(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
臨海部に形成された閉鎖性海域の出入口部の構造であって、
前記閉鎖性海域の出入口部に設けられて、前記出入口部に所定幅の開口を形成する主堤体と、
前記主堤体に一体に設けられて、前記主堤体から前記閉鎖性海域の内方に延出する第１副堤体と、
前記主堤体に前記第１副堤体から前記開口とは反対側に所定の間隔をおいて一体に設けられて、前記主堤体から前記閉鎖性水域の内方に延出する前記第１副堤体よりも長い第２副堤体とを備えてなることを特徴とする閉鎖性海域の出入口部の構造。
【請求項２】
前記第１副堤体は、先端部が前記第２副堤体の方向に屈曲されていることを特徴とする請求項１に記載の閉鎖性海域の出入口の構造。
【請求項３】
前記主堤体は、前記出入口に臨む両岸にそれぞれ設けられ、何れか一方の主堤体に前記第１副堤体及び前記第２副堤体が一体に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の閉鎖性海域の出入口部の構造。
【請求項４】
前記主堤体は、前記出入口部に臨む両岸の一方に設けられ、該主堤体に前記第１副堤体及び前記第２副堤体が一体に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の閉鎖性海域の出入口部の構造。
【請求項５】
臨海部に形成された閉鎖性海域内に循環流を形成するための閉鎖性海域の流況制御方法であって、
前記閉鎖性海域の出入口部に主堤体を設けて、該出入口部に所定幅の開口を形成するとともに、前記主堤体に、前記主堤体から前記閉鎖性海域の内方に延出する第１副堤体と、前記第１副堤体から前記開口とは反対側に所定の間隔をおいて、かつ前記主堤体から前記閉鎖性海域の内方に延出する前記第１副堤体よりも長い第２副堤体とを、一体に設け、
前記出入口部を通過する潮流を前記第１副堤体で受けることにより前記出入口部近傍に渦を発生させ、該渦を前記第２副堤体に接触させて前記閉鎖性海域の内方に移動させることにより、前記閉鎖性海域内に循環流を形成することを特徴とする閉鎖性海域の流況制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉鎖性海域の出入口部の構造及び流況制御方法に関し、特に、過去の港湾事業によって臨海部に形成された閉鎖性海域の流動環境を改善するのに好適な閉鎖性海域の出入口部の構造及び流況制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大都市圏を抱える港湾域では、過去の港湾事業（埋立や防波堤建設）によって例えば臨海部に外海域から隔離された閉鎖性度の高い海域（閉鎖性海域）が数多く形成されている。このような閉鎖性海域では、閉鎖的な地形によって海水の流動が低下し、閉鎖性海域内外での海水の交換が低下する。このため、陸域からの流入負荷が過剰に蓄積されて過栄養化が進行し、植物プランクトン等の有機懸濁物が増加し（異常に増殖した場合には赤潮が発生する）、透明度の低下した海域となる。
【０００３】
また、増殖した有機懸濁物が枯死し、それが底層に沈降して堆積することにより、底層部がヘドロ化し、底質が劣化する。さらに、底層部のヘドロ化が過剰に進行すると、その分解に際して大量の溶存酸素を消費するため、底層部が貧酸素化し、底層部に生息する生物等が死滅し、生態系を著しく破壊する。さらに、底層部の貧酸素化した水塊が湧昇することにより青潮が発生し、浅海域の生物まで死滅に至らせることもある。
【０００４】
一方、特許文献１には、防波堤に関する発明が開示されている。この防波堤は、潮流が流出入する出入口部に臨む防波堤の先端部分を三角形状又は刃形状に形成することで、防波堤の背面側に発生する循環流を湾内の広範囲に行き渡らせている。また、防波堤の背面側で強い剥離渦流を発生させ、この渦流により湾内に大きな循環流を発生させ、湾内の停滞域水域を少なくし、湾内の富栄養化を防止し、流動環境を改善している。
【特許文献１】特開平１０−２１９６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されている防波堤は、防波堤の先端部の形状を三角形状又は刃形状とすることで剥離渦流を発生させ、この剥離渦流を利用して湾内に大きな循環流を発生させているため、潮流が強い場合には問題はないが、潮流が弱い場合には循環流を湾奥まで行き渡らせることができず、湾の内外での海水の交換を促進することができず、湾内の富栄養化が進行し、流動環境が悪化することになる。
【０００６】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、閉鎖性海域の内外での海水の交換を促進できるとともに、潮流の強弱に関わらずに閉鎖性海域の隅々に行き渡る大きな循環流を発生させることができ、これにより閉鎖性海域の流動環境を改善することができる閉鎖性海域の出入口部の構造及び流況制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、臨海部に形成された閉鎖性海域の出入口部の構造であって、前記閉鎖性海域の出入口部に設けられて、前記出入口部に所定幅の開口を形成する主堤体と、前記主堤体に一体に設けられて、前記主堤体から前記閉鎖性海域の内方に延出する第１副堤体と、前記主堤体に前記第１副堤体から前記開口とは反対側に所定の間隔をおいて一体に設けられて、前記主堤体から前記閉鎖性水域の内方に延出する前記第１副堤体よりも長い第２副堤体とを備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造によれば、潮流が出入口部を通過する際に第１副堤体に接触することによって第１副堤体の先端近傍に渦が発生し、この渦は第２副堤体に接触することによって第２副堤体に沿って閉鎖性海域の内方に移動し、次第に大きく成長しながら閉鎖性海域の最奥部まで達する。このような渦の発生、移動、成長が閉鎖性海域内で連続して行われることで閉鎖性海域内に大きな循環流が発生し、この循環流によって閉鎖性海域の内外での海水の交換を促進でき、閉鎖性海域内に停滞域が形成されるのを防止できる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の閉鎖性海域の出入口の構造であって、前記第１副堤体は、先端部が前記第２副堤体の方向に屈曲されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造によれば、出入口部を通過する潮流が第１副堤体に接触することによって第１副堤体の先端近傍に発生した渦は、第１副堤体の先端部の屈曲形状によって第２副堤体の方向に導かれ、第２副堤体に接触することによって閉鎖性海域の内方に移動し、次第に大きく成長しながら閉鎖性海域の最奥部に達することになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の閉鎖性海域の出入口部の構造であって、前記主堤体は、前記出入口に臨む両岸にそれぞれ設けられ、何れか一方の主堤体に前記第１副堤体及び前記第２副堤体が一体に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の閉鎖性海域の出入口部の構造であって、前記主堤体は、前記出入口部に臨む両岸の一方に設けられ、該主堤体に前記第１副堤体及び前記第２副堤体が一体に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、臨海部に形成された閉鎖性海域内に循環流を形成するための閉鎖性海域の流況制御方法であって、前記閉鎖性海域の出入口部に主堤体を設けて、該出入口部に所定幅の開口を形成するとともに、前記主堤体に、前記主堤体から前記閉鎖性海域の内方に延出する第１副堤体と、前記第１副堤体から前記開口とは反対側に所定の間隔をおいて、かつ前記主堤体から前記閉鎖性海域の内方に延出する前記第１副堤体よりも長い第２副堤体とを、一体に設け、前記出入口部を通過する潮流を前記第１副堤体で受けることにより前記出入口部近傍に渦を発生させ、該渦を前記第２副堤体に接触させて前記閉鎖性海域の内方に移動させることにより、前記閉鎖性海域内に循環流を形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明による閉鎖性海域の流況制御方法によれば、出入口部を通過する潮流を第１副堤体で受けることにより第１副堤体の先端近傍に渦が発生し、この渦が第２副堤体に接触することによって第２副堤体に沿って閉鎖性海域の内方に移動し、次第に大きく成長しながら閉鎖性海域の最奥部まで達する。このような渦の発生、移動、成長が閉鎖性海域内で連続して行われることで、閉鎖性海域内に大きな循環流が発生し、この循環流によって閉鎖性海域の内外での海水の交換が促進され、閉鎖性海域内に停滞域が形成されるのを防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上、説明したように、本発明の閉鎖性海域の出入口部の構造及び流況制御方法によれば、第１副堤体によって第１副堤体の先端近傍に渦を発生させ、この渦を第２副堤体によって閉鎖性海域の内方に向かって移動させ、次第に大きく成長させながら閉鎖性海域の最奥部まで到達させることができ、このような渦の発生、移動、成長を閉鎖性海域内で連続して行うことができる。
従って、潮流の強弱に関わらずに、閉鎖性海域内に大きな循環流を形成することができるので、閉鎖性海域の内外での海水の交換を促進でき、閉鎖性海域内に停滞域が形成されるのを防止でき、流動環境を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造の一実施の形態が示されていて、図１は閉鎖性海域が形成される港湾の全体を示す概略図、図２は閉鎖性海域の部分拡大図である。
【００１７】
すなわち、本実施の形態に示す閉鎖性海域１の出入口部２の構造は、例えば、図１及び図２に示すように、過去の港湾事業（埋立や防波堤建設等）によって港湾１５の湾奥の臨海部２０に形成された、外海域から隔離された閉鎖性の高い海域（以下、「閉鎖性海域１」という）の流動環境を改善するのに有効なものであって、閉鎖性海域１の出入口部２に設けられる主堤体４と、主堤体４に一体に設けられる第１副堤体６と第２副堤体９とを備えている。
なお、ここで「出入口部２」とは、閉鎖性海域１と外海域３との境界部に位置する狭窄された部分を意味する。また、本実施の形態においては、港湾１５の湾奥の臨海部２０に形成された閉鎖性海域１を対象としているが、港湾の存在しない臨海部に形成された閉鎖性海域や河川、湖沼等の閉鎖性水域を対象としてもよい。
【００１８】
主堤体４は、鋼、コンクリート等から形成される壁状をなすものであって、閉鎖性海域１の出入口部２に臨む両岸にそれぞれ対岸方向に突出するように対向配置され、この一対の主堤体４によって閉鎖性海域１が外海域３から区画されている。なお、図２においては、一方の主堤体４のみ示している。
【００１９】
一対の主堤体４は、満潮時の海面よりも上端が上方に突出する高さに設定されるとともに、内外壁面（閉鎖性海域１側の壁面４ａ及び外海域３側の壁面４ｂ）が潮汐の干満によって発生する潮流１０の移動方向に対して直交するように出入口部２の両岸に設けられ、この一対の主堤体４の先端間に閉鎖性海域１と外海域３との間を相互に連通する所定幅の開口５が形成され、この開口５を介して外海域３と閉鎖性海域１との間で潮流１０が相互に移動する。
【００２０】
なお、主堤体４は、閉鎖性海域１の出入口部２の両岸に必ずしも設ける必要はなく、出入口部２の片岸のみに主堤体４を設けて、この主堤体４の先端と対岸との間に外海域３と閉鎖性海域１との間を相互に連通する開口５を形成するようにしてもよい。また、既設の主提体が存在する場合にはそれを用いてもよい。
【００２１】
第１副堤体６は、鋼、コンクリート等から形成される壁状をなすものであって、一方の主堤体４の先端から出入口部２の岸方向に所定の距離（Ｌｘ１）離れた内壁面４ａ側の部分に、両壁面６ａが一方の主堤体４の内壁面４ａと略直交するように一体に設けられ、先端が一方の主堤体４の内壁面４ａから閉鎖性海域１の内方の所定の位置まで延出している。
なお、第１副堤体６は、開口５に面する主堤体４の先端面と壁面６ａが面一となるように、つまりＬｘ１＝０となるように、主堤体４の内壁面４ａ側に設けてもよい。
【００２２】
第１副堤体６は、上端が満潮時の海面よりも上方に突出する高さに設定され、開口５を通過する潮流１０が第１副堤体６を乗り越えることなく、外海域３から閉鎖性海域１に又は閉鎖性海域１から外海域３に移動するように構成されている。
【００２３】
第１副堤体６は、主堤体４から閉鎖性海域１の内方の所定の位置までの間は壁面６ａが主堤体４の内壁面４ａと略直交する直線部７に形成されるとともに、その直線部７から先端側の部分は開口５から離れる方向（後述する第２副堤体９に近づく方向）に所定の角度で屈曲される屈曲部８に形成され、この第１副堤体６の直線部７及び屈曲部８の開口５側の壁面６ａに沿って外海域３から開口５を通過して閉鎖性海域１に移動する潮流１０が後述する第２副堤体９の方向に導かれる。
【００２４】
第１副堤体６を主堤体４に一体に設けることにより、出入口部２の開口５を主堤体４のみによって構成した場合に比べて、出入口部２の開口５の水路長Ｌを長くとることができる。本実施の形態においては、水路長Ｌは、第１副堤体６の直線部７の長さＬｙ１に主堤体４の開口５に面している部分の長さ、つまり主堤体４の厚さＬｙ１´を加えた長さ（Ｌ＝Ｌｙ１＋Ｌｙ１´）となる。
【００２５】
本実施の形態においては、第１副堤体６の屈曲部８の壁面６ａと主堤体４の内壁面４ａとのなす角度θが約３０°となるように、第１副堤体６の先端部を屈曲させている。但し、この角度θは、閉鎖性海域１の形状等に応じて適宜の値に設定することができる。
【００２６】
第２副堤体９は、鋼、コンクリート等から形成される壁状をなすものであって、一方の主堤体４の先端部の内壁面４ａ側の第１副堤体６よりも外側の部分（開口５から離れた部分）に第１副堤体６と所定の間隔（Ｌｘ２）をおいて一体に設けられている。
【００２７】
第２副堤体９は、両壁面９ａが一方の主堤体４の内壁面４ａと略直交するように主堤体４の内壁面４ａ側に一体に設けられるとともに、先端が第１副堤体６の先端よりも閉鎖性海域１の内方に延出するように第１副堤体６よりも長く形成されている。
なお、本実施の形態においては、第２副堤体９の長さＬｙ２を第１副堤体６の直線部７の長さＬｙ１の約２倍（出入口部２の開口５の幅Ｗと略同一長さ）に設定している。
【００２８】
第２副堤体９は、第１副堤体６と略同一の高さ（上端が満潮時の海面よりも上方に位置する高さ）に設定され、開口５を通過する潮流１０が第２副堤体９を乗り越えることなく、外海域３から閉鎖性海域１に又は閉鎖性海域１から外海域３に移動するように構成されている。
【００２９】
上記のような構成の第１副堤体６及び第２副堤体９を一方の主堤体４の内壁面４ａに設けることにより、潮汐の干満によって発生する潮流１０が外海域３から出入口部２の開口５を通過すると、その潮流１０は第１副堤体６の開口５側の壁面６ａに接触し、第１副堤体６の直線部７の壁面６ａに沿って閉鎖性海域１の内方に真っ直ぐに導かれるとともに、屈曲部８の壁面６ａに沿って進路が第２副堤体９の方向に曲げられ、第１副堤体６の先端から剥離することによって第１副堤体６の先端近傍に渦１１が発生する。
【００３０】
このとき、渦１１は、第１副堤体６の先端部の屈曲部８の屈曲形状によって第１副堤体６の先端近傍から第２副堤体９の方向に移動し、第２副堤体９の第１副堤体６側の壁面９ａに接触し、その壁面９ａに沿って閉鎖性海域１の内方に導かれ、第２副堤体９の先端から剥離することによって閉鎖性海域１の内方に向かって移動し、次第に大きく成長しながら閉鎖性海域１の最奥部に達する。
【００３１】
このような第１副堤体６と第２副堤体９との協働による渦１１の発生、渦１１の移動、渦１１の成長が閉鎖性海域１内で連続して行われることで、閉鎖性海域１内に大きな循環流が発生し、この循環流によって閉鎖性海域１と外海域３との間で出入口部２の開口５を介しての海水の交換が促進され、閉鎖性海域１内に停滞域が形成されるのが防止され、閉鎖性海域１の流動環境が改善される。
【００３２】
本願発明者らは、上記のように構成した本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造について数値解析による検証を行った。その結果を以下に示す。
【００３３】
（１） 検証モデル
まず、本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造の検証のために、以下の検証モデル（ケース０〜ケース２）を構築した。この検証モデルは、（「閉鎖性内湾域の海水浄化に係る水理・水質環境に関する研究」；港湾技研資料  Ｎｏ．９００、１９９８年、村上和男）において、防波堤形状による水平循環流の形成と海水交換の促進について評価を実施したときの水理実験における基本モデルを参照している。
【００３４】
検証モデルの基本形状（ケース０）を図３に示す。
ここで、図３中、Ｌｘ：対象水域（閉鎖性海域）の幅、Ｌｙ：対象水域の長さ、Ｗ：出入口部の開口の幅、Ｌ：水路長、ＬＢ：防波堤（主堤体）の長さであり、これらを基にして、タイダルプリズム（１潮汐間で交換される海水量）、及び出入口部の開口における平均流速（上げ潮・下げ潮時）を計算して検証した。
【００３５】
（２） 検証方法
図４（ａ）〜（ｃ）に循環流の形態を示し、図５に循環流の存在領域を示す。
Ｋａｓｈｉｗａｉ（Ｍａｋｏｔｏ  Ｋａｓｈｉｗａｉ：Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｎ  Ｔｉｄａｌ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ（京都大学学位論文  １９８５））の理論を用いた検証によれば、図５に示すように、Ｌ／ＷとＲ／Ｗの関係によって循環流の形態が決定される。
ここで、Ｌ：水路長、Ｗ：出入口部の開口の幅、Ｒ：タイダルプリズム量を長さの次元で示した値である。
【００３６】
上記の理論によれば、循環流の形態は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、タイプ１、タイプ２、タイプ３に分類することができる。タイプ１→タイプ２→タイプ３の順に海水の交換の促進効果が高く、タイプ３では海水の交換を殆ど期待できない。従って、海水の交換を促進させるためには、タイプ３をタイプ１又はタイプ２に改善すればよい。
【００３７】
タイプ３をタイプ１又はタイプ２に改善する方法として、例えば、図３の基本モデルをタイプ３とした場合には、図５に示すように、基本モデルに対して出入口部の開口の幅Ｗを小さく、又は出入口部の開口の水路長を長くすることにより、循環流の形態をタイプ１又はタイプ２に変えることができる。また、図２に示した本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造のように、渦の輸送過程を変化させることによっても循環の形態をタイプ１又はタイプ２に変えることができる。
【００３８】
上記の基本モデル（ケース０）を基にして、図６〜図８に示すように、ケース０（基本モデル）、ケース１（水路長を大、Ｌｓ＝Ｗ）、ケース２（Ｌｓ＝１／２Ｌｓ２、Ｌｓ２＝Ｗ）のモデルを構築し、各モデルについて数値解析による検証を行った。図８に示すケース２のモデルが本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造に相当する。
【００３９】
上記のモデル（ケース０〜ケース２）を用いた数値解析においては、図９に示すようなグリッドモデル（格子間隔：１２０ｍ、潮位変動：０．５ｍ、壁面条件：スリップ、渦動粘性係数：２０ｍ／ｓ）を用い、このグリッドモデルを各モデル（ケース０〜ケース２）に対応させた。そして、図１０に示すように、水位変動・水質：ＯＰ１、粒子追跡：ＦＬＴ１〜ＦＬＴ１２、流速：各格子点の条件の下で、モニタリングした。
【００４０】
数値解析の結果、図１１〜図１３に示すように、本発明の閉鎖性海域の出入口部の構造に相当するケース２は、ケース０に比較して、左側の流程は大きく、湾央から出入口部の開口近傍に形成される循環流との連結にて閉鎖性海域内外での海水の交換が期待できる。
【００４１】
また、図１４〜図１６に示すように、ケース０についてはタイプ３の循環流を形成している。さらに、ケース１、ケース２については、各ケースとも循環流形成過程に変化を及ぼすことで湾奥の海水交換を促進し、タイプ３をタイプ２に改善している。さらに、ケース２は、左側エリアの循環流の規模が増大し、海水の交換促進が期待できる。
【００４２】
上記のように、数値解析を行った結果、本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造を用いることにより、潮流の大小に関わらずに、閉鎖性海域の内外で海水の交換を促進できるので、閉鎖性海域内に停滞域が形成されるのを防止でき、閉鎖性海域の流動環境を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】閉鎖性海域が形成される港湾の全体を示した概略図である。
【図２】本発明による閉鎖性海域の出入口部の構造の一実施の形態を示した概略図であって、図１の部分拡大図である。
【図３】数値解析に用いる基本モデルを示した説明図である。
【図４】循環流の形態を示した説明図である。
【図５】循環流の存在領域を示した説明図である。
【図６】ケース０（基本モデル）を示した説明図である。
【図７】ケース１モデルを示した説明図である。
【図８】ケース２モデルを示した説明図である。
【図９】グリッドモデルを示した説明図である。
【図１０】モニタリングを示した説明図である。
【図１１】ケース０モデルの浮標の流程を示した説明図である。
【図１２】ケース１モデルの浮標の流程を示した説明図である。
【図１３】ケース２モデルの浮標の流程を示した説明図である。
【図１４】ケース０モデルの循環流の形態を示した説明図である。
【図１５】ケース１モデルの循環流の形態を示した説明図である。
【図１６】ケース２モデルの循環流の形態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  閉鎖性海域          ２  出入口部              ３  外海域
４  主堤体              ４ａ  内壁面              ４ｂ  外壁面
５  開口                ６  第１副堤体            ６ａ  壁面
７  直線部              ８  屈曲部                ９  第２副堤体
９ａ  壁面              １０  潮流                １１  渦
１５  港湾              ２０  臨海部
【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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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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