越波量に及ぼす入射波形態の影響

3. 1 まえがき

前章により， 規則波が入射する場合の基本越波構造物に対する越波量の定量的 評価が可能となった. しかしながら， 実際の水域の 波浪は不規則波であり， かつ，

構造物に対して常に垂直に入射するとは限らない. 越波を用いた水質改善技術の正 確な評価を行うためには， まず実水域で、の長期間にわたる越波量の精度良い算定が 要求されることから， 不規則波および斜め入射波に対する越波量の定量的評価が不 可欠である. 不規則波による防波護岸の越波量に関しては合田ら1)によって明らか にされており 直立堤に斜めに入射する規則波によって生ずる越波量については井 上ら2)が， また斜め不規則波による越波量については高山らわが明らかにしてい る. しかしながら これらの研究は防災の立場から行われたものであり， 前述した ように越波を極力低減させるためのものであった. また， 本研究が対象としている 構造物は越波堤と集波堤から構成されているため越波量に関して新たな検討が必要 である.

本章の目的は 3次元越波構造物に不規則波が入射する場合に獲得される越波

量の定量的評価を可能にしかっ構造物の最適形状を決定すること， また， 2次元・

3次元越波構造物に波が斜め入射することによって減少する越波量を定量化するこ とである.

3. 2 不規則波による越波量

3. 2. 1 実験装置および実験方法

前章の規則波に対する3次元越波構造物に関する実験と同様に大型平面造波水 槽に構造物を設置し(図-2.9参照) I 2次元不規則波を堤内に入射させた. 入 射波の条件は2種類とし 構造物設置予定地点に おける有義波高HI/3は5.1

， 12.6

cm， 有義波周期TI/3は1.2

， 1.3 _s (波形勾配0.022 ，0.046)で， スペクトル形状が

Bretschneider

. 光易型となる不規則波を用いた. 水深hは全実験を通じて 50

cm

28

-表-3.1 不規則波に対する実験条件

周期 法先水深 hの波長 相対水深 波品 波形勾配 天端両 相対天端I笥 集波堤

TJ/3 h LIIJ hlLI/3 HIIJ HIIJ/LI13 hc hc/HII3

の寸法

(sec) (cm) (cm) (cm) (cm)

1.3 0.25 ^a --- ^c

1.2 50.0 231.8 0.216 5.1 0.0217 3.8 0.75

^ク

6.4 1.25

^今

3.2 0.25 d --- ^f

1.3 50.0 272.3 0.183 12.6 0.0464 9.8 0.75

^ク

15.8 1.25 ^//

集波堤の 集波比

B!lBo

集波堤 波の進行 相対集 集波堤

4 6 8 10 12 14

の 方向の長 波堤長 の 開角度 μ( )

寸法 さ 出口幅

。 33.4 53.1 70.0 84.0 95.5 104.9

1 (cm) IJLII3 Bo (cm)

集波堤の入口幅

BI (cm)

a 34.1 0.145 6.8 6.8 27.2 40.8 54.4 68.0 81.6 95.2

b 60.0 0.242 12.0 12.0 48.0 72.0 96.0 120.0 144.0 168.0

C 86.4 0.367 17.3 17.3 69.2 103.8 138.4 173.0 207.6 242.2

d 39.6 0.145 7.9 7.9 31.6 47.4 63.2 79.0 94.8 110.6

e 66.0 0.242 13.2 13.2 52.8 79.2 105.6 132.0 158.4 184.8

f 100.0 0.367 20.0 20.0 80.0 120.0 160.0 200.0 240.0 280.0

に固定された. 越波量の採取は1分間にわたって行われた. こ の測定を3---5回繰 り返すことにより， 越波量の平均値を求め， 得られた平均値から単位時間， 単位出 口幅当たりの越波量を求めた. 越波量に有義波周期を掛けることにより， 有義波l 波当たりの越波量Q13(cm2/波)を算定した. そして， QI3を波群の有義波高と有義波 長で割った値を l波当たりの無次元越波量QI3/H1/3LI/3と定義した. ここ で添え字 Iは入射波が2次元不規則波であることを意味する. 無次元越波量QI3/fll/3LI/3は 前章の規則波における議論と同様に7つの無次元量に依存し

。L_ ⁼ f(

^{flJI3主主L _}

¹

^_

^{∞t e}

^.

_{___h_}

^.

B O )

flJβL /13 _{� \} L //3 H /13 . ^{B 0 . L /13 . . L //3' 1 J}

(3.1)

と表される. 越波堤の法面勾配0は規則波の実験と同様30。 に固定した. また，

前章の実験 で明らかになった 相対水深Iz/Lが0.096以上であれば越波量はh/Lに

29

-ほとんど依存しないこと， Boll

=

0.2近傍で越波量は 極大値を取 ることを考慮し て， h1LI/3

=

0.184 ， 0.212 ，Boll

=

0.2の 条件の下で実験を行った. 従って， こ の場 合式(3.1)は簡単化され

。3

_{_}

J'( ^{H 113 hc B! l} ' _(3.2)

H 1 I 3 L 113 "\ L 113 - ^{H 113 B 0} - ^{L 113 I}

で表される. 式 (3.2)中の4つの パラメータ をそれぞれ独立に変化させて 実験を 行った. 実験条件を表-3.1に示す.

3. 2. 2 実験結果と考察

図-3.1

(a)

^， (b)はHI/3ILI/3

=

0.0217， 0.0464 ， l/L1I3

=

0.242 の値 に対して，

hdHをパラメータとして QI3IH113L1I3とBtlBoの関係を示し たものである. 入射 波が不規則波の場合でも ， BtlBo が増加するにつれQI3IHl/3Ll/3は 増加するが， あ

るB1IBoで極大値を取ったのち減少する傾向がある. また， hclHl/3 が大きくなる とQI3IHl/3Ll/3は全体的に小さくなっている. このような特徴は規則波において得

られた結果(図-2.10参照)とよく一致している. しかしながら Q13IH 1/3 Ll/3の Hl/3ILl/3への依存性はそれほど顕著で、はない. これらの 結果 を規則波の結果と比較

0.15-� 0.10・

...:J

.... 、

\

コ三

、

0.00・

0 BJlBo 10

(a)

15

0.15・

ミ0.10-...:J

_内「

、、

止

、

。0.05・

0.00 0

�..'

.巴 _，，-口...0...0.

口- 白

/・ ^{^-}

_--ペラ_---0ー令ーー令~令、

q，f .fG-心-.0'-σ-'6- '-0、

BýBo 10 (b)

15

図- 3.1 QI3/H /lJLlI3とB〆'80の関係( I/Lw ₌ 0.242， (a) HII3/L'/3 ⁼ 0.0217， _(b) 0.0464)

-

30-すると， QI3/H 113 L 113は全体的に小さい値をとり ， ピークはそれほど明瞭ではなく なっている.

規則波の場合に図-2.11で定義した代表量と同様に代表量を定義して， QI3/

H1I3L1I3とBJlBoの関係を普遍表示する. QI3/H /I3L1I3とBJlBoを規格化するために 次式で定義される無次元量φ/3 ，デ13を導 入する.

φ

1守=JQ13IH//3L //3)ー(QI3IH113L//3)*

υ(Q13IHlI3L//3)max -(Q13IHlI3LII3)*

β= - (B IIBo) - ¹

.J (B I 1BO)/max - ¹

(3.3)

(3.4 )

(Q/3/H 1I3L 113 )max は不規則波に対する最大無次元越波量の値であり， その時の集波 比をほI/Bo)lmaxとする. また集波効果の ない B，/Bo

⁼

1の場合の 不規則波に対する 無次元越波量を (Q 13/ H / 13 L / 13) *とする. 図-3.2は0//3 に対してφ13 の値をプ

ロットしたものである . 入射波が不規則波の場合に対しても ， 近似曲線で十分普遍 表示できる ことが分かる . その近似曲線の形状は規則波のものと比較すると ， 多少 緩^{やかなものと なっている} (^図-2.12参^照) ^•

図-3.3は(Q/3/H//3LII3)maxを ， 図-3.4は( QI3 / H/13 LI13)*を ， そ して図-3.5は (B，/B O)lmaxを H113 / L1I3とl/L/13をパラメータとして hdH1I3 に対してプ

ロットしたものである . (QI3/H 1I3L/13)max と(Q/3/H1I3 L/13んは， H/I3/L/IJとl/L1I3 に対し それほど強い依存性はなく hc/H 113のみに依存し ， hc/H/13 が増加するにつ れ規則波の場合と同様単調に減少する. 規則波の場合の (QR3/HL)maxと (QR3/HL)*

はH/Lに依存したが， (QI3/H 1I3L1I3)m以 と(QI3/H/I3L/13) *はH1I3/L113にほとんど依 存し ないといっ結果に なってい る .

( B JlB ⁰⁾ Imaxはhc/H113が増加するにつれ ， 規則波の場合と同様やや減少する傾向 が見られる. また ， そのばらつきも大きくなる. しかし ながら ， 図-2.16の規則 波の結果と同様 ， ぽJlB ⁰⁾ Imaxキ1 1でほぼ近似できるものと思われる.

結論として ， 図-3.2，3，4，5で示された結果から ， 与えられた3次元越波 構造物による2次元不規則波の場合の越波量を算定することが可能となった.

31

-1.5

口

ハU

。

口

0.5

1.5 0.5 1.0

0.0 0.0

lfIn

不規則波に対するφ13とlfIl3の関係 図-3.2

l/LI/3， HI/〆LI/3

ロ

0.145，0.0217

。 0.242， 0.0217

。 0.367，0.0217

• 0.145: 0.0464

� 0.242， 0.0464

• 0.367: 0.0464

ロ

0.15

ハU'E'ム ハU

0.05

HCE B 吋む た\問。」

ハU 1.5

0.5

hc /H1/3

(QI3/HI'仏II3)maxとhdHI/3の関係 図-3.3

32

-1/ LII3 • ^{H 1/.〆LII3}

ドキュメント内 越波を利用した波浪エネルギー獲得技術の開発と水 質改善への応用 (ページ 33-38)