自然災害科学 J. JSNDS 35 -2 141 -153（2016 ）

自動式木製津波低減設備の実験

浜田 英外1・藤田 慶彦2・平石 哲也3

Experiments of Wooden Automatic Tsunami
Mitigation Facilities
Eigai HAMADA1, Yoshihiko FUJITA2 and Tetsuya HIRAISHI3
Abstract
Tsunami mitigation facilities have been developed based on a new concept, in which thefacilities are made of wood and will function automatically during tsunami ﬂooding based on
their natural buoyancy, instead of depending on electrically powered equipment. These areintended to provide a sufficient breakwater effect against tsunami flooding, while allowing
some ﬂood water to pass to the land side.
This experiment was intended to conﬁrm that the new tsunami mitigation facilities (named,
Anti-Tsunami Door) will, in fact, function automatically during tsunami flooding and thatthe wooden structure has sufﬁcient strength during ﬂooding to reduce the tsunami impact byapproximately 80-90 %, compared to the protection provided by a concrete seawall. AntiTsunami Door might be applied to level 2 tsunami area because it can be constructed like afolding screen with multiple panels (such as 5×3 m height panels for 15 m height tsunami) of
economic and environmental-friendly reinforced timber.
キーワード：防波扉，可動防潮堤，木製構造物，ユニット形式，レベル 2 津波
Key words:

Anti-Tsunami Door, movable breakwater, wooden structure, unit structure, Level 2 tsunami

はじめに部を襲ったために，既存の防潮堤は十分に対応で

2011年 3 月11日の東日本大震災では，当時の想きず，大きな被害を受けた。そして，その後に津定を大きく超えた大津波が東北地方太平洋側沿岸波の想定高さの見直しが行われ，対応すべき想定

1

3

2

防波システム研究所代表
Anti-Tsunami Laboratory
東京海洋大学大学院海洋科学技術研究科
Tokyo University of Marine Science and Technology

京都大学防災研究所教授
Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University

本論文に対する討論は平成 29 年 2 月末日まで受け付ける。

141

142

浜田・藤田・平石：自動式木製津波低減設備の実験

津波高さが大幅に高くなった。それらの想定津波

ン結果を報告している5）。今回，この防波扉等のに対して，コンクリート製の防潮堤で防止するにモデルを98 cm 幅にスケールアップし，津波低減

は，想定高さが上がった分，比例倍数分費用が嵩設備として安定して自動的に機能するか，強度的む。また，高くなる防潮堤を支え津波の威力に耐に津波の波力に対応できるか，どれだけの津波低

え，更には引き波に対しても十分な強度を持つ強減効果があるかという点を確認するため，京都大

大な基礎及び構造が必要であり，その工事経費は

学防災研究所宇治川オープンラボラトリーの 1 m

膨大になり，財政的に大きな負担になることは想

幅実験水路にて，実験を行った。

像に易い。特に，南海トラフ地震により大きな津

今回実験を行ったのは，防波扉と防波門と呼ば波が今後想定される地域では，まだ災害は可能性れる設備である。特に，防波扉は，扉形状（実用にすぎないということで，その費用の工面が難し

サイズは，概略高さ 3 m，幅 5 m，厚み20 cm）のく，対応遅れに繋がることが懸念されている。

ユニット形式の木造構造物を海岸沿い等に伏せてコンクリート製の防潮堤は，津波防止という観

並べ，津波を低減するもので，ユニット形式であ点では安定した性能を有しており，信頼性が高い。

ることから，長い海岸線への対応が可能である。

しかし，対応する津波高さに比例する以上に高額

また，屏風構造にして複数段を重ねて設置するこの費用がかかるという難点に加え，設置高さが高とを想定しており，例えば 5 段にすれば，計算上くなると，防潮堤で生活環境が寸断される。さら3 m × 5 ＝15 m の津波高さにも対応しうるものには，住民が海や津波の状況が分からず対応が遅であるが，その一方で，通常時の設置高さは，それるという懸念や，津波発生時に防潮堤に設置さの厚みから20 cm × 5 ＝100 cm 程度で抑えられれている開口部の閉鎖というような危険作業が発る。これにより通常時の視界確保に支障がないも生するなどの課題がある。

のである。主材料に再生可能な木材を使っておりそのような課題から，コンクリート製の防潮堤

環境に優しく経済性にも優れている。津波低減効の課題を解決するために，自動で動作し通常時は果があることが確認されれば，大幅に高い想定津コンパクトな状態で保持できる可動式・自動式防波であるレベル 2 津波に対する低減設備として適潮堤が開発されてきている。例えば，陸上設置型

用できると想定している。また，防波扉は設置がフラップゲート式可動防波堤は既に開発され実用簡便であるので，既設の防潮堤に追加設置し，津化に至っており1, 2），流起式可動防波堤も技術開波対応高さを向上させることも可能であると想定発が進んでいる 。しかしながら，これらの先行

している。

3）

している可動式防潮堤は精密な構造体を擁し，製作に高度な技術や高価な材料が必要である。現時点では，堤防や港湾入口での限られた開口部に限定して適用されており，より広範な海岸線での，より高い想定の津波に適用するのは経済的な観点から困難である。

1 ．実験の概要（ 1 ）実験場所：京都大学防災研究所宇治川オー
プンラボラトリー 3 号棟実験場（ 2 ）実験日時：2015年 4 月 8 日− 4 月17日， 5月11日−13日

このような状況において，筆者らは扉形状の木（ 3 ）使用実験設備：40m 不規則波造波水路（水造構造物を採用し，木材の持つ浮力で浸水に対し

路幅 1 m，深さ1.5 m，長さ50 m）て自動的に動作し，主として長時間にわたる後続

造波板（幅 1 m，高さ1.5 m，ピストンストローの津波の侵入を抑止するという新しいコンセプト

ク± 1 m）の津波減災設備として防波扉等を設計した。

波高計（工場検査時精度±0.1 mm）

増田，藤田らは，防波扉のコンセプトに基づき，（ 4 ）実験内容：造波水路の陸上部（マウンド天

56 cm 幅のモデルで基本実験を行い，自動動作や端部）に防波扉等の実験モデル（高さ15 cm 等）

津波影響低減の効果を確認し ，シミュレーショ

を設置し，造波板で発生させた何種類かの実験

4）

143

自然災害科学 J. JSNDS 35 -2（2016 ）波（孤立波）に対して，動作状況，強度状況，

どに接続して設置し，津波が越流する際に木材の実験モデル前後の波高を確認，測定した。

浮力で自動的に浮き上がり，防潮堤として機能する津波低減装置である（図 2 ）。建屋の扉は水平2 ．実験モデル

方向回転して開閉するのに対し，防波扉は垂直方

2. 1 防波扉及び防波サポート

向に立ち上がる点が異なるが，蝶番の動作が類似

防波扉は，扉形状の木製構造物の一辺を地表なしているので，防波扉と名称している。防波扉は，扉形状であるため，複数の防波扉を重ねて屏風形式に繋げることにより，より高い津波への対応も可能と考えている。今回の実験では主として 1 段式のもので動作と性能の確認を行なった。
自動式の防波サポートは，防波扉と同様の木造構造物で津波の越流時に自動的に立ち上がるもの
で，防波扉の後方に，防波扉の動作方向と垂直方
向に設置し，立ち上がった防波扉が津波波力によって陸側に傾くのを支えて，津波低減効果を維持する役割をする。今回は，目的が防波扉の動作

図1

図2

実験設備図

防波扉実験モデル図確認のためであったので，主として L 字鋼を使った固定式のものを使用した。

図3

防波門実験モデル図

144

浜田・藤田・平石：自動式木製津波低減設備の実験

2. 2 防波門
防波門は，門形状の木製構造物を，軸となる支柱（橋脚など）に越流した津波が流入するように海側に開口部を設置し，津波が流入した際に，門が閉じるように動作し，防潮堤として機能する津波低減装置である。防波扉はユニット形式で，海岸線に並べて設置する装置であるが，防波門は一体物である。河口などの水の流れがある場所にも設置できる点が利点である。木造構造物で製作すると，規模が限られるが，金属製の枠などの中に多数の木製の構造物を収納させ，大規模な防波門とするようなスケールアップを考慮している。

図4

防波扉実験時の水位変化の時系列データ（発生波高13 cm，防波扉高さ15 cm で，動作時）

防波扉，防波門の木造構造体は， 2 枚の木材板で木枠を挟み込んで強化したもので，内部を中空とし，そこに浸水が取り込まれるようになっている。浸水を取り込んでも浮力があまり変化しない
ことが，木製構造物の最大特徴と考える。このような中空の構造を採用することによって，構造物としての材料を節減できる。又浸水を取り込むことによって構造体の見かけ重量が増大するが，それが津波低減効果にどのように影響を与えるかは，今後の検討課題である。

3 ．実験結果
3. 1 実験結果データ
3. 1. 1

防波システム実験データ

造波装置で発生させた孤立波に対しての各防波

図5

津波低減効率の計算図

システムの動作を動画として記録した。
この撮影動画から実験モデルの動作状況，構造的な欠損がないか強度の確認を行った。
3. 1. 2

津波低減効果防波システム装置の後方に設置した波高計で，実験モデルを通過後の浸水波高を測定し，下記の頂）が移動するので，それぞれの測定位置での最高値を採用して，津波低減効率を計算する。
（ 3 ）津波低減効率の計算式
津波低減効率＝（防波扉による波高低下）/

算定式（ 1 ）にもとづき津波波高の低減効果を評（（岸前波高）−（基礎マウンドによる波高低下））

価した。装置や地形，更には波の形や周期によっ＝（（岸前波高）−（基礎マウンドによる波高低下）て効果が変わるので定量的な評価はできないが，−（扉後波高））/固定式の防潮堤構造を設置した場合のデータを測（（岸前波高）−（基礎マウンドによる波高低下））

定し，それらとの比較，評価を行った。

＝（L3A-（L3B-L5B）-L5A）/（L3A-（L3B-L5B））

実験時の波高計の各設置場所における波高（水位変化）の時系列データを図 4 に示す。最高点（波

（1）

145

自然災害科学 J. JSNDS 35 -2（2016 ）3. 2 防波扉の低減効果の確認実験（No.1）
実際の現場で用いる防波扉は，2-3 m 高さ×

表1

防波扉実験結果 1

5 m 幅×20 cm 厚みを予定している。今回の実験

No.

設定内容 発生波高 岸前波高 扉後波高 低減効率

1-1

ブランク

4.84cm7.12cm3.55cm

では水路幅に目一杯合わせた幅広の防波扉（幅98

1-2

ブランク

9.80cm12.35cm

6.36cm

1-3

ブランク 12.78cm

15.29cm

7.28cm

1-4

ブランク 14.78cm

17.39cm

7.96cm

1-5

ブランク 17.73cm

20.19cm

8.94cm

1-6

防波扉小
広動作時

4.92cm

6.91cm

0.81cm

75.7％

1-7

防波扉小
動作後

4.74cm4.53cm

6.79cm6.52cm0.49cm0.59cm

84.7％
80.0％

1-8

防波扉小
動作時

9.66cm9.64cm9.28cm

11.91cm
11.62cm
11.47cm

2.73cm2.38cm2.25cm

53.8％
57.7％
58.9％

1-9

防波扉小
動作後

9.82cm9.13cm

12.02cm
11.08cm

2.59cm2.38cm

57.0％
53.2％

1-10 防波扉小 12.01cm
動作時

14.44cm

4.52cm29.7％

1-11 防波扉小 12.14cm
動作後14.55cm

4.88cm25.3％

1-12 防波扉小 14.90cm
動作時

16.94cm

5.74cm23.5％

1-13 防波扉小 17.09cm
動作時

19.77cm

5.82cm31.6％

1-14 防波扉中
広動作時

9.78cm9.53cm
9.87cm

12.26cm
12.19cm
12.25cm

1.72cm1.45cm1.92cm

72.5％
76.6％
69.3％

1-15 防波扉中
広動作後

9.69cm
9.42cm9.68cm

12.07cm
11.60cm
11.95cm

0.96cm1.01cm1.13cm

84.2％
81.9％
81.0％

1-16 防波扉中 12.31cm
広動作時 11.98cm

14.77cm
14.46cm

2.18cm2.84cm

67.7％
55.9％

1-17 防波扉中 11.76cm
広動作後13.57cm

1.04cm81.2％

cm/ 厚み 4 cm）を使用し，高さは防波扉小と防波扉中でそれぞれ15 cm と30 cm である。今回の実験結果を表 1 にまとめて示す。
「動作時」とは，防波扉が水平に伏せた状態から，波の侵入によりほぼ垂直に立ち上がって防潮堤と機能するようになる時のことで，「動作後」は，動作の後で最初の水平位置に戻さず，ほぼ垂直に立ち上がったままの状態で，新たに波を侵入させた時のことである。
防波扉は，連続写真（写真 1 ）に示したように，
安定して自動的に立ち上がり，防波扉が水密でない分効果が減少するものの，防波扉の高さ（15cm）の直立防潮堤とほぼ同等の効果を発揮した。
防波扉は，入射波が防波扉の先端に到達した時
点で瞬間的に完全に起立する（完全起立までにかかる時間は 1 秒以下）ように観測された。この時に防波扉にかかる力は，「孤立波の流体力」と「浮力」であるが，浮力を充分に得る前に立ち上がっていると観測されること，また，孤立波の流体力だけで上方に立ち上がると考えられないことから，両効果の中で瞬間的に上方に立ち上がると考えられる。
表 1 の（津波）低減効率は，発生させた波高とブランク実験（上記の No.1-3）と比較して評価す

防波扉の高さの相関で決まるため（15 cm 高さのる。このブランク実験の時，波高は岸前で15.29

防波扉に19 cm の波が入射した時と，30 cm 高さ

cm に上昇し，装置後方（約5.5 m 後方）で7.28cmの防波扉に13 cm の波が入射した時では，低減効まで低下した。この低減分は，初期条件（原地形）

率は異なる），数値が単純な比例関係にならないの持つ物理的な低減効果と判断されるので，このが，実際には立ち上がった防波扉の垂直方向の面分を差し引いて，岸前波高からの津波低減効果を積に相応した津波低減効果をもたらしている。こ

評価する方法を採用した。これに基づき，No.1-のことを確認するために，次項において，固定式

10のデータを評価すると，（14.44−（15.29−7.28）

防潮堤との比較検討を行った。

−4.52）/（14.44−（15.29−7.28））＝0.2970となり，本研究において，津波低減効率の計算式を採用

低減効率は29.7％となった。

した理由は，実験の初期条件（基礎マウンド）に

上記の幅広の防波扉（高性能型）は， 1 m 幅のよる波高の低減効果を除き，防波扉および防波門

水路に対して，98 cm 幅の防波扉を適用したもの

による正味の低減効果を評価するためである。例

で，標準的なモデル（91 cm 幅）より幅広にしてえば上記の No.1-10で，発生させた孤立波の高さ波が当たる面積を広げることにより，水密性を高は13 cm（実測値12.01 cm）であるので，対応するめたものである。

146

浜田・藤田・平石：自動式木製津波低減設備の実験

3. 3 防波扉の低減効果の確認実験（No.2）

立防潮堤とほぼ同等の効果を発揮した。

前項の発生波高13 cm の実験（No.1-10と1-11）

その点を分かりやすく適正に評価するために，

において，防波扉の動作時の津波低減効率が，動同じ条件下の固定式防潮堤の低減効果と比較する

作後に比べ，「動作時は防波扉が立ち上がっていこと適切であると考え，防波扉を垂直に立てそのく途中で防潮堤として機能しない時間があり，津周辺をその高さまでパテで止め，固定式防潮堤構

波低減効果が低いであろう」という想定に反して，造として実験した。その結果を表 3 にまとめて示効果が高かったことから，同じ幅広の防波扉をす。

使って，防波扉が立ち上がる動作時が，既に立ち固定式防潮堤（15 cm 高さ）が発生波高13 cm

上がった後で新たに浸水を受ける動作後より低減の 孤 立 波 を 受 け た 時 の 低 減 効 率 は， 平 均 値 で性能が高くなるのかどうかの確認を行った。その34.9％であった。このことから，防波扉（15 cm

結果を表3.3に示す。

高さ）が動作する時の低減効率については，平均

この結果から，防波扉動作時の津波低減効率の値で30.7％であるので（表 2 ），固定式防潮堤の防平均値は30.7％であり，動作後の平均値は29.3％

災効率に近い数値であることが分かった。これをであることが分かった。以上から，防波扉は，水割合として評価すると，防波扉の低減効率は，そ平状態から立ち上がる動作のある動作時の方が，の動作時には，固定式防潮堤の88％程度あること

既にほぼ垂直になって立ち上がる動作のない動作になる。また，防波扉が動作した後はその低減効

後よりも，その瞬間の波動に対しては，今回の実率は若干低下するが，それでも，固定式防潮堤の験条件下で津波低減効率が高い傾向にあることが低減効率の84％程度と相応の効果があることが分観測された。

かった。
以上から，防波扉は，通常時は地表面等に伏せ

3. 4 固定式防潮堤との比較られて保持され，津波が浸水してきた時に自動的

上記3.2項で述べたように，津波低減効率は発に立ち上がって防潮堤となる設備であるために，生させた波高と防波扉の高さの比率と密接に関係

両側に隙間があり防潮堤として完全には水密するしている。実際には，水密でないために低減効果ことができず，防潮堤の性能は固定式防潮堤に比が減少するものの，防波扉の高さ（15 cm）の直べて劣るが，その低下する度合いは，固定式防潮堤の低減効率に比べ，10〜20％程度の低下であ

表2り，自動浮上するために水密でないことによる波防波扉実験結果 2

高低減の効率低下はあまり大きくはないと評価でNo.

設定内容 発生波高 岸前波高 扉後波高 低減効率2-1

防波扉小 12.41cm
動作時

15.31cm

4.78cm34.5％

2-2

防波扉小 12.51cm
動作時

15.26cm

5.04cm30.4％

2-3

防波扉小 12.48cm
動作時

15.25cm

5.27cm27.2％2-4

防波扉小 12.48cm
動作後14.89cm

4.83cm29.7％

No.

設定内容 発生波高 岸前波高 扉後波高 低減効率2-5

防波扉小 12.18cm
動作後14.45cm

4.60cm28.5％

3-1

固定式防潮堤 12.74cm

15.12cm

4.94cm30.5％

3-2

固定式防潮堤 12.80cm

15.20cm

4.39cm38.9％

2-6

防波扉小 12.53cm
動作後15.29cm

5.10cm29.9％

3-3

固定式防潮堤 12.18cm

15.34cm

4.74cm35.3％

ブランク 12.78cm

15.29cm

7.28cm

1-10 防波扉小 12.01cm
動作時

14.44cm

4.52cm

1-11 防波扉小 12.14cm
動作後14.55cm

4.88cm

1-3

きる。

表3

防波扉実験結果 3固定式防潮堤
−平均値

34.9％

29.7％

2-1〜 防波扉小動作時
2-3 −平均値

30.7％

25.3％

2-4〜 防波扉小動作後
2-6 −平均値

29.4％

147

自然災害科学 J. JSNDS 35 -2（2016 ）3. 5 防波門の確認実験

No.4-2と同じ条件下で，38.5％と小さい。ただ，標準サイズの防波門（幅91 cm/ 厚み 2 cm）でこの状態の時間は 1 秒間程度であるので，実際の実験した結果を表 4 にまとめた。 防波門小と防津波の場合，周期が長く浸水時間が長いことを考波門中の高さはそれぞれ15 cm と30 cm である。

えると，性能への影響は少ないと考える。

「動作時」とは，防波門が水路にほぼ平行に置

これらの結果は，防波門が 1 m 幅の場所に両かれた位置から，水路に直角となる位置まで門の側に 4 cm ずつ隙間を持って設計されて，津波のように移動して，防潮堤と機能する時のことで，浸水時に防潮堤として機能する位置に移動した後「動作後」は，動作した後に門と水路が直角であのもので，実際の防潮堤に良く似た（隙間があるる状態で，波を受けた時のことである。

以外は）状況であると考える。

防波門は，写真 2 の連続写真に示したように，

4 ．実験結果のまとめと考察

安定して自動的に防潮堤として機能する最終位置

4. 1 防波扉の津波低減効果の整理と考察に移動し，水密でない分効果が減少するものの，防波門の高さ（15 cm）の直立防潮堤とほぼ同等

防波扉の津波低減効果をまとめて評価するための津波低減効果を発揮した。移動時間は約 1 秒間に，代表例として15 cm 高さの防波扉に発生波高である。

13 cm 相当の実験波を与えた時の結果と，同じ波

15 cm 高さの防波門小が動作後に10 cm 高さの高条件のブランク実験と固定式防潮堤構造体を波を受けた時（No.4-2），68.2％の低減効率があ使った実験と比較した結果を表 5 にまとめて示る。一方，波が到達した直後に防波門が動作を開す。

始し，防潮堤として機能し始めるまでに少し時間

そして，各実験の代表的なものに関して，条件がかかるために，動作時の低減効率（No.4-1）は，と結果を整理して考察を行ったものを下記にまとめた。

表4

防波門実験結果 1

No.

設定内容 発生波高 岸前波高 門後波高 低減効率

4-1

防波門小動作時

9.88cm12.52cm

3.96cm38.5％

4-2

防波門小動作後

9.95cm

12.64cm

2.08cm68.2％

4-3

防波門小動作後

4.83cm7.05cm0.30cm86.8％

4-4

防波門小動作後 12.89cm

15.59cm

4.34cm35.1％

4-5

防波門小動作後 15.59cm

18.18cm

5.18cm30.9％

4-6

防波門中動作時 10.33cm

12.92cm

3.80cm44.4％

4-7

防波門中動作後 10.25cm

12.98cm

1.55cm77.5％

4-8

防波門中動作後 13cm 相当

NANA

支柱45度傾

4-9

ブランク

4.84cm

7.03cm2.27cm

4-10 ブランク

9.64cm12.30cm

6.22cm

4-11 ブランク 13.12cm

15.59cm

6.69cm4-12 ブランク 15.88cm

18.43cm

7.75cm

条件：実験設備に津波低減設備を何も設置せず，
13cm 波高の実験波を与えたもの

図6

表5
1. ブランク 2. 固定式
防潮堤 a（ 1 ）ブランク（実験番号：No.1-3）

入射波高13 cm，防波扉なし（ブランク）のケースにおける最大波高の関係図

防波扉波高低減データ

2. 固定式
防潮堤 b

2. 固定式
防潮堤 c

3. 防波扉動作時 a3. 防波扉動作時 b

3. 防波扉動作時 c

4. 防波扉動作後 a

4. 防波扉動作後 b

4. 防波扉
動作後 c

発生波高

12.78

12.74

12.8

12.18

12.41

12.51

12.48

12.48

12.18

12.53

岸前波高

15.29

15.12

15.2

15.34

15.31

15.26

15.25

14.89

14.45

15.29

扉後波高

7.28

4.94

4.39

4.74

4.78

5.04

5.27

4.83

4.6

5.1

津波低減効率

0.0％

30.5％

38.9％

35.3％

34.5％

30.4％

27.2％

29.7％

28.5％

29.9％

148

浜田・藤田・平石：自動式木製津波低減設備の実験

結果：実験波はマウンド前面でせきあげ効果に

考察：防波扉は自動的に立ち上がって防潮堤とし

よって波高が上昇し，マウンドを通過後にて機能することが確認された。水密でない低下した。

分，その低減効率は固定式防潮堤に比べて津波低減効率： 0 ％（ベース）

若干低下するが，固定式防潮堤の効率の考察：実験波は孤立波であるので，基礎マウンド

80％を超える性能がある。

に広がって波高が低下した。これは基礎マ（ 4 ）防波扉動作後（実験番号：No.2-6）

ウンド（原地形）の持つ低減効果である。

条件：15 cm 高さで98 cm 幅の防波扉を 1 m 幅の（ 2 ）固定式防潮堤構造（実験番号：No.3-4）

水路で立ち上がらせたままで，新たに実験

条件：15 cm 高さの構造体を立てて設置し，両側波を流入させた。

と下側の隙間をパテで閉じたもので，15cm 高さまでは完全に水密状態にした。

図9
図7

入射波高13 cm，固定式防潮堤構造のケースにおける最大波高の関係図

入射波高13 cm，防波扉動作後のケースにおける最大波高の関係図

結果：マウンドを越流した実験波は，既に立ち上がっていた防波扉で流入を阻まれ，構造体

結果：マウンドを越流した実験波は，両側に隙間

より陸側に進む浸水はその垂直方向の面積のない固定式防潮堤構造で阻まれ，波高がに相応して減少した。但し，水密でない分，低減した。

多く浸水が抜け，その低減効果は固定式防津波低減効率：35.3％
考察：津波を短周期に区切った時に固定式防潮堤を乗り越える状況を表していると考える。

潮堤よりも低くなった。
津波低減効率：29.9％
考察：防波扉が立ち上がった後の防潮堤として機（ 3 ）防波扉動作時（実験番号：No.2-2）

能している状況を表している。水密でない

条件：15 cm 高さで98 cm 幅の防波扉を1 m 幅の分，その低減効率は固定式防潮堤に比べて水路に伏せて設置したもの

若干低下するが，固定式防潮堤の効率の80％を超える性能がある。
立ち上がる時よりも低減効率は低下した。
その理由としては，防波扉の立ち上がり時には，内部に取り込んだ水を含めて構造体全体を津波に持ち上げさせ津波に仕事をさせることも津波低減に寄与していると思わ

図8

入射波高13 cm，防波扉動作時のケースにおける最大波高の関係図

結果：マウンドを越流した実験波は防波扉を立ちれるが，防波扉が立ち上がった後ではそれがないことが考えられる。
図10に上記の結果をまとめて示す。

上げ，立ち上がった防波扉によって浸水がこの結果を見ると，ブランクの場合には，装置抑えられる。但し，水密でない分，多く浸背後の波高が他と違って明らかに高く，実験波の水が抜けた。

減衰が基礎マウンドによるもののみであることが津波低減効率：30.4％分かる。一方，固定式防潮堤構造も防波扉動作時

149

自然災害科学 J. JSNDS 35 -2（2016 ）図10

防波扉波高低減データ（発生波高13 cm，防潮堤高さ15 cm 時）

図11

も動作後も装置背後の最大波高は，ほぼ同程度で表6ある。そこで，各条件における津波低減効果を図11に示す。
同図から，「固定式防潮堤構造」，「防波扉動作時」，「防波扉動作後」のそれぞれの津波低減効率
は，同じ条件での実験でも多少のバラツキが認め

津波低減効率相違（発生波高13 cm，防潮堤高さ15 cm 時）

No.

防波扉の平均津波低減効率
設定内容

平均津波低減効率

3-1〜3-3 固定式防潮堤構造 34.9％
2-1〜2-3 防波扉小動作時

30.7％（固定式防潮堤構造の約88％）

2-4〜2-6 防波扉小動作後

29.4％（固定式防潮堤構造の約84％）られるものの，傾向としてこの順番で津波低減効
果が低下していると判断され，その内容を平均値

一方，立ち上がる動作時と動作後で比較してみとして評価すると，表 6 のような結果となる。

ると，平均としてわずかではあるが動作時の方が高い。この動作時の防波扉が，構造体がずっ

4. 2 防波扉の津波低減効果のまとめと立っている動作後より高い津波低減効率を持

防波扉の津波低減設備としての効果を下記のよつ理由としては，「動作時に防波扉が内部に浸うに確認した。

水を取り込み，その取り込んだ水と防波扉自身①防波扉は，「浸水に対して自動的に構造体の一の重量を波に持ちあげさせて，波の持つ移動エ

端が浮き上がり，所定の位置まで立ち上がり，ネルギーを消費する仕事をさせ，それが通過波防潮堤として機能する」ことが確認された。

高を低下させているが，動作後に立ったままの②防波扉が，実験波が到達してから防潮堤として場合はそのような効果がない」ことが考えられ立ち上がるのは瞬時であり，移動にかかる時間る。

は 1 秒以下であった。このことから，この立ち④防波扉の強度面に関して，防波扉の固定式サ

上がりにかかる時間による津波低減効果への影

ポートは実験波が強い時（発生波高が17 cm を響は殆どないことが分かった。

超えた時）に大きく移動したり変形したりする③防波扉の津波低減効果は，表 3 の条件下では，ことはあったが，防波扉本体は実験波が強い時

動作時の効率は，固定式防潮堤の約88％に相当でも変形することなく，安定して津波低減装置

し，動作後の効率は約84％になることが分かっとして機能した。このことから，防波扉の木造た。この低減効率が固定式防潮堤と比べると低構造体は，その動作環境（波を一部逃がしながいのは，防波扉が水密でないためであるが，両ら，その波の中で立ち上がる）下で，この実験

方ともに固定式防潮堤の津波低減効率の80％以モデルのスケールでは，強度的な問題はないこ

上あり，ほぼ同等の津波低減効果を持つと考えとが分かった。

る。

しかしながら，実際の津波のスケールになる150

浜田・藤田・平石：自動式木製津波低減設備の実験

表 7 防波門の津波低減効率と，強度面での課題が出てくると推察されるため，より実際の津波に近いスケールでの実験を行い，詳細な圧力，必要な強度データを採取し，対策を講じていく必要がある。
⑤構造体を支えるベースは，フラットバー（ 3 mm

No.

設定内容

発生波高 岸前波高 門後波高 低減効率

4-4 防波門小12.89cm（15cm）動作後

15.59cm

4.34cm35.1％

3-3 固定式防潮堤 12.18cm（15cm 高さ）

15.34cm

4.74cm35.3％

厚み×30 mm 幅×90 cm 長さ）を井文字に組んでボルトで止めたもので，陸上部の地表面に置②防波門は，波が到達してから最終的な位置までいて，前後に構造体性能確認の邪魔にならない

移動するのにかかる時間は 1 秒程度と短いのように重しを置いて，波を受けた時に大きく流で，長周期の津波に対して，特に後続部分に対されないようにした。構造体を防潮堤として機して，津波低減効果を発揮すると考える。

能する位置に止める固定式サポートは，L 字鋼③津波低減効果は，防波門（91％幅）が動作した

アングル材を地表面に設置したフラットバーに後で，ある条件下ではあるが，固定式防潮堤とL 字型ジョイントを介してボルト接続し立てた

ほぼ同等の津波低減効果があることが分かっものである。

た。

扉体のベースへの接続部分及び回転のヒンジ部分は，フラットバーと扉体の枠

防波門については，今回の実験で傾向が掴めた

軸，または扉体の枠軸同士を0.5 mm 径のステが，更に複数のデータをとって再現性を確認し

ンレスワイヤ（もしくはテグス）の 2 重のリンながら，評価・検討を行う必要がある。

グで繋いだものである。今回の実験のスケール④防波門の強度面に関して，固定式サポートは実では，これらの当初から考えていた構造及び接験波が強い時（発生波高が17 cm を超えた時）

続で強度的には問題なく，津波低減効果に影響

時に大きく移動したり変形したりすることはを与えることはなかった。しかしながら，実際あったが，防波門本体は強い実験波の時でも変の津波のスケールになると，強度面での課題が形することなく，安定して津波低減装置として出てくると予想されるので，より実際の津波に機能した。このことから，防波門の木造構造体

近いレベルでの実験を行い，詳細な強度データ

本体は，その動作環境（波を一部逃がしながら，を採取し，対策を講じていく必要がある。

その波で移動し防潮堤として機能する）下で，⑥91 cm 幅の30 cm 高さ防波扉は10 cm の波ではこの実験モデルのスケールでは，強度的な問題

立ち上がらなかったが，13 cm の波で立ち上はなかった。しかしながら，実際の津波のスケー

がったことから，91％幅の防波扉はその高さのルになると，強度面での課題が出てくると予想

40％程度の高さの波で立ち上がることが判明されるので，より実際の津波に近いスケールでした。一方，98％幅30 cm 高さの防波扉は，10の実験を行い，詳細な圧力，必要な強度データ

cm の波で立ち上がった。

を採取し，対策を講じていく必要がある。
⑤構造体を支えるベース部分や，サポートや，扉

4. 3 防波門の津波低減効果のまとめ

体のベースへの接続部分及び回転のヒンジ部分

防波門は，防波扉の津波低減設備としての効果

は，防波扉と同様であって，今回の実験のスを下記のように確認した。

ケールでは，これらの当初考えていたベースで①防波門は，「浸水に対して自動的に構造体全体

問題なく対応できた。しかしながら，実際の津が浮き上がり，所定の位置へ移動し防潮堤とし波のスケールになると，強度面での課題が出てて機能する」ことが確認された。常に構造体のくると推定されるので，より実際の津波に近い

垂直が保持されている構造であるので，浸水がスケールでの実験を行い，詳細な強度データを収まっても防潮堤として機能する位置に留まり採取し，対策を講じていく必要がある。

安定した津波低減効果を発揮した。

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自然災害科学 J. JSNDS 35 -2（2016 ）

参考文献

5 ．結言
防波扉と防波門は，以下の 3 つの特徴を持つことが確認できた。
（ 1 ）木製構造物の浮力を利用して越流した波に対して自動的に動作し，防潮堤として機能する。
（ 2 ）通常時に設置されている位置から防潮堤として機能する位置まで移動するのにかかる時間
は約 1 秒以下と短く，動作後の波高低減効率は，固定式防潮堤の80％以上相当である。特に防波扉は動作時の低減効率が動作後よりも良く，全体を通して80％以上を保持できる。
（ 3 ）これらの木造構造物は，今回のモデル実験
スケールでの動作環境で強度的な問題はなく，津波低減に役立つ。
今後の課題としては下記が挙げられる。
（ 1 ）サポートの適正な強度を確認して適用すること。
（ 2 ）高い津波にも対応できるように，多段式のシステムが安定して動作するようなメカニズムを確立し，性能確認をすること。

1 ）新里英幸・木村雄一郎・仲安京一・藤田 孝：
波浪中フラップゲート式可動防波提の平面水槽
実験，土木学会論文集 B2（海岸工学），Vol.B265，No.1，pp.851-855，2009．
2 ）木村雄一郎・新里英幸・仲安京一・安田誠宏・
間瀬 肇：フラップゲート式可動防波提の波圧応答特性に関する実験的研究，土木学会論文集
B2（海岸工学），Vol.B2-65，No.1，pp.806-810，
2009．
3 ）東 良慶・伊藤忠男・半田英明・山敷 亮・平石哲也・菅野高弘：流起式可動防波提の小型模型による性能評価水理実験，土木学会論文集
B2（海岸工学），Vol.70，No.2，pp.I_951-I_955，
2014．
4 ）増田光弘・藤田慶彦・浜田英外・南 清和：津波被害低減のための可動式防波扉の適用性に関する研究，日本航海学会論文集，第131号，pp.119-124，2014．
5 ）藤田慶彦・増田光弘・浜田英外・南 清和・岸拓真：粒子法を用いた可動式防波扉の津波被害減災性能推定に関する基礎的研究，日本船舶海洋工学会講演会論文集，第19号，pp.579-582，
2014．

（ 3 ）より実際の津波に近いスケールでの実験を（投 稿 受 理：平成27年 7 月26日
訂正稿受理：平成28年 5 月31日）

行い，構造体にかかる詳細な強度データを採取し，対策を講じていくこと。

要

旨

木製構造物を採用し防潮堤として機能する新しいコンセプトの津波災害を低減する装置を開発した。この装置では，津波が越流する際（電気信号や電力などを使うことなく），木材の浮力を使って自動的に動作し，防潮堤として機能する。このために，ある程度の津波の陸側への浸水を許すが，主として後続の津波の浸水を抑止するものである。今回の実験結果から，防波扉タイプの津波低減設備は，波の越流に対して自動的に動作して防潮堤として機能すること，固定式防潮堤による波高低減効果に対して，その80〜90 ％程度の津波低減効果があることを示した。また，これらの木製構造物が本実験のスケールでの実験波の浸水に対して，津波低減設備
として性能を維持するのに適切な強度を保持していることを確認した。防波扉は，屏風のように多段式に重ねて設置できる（例えば 3 m 高さの防波扉を 5 段で15 m 高さの防潮堤に相応させる）ので，頻度が少ないが大幅に高いレベル 2 津波に対する低減設備として適用できると想定
している。

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浜田・藤田・平石：自動式木製津波低減設備の実験（ 1 ）孤立波到達前（ 6 ）孤立波到達後（約1.13秒）（ 2 ）孤立波到達直後（約0.43秒）（ 7 ）孤立波到達後（約1.30秒）（ 3 ）孤立波到達後（約0.56秒）（ 8 ）孤立波到達後（約1.47秒）（ 4 ）孤立波到達後（約0.67秒）（ 9 ）孤立波到達後（約1.80秒）（ 5 ）孤立波到達後（約0.86秒）（10）孤立波到達後（約2.69秒）

写真 1

防波扉動作連続写真（実験番号：No.1-8）（発生波高10 cm；防波扉高さ15 cm 時）

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自然災害科学 J. JSNDS 35 -2（2016 ）（ 1 ）孤立波到達前（ 6 ）孤立波到達後（約1.17秒）（ 2 ）孤立波到達直後（約0.43秒）（ 7 ）孤立波到達後（約1.23秒）（ 3 ）孤立波到達後（約0.60秒）（ 8 ）孤立波到達後（約1.40秒）（ 4 ）孤立波到達後（約0.80秒）（ 9 ）孤立波到達後（約1.56秒）（ 5 ）孤立波到達後（約1.10秒）（10）孤立波到達後（約1.90秒）

写真 2

防波門動作連続写真（実験番号：No.4-6）（発生波高10 cm；防波門高さ30 cm 時）