(57)【要約】【課題】浮体式海水交換型防波堤の構造諸元および導水性能を明らかにして内海への導水量を多くすることができるようにする。【解決手段】内海２１と外海２２とを区画する区画壁１１と、区画壁１１の外海２２側に設けられる潜堤部１３と、潜堤部１３の上部に設けられ、外海２２の潮位の変動に応じて上下する浮体構造物１４と、区画壁１１から潜堤部１３および浮体構造物１４の間に遊水部２３を形成するように設けられる第１および第２側壁部と、区画壁１１に設けられ、遊水部２３と内海２１とを連通する導水孔１１ａと、を具備する海水交換型防波堤１０において、遊水部２３の水位を防波堤設計における朔望平均満潮面と等しい高さとしたときの遊水部２３の水深ｈと、遊水部２３を形成する区画壁幅Ｂと、導水孔１１ａの面積Ａとで表される開口率Ｋ＝Ａ／（Ｂｈ）×１００（％）とすると、Ｋが５〜１２％とすること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内海と外海とを区画する区画壁と、
前記区画壁の外海側に設けられる潜堤部と、
前記潜堤部の上部に設けられ、前記外海の潮位の変動に応じて上下する浮体構造物と、
前記区画壁から前記潜堤部および前記浮体構造物の間に遊水部を形成するように設けられる側壁部と、
前記区画壁に設けられ、前記遊水部と前記内海とを連通する導水孔と、
を具備する海水交換型防波堤において、
前記遊水部の水位を防波堤設計における朔望平均満潮面と等しい高さとしたときの前記遊水部の水深ｈと、前記遊水部を形成する区画壁幅Ｂと、前記導水孔の面積Ａとで表される開口率Ｋが
Ｋ＝Ａ／（Ｂｈ）×１００（％）
とすると、Ｋが５〜１２％となることを特徴とする海水交換型防波堤。
【請求項２】
請求項１記載の海水交換型防波堤であって、
前記潜堤部の上部に設けられた前記浮体構造物は、前記外海側を支持部とし、前記内海側が上下方向に傾動可能で、かつ、潮位による前記外海の水位変動に応じて傾動角度が変化する板状の浮体であり、前記浮体と前記潜堤部との間に緩衝室を形成する膜体を有し、
前記緩衝室は、前記遊水部と連通されていることを特徴とする海水交換型防波堤。
【請求項３】
請求項１または２記載の海水交換型防波堤であって、
可動部である前記浮体構造物と、前記側壁部とのクリアランスを１〜２０ｃｍとすることを特徴とする海水交換型防波堤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水交換型防波堤に関し、特に、内海への導水量を多くすることができる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、閉鎖海域における海水交換の方法として、潮汐や波などを利用したものがある。さらに、砕波を利用する方法として潜堤付き防波堤がある。
しかし、潜堤付き防波堤は、潮位変動の大きい海域では潜堤の上部の被り水深が大きくなると、砕波が起こりにくくなり、導水効率が落ちるという側面を持っている。さらに、この問題を解決するために提案された浮体式海水交換型防波堤がある（例えば特許文献１参照）。この浮体式海水交換型防波堤は潜堤上部の浮体構造物が水位の変動に応じて追従し、砕波の侵入による遊水部の水位上昇が見込めることから、浮体構造を有しないものより、内海への導水量を増加させることができる。
しかし、波の特性や構造諸元による導水性能については明らかにされておらず、効果的な設計による導水量の増加が望まれている。
【特許文献１】特開２００２−３２７４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の目的は、浮体式海水交換型防波堤の構造諸元および導水性能を明らかにして、内海への導水量を多くすることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、内海と外海とを区画する区画壁と、前記区画壁の前記外海側に設けられる潜堤部と、前記潜堤部の上部に設けられ、前記外海の潮位の変動に応じて上下する浮体構造物と、前記区画壁から前記潜堤部および前記浮体構造物の間に遊水部を形成するように設けられる側壁部と、前記区画壁に設けられ、前記遊水部と前記内海とを連通する導水孔と、を具備する海水交換型防波堤において、前記遊水部の水位を防波堤設計における朔望平均満潮面（Ｈ．Ｗ．Ｌ．）と等しい高さとしたときの前記遊水部の水深ｈと、前記遊水部を形成する区画壁幅Ｂと、前記導水孔の面積Ａとで表される開口率Ｋが
Ｋ＝Ａ／（Ｂｈ）×１００（％）
とすると、Ｋが５〜１２％となることを特徴とする海水交換型防波堤である。
【０００５】
請求項１記載の発明により、前記遊水部の水位を防波堤設計における朔望平均満潮面と等しい高さとすると、開口率が５〜１２％において、前記区画壁の導水孔から内海への導水量が十分になる。
【０００６】
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載の海水交換型防波堤であって、前記潜堤部の上部に設けられた前記浮体構造物は、前記外海側を支持部とし、前記内海側が上下方向に傾動可能で、かつ、潮位による前記外海の水位変動に応じて傾動角度が変化する板状の浮体であり、前記浮体と前記潜堤部との間に緩衝室を形成する膜体を有し、前記緩衝室は、前記遊水部と連通されていることを特徴とする海水交換型防波堤である。
請求項２記載の発明により、浮体構造物の傾動角度が変化することにより、膜体が展開方向または折り畳み方向に変形するとともに、遊水部と連通する緩衝室に対し遊水部の海水が出入りする。これにより、緩衝室内の海水が、浮体構造物の傾動時にクッション的な役割を果たす。このため、波力による浮体構造物の振動を軽減することができる。
【０００７】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の海水交換型防波堤であって、可動部である前記浮体構造物と、前記側壁部とのクリアランスを１〜２０ｃｍとすることを特徴とする海水交換型防波堤である。
請求項３記載の発明により、可動部である浮体構造物と、前記側壁部とのクリアランスを１〜２０ｃｍとすると、クリアランスが狭すぎて浮体構造物が側壁部と接触することがなく、かつ、クリアランスが広すぎて緩衝室内と外海との間にて海水が流れ過ぎることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、海水交換型防波堤により内海の海水交換を十分行うことができる。
さらに、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果とともに、波力による浮体構造物の動作不良や損傷を防止することができる。
さらに、請求項３記載の発明により、請求項１または２記載の発明の効果とともに、浮体構造部の動作を円滑にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は海水交換型防波堤を示し、図２は図１の浮体構造物と側壁部とのクリアランスを示し、図３は図１の導水孔の正面を示す。さらに、図４は波の周期を一定にして波高をパラメーターとして導水孔の開口率と導水量との関係を示し、図５は波高を一定にし、波の周期をパラメーターにして開口率と導水量との関係を示し、図６は波の周期を一定にし波高をパラメーターにして開口率と遊水部の水位上昇量との関係を示し、図７は開口率をパラメーターにして波形勾配と内海波高／入射波高との関係を示し、図８は波の周期を一定にし波高をパラメーターにしてクリアランスと導水量との関係を示し、図９は波高を一定にし波の周期をパラメーターにしてクリアランスと導水量との関係を示す。
【００１０】
図１に示すように、海水交換型防波堤１０は、内海２１と外海２２とを区画する区画壁１１と、区画壁１１の外海２２側に設けられる潜堤部１３と、潜堤部１３の上部に設けられ、外海２２の潮位の変動に応じて上下する浮体構造物１４と、区画壁１１から潜堤部１３および浮体構造物１４の間に遊水部２３を形成するように設けられる第１および第２側壁部１２ａ、１２ｂ（図２参照）と、区画壁１１に設けられ、遊水部２３と内海２１とを連通する導水孔１１ａとを具備している。なお、具体的には、海水交換型防波堤１０は海底に設けた基礎マウンド１８の上に設けられている。
【００１１】
遊水部２３の水位を、防波堤設計における朔望平均満潮面と等しい高さとしたときの、遊水部２３の水深ｈ（図１参照）と、遊水部２３を形成する区画壁１１の幅Ｂ（図３参照）と、導水孔１１ａの面積Ａとで表される開口率Ｋが、
Ｋ＝Ａ／（Ｂｈ）×１００（％）
とすると、Ｋが５〜１２％となる。
【００１２】
導水管１１ａの形状は任意であるが、実施例では図３に示すように、導水孔１１ａは、同じ断面積の導水管１１ｂを上下２段に８本配置した。各導水管１１ｂに蓋をして、２、４、６、８個の導水管１１ｂの蓋を開けた場合について測定した。ここで、２、４個の場合は下段の導水管１１ｂを使用し、６、８個の場合は上下段の導水管１１ｂを用いた。１個の導水管１１ｂの蓋が開いた場合の開口率Ｋは朔望平均満潮面の場合１．３２％となる。
【００１３】
図１に示すように、潜堤部１３の上部に設けられた浮体構造物１４は、外海２２側を支持部とし、内海２１側が上下方向に傾動可能で、かつ、潮位による水位変動に応じて傾動角度が変化する板状の浮体である。そして、浮体構造物１４と潜堤部１３との間に緩衝室１５を形成する膜体１６を有し、緩衝室１５は、第１クリアランス１７ａおよび第２クリアランス１７ｂ（図２参照）を通じて遊水部２３および外海２２と連通されている。
【００１４】
さらに、図２に示すように、可動部である浮体構造物１４の一端と第１側壁部１２ａとの第１クリアランス１７ａおよび浮体構造物１４の他端と第２側壁部１２ｂとの第２クリアランス１７ｂを１〜２０ｃｍとする。なお、第１クリアランス１７ａと第２クリアランス１７ｂは同じ値に設定してある。
【００１５】
実施例で用いた波浪条件は、比較的波の弱い湾内を想定し、波の周期４〜８秒、波高０．１〜０．４ｍに設定した。
【００１６】
上記構成の海水交換型防波堤１０は、以下の動作をする。
遊水部２３の水位は、防波堤設計における朔望平均満潮面と等しい高さとすると、開口率Ｋが５〜１２％において、区画壁１１の導水孔１１ａから内海２１への導水量が十分になる。
具体的には、図４および図５に示すとおりである。図４では、横軸に開口率Ｋをとり、周期６．８秒、波高０．１ｍ、０．２ｍ、０．３ｍ、０．４ｍにおける導水量を示す。なお、ここでの導水量の単位は、導水量を浮体構造物１４の幅（図２における第１側壁部１２ａと第２側壁部１２ｂとの間隔から第１クリアランス１７ａの値および第２クリアランス１７ｂの値を引いた値）で割った値を示すものである。
【００１７】
波高が０．１ｍと０．２ｍと低い場合、導水量は開口率Ｋが２．６%から１０．６%の範囲では開口率Ｋの影響を受けなかった。波高が０．３ｍと０．４ｍと高くなると、導水量は開口率Ｋの影響を受け、波高が０．４ｍの場合、開口率Ｋが２．６％〜５．３％で顕著な増加を示し、５．３％〜７．９％でやや増加傾向を示した。さらに、７．９％以上では一定の傾向を示した。従って、開口率５％以上とすることが望ましい。さらには、約８％以上とすればより効果的である。
【００１８】
図５では、横軸に開口率Ｋをとり波高０．３m、波の周期別における導水量を示す。周期が４．１秒と５．０秒の場合、導水量は開口率Ｋによらず０．０２５ｍ3／ｓｅｃ／ｍのほぼ一定値を示し、周期が６．０秒、６．８秒、８．０秒の場合、導水量は開口率Ｋが２．６％〜５．３％の間で増加傾向を示し、５．３％以上でほぼ一定値を示した。従って、開口率Ｋは５％以上とすることが望ましい。
【００１９】
また、図６に示すように、横軸に開口率Ｋをとり周期６．８秒において、波高０．１ｍ、０．２ｍ、０．３ｍ、０．４ｍにおける遊水部２３の水位上昇量を示すと、開口率Ｋが小さいほど、また、波高が大きいほど前記水位上昇量は大きくなる。
【００２０】
図７は、横軸に外海２２の波形勾配（波高／波長）をとり、開口率Ｋ別における内海２１への波高の伝達率を示す。波高の伝達率は（内海波高）／（入射波高）である。なお、入射波高は外海２２の波高である。内海２１への波高の伝達率は、開口率Ｋが大きいほど、また、波形勾配が小さいほど高くなる。内海２１の船舶への影響を少なくするためには、波高伝達率をなるべく小さくした方が好ましく、例えば、波高伝達率を０．５以下として最大導水量を得るためには、開口率Ｋを８％程度とすることが最適である。
【００２１】
さらに、浮体構造物１４の傾動角度が変化することにより、膜体１６が展開方向または折り畳み方向に変形するとともに、遊水部２３と連通する緩衝室１５に対し遊水部２３の海水２４が出入りする。これにより、緩衝室１５内の海水２４が、浮体構造物１４の傾動時にクッション的な役割を果たす。このため、波力による浮体構造物１４の振動を軽減することができる。
【００２２】
さらに、可動部である浮体構造物１４と、第１および第２側壁部１２ａ、１２ｂとの第１および第２クリアランス１７ａ、１７ｂを１〜２０ｃｍとすると、浮体構造物１４が第１および第２側壁部１２ａ、１２ｂと接触することがなく、また、外海２２から浮体構造物１４を乗り越えて遊水部２３に取り込んだ海水２４が第１クリアランス１７ａおよび第２クリアランス１７ｂを通じて外海２２へ流れ過ぎることを防ぐことができる。
【００２３】
図８は横軸に各クリアランス１７ａ、１７ｂをとり、波の周期６．８秒において、波高０．１ｍ、０．２ｍ、０．３ｍ、０．４ｍにおける導水量を示す。
波高が０．１ｍの場合、導水量は各クリアランス１７ａ、１７ｂの影響を受けなかった。波高が０．２ｍから０．４ｍと高くなると、導水量は各クリアランス１７ａ、１７ｂの影響を受け、各クリアランス１７ａ、１７ｂが狭いほど導水量の増加が見られた。各クリアランス１７ａ、１７ｂの影響は、波高が高いほど顕著であった。
【００２４】
また、図９は横軸に各クリアランス１７ａ、１７ｂをとり、波高０．３ｍにおいて、波の周期４．１秒、５．０秒、６．０秒、６．８秒、８．０秒における導水量を示す。
周期については、周期が長いほど導水量は多かったが、波高の影響に比べると周期の影響は小さい。また、各クリアランス１７ａ、１７ｂが狭いほど導水量の増加が見られた。
各クリアランス１７ａ、１７ｂは、以上の結果に加え、現場施工の精度、貝、フジツボ等の付着を考えると、１００ｍｍ程度が最も良いと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】海水交換型防波堤を示す図である。
【図２】図１の浮体構造物と側壁部とのクリアランスを示す説明図である。
【図３】図１の導水孔の正面を示す部分図である。
【図４】波の周期を一定にして波高をパラメーターとして導水孔の開口率と導水量との関係を示すグラフである。
【図５】波高を一定にし、波の周期をパラメーターにして開口率と導水量との関係を示すグラフである。
【図６】波の周期を一定にし波高をパラメーターにして開口率と遊水部の水位上昇量との関係を示すグラフである。
【図７】開口率をパラメーターにして波形勾配と内海波高／入射波高との関係を示すグラフである。
【図８】波の周期を一定にし波高をパラメーターにしてクリアランスと導水量との関係を示すグラフである。
【図９】波高を一定にし波の周期をパラメーターにしてクリアランスと導水量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１０  海水交換型防波堤
１１  区画壁
１１ａ  導水孔
１２ａ  第１側壁部
１２ｂ  第２側壁部
１３  潜堤部
１４  浮体構造物
１５  緩衝室
１６  膜体
１７ａ  第１クリアランス
１７ｂ  第２クリアランス
１８  基礎マウンド
２１  内海
２２  外海
２３  遊水部
２４  海水
【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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