(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天端面の位置が海面上にある複数の離岸堤を一定間隔の開口部をおいて配置して成る２つの防波堤を、海岸線にほぼ平行に、かつ、沖側に位置する防波堤の開口部と海岸側に位置する防波堤の開口部とが直線状になるように整合配置した沖合防波堤であって、上記開口部の幅を、波高を減衰させるべき目標波浪の周期と沖合防波堤の設置箇所の水深条件等に基づいて決定するとともに、上記各離岸堤の長さを上記開口部の幅の０．９倍〜１．８倍とし、かつ、上記２列の防波堤の間隔を上記開口部の幅の０．５倍〜１．４倍としたことを特徴とする沖合防波堤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外海に面した海岸の沖合いに設置される沖合防波堤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、外海に面した海岸において、船舶の航行や海岸線の維持（砂浜の流出防止）のため、外海からの波浪の進入を防ぐ防波堤が設置されている。このような沖合防波堤１は、例えば、図１７（ａ）に示すように、コンクリートケーソンやコンクリートブロックから成る長さａの複数の離岸堤２，２を、海岸の汀線３とほぼ平行にかつ一定間隔Ｗの開口部４をおいて直線状に配置した１段配置の構造のものが採用されている。沖合防波堤１の上記開口部４は、波浪を通過させ海水の交換を図るために設けられているものである。なお、図１７（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図で、図中の矢印は外海からの波浪の進入方向を示す。しかしながら、このような沖合防波堤１においては、離岸堤２の長さａや、上記長さａと開口部４の幅Ｗとの関係等が経験的に決められているに過ぎないため、十分な防波機能を果たすことができなかった。
【０００３】
また、沖合防波堤１としては、図１８（ａ）に示すように、開口部４ａを有する沖側の離岸堤２ａ，２ａから成る沖側防波堤１Ａと、開口部４ｂを有する岸側の離岸堤２ｂ，２ｂから成る岸側防波堤１Ｂとを、海岸線にほぼ平行に所定の間隔で整合配置したものや、図１８（ｂ）に示すように、離岸堤２ａと離岸堤２ｂとを千鳥状に配置した構造のものも提案されている（特公平７−１８１４０号公報）。これは、入射波浪のエネルギーを沖側防波堤１Ａとの衝突により減衰させ、更に、上記沖側防波堤１Ａの開口部４ａから進入してきた波浪のエネルギーを上記沖側防波堤体１Ａと上記岸側防波堤１Ｂとの離間部である消波部１Ｃにおいて波の干渉作用により減衰させて海岸線に進入する波浪の波高を低減し、海岸の侵食を防止するようにしたものである。しかしながら、上記構造の沖合防波堤１の場合も、上述した１段配置の沖合防波堤１と同様に、開口部４ａ，４ｂの幅Ｗと離岸堤長さａとの関係や開口部４ａ，４ｂの幅Ｗと沖側防波堤１Ａと岸側防波堤１Ｂとの間隔ｂとの関係については明らかにされておらず、そのため十分な防波機能を果たすような設計ができなかった。また、上記千鳥状に配置した構造の沖合防波堤１では、開口部の通水性が損なわれるという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、開口部の通水性に優れ海水の交換が容易であるだけでなく、進入波浪のエネルギーを効率よく減衰させることにより、波浪による海岸の侵食を防止することのできる沖合防波堤を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、天端面の位置が海面上にある複数の離岸堤を一定間隔の開口部をおいて配置して成る２つの防波堤を、海岸線にほぼ平行に、かつ、沖側に位置する防波堤の開口部と海岸側に位置する防波堤の開口部とが直線状になるように整合配置した沖合防波であって、上記開口部の幅を、波高を減衰させるべき目標波浪の周期と沖合防波堤の設置箇所の水深条件等に基づいて決定するとともに、上記各離岸堤の長さを上記開口部の幅の０．９倍〜１．８倍とし、かつ、上記２列の防波堤の間隔を上記開口部の幅の０．５倍〜１．４倍としたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ）は、本実施の形態に係わる沖合防波堤１を示す図で、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。沖合防波堤１は、海岸線にほぼ平行に配置された、開口部４ａを有する複数の離岸堤２ａ，２ａから成る沖側防波堤１Ａと、上記沖側防波堤１Ａの後方（海岸側）に沖側防波堤１Ａとほぼ平行に配置された開口部４ｂを有する複数の離岸堤２ｂ，２ｂから成る岸側防波堤１Ｂとから構成され、上記沖側防波堤１Ａの開口部４ａと上記岸側防波堤１Ｂの開口部４ｂとが直線状になるように整合配置されている。
上記開口部４ａ，４ｂの幅Ｗは、当該海岸に進入する波浪のうち波高を減衰させるべき目標波浪の周期と沖合防波堤の設置箇所の水深条件や海底基板の勾配等の条件によって決定される。上記波高を減衰させるべき目標波浪は、通常、台風などの異常気象時に波高が大きくなる約７ｓｅｃ．から１２ｓｅｃ．の長周期の波浪に設定される。
【０００７】
図１（ａ）に示す沖合防波堤１の最適形状（ａ，ｂ，Ｗ）は、制御すべき波浪の周期Ｔを７ｓｅｃ．〜１２ｓｅｃ．に設定し、上記設定された有効周波数帯をもとに、等価電気回路による波浪フィルター理論により決定した。上記最適形状（ａ，ｂ，Ｗ）は、開口部４ａ，４ｂの幅ＷがＷ＝２０ｍ、離岸堤２ａ，２ｂの長さａがａ＝２４ｍ（ａ／Ｗ＝１．２）、沖側防波堤１Ａと岸側防波堤１Ｂとの間隔ｂがｂ＝２２ｍ（ｂ／Ｗ＝１．１）であった。以下、上記沖合防波堤１の構成（ａ／Ｗ＝１．２，ｂ／Ｗ＝１．１）を基本配置と呼ぶ。次に、この基本配置の沖合防波堤１において、外海の図中矢印で示す方向から波高Ａ0，周期Ｔ＝３ｓｅｃ．〜１３ｓｅｃ．の規則的な波が入射したとき、岸側防波堤１Ｂを通過して海岸側に進入する波浪の波高減衰率Ｗｔ（進入波の波高をＡとしてＷｔ＝Ａ／Ａ0）を、波浪工学理論による数値シミュレーションにより算定した。図１（ｃ）はその結果を示すグラフで、横軸は入射波浪の周期Ｔ、縦軸は波高減衰率Ｗｔである。また、図中の○印はＷｔの最大値と最小値を示すもので、−印はＷｔの平均値を示すものである。なお、上記数値シミュレーションでは、平均水深ＨをＨ＝５ｍとして計算した。
図から明らかなように、この基本配置の沖合防波堤１においては、異常気象時に波高が大きくなり易い長周期の条件（同図のＴ＝８〜１２ｓｅｃ．）での波高減衰率Ｗｔは最大値でも４０％未満に抑えられ、Ｔ＝８〜１２ｓｅｃ．でのＷｔの平均値は約２５％と著しい防波効果が得られる。なお、周期の短い波浪は一般に波長も短いので、開口部４ａ，４ｂから海岸側に進入し易いため、Ｔ＜６ｓｅｃ．においては、波高減衰率Ｗｔの平均値も約６０％程度となり、最大値と最小値の差も大きい。なお、以下の数値シミュレーションにおいても、平均水深はＨ＝５ｍ，開口部４ａ，４ｂの幅はＷ＝２０ｍに設定してあるものとする。
【０００８】
図２（ｃ）は、図２（ａ），（ｂ）に示すような従来の一段配置の沖合防波堤１について、Ｗ＝２０ｍ、配置条件をａ／Ｗ＝１．０とした場合の波高減衰率Ｗｔを計算したもので、図から明らかなように、Ｔ＝８〜１２ｓｅｃ．において、波高減衰率Ｗｔは５５％〜７０％となり、進入波の波高は本実施の形態の基本配置に比べて極めて大きいことがわかる。また、図３（ｃ）は、図３（ａ），（ｂ）に示すような、従来の２段千鳥状配列の沖合防波堤１について、Ｗ＝２０ｍとし、配置条件をａ／Ｗ＝１．０，ｂ／Ｗ＝１．０とした場合の波高減衰率Ｗｔを計算したもので、Ｔ＝８〜１２ｓｅｃ．における波高減衰率Ｗｔの変化は本実施の形態の基本配置と同様の傾向を示すが、波高減衰率Ｗｔの値は全体に約２０％高い３５％〜５５％で、進入波の波高の平均値も本実施の形態の基本配置に比べて約２倍と大きい。
なお、離岸堤２ａ，２ｂの天端面の位置は通常海面上にあるが、上述した特公平７−１８１４０号公報に記載されているような、沖側防波堤１Ａを構成する離岸堤２ａの天端面が海面下にある場合には、一般には、防波堤で反射されて沖合い向かう波浪の振幅は小さくなるが、海岸へ進入する波浪の遮断効果は、離岸堤２ａの天端面が海面下にある場合に比べて低減することが知られているので、上記図３（ｃ）の波高減衰率Ｗｔの数値シミュレーションにおいては、本実施の形態と同様に、離岸堤２ａの天端面の位置が海面上にあるものとして計算を行い、本実施の形態の基本配置との比較を行った。
【０００９】
図４〜図８は、沖側防波堤１Ａと岸側防波堤１Ｂとの間隔ｂを最適値であるｂ＝２２ｍ（ｂ／Ｗ＝１．１０）とし、開口部４ａ，４ｂの幅Ｗと離岸堤２ａ，２ｂの長さａとの比をａ／Ｗ＝０．６０〜１．８０まで変化させたたときの、入射波浪の周期Ｔと波高減衰率Ｗｔとの関係を示すグラフである。なお、図６は上記基本配置のグラフを再掲したものである。
図４に示すように、配置条件がｂ／Ｗ＝１．１０，ａ／Ｗ＝０．６０のとき、波高減衰率Ｗｔは、Ｔ＝８〜１２ｓｅｃ．において、６０％〜８０％と従来の一段配置の沖合防波堤の場合よりやや高めであるが、ａ／Ｗを増加させると、波高減衰率Ｗｔは、図５〜図８に示すように、ａ／Ｗの増加に伴って減少する。しかし、波高減衰率Ｗｔが低下し始める周期がやや長い方に移動し、図７、図８に示すように、波高減衰率Ｗｔが低減する周期帯が長周期側にずれる。
なお、波高減衰率Ｗｔの平均値は、ｂ／Ｗ＝１．１０，ａ／Ｗ＝１．５０のときに最小値の２０％となるが、ｂ／Ｗ＝１．１０，ａ／Ｗ＝１．２０においては、波高減衰率Ｗｔの最大値が４０％以下となる範囲が最も広いので、これを基本配置とした。
図９は、上述した数値シミュレーションの結果をまとめたもので、ｂ／Ｗ＝１．１０とした場合には、ａ／Ｗ＝０．９〜１．８の範囲で波高減衰率Ｗｔの平均値は４０％以下になり大きな防波効果が得られる。更に、ａ／Ｗを、ａ／Ｗ＝１．１〜１．７の範囲に設定すれば、波高減衰率Ｗｔの平均値は３０％以下で、従来の一段配置の沖合防波堤１における波高減衰率の半分以下となり、著しい防波効果が得られる。
【００１０】
図１０〜図１５は、離岸堤２ａ，２ｂの長さａを最適値であるａ＝２４ｍ（ａ／Ｗ＝１．２）とし、開口部４ａ，４ｂの幅Ｗと，沖側防波堤１Ａと岸側防波堤１Ｂとの間隔ｂとの比をｂ／Ｗ＝０．５５〜１．９０まで変化させたたときの、入射波浪の周期ＴとＷｔとの関係を示すグラフである。なお、図１２は上記基本配置のグラフを再掲したものである。
図１０に示すように、配置条件がａ／Ｗ＝１．２０，ｂ／Ｗ＝０．５５のとき、波高減衰率Ｗｔは、Ｔ＝７．５ｓｅｃ．付近で２０％以下となり、Ｔ＝８ｓｅｃ．付近で最小値（Ｗｔ＝５％）を持ち、その後直線的に増加する。Ｔ＝１２ｓｅｃ．での波高減衰率Ｗｔは約６０％であるが、波高減衰率Ｗｔの平均値は既に約３５％以下と大きな防波効果が得られていることがわかる。図１１に示すｂ／Ｗ＝０．８０では、長周期帯での波高減衰率Ｗｔの増加率は減少し、平均値も約２５％となる。また、図１０において、Ｔ＝６ｓｅｃ．に現われた波高減衰率Ｗｔのピークは徐々に長周期側に移動し、図１２の基本は位置ではＴ＝７ｓｅｃ．に移動するとともに、長周期帯での波高減衰率Ｗｔの増加率は更に減少しする。そして、図１３〜図１５に示すように、ｂ／Ｗの増加に伴って、上記ピークはＴ＝７．５〜９．７５ｓｅｃまで移動し、上記ピークでのは波高減衰率Ｗｔも増加する。図１４，図１５に示すように、ｂ／Ｗ＝１．６からは、上記ピーク値が７５％まで増加する。
図１６は、上述した数値シミュレーションの結果をまとめたもので、ａ／Ｗ＝１．２０とした場合には、ｂ／Ｗ＝０．５〜２．０の範囲で波高減衰率Ｗｔの平均値は５０％以下になり著しい防波効果が得られるが、上述したように、ｂ／Ｗ＝１．６付近からは、上記ピークのため、Ｔ＝８〜１２ｓｅｃ．の特定の周期に対しては大きな防波効果が得られない。したがって、ａ／Ｗ＝１．２０とした場合には、ｂ／Ｗをｂ／Ｗ＝０．５〜１．４の範囲に設定すれば、Ｔ＝８〜１２ｓｅｃ．の範囲の全ての波浪に対して、波高減衰率Ｗｔの平均値は４０％以下になり大きな防波効果が得られる。更に、ｂ／Ｗを、ｂ／Ｗ＝０．６〜１．２の範囲に設定すれば、波高減衰率Ｗｔの平均値は３０％以下で、従来の一段配置の沖合防波堤１における波高減衰率の半分以下となり、著しい防波効果が得られる。
【００１１】
このように、本実施の形態によれば、一定間隔Ｗの開口部４ａ，４ｂを有する複数の離岸堤２ａ，２ｂを、海岸線にほぼ平行に、かつ、前後２列に配置し、上記開口部の幅Ｗを、波高を減衰させるべき目標波浪の周期と沖合防波堤１の設置箇所の水深条件等によって決定するとともに、上記各離岸堤２ａ，２ｂの長さａをａ／Ｗ＝０．９倍〜１．８の範囲とすることにより、異常気象時に波高が大きくなり易い長周期の条件（Ｔ＝８〜１２ｓｅｃ．）での波高減衰率Ｗｔの平均値を４０％以下にすることができる。また、上記２列の防波堤の間隔ｂを、ｂ／Ｗ＝０．５〜１．４の範囲とすることにより、波高減衰率Ｗｔの平均値を４０％以下にすることができる。特に、ａ／Ｗ＝１．２，ｂ／Ｗ＝１．１とした場合には、Ｔ＝６．５〜１３ｓｅｃ．の広い範囲において、波高減衰率Ｗｔの最大値が４０％以下で、かつ、波高減衰率Ｗｔの平均値はＷｔ＝２５％となり著しい防波効果が得られる。
【００１２】
なお、本実施の形態においては、沖側防波堤１Ａと岸側防波堤１Ｂとを整合配列しているので、開口部４ａ，４ｂが直線状に配置され、開口部での通水性が損なわれることがない。また、上記例では、開口部４ａ，４ｂの幅をＷ＝２０ｍとして、数値シミュレーションを行ったが、開口部４ａ，４ｂの幅Ｗの異なる沖合防波堤においても、上述した防波効果を得るための配置条件（ａ／Ｗ及びｂ／Ｗの範囲）が適用できることはいいうまでもない。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の沖合防波堤は、天端面の位置が海面上にある複数の離岸堤を一定間隔の開口部をおいて配置して成る２つの防波堤を、海岸線にほぼ平行に、かつ、沖側に位置する防波堤の開口部と海岸側に位置する防波堤の開口部とが直線状になるように整合配置するとともに、上記開口部の幅を、波高を減衰させるべき目標波浪の周期と沖合防波堤の設置箇所の水深条件等に基づいて決定し、更に、上記各離岸堤の長さを上記開口部の幅の０．９倍〜１．８倍とし、かつ、上記２列の離岸堤の前後方向の間隔（防波堤の間隔）を上記開口部の幅の０．５倍〜１．４倍としたので、異常気象時に波高が大きくなり易い長周期の条件（Ｔ＝８〜１２ｓｅｃ．）での波高減衰率Ｗｔを大幅に減少させることができ、防波堤の防波効果を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる沖合防波堤の波高減衰率の数値シミュレーション結果を示す図である。
【図２】１段配置の沖合防波堤の波高減衰率の数値シミュレーション結果である。
【図３】千鳥状配置の沖合防波堤の波高減衰率の数値シミュレーション結果である。
【図４】離岸堤の長さを変えた時のシミュレーション結果である。
【図５】離岸堤の長さを変えた時のシミュレーション結果である。
【図６】離岸堤の長さを変えた時のシミュレーション結果である。
【図７】離岸堤の長さを変えた時のシミュレーション結果である。
【図８】離岸堤の長さを変えた時のシミュレーション結果である。
【図９】開口部の幅と離岸堤の長さとの比と波高減衰率との関係を示す図である。
【図１０】２つの防波堤間の間隔を変えた時のシミュレーション結果である。
【図１１】２つの防波堤間の間隔を変えた時のシミュレーション結果である。
【図１２】２つの防波堤間の間隔を変えた時のシミュレーション結果である。
【図１３】２つの防波堤間の間隔を変えた時のシミュレーション結果である。
【図１４】２つの防波堤間の間隔を変えた時のシミュレーション結果である。
【図１５】２つの防波堤間の間隔を変えた時のシミュレーション結果である。
【図１６】開口部の幅と防波堤間の間隔との比と波高減衰率との関係を示す図である。
【図１７】従来の沖合防波堤の配置の一例を示す図である。
【図１８】従来の沖合防波堤の配置を示す他の例を示す図である。
【符号の説明】
１  沖合防波堤
１Ａ  沖側防波堤
１Ｂ  岸側防波堤
２，２ａ，２ｂ  離岸堤
３  海岸の汀線
４，４ａ，４ｂ  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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