潜堤による波浪減衰について(第1報): University of the Ryukyus Repository

Title

潜堤による波浪減衰について(第1報)

Author(s)

津嘉山, 正光

Citation

琉球大学理工学部紀要. 工学篇 = Bulletin of Science &

Engineering Division, University of the Ryukyus.

Engineering(3): 155-169

Issue Date

1970-06

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/23969

潜堤 による波浪減衰 について (

第

1報)十

津幕山 正

光☆

OntheEffectsofSubmerged BreakwatersonWaveAction

Seik-oTSUKA

Y

AMA

SynopsIS

Recentlyasubmergedbreakwaterhasbeenconsideredtobest,itahleasaprotec -tiveconstructionforthemaintenanceofcoastlines.

Themodelexperimentsaboutsubmergedbreakwaterswerecarriedoutbytheauthor to graspthe influenceoftheirsettingpositionsandheightstotheeffectsofsub一 mergedbreakwatersonwaveaction.

Thefollowingresultswereobtained･

1,The mostsuitable setting positions ofsubmerged breakwaters were in the placeswherethevaluesofx/LowereO･2-0.3orO･7-0.8,whenthesubmergedbr eak-watersheightswereconstant･

2･ThedampingratiosofwaveheightsHi/Hotooktheirminimtlm Valueswhenthe valuesofx/L｡were0.3or0.6-0.7.

3･ThevaluesoLBx/Lo･Concemingwiththedistancefromshoretowavebreaklng

points,wereincreasedwithx/Lountilthevaluesofx/

I

JOhadbeen0.3,buttheywere constantWhenthevalues0fx/lAWerelargethanO･3･

緒 言 海岸 に襲来す る波 を人工的 に滅裳 させ よ うとす るよ うな場合､堤頂 が水面下 にあるよ うな堤 防す なわち潜堤 を設置す るごとがある｡ これは勿論 ､波 を完全 に さえぎることはで きないか ら､ それをの りこえて波 は伝播す るわけだが､ その際 に波 の伝播エ ネルギ の一部 をカ ッ トす ること によって､あるいはその位置で砕波 させてエネルギ を放 出 させ ることによって､通過後 の波 の減 勢 が可能 にをる.一般の防波堤 に比べ ると､波浪滅勢能 力は低 いが堤体 に うける波 力が小 さい ため､ その構造 は比較的 に簡単 で工費 も軽減 で きるとい うこ とと､汀線 か ら沖側 の方 に離 れて 設置 されるので､海岸利用 の障害 にな らないとい うよ うなことか ら､近年 わが国 において も､ 養浜 あるいは海岸浸 食防止対策 または既設海岸構造物 の防護対策 と して､広 く用 い られるよ う にをって きた｡

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潜堤 につ いては､古 くか ら多 くの研究者 が手 を染 め､理論的研究 と しては､た とえばJeff

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やDean2,)John3,)Fuch4S)などの研究 があるカミ波 が潜堤部 を通過す る とき､波 の一部 がカットされた り､ その天端上で砕波 した りす る現象 が複雑 で､理論的 にす っきり した形 で解明す るところまでは いっていないよ うで ある｡ しかがって､実験的 な研究 も数 多 く行 をわれているわけで､上記 の

十受付 :1969年10月31日

156

津 嘉山 :潜堤 による波浪 減 衰 につ いて(第1報)

人 た ちの 実験 的研 究 や

U.

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.

Beach Erosion Board, Morison,石原 ･相 木 , 細井 ･ 富永 , 中村 ･白石 ･佐 々木 ･伊藤 ,堀川, 合 田 ･竹 田等 の研 究 が あるが､最近 では各種 ブロ ックを使 った透 過式潜堤 に関す るもの が多 くをって いるよ うで ある｡ これ らの諸研 究 は､潜堤 による波 の減勢 機 構 ､特 に堤 頂 での砕波 や､潜堤通過後 の波 のエ ネル ギ の変化等 に主 眼 をおい た もの がほ とん どで あ り､最適設 置位 置や最適 設 置水深等 に関す る系統的 を実験 につ いての報 告 がみ られ ないよ うで ある｡ 筆者 は先 に沖縄本島海岸 の実態調査 を行 なったが､ その際 ､沖縄本島 の海岸 では､島の生成 過程 による もの と思 われ るが､前浜 か ら外浜 にかけて リー フになって いる ところが多 く､ その リーフの端部 が天然 の砕波堤 の役 目をな し､沖 か らくる波 を砕波 させて波 の勢 いを弱 める働 き を して いるよ うを箇所 が多 いの に気 がつ いた｡ そこで､ その よ うか ノー フ を利用 して潜堤 を設 けるこ とによって､海岸 へ の襲 来波 の減 勢 が可能 で ある とい うこ とに着 目 し､ それ に関す る基 礎 的 を研 究 と して標題 の研 究 に着手 したわけで あるが､ まず は じめ に､最 も効果的 な頂面水深 及 び位 置 とい うもの が あるか ど うかにつ いての実験 的検討 か ら行 な うこ とに した｡実際 の海浜 の場合 ､潮汐現象 の美 めに平均 水面 はた えず変化 す るが､本研 究 は特定 の海浜 につ いての模形 実験 で はないので その こ とは考慮 して い.ないが､後 日検討 す るつ も りで ある｡ 本報告 は､上述 の実験結 果 につ いての第一報 で､ これ まで に得 られたデー タに基づ くもので あるが､実験 は 目下継 続 中で あるので､ その後 の成果 につ いては後 日報告 す る予定 で ある｡

Ⅰ

実 験 1実験装置 実験 は､琉球大学理工学部 土木工学科の波 浪実験 装置 を用 いて行 なった｡Fig.1はその全容 せ 示 す もので ある｡ この装置 は､長 さ25mの鋼製水路 (断面1mXlm)の一端 にフラ ップ型 の造 波機 と送風装置 を とりつ けた もので､水路 の側 壁 の一 方 は､内部 での現 象 の観察 に便利 をよ う に全面5cmメ ッシュを入 れた ア ク リル ガ ラスぼ りにをっている｡ 水路上面 は､送風装置 を便 っ Fig･1 View ofwaveexperimentapparatus

ての風洞実験 がで きるよ うに鋼板 の蓋 が とりつ け られているが､ これはボル トナ ッ ト締 めにな っているので必要 に応 じて取 りはずす ことがで きる｡ 造波機 は､3.7k.Vの電動機 にバ イエルサ イタロ無段変速機 を連結 し､変速機 軸 に固定 した回転 板に偏心 してロ ッ ドをとりつ け､ その ロ ッ ドの端部 が回転 ジ ョイ ン トで造波板 の上部 の方 につ ながっている｡電動機 の回転 につれて変速機軸 にとりつ けた回転板 が回転 し､それ に偏心連結 し たロ ッ ドの往復運動 によって造波板 が前後 に振動 して波 を起 す｡ 波 高 は､ 回転 板 にとりつ け たロ ッ ドの偏心値 をかえてそのス トロー クを調節 す ることによって､ また､波 の周期 は変速機 により回転板 の回転数 をか えることによって､それぞれ変化 させ ることがで きる｡生起波 の波 高は最高20cm､周期 は0.7-4.5sec.の範囲で ある｡一方送風装置の方 は､送風機(300m3/min.) をギヤー式変速機 を通 じて電動機 に連結 した もので ある｡風量 は変速 機 と吐H に とりつ けたス ロ ッ トル､および水路端末 の フラ ップを操作す ることによって調節 す ることがで きる｡ 2.実験方法 Fig.2のよ うに水路の一端 に木製の海浜模形 をお き､ その上 に模形潜堤 を設置 して波 をお く り､堤 による横形海浜 の波 の変化 をみ るわけだが､ この場合､関係諸量 の間 に次 の関数関係が

Fig･2 Symbolsanddimensionsusedinmodelexperiment 想定 される｡ (α,ks,h, X,Bx,RH,H‥ Ho,L｡)

=

o ここ

に

､ (い α ;横形海浜 の こ う配 ks;模形海浜の粗度

h;

模形潜堤の高 さ x;摸形海浜汀線 か ら潜堤 までの距離 Bx;横形海浜汀線 か ら砕波点 までの距離 RH;波 の遡上高 H.;潜堤通過直後の波高 Ho､L｡;沖波 の波高 および波長 無次元形 では F (

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- o (2) これ らの各因数間の関係 を検言すす るわけだが､は じめ海浜模形 勾配α

- 1/5

と し､沖波 の周 期 芯 と波高H｡･を変化 させ､さらに模形 潜堤 の堤高 および設置位置 をか えて実験 し､RH､Bx､Ht

158 津 裏山 :潜堤 による波浪 減衰 につ いて(第1報) To Ho 潜 堤 設 置 位 置 お よ び 堤 高 SeC 1.3 6.cm5 XLcmノ 135 125 115 hLcmノ3 6 9 121 5 1821 24 3 6 9 1215 18 21 24 3 6 9 12 X(cmJ 105 95 85 h(cm) ■15 18 21 3 6 9 1

2

15 18 3 6 9 12 15 18 3 6■9 12 15 Ⅹ(cm) 75 65 55 45 35 hLcm)3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 3 6 9 3 6 5.5 同 上 4.5 同 上 1.0 3.5 同 上

Table1.Kindofexperiments

を測定 して潜堤 によ り堤 内波 が どの よ うを影響 を うけるかをみ るこ とに した｡ 実験 の種類 は Table lに示 す よ うに､今 回報告 す るの は､ 沖波周期Toは1.3sec.および 1.Osec.の2種 を と り､それ に対 して波 高 は前者 では4.5cm､5.km､6.5cmの3種 ､後 者 では2.瓦m 3.5cmの2種 を組合 せ ､つ ご う5種類 の沖波 を とり､その各沖波 に対 してⅩお よびhをか えた も の で ある｡ 3.実験横形 お よび計 測 実験 につ かった海浜模形 は固定床 の もので､表面 かん を仕 上 げの木 材 で製作 し､こ う配 は

1

/5

と した｡潜堤模形 には断面1.‰mX3.0cmの細 長 い板 を使用 し､ これ を水路側 壁 にクラ ンプ具で しめつ けたみ ぞ切 り角 材 のみ ぞにはめ こみ､水槽 を横切 って固定 した0(Fig.3)この板 をつ み重

Fig･4Wave meter ね て い くこ とによって堤 高 をか えた｡ 次 に計測方法 で あるが､波 高 はFig.4に示 す タ ッチ ゲー ジ式 の波 高計 と､ スケ ール を併 用 し て計測 した｡ 波 高計 は､ ポ イ ン トゲー ジの タ ッチ指 示 器 と してテ ス ター を利用 して試作 した も の で あ る｡ 波 の周期 計測 にはス トップ ウ オ ッチ を使 用 し､遡上 高RHと砕 波 点 距 離

Bx

は スケ ー ルで よみ と っ た｡なお､水路 の実験 時 水深 は55cmに とって あ る｡ 4.相似 律 につい て 模形 実験 を行 な う際 に問題 に な るの は ､実物 と模形 の相似 性 の こ とで あ るが､模形 ･実物 問 に完 全 を相似 性 を成 立 たせ る こ とは難 しい こ とで ある｡ 波 の変形 に関

し

て は､一般 にフルー ドの相 似律 に従 うこ とが知 られて い る1)ので ､本 実験 にお い て も それ によ って模形縮 尺 を､鉛 直 ･水平 方向共 に

1

/

入Bと して 時 間縮尺 1/入tを求 め る と､

1

/九t- Jl/AB が得 られ る｡ 本実 験 で は､一般 模形 と して1/19- 1/150に とって あるか ら､1/えー- 1

/

12.3に なる｡ したが って､実験波 の最大値H0-6.5cm､T0-1.3sec.に対応 す る実際 の波 はH-6.70m､ T-15･5sec･の もので あ り､これ は筆 者 が沖縄 海岸 につ いて仮 想台 風 を考 え､ そ れ によ る生 起 波 と して推 算 した もので あ る｡

l

Ⅱ

実験結果 お よび考 察 Fig.5-Fig.19は､実験結 果 を堤 高hをパ ラメー ター に して ､RH/Hoと

Ⅹ/

Lo

､

Hi/H

o

とⅩ/L｡､

Bx

/

Loと一Ⅹ

/

L

o

の 関係 図 と して示 した もので あ る｡ 以 下 これ らの図 を も とに して､潜堤 の位 置

160 津 幕 山 :潜境 による波浪 減衰 につ いて(第1報) T0-1.3sec ○ o ○ O

O

l H0-6.5cm O h(3cm) ① 6 0① ○ ①

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Fig･5 Relationshipso

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Fig･7 Relationshipsof監 toi.forTo-1･3sec･andH0-4.5cm

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162 津茅山 :潜埠 による波浪 減賓 につ いて(第1報) T0-1.Osec H0-2.50cdI 0 0 0 ○

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21 矢印 は無燥時 の鐘■

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Fig･9 Relationships0億 tof .forTo-1･Osec･andHo-2･5cm

I T- 善一 h(qn) T0-1.H0-6.35dnse￠0 ()

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0.2 0.4 0･6 X/Lo

Fig,ll Relationshipsof茂 tof.forT0-1.3sec.a｡dH0-5.5cm

㊨ h( ) T0-1.H0-4.

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O･4 0･6 Fig･12 Relationshipsof哉 toi.forT0-1.3sec･andH｡-4.5C｡

164 津 裏山 :潜卦 こよる波浪減衰 につ いて(第1報) J 呈 0--

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Fig･13 Relationshipsof愚 o蓋 forTo-1･Osec･andH0-315cm

h(CZEL) T0--105ee

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Fig･15 Relationshipsqffotof.forTo-1･3sec･andH0-6･5cm

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166 津 募山 :潜堤 による波浪減衰 につ いて(fu 報 ) T0-1.Ho=4.3s5cmec ⊂(○)

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Fig･17 Relationshipsoff .tot .forTo-1･3sec･andH0-4･5cm

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0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x/Lo

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22圭 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x/Lo

Fig･19 Relationshipsnf蓋 totoforTo-1･Osec･andH0-215cm

xおよび堤 高hの変化 によ って､潜堤以 後の波 が どの よ うな影響 を うけるかを､ 主 と してRH. lli･Bxの変化 とい う面 でみ ることにす る｡ 1RH/Hoと

x/

L

｡の関係(Fig.5-Fig･9) RH/HoJ)値 は､T0-1.3sec.の沖波 の場 合､H｡-6.5cmの と きは1.1付近 H｡-5.5cmの と き1.3 付 近､H0-4.5cmの とき1.6付近 に分布 す る もの が多い｡す なわち､ 同一周期 の沖波 の場 合 ､ 波 高 が大 きい程潜 堤 の波 浪減勢効果 が効 いて くる とい うこ とで ある｡この傾向 は､≠-1.Osec. の波 の と きにもあ らわれているO透過潜堤 に関す る佐藤 等の実験 でヲ)H｡/L｡が大 きくなる と潜 堤 によ る波 の エ ネルギ減少の割 合 が大 きくなる とい う結 果 を得 てお り､ 本実験 は不 透 過 潜 堤 につ い て の もので あるので､同列で の比 較 はで きな いが､これ らをあ わせ 考 え る と､波 高の 大 きい波 ほ ど潜堤 によるエ ネルギ損失 の割 合 が大 きい とい うことが言 えるよ うで ある｡ 同一堤高の とき､RH/Hoが茄 も小 さくなる潜堤設置位 置 が､≠-1.3sec.の波 の とき

x/LO-O.2-0.封寸近 で- カ所､T0-1.Osec.の波の ときx/L0-0.3-0.4付近 とx/L0-0.7-0,8 付近 の二 カ所 で あらわれてい る｡ す をわ ち､緒 言 で述べ たよ うな潜堤 の最適設 置位 置 とい うも の が存在す るよ うで､上述 の位 置 がそれに当 り､ そこに潜堤 を設 置 した と き波 浪滅 勢効果 が最 も大 きい とい うことで ある｡ この ことにつ いては､今後確 論的 な検 討 による妥 当性 の 考察 を併 せ ておこか 1､ さらに実験 を重 ねて定量的 な最適設置位 置 を求 めてみたい と考 えて いる｡ 一方 ､潜堤高 につ いては､高 さが増 すほ どRH/H｡の値 は小 さくをる｡す なわ ち､堤 頂水深 が 減 少 して静水面 に近 くなるほ ど波 の遡上高 は小 さくなるわけで､堤高hが大 きくなれば襲 来波 の堤 による反 射率 が増 大す るか ら､通過波高 が減少 し､RHが小 さくなるこ とは推 察 す るに難 く な いが､不透過潜堤 の場 合 ､堤高 が大 きく在ると堤前 で重複波 がで きて､逆 に堤 を越 える波 が 大 きくな ることもあるので､堤 前の消波 l二には十分 に意 を用 いて､重複波 の形成 をで きるだけ

168 津 蕃山 :潜堤 による波 浪 減 衰 につ いて(第1報) 防 ぐよ う配慮す る必要があろ う｡Ⅹ/Loを小 さくしてい くときのRH/Hoの減 少の割合は､堤高 hが大 きいほ ど大 になるよ うである｡ 2 Hi/H｡と､x/Loの関係(Fig･10-Fig･14) H./Hoの値 に関 して も､RH/Hoの場合 と同様 に同一堤高の とき､T0-1.3sec･の波の場所は x/L｡が0.3付近 の値 の とき､最 も小 さくなるよ うである｡ しか し､T0-1.Osec.の波 の ときは RH/Hoの場合 とは少 し異 なり､ Ⅹ/L｡-0.6-0.7の- カ所だけでH./Hoは最小値 をとる｡堤高 hが大 きくなると点のば らつ きが大 きいよ うで あるが､ これは､堤高hが大 きい ときは堤前で 重複波 が形成 され､ それ と同時 に水槽内で静振現象がおこるので､ その影響 によるもの と推察 されるO実験 に際 しては､ そのよ うな現象の影響 を受け か 1よ う配慮 したが､単 に計測方法等 の工夫だけでは不十分で あるので､今後堤前 に捨石や消波 ブロ ックをお くなどして反射波 をな くした状態で比較実験 を行 ない､重複波や静振 の影響の度合 を調べ るつ もりである｡ 同一堤高の ときのⅩ/Loの減少 によるH,/Hoの減少の割合は､堤高hが大 きいほど大 きい｡ 3 Bx/Loとx/L｡の関係 (Fig.15-Fig.19) Bx/Loの値 は､T0-1.3sec.の波 の とき､Ⅹ/Loが0.3までの値 の場合はほぼ一様 に増加する が､ それ以上 Ⅹ/Loの値 が大 きくなって くるとあまり変化せず､0.04-0.05の値 になるよ うで ある｡T0-1.3sec.でH炉=4.5cmの ときの図は､点のば らつ きが大 きいが､実験時風がつよ く､ その影響 が入 っているもの と思 われる｡T.=1.Osec.の波 の ときは､堤高同一の場合Ⅹ/Loが 0.6-0.7の値 の とき､Bx/Lo.の値 は小 さくなるよ うであるが､点のバ ラつ きが大 きいよ うでは っきりしたことは言 えか )｡潜堤設置位置が同一の ときは､堤高hが大 きくなるにつれてBx/Lo は減少す る｡

Ⅲ

緒 言 以上実験結果 につ いて述べ たが､ とりまとめると次 のよ うになる｡ (1) 潜堤の高 さhが同一の とき､波 の遡上高RHを最小 にす る潜堤設置位置があり､本実験の 結果では ,それはx/L0-0.2-0.3または0.7-0.8の ところにある｡ (2)同一堤高の場合､H./H｡の値 はⅩ/L｡が0.3付近 または0.6-0.7の値 の とき､最 も小 さく なる｡ (3)砕波点 に関す るBx/Loの値 は､T-1.3sec.の波 の とき､Ⅹ/L｡の値 が0.3までの ときは ほぼ直線的 に増大す るが､Ⅹ/L｡がそれ以上の値 の ときはあまり変化 し射 ､｡ (4)潜堤設置位置が同一の ときは､RH/H｡､Hl/Ho､Bx/L｡はいずれも堤高hの増大 と共 に 減 少す る｡ これ らの ことか ら､潜堤の設置位置 に関 しては最 もその効果 を大 ならしめるものがあると い うことが言 えるよ うである｡一方堤高 については､頂面水深 が小 さいほ ど､す なわち堤高が 高 いほ ど波浪減勢効果は大 きくなる｡ 今回の実験 では模形海浜勾配αは一定 にたが､ このあとαを変化 させ､ さらに沖波 の周期､ お よび波高の小 さい場合 につ いて も実験 を行 なう予定であるので､ これ らの結 果については後

日報告 したい｡

おわ りに､実験 に際 しては､琉球大学理工学部土木 工学科の学生 大域元 ･金城恵勇 ･平良英 行 ･永田晃 ･山川昇の諸君の協 力のあったことを記 し､謝意 を表す る0

参 考 文 献

(1) Jeffreys; Note on the offshore barproblem and reflectionfrom abar,Grt. Brit.Minis.Supply Wave Report 3, (1964)

(2) Dean; On the reflectionof surface wavesbyaninclinedplanebarrier,G√t. Brit.Minis. Supply Wave Report 8, (1945)

(3) John;Waves in the presence ofan inclined barrier,Comm.AppLMat

九

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1

(1948)

(4) Johnson,Fuchs and Morison ;Damping action of submerged breakwaters

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Trans.A.G.U.Vol.32 No.5,Pp704-708(1951) (5)石原藤次郎編 ;応用水理学 中 れ 丸善､Pp.557､(1958) (6)石原藤次郎､相 木享; 潜堤の効果 について､京都大学防災研究所年報第2号､pp.70-82 (1958) (7)細井正延､富永正照 ;離岸堤 による波高減衰 について､第6回海岸工学清浦全港演集､pp. 121-123(1959) (8) 中村充､白石英彦､佐 々木泰雄､伊藤三甲雄 ; 潜堤 に よる消波 について､第13回海岸工学 講 演会溝演集､Pp.76-79(1966) (9) 堀川清司 ; 潜堤 による風浪の減衰 につ いて､第 18回土木学会年次学術 講演会溝演概要､ pp.115-118(1963) (10) 合田良美､竹田英幸 : 越波 による防波堤背 後への波高伝達率､ 第13回海岸工学講演会講 演集､Pp.87-92(1966) (ll) 久宝雅史 ;海岸工学 ,森北出版､P129(1961) (12) 佐藤稔夫､三橋宏次､秦英樹 ; 透過式潜堤 に関す る研究､第14回海岸工学静 貴会講演集､ pp､167-172(1967)