(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内域と外域を区画する防波堤の内外壁を貫通させ、外域海水を内域に導水することで内域海水を循環させて水質浄化を図る海水交換型防波堤において、
防波堤の内壁側に遊水室を設けると共に、この遊水室に連通すべく、外壁側には外壁側開口部を、また、内壁側には内壁側開口部を設け、
前記外壁側開口部は、遊水室との連通位置における上端を高潮位より高く、下端を略低潮位となすと共に、内壁側開口部は略低潮位位置に設け、
かつ、前記遊水室の上端は、外壁側開口部の前記連通位置における上端より高い位置と、下端は内壁側開口部より低い位置となしたことを特徴とする海水交換型防波堤。
【請求項２】
外壁側開口部の床面或いは床面と天井面に勾配を設け、遊水室との連通位置が狭くなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の海水交換型防波堤。
【請求項３】
外域側に消波部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の海水交換型防波堤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内域海水を鉛直循環させ得る速い流れを発生させて水質浄化効果を向上させる海水交換型防波堤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
夏期や冬季に温度躍層が形成される海域では、海水の鉛直循環・混合がほとんど行われないため、海底部が貧酸素状態となり海底生物が死滅する。海底生物が死滅すると海底に沈殿した栄養塩が分解処理されず水質の悪化を招くことになる。さらに、海底の水質が悪化すると、底泥の窒素や燐などの栄養塩が溶出し、結果的に海域全体が富栄養化し、赤潮の爆発的発生など環境上の問題を引き起こすことになる。
【０００３】
このため、人工物によって海水の鉛直循環を促進する方法が検討されており、この鉛直循環によって酸素が豊富な表層水を海底に導水し、生物活性によって水質浄化を行うことが期待されている。
【０００４】
上記した人工物としては、例えば波と潮汐を利用した防波堤が知られている。この防波堤は、沖側（以下、外域という）から防波堤に向かって進行してくる波を利用して、外域の海水と岸側（以下、内域という）の海水を内部で流通させるもので、この外域と内域の海水の流通により、内域の海水が外域の海水と交換されることになって水質の浄化が行われる。以下、このような防波堤を海水交換型防波堤と称す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の海水交換型防波堤は、内外域の海水を交換するものの、潮汐によるゆっくりした海水交換が主となるもので、波を積極的に流れに変換する構造ではないため、波による内域への導水能力が低い。すなわち潮汐による海水交換ではゆっくりとした大きな流れで全体の水位が上下する流体変動であることから、単に海水が内外域を出入りするだけで鉛直循環はほとんど生じなかった。したがって従来の海水交換型防波堤においても、期待するほどの水質浄化効果を得ることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するものであり、波を積極的に流れに変換し、内域海水を鉛直循環させ得る速い流れを発生させる海水交換型防波堤を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の海水交換型防波堤は、防波堤の内壁側に遊水室を設けると共に、この遊水室に連通すべく、外壁側には外壁側開口部を、また、内壁側には内壁側開口部を設け、外壁側開口部は、遊水室との連通位置における上端を高潮位より高く、下端を略低潮位となすと共に、内壁側開口部は略低潮位位置に設け、かつ、遊水室の上端は、外壁側開口部の連通位置における上端より高い位置と、下端は内壁側開口部より低い位置となした。
【０００８】
このようにすることで、外域からの波（海水）は、遊水室の上端側（以下、上部空間という）へも導かれて取り込む海水量が増加し、取り込んだ海水はポテンシャル効果によって遊水室の下端側（以下、下部空間という）へ一方向流となって流下し、内壁側開口部を経て内域へ流出する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の海水交換型防波堤は、内域と外域を区画する防波堤の内外壁を貫通させ、外域海水を内域に導水することで内域海水を循環させて水質浄化を図る海水交換型防波堤において、防波堤の内壁側に遊水室を設けると共に、この遊水室に連通すべく、外壁側には外壁側開口部を、また、内壁側には内壁側開口部を設け、外壁側開口部は、遊水室との連通位置における上端を高潮位より高く、下端を略低潮位となすと共に、内壁側開口部は略低潮位位置に設け、かつ、遊水室の上端は、外壁側開口部の連通位置における上端より高い位置と、下端は内壁側開口部より低い位置となしたものである。
【００１０】
上記構成により、外域からの波（海水：波によって運ばれる海水）は、外壁側開口部から遊水室の上部空間へも導かれて取り込む海水量を増加させ、ポテンシャルの効果によって遊水室の下部空間へ一方向流となって流下し、内壁側開口部を経て内域へ流出する。すなわち、本発明の海水交換型防波堤では、防波堤の内壁側の水面付近で岸に向かう流れが発生し、その流れた海水を補うために、内域水底部から湧昇流が発生する。また、岸に向かった流れは岸において水底部に潜り込み、水底部を岸から外域方向に向きを変えて流れ、結果的に鉛直循環が励起され、効果的に水質浄化が行われることになる。
【００１１】
また、本発明の海水交換型防波堤は、上記した構成において、外壁側開口部の床面或いは床面と天井面に勾配を設け、遊水室との連通位置が狭くなるようにすれば、遊水室へ向けての縮流が生じて、遊水室の上部空間に移動する海水の流れが速くなり、上記に較べてより一層効果的に内域へ流出する速い流れを発生させることができる。
【００１２】
本発明の海水交換型防波堤においては、外壁側開口部の床面に遊水室へ向けて設ける傾斜部の上り勾配（以下、下側傾斜部という）は、特に限定するものではないが、本発明者の研究・実験によれば、１／１０〜１／３とすることが望ましい。この理由は、以下のとおりである。
【００１３】
外域の波を取り込むために外壁側開口部は大きい方がよく、連通位置における開口は遊水室のポンプ効果（ポテンシャル差）を高めるため、導水効果を維持できる程度まで小さくする方がよい。したがって下側傾斜部を設けている。
【００１４】
波動の特性として、斜面上を通過する波は、波高が増大する。よって下側傾斜部で波高を増大させ、遊水室に導水する際のポテンシャルを高めることにより、波動を流れに変換させる効果を向上させる。
【００１５】
一般的な現地波浪条件、標準的な防波堤のサイズ、導水効果が維持できる連通位置の開口面積、を総合的に考慮した結果、上記した勾配の範囲が望ましいことを知見した。すなわち、１／１０未満の勾配であると、下側傾斜部上において波高増大効果を期待することができず、また、１／３を超える勾配であると、実際の構造と波浪条件を考えた場合、さほど効果は変わらないにも拘わらず施工コストが増加する。なお、下側傾斜部の勾配は、上記範囲において１／５程度とするのが最も望ましい。
【００１６】
また、外壁側開口部の天井面に遊水室へ向けて設ける傾斜部の下り勾配（以下、上側傾斜部という）も同様に特に限定するものではないが、１／１５〜１／５とすることが望ましい。この理由は、以下のとおりである。
【００１７】
上記した下側傾斜部を設けた理由と同様に、外域の波を取り込むために外壁側開口部は大きい方がよく、連通位置における開口は遊水室のポンプ効果（ポテンシャル差）を高めるため、導水効果を維持できる程度まで小さくする方がよい。したがって上側傾斜部を設けている。
【００１８】
一般的な現地波浪条件、標準的な防波堤のサイズ、導水効果が維持できる連通位置の開口面積、を総合的に考慮した結果、上記した勾配の範囲が望ましいことを知見した。すなわち、１／１５未満の勾配であると、上側傾斜部による導水効果が期待することができない。この場合、むしと製作コスト面で不利なことから勾配のない直線状とした方がよい。また、１／５を超える勾配としてもさほど効果は変わらないにも拘わらず施工コストが増加する。なお、上側傾斜部の勾配は、上記範囲において１／１０程度とするのが最も望ましい。
【００１９】
下側傾斜部と上側傾斜部を共に設けるときは、下側傾斜部の勾配を、上側傾斜部の勾配よりも大きくする方が、遊水室へ向けての縮流がより効果的に得られるようになる。下側傾斜部の勾配は、主として波動の特性（波高増大効果）を考慮すべきで、現地波浪条件に応じて設定することが好ましい。上側傾斜部の勾配は、防波堤の規模、構造や潮汐による潮位差を考慮して設定すべきである。
【００２０】
下側傾斜部と上側傾斜部とを共に設ける場合、上記したように下側傾斜部と上側傾斜部に期待する効果（特に下側傾斜部について）が異なることに伴い、望ましい勾配（範囲）も異なることから、下側傾斜部の勾配を、上側傾斜部の勾配よりも大きくする。
【００２１】
このようにすることで、下側傾斜部と上側傾斜部の各々に期待する効果が共に可及的に顕著となる。つまり、外壁開口部の最外域の開口面積が増大するので、波を取り込み易くなる。また、連通位置における開口高さが適切になるので、遊水室での（ポテンシャル差による）ポンプ効果が高くなり、波動を流れに変換する作用を効果的に発揮することができる。
【００２２】
また、本発明の海水交換型防波堤は、上記したいずれかの構成において、外壁側に消波部を設けた場合には、海水交換型防波堤から外域に伝搬する反射波を低減することができ、周辺海域の静穏度や船舶の安全な航行を確保することができる。
【００２３】
【実施例】
以下に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は本発明の海水交換型防波堤（以下、防波堤と略す）の第１実施例構成を示す図である。図２は本発明の防波堤によって内域海水を循環する状況を示す図である。図３〜図７は本発明の防波堤の第２〜第６実施例構成をそれぞれ示す図である。
【００２４】
図１〜図７において、１は本発明の防波堤であり、まず、以下の各々の実施例において共通する構成を説明する。２は、外壁側に形成された外壁側開口部である。この外壁側開口部２は、後述する遊水室４との連通位置３における上端を高潮位より高い位置に、また、下端を略低潮位位置としている。なお、以下の第１〜第６実施例では外壁側開口部２の前記連通位置３の下端は、いずれも低潮位より若干低い位置としている。
【００２５】
４は、前記外壁側開口部２の内壁側端部に連通して形成され、上端が外壁側開口部２の上端より高い位置で、かつ下端が後述する内壁側開口部５よりも低い位置でとされた遊水室である。遊水室４には、外壁側開口部２を紙面上下に挟んで上部空間４Ａと下部空間４Ｂとが形成されている。５は、遊水室４の下部空間４Ｂにおいて、略低潮位位置（以下の第１〜第６実施例では低潮位より若干下側の位置）に形成した内壁側開口部である。
【００２６】
（第１実施例）
図１に示す第１実施例構成における防波堤１は、外壁側開口部２の流路上側と流路下側が、外壁から遊水室４に向けて水平に形成されている。第１実施例では、外壁側開口部２を介して遊水室４の上部空間４Ａにも海水が流入する。その後、遊水室４内の海水は下部空間４Ｂに向けて移動し、このとき、ポテンシャル効果によって下方に向かう速い流れが生じ、この流下海水が内壁側開口部５から内域に流出する。
【００２７】
内壁側開口部５から内域に流出した海水は図２に示すように流れる。すなわち、本発明の防波堤１（いま、ここでは第１実施例にて代表して説明するが第２〜７実施例も同様）により速い流れが生じた海水は、内壁側開口部５から岸１１に向かう。このとき、内壁側開口部５から流れに連行された海水を補うために、防波堤１の内側近傍における内域水底部から湧昇流が発生する。
【００２８】
また、岸１１に向かった流れは岸１１において下方に潜り込み、水底部で外域方向に向きを変えて流れるから、結果的に鉛直循環が励起される。このように、本発明の防波堤１は、積極的に速い流れを生じるようにしているので従来に較べて確実かつ効果的に水質浄化が行われることとなる。
【００２９】
（第２実施例）
図３に示す第２実施例における防波堤１は、図１及び図２に示した第１実施例の防波堤１において、外壁側開口部２の流路下側に、遊水室４へ向けて例えば１／５の上り勾配とされた下側傾斜部２Ａを設けている。この下側傾斜部２Ａは、連通位置３における位置が低潮位付近（若干突出してもよい）とされている。
【００３０】
この下側傾斜部２Ａを設けることで、外壁側開口部２と遊水室４との連通位置３の開口面積が、外壁側の開口面積に較べて狭くなり、遊水室４へ流入する海水が縮流されて上記第１実施例よりも流れが速くなると共に、遊水室４に流入する海水が上向きの角度を持って流れ込むので、上部空間４Ａに効果的に海水が流れ込み、上記第１実施例よりも速い流れが生じると共に流量も増加することになって、第１実施例に較べて水質浄化効果が高くなる。
【００３１】
（第３実施例）
図４に示す第３実施例構成における防波堤１は、第２実施例における下側傾斜部２Ａと共に例えば１／８の下り勾配の上側傾斜部２Ｂを設けている。このようにすることで、第２実施例の作用効果がより顕著となり、第１及び第２実施例のそれぞれに較べてより一層速い流れを生じさせることができ、水質浄化効果も高くなる。
【００３２】
（第４実施例）
図５に示す第４実施例構成における防波堤１は、図３に示した第２実施例において以下の点が異なる。外壁側開口部２の外壁側下方に海水の貯水部６を形成し、この貯水部６と外壁側開口部２の外壁部分に、上端から下端に亘って消波部として機能する柱２Ｃを左右方向に所要の隙間を存して設けている。
【００３３】
第４実施例における防波堤１は、外壁側開口部２において柱２Ｃによって消波され、柱Ｃ間から浸入した海水が貯水部６で自由表面を有した状態で貯留されることとなり、外壁側開口部２の遊水室４側から海水が浸入する。この結果、防波堤１から外域への反射波の抑制と内域の高い水質浄化効果を得ることができる。
【００３４】
（第５実施例）
図６に示す第５実施例構成における防波堤１は、図５に示した第４実施例構成と以下の点が異なる。すなわち、外壁側開口部２、貯水部６における柱２Ｃの貯水部６側に、さらに消波部材６Ａを設けている。消波部材６Ａは、図６（ｂ）に示すように断面Ｌ字型で、垂直面上端が低潮位の高さとされ、また、水平面の開放端が柱２Ｃに設けられている。第５実施例の防波堤１は、消波部材６Ａを設けたことにより第４実施例に較べてさらに広い波周期範囲での消波が確実となる。
【００３５】
（第６実施例）
図７に示す第６実施例構成における防波堤１は、次の構成とされている。すなわち第６実施例構成における防波堤１は、図７（ｃ）に示すように外壁側に柱２Ｃと、貯水部６を設けた本体において、図７（ａ）（ｄ）に示すように、外壁側開口部２と、遊水室４と、内壁側開口部５とを１組みとしたものを例えば横並びに２組み設けている。
【００３６】
第６実施例構成のようにすることにより、上記した第５実施例同様に、高い消波効果を得ることができ、第５実施例と同等の作用効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の海水交換型防波堤は、外域からの波による海水は、外壁側開口部から遊水室の上部空間へも導かれて取り込まれる量が増加し、ポテンシャルの効果によって遊水室の下部空間へ一方向流となって流下し、内壁側開口部を経て内域へ流出する。このように、波を流れに変換し、積極的に速い流れを生じさせることができるので、内域海水の鉛直循環が励起され、海水交換型防波堤内部で曝気された海水と内域の酸素豊富な表層海水が貧酸素状態となっている海底部に流れ、水質浄化が確実に行われる。したがって鉛直循環・混合により、海底生物を活性化させ、自然浄化能力を再生させるため、上記した水質浄化ひいては赤潮発生の抑制に高い効果を有する。また、人工的な動力を要しないので、非常に経済的である。
【００３８】
また、本発明の海水交換型防波堤は、上記した構成において、外壁側開口部の床面或いは床面と天井面に勾配を設け、遊水室との連通位置が狭くなるようにしたので、波動の特性と遊水室へ向けての縮流効果によって、遊水室の上部空間に移動する海水の流れが速くなり、層効果的に内域へ流出する速い流れを発生させることができる。
【００３９】
また、本発明の海水交換型防波堤は、上記したいずれかの構成において、外壁側に消波部を設けたので、周辺海域の保全や船舶航行の安全性確保など、防災面にも配慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の海水交換型防波堤の第１実施例構成を示し、（ａ）は外域から見た図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は内域から見た図である。
【図２】本発明の海水交換型防波堤により発生した流れより内域の海水が鉛直循環する状況を（第１実施例で代表して）示す図である。
【図３】本発明の海水交換型防波堤の第２実施例構成を示し、（ａ）は外域から見た図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は内域から見た図である。
【図４】本発明の海水交換型防波堤の第３実施例構成を示し、（ａ）は外域から見た図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は内域から見た図である。
【図５】本発明の海水交換型防波堤の第４実施例構成を示し、（ａ）は外域から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は内域から見た図である。
【図６】本発明の海水交換型防波堤の第５実施例構成を示し、（ａ）は外域から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は内域から見た図である。
【図７】本発明の海水交換型防波堤の第６実施例構成を示し、（ａ）は外域から見た図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｄ）は内域から見た図である。
【符号の説明】
１  海水交換型防波堤
２  外壁側開口部
２Ａ  下側傾斜部
２Ｂ  上側傾斜部
２Ｃ  柱（消波部）
３  連通位置
４  遊水室
４Ａ  上部空間
５  内壁側開口部
６  貯水部
６Ａ  消波部材
【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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