(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
防波堤の上面に相互に離間して配置される複数の水位計と、各水位計から水位データを取得する制御装置と、各水位計のデータから越波流量を算出する演算装置と、を有することを特徴とする越波測定装置。
【請求項２】
前記水位計がステップ式波高計であることを特徴とする請求項１記載の越波測定装置。
【請求項３】
前記演算装置が、前記制御装置と離隔した基地局のコンピュータ内にあることを特徴とする請求項１又は２記載の越波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、沿岸道路などにおいて、防波堤を越える越波を測定し、その水量を測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
沿岸道路では防波堤を越えて波が打ち上げると、道路の損壊や交通事故等の原因となる。また、一般に、越波に対する海岸護岸背後地の安全性は、港湾の施設の技術上の基準に表記されているように、越波流量で評価されることが多い。このため、越波とともにその流量をモニタリングする必要が、港湾、海岸、空港、道路、鉄道などの管理者から指摘されている。
【０００３】
しかしながら、越波流量の測定は、極めて困難であり、その実施例は少ない。たとえば、護岸背後に集水升を設置し、直接越波流量を測定した事例もあるが、暴風雨時に危険な環境の中での人手による労力が必要であり、一般に普及させるには困難である。
【０００４】
また、ビデオカメラを防波堤の複数個所に設置し、映像を画像処理することで越波流量を測定することも試みられている。しかし、これも、撮影された画像データを処理する解析方法が十分には確立されているとは言い難い。また、夜間の処理が困難なことや、ビデオカメラの設置とメンテナンスに大きな労力が掛かるなどの難点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事実から考えられたもので、安全かつ安価に越波流量を測定することができる越波測定装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【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越波測定装置は、防波堤の上面に相互に離間して配置される複数の水位計と、各水位計から水位データを取得する制御装置と、各水位計のデータから越波流量を算出する演算装置と、を有することを特徴としている。前記水位計がステップ式波高計である構成や、前記演算装置が、前記制御装置と離隔した基地局のコンピュータ内にある構成とすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の越波測定装置の実施例を図面によって説明する。
図１は、本発明の越波測定装置に使用される水位計１０を防波堤１１上に設置した状態を示す図である。防波堤１１の陸側には、道路１２があり、防波堤１１の外側には、護岸用のテトラポット１３が多数設けられている。そして、図１では、波１５が防波堤１１を越えて道路１２上に降りかかった状態を示している。本発明の越波測定装置は、防波堤１１に押し寄せる波１５のうち防波堤１１を越えた越波１５ａの部分の水量を測定するものである。
【０００８】
図２は、水位計１０の構造を示す図である。この実施例に用いている水位計１０は、ステップ式波高計である。水位計１０は、補強用の鋼鉄製Ｕ字型チャンネル１０１の空間内にグラスファイバ製の丸パイプからなる水位計本体１０２を固定している。Ｕ字型チャンネル１０１の開口部を海側に向けているので、水位計本体１０２は越波を直接受けられる。水位計本体１０２には等間隔に配置された複数の電極１０３と、図示しない共通電極とがある。各電極１０３と共通電極との間の抵抗値が、電極１０３が空中にあるときはほぼ無限大で、海水中に没したときは数十Ω程度に低下する。この相違により、どの電極１０３が海中に没したかを、容易に判定することができる。
【０００９】
なお、電極１０３が雨で濡れたり、波のしぶきで濡れることがあるので、これらによる誤作動が問題になる。しかし、雨は塩分を含まないので、濡れても抵抗値が１〜１０ｋΩ程度と大きいことから区別は容易にできる。一方、波のしぶきの場合は、塩分が含まれていることから雨の場合よりも抵抗値が下がる。しかし、水量が少ないので、５００Ω程度の抵抗値となり、海水に没した場合の数十Ωに比べればその差は明確であり、誤作動の問題は生じない。
【００１０】
電極１０３間の間隔は、短いほど分解能の小さい（きめの細かな）水位測定が可能となり、電極１０３を配置する長さは長い方が、どのような大波でも測定できることから望ましいのであるが、この実施例では、１本の水位計本体１０２に電極１０３を１０ｃｍ間隔で１０個設けている。したがって、分解能は１０ｃｍで、測定できる水位範囲は１ｍとなる。通常の越波観測では、１０ｃｍ程度で十分と思われる。また、１ｍ以上の測定レンジが必要な場合は、このような水位計本体１０２を継ぎ足せばよい。いずれにしても、上記は１例に過ぎず、この例に限定されるものではない。
【００１１】
水位計本体１０２の上端から電極１０３と共通電極とに接続されたケーブル１０４が出ており、このケーブル１０４は、Ｕ字型チャンネル１０１の裏面に達して、各水位計本体１０２に設けられた回路部１０５に接続されている。Ｕ字型チャンネル１０１は、斜めに設けられた筋交い１０６で補強されている。回路部１０５は、後述する制御装置２０からの指示に応じて、各電極１０３と共通電極との抵抗値を測定し、制御装置２０に伝達する。
【００１２】
以上の構造の水位計１０を、防波堤１１の上面に垂直に複数本設置する。水位計１０の間隔は、たとえば、海岸が１ｋｍあるとして、最も越波し易い箇所には５ｍ間隔で１０本配置し、他は１００ｍ間隔で設置する、という具合に所望の間隔で設置することができる。
【００１３】
水位計１０としては、この実施例では、ステップ式波高計を使用しているが、水圧式波高計や超音波式波高計など、種々の水位計を使用することも可能である。
ステップ式波高計の場合、電極と電極の中間にある水位は測定できないので、分解能が低いという欠点があるが、水位の判定が、ある電極１０３が海水に没した否かの判定なので、誤動作が殆どない。特に、海水は塩分を含んでいるので、電気が通り易く、電極１０３が海水に没したか否かの判断が容易にできる。
【００１４】
一方、水圧式波高計や超音波式波高計は、検定が必要であり、ドリフト等の影響を受けやすく、０点や振幅のチェックが必要というであり、測定の信頼性に若干の問題がある。また、水圧式波高計の場合、静圧を測定するのであるが、越波は横方向に流れているので、静圧を測っても正確な水位を求めるには、複雑な修正が必要になる。しかし、分解能が小さく水位をきめ細かく測定できるという特長がある。
【００１５】
また、超音波式波高計の場合も、音波を跳ね返す液面が横方向に早い速度で流れているので、正確な水位の測定が困難で、水圧式波高計と同様に複雑な修正が必要になる。しかし、水圧式と同じく分解能を小さくすることができる。
【００１６】
図３は、本発明の越波測定装置の全体構成を示す図である。複数の水位計１０は、ケーブルで接続され、１つの制御装置２０からの制御信号により全ての水位計１０が作動させられる。すなわち、制御装置２０は、一定の間隔で各水位計１０に信号を送り、各水位計１０のどの電極１０３が海水に没しているか、という水位データの情報を受信して集約する。この実施例では、０．２秒間隔で各水位計１０から水位データを取得するようにしている。
【００１７】
制御装置２０で集約されたデータは、無線電話等により基地局３０に送られる。基地局３０には、コンピュータがあり、コンピュータ内の演算装置が、制御装置２０から送られた水位計１０のデータに基づき越波流量を算出する。基地局３０は防波堤１１から離れた場所に設置できるので、安全に観測できる。
【００１８】
図４は、図１の上から見た図で、越波１５ａを示す図である。この例では、防波堤１１上に９個の水位計１０（Ｐ１からＰ９）を設置している。各水位計と、その両側に隣接する水位計との中間点を水位計間の境界と考え、１つの水位計について一方の境界から他方の境界までを、その水位計の受持距離と定義し、水位計Ｐ１からＰ９にそれぞれｄ１からｄ９の受持距離を記入する。両端の水位計Ｐ１又はＰ９は、境界が片側だけにしかないが、これらについては、例えば、片側の２倍を受持距離として扱うなど、設置状況に応じて対応することができる。
【００１９】
ここで、Ｐ４からＰ７までの水位計１０に越波１５ａがかかっている場合、これらの水位計１０では、通電した電極１０３のデータから時々刻々の越流高さの観測データを得る。この観測データは、制御装置２０を経由して基地局３０に届けられる。
【００２０】
越波１５ａは、時間的、空間的に変化するものである。また、通常越波する波１５は、波の頂点に対して進行方向前側が急傾斜になっており、後方がやや緩い傾斜になっている。そのため、波１５が防波堤１１を越えて越波１５ａとなる最初の段階は、最初からかなりの数の水位計１０に波がかかり、その水位は急激に上昇して頂点が水位計１０を通過する。その後、波１５の進行に伴い、越波１５ａはその勢力を低下して、どの水位計１０もほぼ一斉に水位が低下していき、やがて越波１５ａは消滅する。
【００２１】
したがって、複数の水位計１０について、どの時点における水位がどれだけあり、どの程度の時間その状態が継続したか、また、水位計１０の設置された間隔や、変化の状態はどうであったか、といったことを測定することで、越波流量を時間的・空間的に測定することが可能となる。
【００２２】
図５は、基地局３０のコンピュータが受信した越波時のデータの例である。水位計番号の欄には、図４のＰ１からＰ９が記載されている。各水位計１０について、Δｔ時間毎に水位が測定され、各測定値をζimとする。ｉは水位計番号を示す１〜９までの数値で、ｍは測定回数を示す数値である。測定間隔Δｔは、任意であるが、この実施例では０．２秒とした。
【００２３】
単位長さ、単位時間当たりの越波流量ｑm３／msは、合田良実氏が港湾空港技術研究所報告  VOL.９  No.４  １９７０年１２月号に発表した論文「防波護岸の越波流量に関する研究」の式（１３）、
【数１】
0003776801.tif 000002
により与えられる。上式中（０．１８５ｃ√２ｇ）の部分は、無次元の定数Ａと考えることができ、Ｈ（波高）は水位計で測定した越流水位ζと考えることができるから、単位長さ、単位時間当たりの越波流量ｑm３／msは、
【数２】
0003776801.tif 000003
と表すことができる。
上記の式（１）中の定数Ａは、水理模型実験等により定めることができる。
【００２４】
水位計Ｐ１〜Ｐ９全体での越波流量Ｑは、上記式（１）のｑを、時間ｔ及び護岸延長ｘに関して積分した値として次式で示すことができる。
【数３】
0003776801.tif 000004
【００２５】
本発明では、上記式（２）を離散化した次式によりＱを算出する。
【数４】
0003776801.tif 000005
なお、上記越波流量の算出方法は、一例であり、他の方法により越波流量を求めてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の越波測定装置は、防波堤の上面に相互に離間して配置される複数の水位計と、各水位計から水位データを取得する制御装置と、各水位計のデータから越波流量を算出する演算装置と、を有する構成としたので、簡単な構成で越波流量の測定が可能となる。また、演算装置を水位計と離間した基地局に設置すれば、離れた安全な場所で観測と測定ができる。
前記水位計がステップ式波高計である構成とすれば、多数の越波計を安価に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の越波測定装置に使用される水位計を防波堤上に設置した状態を示す図である。
【図２】水位計の構造を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）の上面図、（ｄ）は（ｂ）の上面図である。
【図３】本発明の越波観測装置の全体構成を示す図である。
【図４】図１の上から見た図で、越波を示す図である。
【図５】基地局のコンピュータが受信した越波時のデータの例である。
【符号の説明】
１０    水位計
１１    防波堤
１５    波
１５ａ  越波
２０    制御装置
３０    基地局
【図１】
0003776801.tif 000006
【図２】
0003776801.tif 000007
【図３】
0003776801.tif 000008
【図４】
0003776801.tif 000009
【図５】
0003776801.tif 000010