角柱部および円柱状部のいずれか一方を上方へ向けた姿勢で水底に設置された水中設置構造物に、横から相対移動する流体が作用すると、水中設置構造物よりも潮流または水流の下流側において湧昇流を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１（ｃ）は、本発明の水中設置構造物１の例を示す図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｄ）は、参考例の水中設置構造物１の例を示す図である。
【図２】図１（ａ）に示す例の水中設置構造物１における湧昇流の形成領域を説明する図である。
【図３】図１（ａ）に示す例の水中設置構造物１におけるテーパ比と湧昇流量係数との関係を計測した結果を示す図である。
【図４】水中に置かれた円錐形の水中設置構造物１における水中設置構造物１からの距離と、湧昇流速係数およびテーパ比との関係を計測した結果を示す図である。
【図５】図４の計測の際の計測位置を説明する図である。
【図６】図６（ａ），図６（ｂ）は、図１（ａ）に示す例の水中設置構造物１における傾斜角度と湧昇流量係数との関係を計測するための説明図である。
【図７】図６（ｂ）に示す傾斜状態における傾斜角と湧昇流量係数との関係を計測した結果を示す図である。
【図８】径が異なる円柱状部分を積重ねた形状の水中設置構造物１における仮想的な円錐形２０を示す図である。
【図９】図９（ａ）はテーパ比が０．１５の円錐形状の水中設置構造物１、図９（ｂ）はこれに勾配が近似する２段円柱状の水中設置構造物１、図９（ｃ）は同３段円柱状の水中設置構造物１をそれぞれ示す正面図である。
【図１０】径が異なる円柱状部分を積重ねた形状の水中設置構造物１における下段円柱状部分の突出率と湧昇流量係数との関係を計測した結果を示す図である。
【図１１】テーパ比が０．１５の円錐形状の水中設置構造物１、および円柱状部と正四角柱部とを組合せた水中設置構造物１における湧昇流量係数の計測結果を示す図である。
【図１２】水中設置構造物群１００の水中での水中設置構造物１の設置状態の一例を示す斜視図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、水中設置構造物群１００の水中での水中設置構造物１の設置状態における水流との関係を示す模式平面図である。
【図１４】図１３に示す水中設置構造物群１００における水中設置構造物１の配列方向および配列間隔と湧昇流量係数との関係を計測した結果を示す図である。
【図１５】参考例の他の実施形態における水中設置構造物群２００の構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明を実施するための形態である図１（ｃ）について図面を参照して説明する。図１は、水中設置構造物１の４種の例を示す図である。図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｄ）は参考例の正面図を示し、本発明を実施するための形態である図１（ｃ）は斜視図を示している。図１（ａ）および図１（ｂ）に示す水中設置構造物１は、円錐台形状であって、水よりも比重の大きい材質（たとえば、コンクリート）で一様に形成されている。内部には内部空間などは形成されない。したがって、中空ではなく、中実に形成される。  
【００４２】
水中設置構造物１は、水中設置構造物１に設置され、水流との相互作用によって、水中設置構造物１の周囲の流体に上下方向の流れを発生させて、水中設置構造物１における魚介類および海藻類の生息環境を向上させる。水中設置構造物群１００は、設置された複数の水中設置構造物１を含む。図１（ｃ）および図１（ｄ）には、海水よりも比重の大きい部分と、海水よりも比重の小さい部分とを含む水中設置構造物１の一例を示している。海水よりも比重の大きい部分は、一様な材質によって形成される。  
【００４３】
特に水中設置構造物１は、下方から上方に向かう湧昇流を効率よく発生させることができる。ただし、強制的に周囲の流体に上方から下方へ向かう下降流を発生させることによっても、結果として水中設置構造物１まわりの流体は、上下方向に撹拌されるので、流れによって水中設置構造物１の下流側に生じる背圧の差異によって下降流が発生する実施形態を否定しない。本実施形態において、流体は、液体である。  
【００４４】
図１（ａ）に示す参考例の一実施形態では、円錐台形状とすることによって、自ずと、長手方向（中心軸線１０に沿った方向、円錐台の高さ方向）の中央部を通り、長手方向に垂直な仮想一平面１０ａに関して非対称な形状とされる。また、前記長手方向に垂直な向きのうち、いずれの１つの向きに相対移動する流体からも、１つの作用点に対する仮想的な外力として近似したときに決定される作用点の位置が、重心１ｃの位置から前記長手方向一方側にずれた位置となる外力を受ける形状とされる。  
【００４５】
したがって、この水中設置構造物１を流れのある水域４に沈降させると、長手方向一方の端部としての末口（上底）１ａが、長手方向他方の端部としての元口（下底）１ｂよりも上方に向いた姿勢で沈降し、水底４０には図１に示すような状態で安定的に設置される。また、この水中設置構造物１は、その中心軸線１０の回りに対称な形状とされているから、水流２のある水域４にこの水中設置構造物１が設置される場合、どのような向きになっても、水流２に対向する側の形状およびその背後側（下流側）の形状が同じとなる。「水底」（４０）は、海洋を含む水域の底、すなわち海底であってもよく、湖および河川を含む水域の底であってもよい。したがって、本実施形態において液体である流体は、具体的には海水または湖、河川などにおける水である。
【００４６】
水流２のある水域４に水中設置構造物１が設置されると、この水中設置構造物１の下流側面に沿って湧昇流３が発生する。この湧昇流３は、背圧の差異によって発生する。ここで、背圧とは、圧力作動面の背後に作用する圧力であって、特に水中設置構造物１に対して相対移動し、水中設置構造物１に流体圧を付与した流体の、水中設置構造物１近傍における累積背圧を意味する。この背圧差に勾配があれば、湧昇流３が発生する。背圧差の勾配は、水中設置構造物１の形状が円錐形状（テーパ形状）であるため、水平方向の水流２を鉛直方向へ変換することと同義と解される。
【００４７】
図２は、前記円錐台形状の水中設置構造物１に水流２が作用したとき、その背後（下流側）領域で発生する湧昇流３の領域を示している。図２において３ａ，３ｂで示す領域は、湧昇流３が発生する領域である。３ｃで示す領域のうち、３ａ，３ｂで示す領域を除く領域は、下方に向かう水流が発生する領域である。この湧昇流が発生する領域３ａ，３ｂは、水中設置構造物１の各高さ方向の背後における水中設置構造物１の直径の０．５〜１倍の大きさの水平領域であることが、本発明者等によって検証されている。
【００４８】
上方へ向かう流体の流れは、「湧昇流」と称される。下方へ向かう流体の流れは、「下降流」と称されることもある。流体の上下方向の流れのいずれか一方または両方を「上下流」と称することもある。本実施形態では、海域における海水の流れによって生じる上下流も湖、河川における水流によって生じる上下流も特に区別せず同様の用語を用いて説明する。
【００４９】
図１（ｂ）は、長手方向に異なる複数の位置における、前記長手方向に垂直な断面の中心点を結んで形成される中心軸線１０が、直線状となる形状に形成され、中心軸線１０を含むいずれの一平面で切断した断面においても、断面の外縁を成す部分のうち、中心軸線１０に垂直な部分を除く他の部分は、凹形状を成す形状に形成されている水中設置構造物１の例を示している。すなわち、側面視した形状が円錐台の斜面が中心部に向け凹曲状に凹んだ形状とされている。この例においても、図示のように水流２のある水域４の水底４０に設置されると、この水中設置構造物１の下流側面に沿って湧昇流３が発生する。
【００５０】
また、図１（ｃ）は、長手形状体５１および錘１９を含む水中設置構造物の斜視図である。長手形状体５１は、正四角柱の形状に形成される正四角柱部１１と、円柱状に形成される円柱状部１２とを含み、正四角柱部１１は、その軸線が円柱状部１２の軸線を含む直線に一致し、円柱状部１２よりも長手方向一方に、円柱状部１２に隣接して配置され、円柱状部１２の長手方向に垂直な断面の面積は、正四角柱部１１の長手方向に垂直な断面の面積よりも小さく設定される水中設置構造物１の例を示している。この場合、平面視した形状は、正四角柱部１１の正四角形に対し、円柱状部１２の円が内接円となる。
【００５１】
この例において水中設置構造物１は、長手形状体５１の比重は、水（海水）よりも小さい材料で形成されている。そのため、ロープ１３の一端を下端に連結し、このロープ１３の他端に錘１９を取り付けて水域４に沈降させる必要がある。具体的にはロープ１３の一端部に錘１９を取付け、ロープ１３の他端部を長手形状体５１の他端部、すなわち円柱状部の端部に取付ける。これによって長手形状体５１および錘１９は、正四角柱部１１を上方、円柱状部１２を下方に向けて沈降し、沈降するときと同じ姿勢で水底４０に配置される。水域４に沈降させた状態では、図示のように水中設置構造物１は水域４に浮いた状態となる。
【００５２】
この例においても、図示のように水流２のある水域４に設置されると、水中設置構造物１の下流側面に沿って湧昇流３が発生する。水中設置構造物１に対してその中心軸線１０に垂直な潮流または水流が作用すると、正四角柱部１１の下流側で生じる背圧は、円柱状部１２の下流側で生じる背圧よりも低くなる。中心軸線１０に垂直な複数の方向に対して、正四角柱部１１の形状は、異方性を有するけれども、正四角柱部１１に作用する潮流または水流が、中心軸線１０に垂直ないずれの向きであっても、円柱状部１２の背圧よりは、低い背圧を生じる。
【００５３】
したがって、水中設置構造物１が図１（ｃ）のように水流２のある水域４の水底４０に設置されると、水中設置構造物１の下流側面に沿って、円柱状部１２の流れ方向下流側の位置から正四角柱部１１の流れ方向下流側の位置に向かう湧昇流３が発生する。このような正四角柱部１１と円柱状部１２との組み合わせからなる水中設置構造物１においても、その背後領域に背圧が発生し、これによって湧昇流３が生じる。
【００５４】
図１（ｄ）に示す水中設置構造物１は、図１（ａ）に示す水中設置構造物１と同様に円錐台形状であるが、その比重が水（海水）とほぼ同じかやや小さい材料で形成されている。そのため、ロープ１３の一端を下端に連結し、このロープ１３の他端に錘１９を取り付けて水域４に沈降させる必要がある。水域４に沈降させた状態では、図示のように水中設置構造物１は水域４に浮いた状態となる。この例においても、図示のように水流２のある水域４に設置されると、水中設置構造物１の下流側面に沿って湧昇流３が発生する。
【００５５】
図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｄ）に示される水中設置構造物１の形状に共通する概念として、長手方向に垂直ないずれの仮想平面で切断した断面形状も円形となる形状に形成され、前記長手方向一方に向かうにつれて先細状となる形状に形成されているものということができる。また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示される水中設置構造物１の形状に共通する概念として、長手方向他方の端部は、長手方向に垂直な平面状の底面を成す形状に形成され、前記底面を含む平面に向かって重心１ｃから下ろした垂線の足は、前記底面上に位置する形状に形成されているものということができる。これら図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｄ）の水中設置構造物１では、中心軸線１０が曲がっているものも含まれる。
【００５６】
図３は、図１（ａ）に示すような円錐台形状の水中設置構造物１、あるいは円錐形状の水中設置構造物におけるテーパ比と湧昇流量係数との関係について計測した結果を示している。ここで、テーパ比は、「（元口１ｂの直径−末口１ａの直径）／高さ」、で算出される（円錐形状の場合は末口の直径はゼロである）。図３から、テーパ比が０．１５の場合に、湧昇流量係数が０．０６３で最大となることが理解される。また、これらの検証から、テーパ比が０．０５〜０．２であることが望ましく、これを円錐の斜面の勾配（２次式ｙ＝ａｘのａ）で表すと１０〜４０であるということができる。
【００５７】
図４は、水中に置かれた円錐形の水中設置構造物における水中設置構造物からの距離と、湧昇流速係数およびテーパ比との関係を計測した結果を示す図である。ここで、横軸のｘ／ｄにおけるｘは、水中設置構造物１の中心軸線１０（図１参照）からの距離で、ｄは円錐形の水中設置構造物１の代表径（円錐形の水中設置構造物１の上下の中心における径）である。図４において、黒丸を付して表される結果２１は、テーパ比が０．０５のときの結果であり、黒三角で表される結果２２は、テーパ比が０．１０のときの結果である。また黒い菱形を付して表される結果２３は、テーパ比が０．１５のときの結果であり、「×」を付して表される結果２４は、テーパ比が０．２０のときの結果である。
【００５８】
したがって、横軸のｘ／ｄは、水中設置構造物１の中心軸線１０から代表径ｄの何倍の位置であるかを示す。横軸のプラス側は水中設置構造物１の背後領域（水流の下流側）、マイナス側は水流の上流側を示す。また、縦軸のＷ／Ｕ０におけるＷは湧昇流の流速であって、図４の鉛直プラス方向の流れで、逆に同マイナス方向は下降流となる。また、Ｕ０は主流流速であって水流（海流）の速度である。さらに、図に示す４種の曲線はテーパ比の違いを示しており、それぞれのテーパ比は図に記載のとおりである。
【００５９】
図５は、図４の計測の際の計測位置を説明する図であり、ｙは水中設置構造物１を上から見た場合の水中設置構造物１の中心軸からの距離であって、ｙ／ｄ＝０．５は、水中設置構造物１の代表径ｄ部分に接した位置を、ｙ／ｄ＝０．２５は、代表径ｄ部分と頂点位置との中間位置で接した位置を、また、ｙ／ｄ＝０は、頂点位置であることをそれぞれ示している。
【００６０】
図４は、ｙ／ｄ＝０．５の場合を代表例として示し、その流速の解析を行ったものである。図４では、ｙ／ｄ＝０およびｙ／ｄ＝０．２５の場合について図示していないが、ｙ／ｄ＝０、ｙ／ｄ＝０．２５およびｙ／ｄ＝０．５の３パターンにおいて発生する湧昇流の平均値Ｗを前述のＵ０で割った値を湧昇流速係数Ｃｗとしている。水中設置構造物１の背後領域近傍に形成される湧昇流速係数Ｃｗ（Ｗ／Ｕ０）はテーパ比０．１以上において、代表径ｄの０．７〜０．８程度下流側でピーク値をとり、一旦消滅した後に下降流となる。このことは、水中設置構造物１の背後領域に鉛直方向の渦、すなわち上下流が形成されていることを示唆する。
【００６１】
鉛直渦の中心位置は、ｙ／ｄ＝０の場合、代表径ｄの１倍程度の下流側にあるが、ｙ／ｄの増大と共に次第に下流側に後退し、図４に示すようにｙ／ｄ＝０．５の場合は、渦構造がほぼ解消していることが伺える。図３で示される湧昇流量係数Ｑｗは、湧昇流が生じる背後領域での代表径ｄに相当する面積（代表面積）をＡｗとすると、Ｑｗ＝Ｃｗ×Ａｗで計算されるものとしている。
【００６２】
図６は、図１の（ａ）に示す例の水中設置構造物１の水底４０での傾斜角θと湧昇流量係数との関係を計測するための説明図である。図６（ａ）は、本実施形態において、傾斜角θ≠０°のときの一般的な側面図である。図６（ｂ）はテーパ比が０．１５である水中設置構造物１を傾けない場合を基準とし、水底４０に対する傾斜角θを変化させ、各傾斜角θにおいて水流２によって発生する湧昇流の湧昇流量係数を計測する状態を示している。
【００６３】
図７は、図６に示したそれぞれの傾斜角θにおける結果を示す図である。図７から、傾斜角θが、１０°および２０°の場合、傾斜していない場合に比べて湧昇流量係数が１．２４倍および５．８６倍となっていることが理解される。これは、傾斜角θが、１０°および２０°と大きくなると、側面からの速度成分が加わるために湧昇流量係数が大きくなるものと考えられる。しかし、３０°を超えると、水中設置構造物１が水底４０で倒れてしまうため、傾斜角θが３０°未満の状態で設置されることが望ましい。  
【００６４】
図６および図７では、沈降した水中設置構造物１が水底４０で載置されることを前提としているけれども、たとえば水底４０が砂地などである場合に、水中設置構造物１の長手方向の端部が水底４０に突き刺さることで水中設置構造物１が立設される形態を、否定しない。潮流または水流を受けて倒れるならば、湧昇流など上下方向の流体の流れを生じることができないけれども、およそ３０°未満の傾斜角θで設置されるならば、水底４０に突き刺さる形態は、好ましい場合もある。
【００６５】
図８は、径の異なる複数の円柱が同軸的に積み重なって構成される多段式の水中設置構造物１の例を示し、図は大径円柱、中径円柱、小径円柱が、同軸的にこの順序で下から上に一体的に積み重なって構成された３個の円柱状部分１４，１５，１６からなる水中設置構造物１を示している。このように、複数の径の異なる円柱状部分１４，１５，１６を径の大きなものから積み上げるようにすると、その数が多い程、外形状は円錐台形状のようなテーパ形状（図の２点鎖線で示される形状であって、仮想の円錐台形状または円錐形状を成す。以下、これを仮想的な円錐形２０という）に近づく傾向となる。
【００６６】
たとえば、いずれも、代表径ｄ＝１１４．５ｃｍとし、図９（ａ）には、テーパ比０．１５の円錐台形状の水中設置構造物１を示し、図９（ｂ）には、大小２個の円柱状部分１７，１８の２段重ねで仮想的な円錐形２０のテーパ比が０．１５に相当する水中設置構造物１を示した。図９（ｃ）には、円柱状部分１４，１５，１６の３段重ねで仮想的な円錐形２０のテーパ比が０．１５に相当する水中設置構造物１を示した。全体の高さをたとえば、１１ｍ４０ｃｍとし、末口の直径を２９ｃｍとしたとき、テーパ比０．１５を成す仮想的な円錐形２０の元口の直径は２００ｃｍとなる。
【００６７】
このように作製した場合、２段重ねの場合太い方の円柱状部分１７の直径は１１４．５ｃｍ、細い方の円柱状部分１８の直径は２９ｃｍとなる。したがって、隣接する円柱状部分の接続部での段差の突出幅Ｂは、２段重ねの場合、４２．７５ｃｍとなる。３段重ねの場合、最も太い円柱状部分１４の直径は１４３ｃｍ、中心軸線１０方向の中央の円柱状部分１５の直径は８６ｃｍ、最も細い円柱状部分１６の直径は、２９ｃｍとなる。したがって、隣接する円柱状部分の接続部での段差の突出幅Ｂは、どちらも２８．５５ｃｍとなる。これらの突出幅Ｂと、代表径ｄとによって、突出率（Ｂ／ｄ）を算出すると、２段重ねの場合には０．３７３、３段重ねの場合には０．２５となる。ただしこれらの値は、それぞれ一例であって、たとえば、長手方向の長さ、突出率（Ｂ／ｄ）の値について、これらの値のみに限定するものではない。
【００６８】
このような構成とすることによって、すべての円柱状部分１４〜１８の上端周縁部分は、仮想的な円錐形２０の側面に対して内接する位置に配置されることになる。図１０は、この突出率（Ｂ／ｄ）と湧昇流量係数との関係を計測した結果を示している。突出率（Ｂ／ｄ）が０（零）の場合は、テーパ比０．１５の円錐台形状の水中設置構造物１であることを意味している。図１０から、円柱状部分の段数（個数）を増やす程、湧昇流量係数が、テーパ比が０．１５の円錐台形状である基準の水中設置構造物１の場合に近づくことが理解される。
【００６９】
図１１は、テーパ比が０．１５の円錐形状（または円錐台形状）の水中設置構造物１、および正四角柱部１１と円柱状部１２とを組合せた水中設置構造物１における湧昇流量係数の計測結果を示す図である。具体的には、図に示すＰが前者を、Ｑが後者を示す。Ｐは図１（ａ）に示す水中設置構造物１に、Ｑは図１（ｃ）の水中設置構造物１に、それぞれ相当する。Ｑのように、正四角柱と円柱とを組合せる形状に設計すると、円柱状部１２の下流側よりも背圧の低い正四角柱部１１側の下流側への湧昇が認められる。基準となるテーパ比が０．１５の水中設置構造物１（Ｐとして示す例）に比べて湧昇流量係数が１．４倍となっている。
【００７０】
このことは、構造物の直径が特に大きな差異として設定されなくても、角柱と円柱とを接続させるだけで、背圧勾配（湧昇流）を形成させることが可能であることを意味している。この結果、背圧差の勾配があれば、湧昇流を発生させることが確認できたので、図１（ｃ）に示す２種類に限らず、３種類、４種類の組合せでも背圧差の勾配があれば、湧昇流を発生させることが可能であると考えられる。
【００７１】
他の参考例の実施形態において、長手形状に形成される水中設置構造物１が、長手形状の長手方向、すなわち中心軸線１０の方向を鉛直方向に一致させた姿勢で水底４０に配置されるとき、中心軸線１０に沿って、断面形状の異なる３つの部分が形成されてもよい。上下に並ぶ３つの各部分の、中心軸線１０に垂直な断面の形状は、上から、たとえば円形、正方形、円形に形成される。各部分の上下方向の長さは、同じ長さに設定される。断面の形状が正方形に形成される部分の背圧は、断面が円形に形成される部分の背圧よりも低くなるので、これによって下から半分の高さまでは、部分的に湧昇流を生じさせ、上から半分の高さの範囲では、下降流を生じさせ、これによって、周囲の流体を上下方向に撹拌することができる。
【００７２】
このように中心軸線１０に沿って、上下に断面形状の異なる部分を複数設ける実施形態では、図１（ｄ）に示した実施形態と同様に、全体の比重の総和を水よりも軽く設定し、長手方向他端からロープを介して錘１９を接続することで、水域の底に沈められる実施形態としたけれども、他の実施形態では、長手方向一方の端部よりも他方の端部を重く設定することによって、沈降するときの姿勢を制御してもよい。図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すこれらの実施形態において、ロープ１３および錘１９を除けば、水中設置構造物１は水または海水から浮力を受けて、浮上しようとする。ロープ１３および錘１９はこの浮上を阻止するけれども、浮上しようとする部分の姿勢は、浮力によって制御される。
【００７３】
周囲の流体よりも密度を低くすることは、たとえば、中空に形成し、内部空間への流体の流入を阻止し、内部空間に空気を封入することによって全体の比重を軽く設定してもよい。また浮力体として、気体が封入された樹脂製の風船を複数取り付けることによって、浮力を生じさせてもよい。また材質自体を密度が１よりも低い材質とすることによって、浮力を生じさせてもよい。
【００７４】
また、さらに他の実施形態では、水中設置構造物１の全体に比重の総和は、水および海水よりも重く設定し、水中設置構造物１の長手方向一方の端部の比重を、長手方向他方の端部の比重よりも軽く設定することによって、沈降途中での姿勢および水底４０に設置された姿勢を制御することができる。長手方向一方の端部と長手方向他方の端部とで比重に差異を設定することについては、前述のように、内部への空気の封入、浮力体の取付け、材質自体の変更などによって実現してもよい。このような実施形態でも、ロープを不要とした沈降による設置と、水底４０で配置された姿勢の制御とを両立することができる。
【００７５】
図１２は、水中設置構造物群１００の水底での水中設置構造物１の設置状態の一例を示す斜視図である（図では、水域および水底の図示を省略している）。図１２に示すように、多数（図では４個を示している）の円錐台形状の水中設置構造物１が水底に規則的に配置され、水中設置構造物群１００が構成されている。図のように、流れのある水底に構成される水中設置構造物群１００においては、水中設置構造物１の流れ方向下流側には、湧昇流が発生する。したがって、これらの湧昇流が集合する水中設置構造物群１００の近傍の水域（海域）は魚類の恰好の生息域となる。
【００７６】
また水底４０において流体を上下方向に撹拌することは、魚類のみならず魚介類全般および海藻の生息にも好適な条件を整えることができる。これによって、例えば藻場を形成し、藻場における海洋生物の餌場および産卵場を形成することができ、稚魚の生育場を提供することができる。海藻群落が衰退すると、石灰藻などの群落が優先的に形成される「磯焼け」という現象が見られることがある。磯焼けが生じた地帯では、昆布などが生育が不充分となり、これによってウニなどの生育が不充分となるおそれがある。このような磯焼け現象は、ウニのみならず、アワビなどの魚介類、昆布などの有用な海藻の漁業生産の低下を招くという問題がある。これに対し水中設置構造物１を設置することによって、海洋生物の生育を促進することによって、磯焼けを抑制または防止する効果を期待することもできる。
【００７７】
水中設置構造物１および水中設置構造物群１００をダムとして貯留される水域の底に設置される場合には、水流を駆動力とする上下方向の流体の撹拌によって、水底４０に堆積しようとする土砂を巻上げ、水底４０における土砂の堆積による貯水量の減小を抑制することができる。
【００７８】
各水中設置構造物１は、たとえば海洋に設置する場合には、元口の直径が１ｍ〜数ｍの大きさに設定され、たとえばダムの底など、海洋に比べて規模の小さい水域の水底４０に設置される場合には、数十ｃｍ〜１ｍの大きさに設定してもよい。河川の水底４０に設置する場合には、水中設置構造物群１００に含まれる、互いに隣接する水中設置構造物１は、互いに接して配置されてもよく、また数十ｃｍ〜数ｍの間隔をあけて配置されてもよい。
【００７９】
図１３は、水中設置構造物群１００の水底での水中設置構造物１の設置状態における水流との関係を示す模式平面図である（図では、水域および水底の図示を省略している）。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、水流２の方向に対して水中設置構造物１を平行に設置した状態を示している。この場合の隣合う水中設置構造物１，１間の中心間距離を「水流方向中心間距離」（ＬＴ）とすれば、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の場合よりも、隣合う水中設置構造物１，１の底面の水流方向中心間距離ＬＴが大きい場合を示している。
【００８０】
図１３（ｃ）および図１３（ｄ）は、水流２の方向に対して水中設置構造物１を垂直に設置した状態を示している。この場合の隣合う水中設置構造物１，１間の中心間距離を「交差方向中心間距離」（ＬＹ）とすれば、図１３（ｄ）は、図１３（ｃ）の場合よりも、隣合う水中設置構造物１，１の底面の交差方向中心間距離ＬＹが大きい場合を示している。これら図に示す水中設置構造物１は、底面直径がＤで、テーパ比が０．１５の円錐台形状または円錐形状のものとしている。
【００８１】
図１４は、図１３に示す水中設置構造物群１００の設置状態における水中設置構造物１の配列方向および配列間隔と湧昇流量係数との関係を計測した結果を示す図である。図１４において、横軸は底面直径Ｄを水流方向中心間距離ＬＴまたは交差方向中心間距離ＬＹで割ったもので、数値が小さくなる程、隣合う水中設置構造物１，１間の距離が大きくなり、０（零）の場合は両方の水中設置構造物１，１を無限遠に離した状態、すなわち、実質的に水中設置構造物１を単体で設置した場合と同じとなる。
【００８２】
図１４に表される２つの曲線のうち、黒丸を付して表される結果２５は、「Ｄ／ＬＴ」を表し、黒四角を付して表される結果２６は、「Ｄ／ＬＹ」を表す。また、横軸の０．５は、水中設置構造物１，１を底面直径Ｄの２倍離した状態を、横軸の０．３３は、水中設置構造物１，１を底面直径Ｄの３倍離した状態を示す。図１４において横軸として表している配列間隔は、底面直径Ｄを、流体の流れに対して平行な水流方向または垂直な交差方向の中心間距離で割った値である。底面直径Ｄは、すなわち元口の直径である。
【００８３】
図１４において、図１３（ａ）、図１３（ｂ）のように水中設置構造物１，１を水流２の方向に対して平行に設置する場合（Ｄ／ＬＴのプロット）に、隣合う水中設置構造物１，１間の水流方向中心間距離ＬＴが底面直径Ｄの２倍とすると、湧昇流量係数が、水中設置構造物１が単体の場合（図の破線レベル）よりも下回り、湧昇流の発生が阻害されているが、同３倍とすると、湧昇流の発生が阻害されていないことが理解される。
【００８４】
また、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）のように水中設置構造物１，１を水流２の方向に対して垂直に設置する場合（Ｄ／ＬＹのプロット）に、水中設置構造物１，１を近付ける程湧昇流量係数が大きくなり、水中設置構造物１，１間の交差方向中心間距離ＬＹが底面直径Ｄの３倍の状態からさらに近付けると急激に湧昇流量係数が大きくなり、湧昇流の発生が顕著となることが理解される。
【００８５】
以上から、図１３（ａ）または図１３（ｂ）のように、水流２の方向に平行に水中設置構造物１，１を設置した場合は、底面直径Ｄの３倍程度の間隔で水中設置構造物１，１を設置すると、湧昇流の発生が阻害されない。したがって、この場合には、３倍以上とする設定で、配置されることが好ましい。また図１３（ｃ）または図１３（ｄ）のように、水流２の方向に垂直に水中設置構造物１，１を設置した場合は、水中設置構造物１，１を近付ける程湧昇流の発生は効果的となる。水中設置構造物群１００全体の湧昇流による魚類の生息環境の観点からすると、水流方向中心間距離ＬＴあるいは交差方向中心間距離ＬＹは、設置される環境に応じて、Ｄの３倍以上数十倍以下または１００倍以下に設定されることが望ましい。これによって、流体の流れる向きに変化があっても、いずれの向きの流体に対しても複数の水中設置構造物１を設置することによる効率化を図ることができる。
【００８６】
水中設置構造物１を水中設置構造物群１００として複数配置する場合の、水中設置構造物１同士の間隔は、海洋と河川とでも差異がある。たとえば、海洋において、元口の直径が２００ｃｍほどの水中設置構造物１を設置する場合には、水中設置構造物１同士の間隔は、たとえば数ｍ以上１００ｍ以下のいずれかの値に設定される。湖、河川の水底４０、特にダムの底などでは、元口の直径が数十ｃｍ〜１００ｃｍの水中設置構造物１を設置し、水中設置構造物１同士の間隔は、たとえば、数十ｃｍ以上数ｍ以下のいずれかの値に設定される。水中設置構造物１を設置する場合のこれらの間隔は、潮流または水流の向きをも考慮して設定される。
【００８７】
なお、本発明に係る水中設置構造物１、あるいは水中設置構造物群１００が適用される実際の水域は、海、湖、ダム湖などであり、したがって、前記における水底は、海底、湖底、ダム湖底などを意味する。また、図３、図４、図７、図１０、図１１および図１４に示す計測は、すべて模型によるものである。
【００８８】
本実施形態に係る水中設置構造物によれば、水中への沈降の際に、長手方向一端部を長手方向の他端部よりも上方に向けた姿勢で沈降させることができ、この状態で水底あるいは水中の所定の位置に精度よく設置させることができる。これによって、第１の従来技術に係る水中設置構造物のようにロープなどを用いることなく沈降させることができるから、設置対象の水深に制限されることがない。しかも、湧昇流を効果的に発生させることができ、水中における魚類の生息環境の向上を実現させることができる。
【００８９】
また、本実施形態に係る水中設置構造物群によれば、水中設置構造物の形状的特性による効果に加えて、湧昇流の発生の効率を高くすることができる。
【００９０】
（他の実施形態）
図１５は、参考例の他の実施形態における水中設置構造物群２００の構成を表す図である。他の実施形態に係る水中設置構造物１は、前述の一実施形態に係る水中設置構造物１に類似しており、以下、前述の一実施形態に対する他の実施形態の相違点を中心に説明する。
【００９１】
水中設置構造物１は、長手形状体５１と、索条体５２と、浮上体５３とを含んで構成される。長手形状体５１は、長手形状に形成され、流体中に１または複数設置される。各長手形状体５１は、長手形状の長手方向中央部を通り、長手方向に垂直な仮想一平面よりも長手方向一方の第１部分と、前記仮想一平面よりも長手方向他方の第２部分とを有し、第１部分と第２部分とは、前記仮想一平面に関して互いに非対称に形成される。第１部分および第２部分は、長手方向に垂直ないずれの仮想平面で切断した断面形状も円形となる形状に形成される。
【００９２】
また長手形状体５１は、長手方向一方に向かうにつれて先細状となる形状に形成され、かつ設置される領域の周囲の流体よりも大きな比重に設定される。索条体５２は、各長手形状体５１のうちの長手方向一端部または他端部を係累する。索条体５２は、長手形状体５１を索条体５２の一端部に係累するとともに、索条体５２の他端部は、浮上体５３に接続される。浮上体５３は、索条体５２の他端部が接続され、前記流体よりも小さな比重に設定され、１または複数の長手形状体５１を流体中に垂下した状態で、水面に浮上可能に形成される。
【００９３】
これによって、たとえば筏などの浮上体５３から１または複数の長手形状体５１を索条体５２を介して係累した状態で、長手形状体５１を、たとえば海、河川、湖などの流体中に垂下することができる。また、たとえばロープまたはワイヤなどの索条体５２の長さを設定および変更することによって、長手形状体５１を設置する流体中の深さを任意に設定することができる。これによって、長手形状体５１に対して流体が流れをもって衝突した場合に、長手形状体５１の流れ方向下流側において、上下方向のいずれか一方の向きを含む流れを発生させることができる。したがって、設置した水域の流体を撹拌することができる。
【００９４】
さらに水中設置構造物１は、長手方向に垂直ないずれの向きに流れる流体をも、長手方向のベクトル成分を含む流れとすることができるので、従来技術のように予め定める流体に対してのみ上下方向の流れを発生させるのではなく、およそ水平な向きのいずれの向きに流れる流体に対しても、上下方向の流れを発生させることができる。これによって、汎用性の高い水中設置構造物１を提供することができる。これによって、魚介類および海藻類の生息環境を向上させることができ、藻場における生物の繁殖および成長を促すことができる。
【００９５】
また、流体中において、温度の異なる複数層の領域が、上下に重なって形成される場合、その境界、すなわち温度躍層において流体を混合することができる。これによって、形成される温度躍層を解消し、異なる高さにおける温度変化を緩和することができる。温度躍層が形成されていると、たとえば船の推進力に基づくエネルギが、温度躍層の混合のために消費されると、船の推進の効率が大幅に低下するという現象が生じる。これに対し、船の通過する領域で、かつ温度躍層が形成される領域に水中設置構造物１を設置すれば、温度躍層を解消することによって、その海域または流域において、船の推進が妨げられることを防止することができる。
【００９６】
この水中設置構造物群２００において、長手形状体５１は、複数設置され、複数の長手形状体５１のうち１つの長手形状体５１から最も近接して配置される１または複数の隣接する他の長手形状体５１は、前記１つの長手形状体５１の先細状の端部が向く向きとは、反対の向きに、先細状の端部が向く姿勢で、設置される。
【００９７】
これによって、各長手形状体５１の近傍に生じる流れの向きと、これに近接して隣接する長手形状体５１の近傍に生じる流れの向きとを、逆の向きに設定することができる。したがって、上下方向の成分を含む流れによって、効率よく渦を発生させることができる。これによって、隣接する複数の長手形状体５１の先細状の端部が、同じ向きに向く姿勢で設置される場合に比べて、上下方向に撹拌する効果を高くすることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１  水中設置構造物
１ａ  長手方向一方
１ｂ  長手方向他方
１ｃ  重心
４  水域
１０  中心軸線
１０ａ  仮想一平面
１１  正四角柱部
１２  円柱状部
１４，１５，１６  円柱状部分
１７，１８  円柱状部分
２０  仮想的な円錐形
４０  水底
１００  水中設置構造物群
Ｄ  底面の直径
ＬＴ  水流方向中心間距離
ＬＹ  交差方向中心間距離
θ  傾斜角
【図１】
0005475480.tif 000002
【図２】
0005475480.tif 000003
【図３】
0005475480.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005475480.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005475480.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005475480.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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