港湾 内での利用形態 に合わせ た長周期波浪対策技術
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(2) 812. 海. 岸. 工. 学. a)捨石透過堤. c)両 面 ス リツトケ ー ソン+消 波 層. b)捨石不透 過堤. d)スリット付L型ブロック+消波層. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 図‑3. 図‑2. 透 過堤 の 断面(現 地 ス ケー ル). 港 湾 内で の利用 形態. 舶 の接 岸 や施 設 の 小型 化 の た め係船 岸 や両 面 ス リッ トケ ー ソ ンの背 後 に礫 を投 入 した も の で あ る. 本 研 究 で は,こ れ らの 構 造 物 に つ い て,主. に数 値 解 析. に よ りそ の 特 性 を 明 らか にす る.ま た,水 理 模 型 実 験 に よ り数 値 解 析 精 度 の検 証 も行 っ た. (2) 検 討 方 法 解 析 は,永 瀬 ・島 田(2000)の3次. 元 で 水‑空 気 混 相 を. 対 象 と して,波 面 解 析 が 可 能 なMARS. 図‑4. 解析結 果(捨 石 透過 堤). (Multi‑Advection. Reconstruction Solver)法 で こ れ ま で 長 周 期 波 施 設 の検 討. 径 の 大 き な透 水 層 を 設 置 す る こ とで,反. な ど に用 い られ て い る(平 石,2004).波. 能 な の で 消 波 機 能 の 確 保 に も有 効 で あ る(平 石 ・永 瀬,. ス を用 い て 入 射 させ,反 して 吸 収 させ た.消 (1983)に. 浪 は造 波 ソ ー. 射 波 は エ ネ ル ギ ー吸 収 層 を 設 置. 波 層 で の 圧 力 損 失 は,近. よ るDupuit‑Fochheimer則. 藤 ・竹 田. を 用 い て 計 算 を 行 い,. 計 算 に必 要 な 係 数 は別 途 透 水 試 験 に よ って 検 証 した結 果 を 用 い た(平 石 ・永 瀬,2004).. 2004).こ. 射 率 の低 減 が 可. の形 態 は,防 波 堤 の 内側 に波 除 堤 と して 利 用. さ れ た り,港 口 な どで 波 浪 の 侵 入 を防 ぐた め に用 い られ る. 図‑4は,解. 析 結 果 の流 速 ベ ク トル を示 した も の で あ る.. 解 析 条 件 は,透 過 堤 の奥 行 き は図‑3に 示 した と お り静 水. 入 射 波 は現 地 ス ケ ー ル で,T=8,15,30,45,60,. 面 の 高 さでB=30mと. した.捨. 石 の 粒 径 はd50=40cmで あ る.. 100sの 規 則 波 を 標 準 と し,必 要 に応 じてf=0.001〜0.050. 模 型 実 験 は縮 尺1/20で 実 施 し,d50=30mm(模. Hzの50波. を 礫 材 と して利 用 して い る.消 波 ブ ロ ッ クの 前 面 を遡 上. を重 ね 合 わ せ た ホ ワ イ トノ イ ズ,孤. 立波 を用. 型 値)の 砕 石. い た.入 射 波 高 は現 地 で の 長 周 期 波 浪 は10cm程 度 で はあ. して そ の水 面 近 くの 流 速 が 大 き くな り,背 後 の礫 材 か ら. るが,解. な る消 波 層 内 に侵 入 して い る こ とが 分 か る.. 方,模. 析 で の分 解 能 を確 保 す る た めH=1mと. し た.一. 型 実 験 は,縮 尺1/20と して 行 い,消 波 層 に はd50=. 30mm(模 型 値)の 砕 石 を用 い た.. 図‑5は,現. 地 ス ケ ー ル で 周 期T=45sの 解 析 な ら び に 実. 験 に よ る波 形 で あ る.(a)はMARS法. に よ る 解 析,(b)は. 水 理 模 型 実 験 の結 果 で あ る.測 点 の 設 置 位 置 は図‑3に 示. 3. 捨 石 堤. す と お り で,実 船 舶 の接 岸 な ど の利 用 計 画 が な い場 合 に は,ケ ー ソ ン. 験 で は 礫 内 の 水 位P3は 計 測 で き な か っ. た.解 析 で はt=100sこ ろ入 射 波 が 到 達 して 透 水 層 を 通 過. な どの 護 岸 が 不 要 で あ る.コ ス トや港 湾 内 で の空 間確 保. したP4で は 波 高0.2m程. の 点 か ら も既 設 の 護 岸 や 防 波 堤 前 面 に捨 石 の み の消 波 層. で は0.3m程 度 の 水 面 振 動 が 認 め られ る.. を 設 置 した り,消 波 層 単 独 の 透 過 堤 と して の設 置 が 多 い と考 え られ る.そ. こで,捨. b)の 形 態 に つ い て,MARS法 の 特 性 調 べ た.ま. 石 堤 と して 図‑2に 示 し たa),. 度 の 透 過 波 が 見 られ,礫. (b)実験 波 形 で は,実 験 の 周 期 がT=10sと,造. 内 のP3. 波性能 の. 上 限 で の 実 験 で あ り,反 射 波 の 吸 収 造 波 が十 分 に機 能 し. を 用 い た 数 値 解 析 に よ りそ. て お らず 多 重 反 射 の 影 響 な ど が 見 られ た り,入 射 波 高 が. た,解 析 の 実 用 性 を検 証 す る た め水 理. 現 地 ス ケ ー ル で80cm程 度 と解 析 よ り小 さ い な どの 違 い が. 模 型 実 験 を行 っ た.. あ る.ま. た,解. 析 で は平 均 水 位 が,P4の. 昇 な ど も見 られ る.し. (1) 捨 石 透 過 堤 図‑3に 捨 石 透 過 堤 の 断 面 図 を 示 す.沖. 側 に は1:4/3の. 勾 配 で 消 波 ブ ロ ック(4t)を設 置 した.こ. の ブ ロ ッ ク は,. 平均 水位 の上. か し波 形 は,P1,P2,P4と. も解. 析 波 形 と よ く対 応 して い る. 図‑6に 入射 波 の周 期 と反射 率 の関 係 を 示 す.解 析 を行 っ. 安 定 性 を確 保 す るだ け で な く,長 周 期 の 吸 収 に は単 一 粒. た周 期T=8,15,30,45,60,100sの. 径 の 礫 材 を用 い た 消 波 層 を 設 け るだ け で な く,沖 側 に粒. 合 田 ら(1976)の 方 法 に よ り求 め た.水 理 模 型 実 験 の 結 果. 波 形 か ら反 射 率 を.
(3) 港湾 内 での利 用形 態 に合わ せた長 周期 波浪 対策技 術. 813. (a)解析波形. 図‑6. 入射 波 の周期 と反 射率(捨 石 透過 堤). (b)実験波形 図‑5. 捨 石 透 過 堤 波 形(B=30m,T=45s). も示 した が,T=60,100sに た.消. 関 して は,造. 波 で きなか っ. 波 層 の 入 射 方 向 の 長 さ はB=20,30mに. 施 して い る.T=8,15sで. は,解. 図‑7. 解 析結 果(捨 石 不透過 堤). つ いて実. 析 に よ る結 果 が 実 験 よ. り小 さ くな って い るが,T=30,45sで. は,解 析 に よ り実. 験 が 精 度 よ く再 現 す る こ と が で きて い る. 以 上 の よ うに,MARS法. を 用 い た数 値 波 動 水 槽 技 術 で,. 礫 に よ る消 波 層 を 用 い た長 周 期 対 策 施 設 の水 理 特 性 を よ く再 現 で き る.ま. た,周. 期(波 長)が 長 くな る こ と に よ. り消 波 性 能 が 低 減 す る こ とが わ か る.消 波 層 の奥 行 きB= 20mに お い て,T=100sに い の は,こ. お け る反 射 率 が あ ま り上 昇 しな. の 構 造 物 が 透 過 堤 で あ る た め で,B=30mの. 透 過 率 はKt=0.42で あ るの に 対 して,B=20mの Kt=0.49と とで,反. 場合 には. 図‑8. 捨 石 不 透 過 堤 波 形(B=30m,T=45s). な って い る.消 波 層 が 短 く背 後 に透 過 した こ 射 率 が 低 下 した と 考 え ら れ る.一 方,B=30m. で は,透 過 しに く くな り反 射 率 が 上 昇 した. ま た,解 析 で は,f=0.001〜0.050Hzの50波. 検 討 に有 効 で あ る と思 わ れ る. (2)捨 石 不 透 過 堤. を重 ね合 わ. 図‑2(b)に 示 した 捨 石 不 透 過 堤 は,既 設 護 岸 の 前 面 な. せ た ホ ワ イ トノ イ ズ な らび に孤 立 波 で も解 析 を 行 っ た.. ど に設 置 す る場 合 の形 態 で あ り,港 湾 の 奥 な ど に 設 置 し. そ の 結 果 は,B=30mで. て 長 周 期 波 浪 の 反 射 を 低 減 す る た め に 用 い られ る.図‑7. ホ ワ イ トノ イ ズKr=0.79,孤. Kr=0.69で あ り,前 者 で はT=60s,後 同 程 度 で あ り,B=20mで ス ペ ク トル の2次. 立波. 者 でT=45sの 結 果 と. も 同 様 の 結 果 を得 た.周. 波数. モ ー メ ン トか ら平 均 周 期 を 求 め,そ の. は,こ の 形 態 の数 値 解 析 結 果 の 断面 図 で あ る.解 析 方 法 は捨 石 透 過 堤 と 同 じで あ る.静. 水 面 の 高 さ でB=30mと. な る部 分 よ り背 後 に は 波 浪 が 伝 わ らな い よ うに,消 波 層. 1.2倍 か ら有 義 波 周 期 を 求 め る と40s程 度 とな る.40sの. の後 部 を 不 透 過 と して い る。 図‑4と 同 様 に波 浪 ブ ロ ック. 反 射 率 を 図‑6か ら内 挿 す れ ばKt=0.7で あ り,こ の 関 係 を. と礫 材 の 境 界 部 分 を遡 上 す る よ うに 運 動 した の ち 礫 内 部. 考 慮 す れ ば反 射 率 は少 し大 きな 結 果 と な って い る.以 上. に侵 入 して い る.図‑8はT=45sの. の よ う な周 期 と反 射 率 の 関係 は 今 後 の長 周 期 対 策 施 設 の. あ る.図‑5(a)の. 解 析 で 得 られ た波 形 で. 波 形 と余 り大 き な 変 化 は見 られ な い が,.
(4) 814. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻. (2008). (a) MARS法. 図‑9. によ る3次 元解析状況. 入射波 の周 期 と反射 率(捨 石堤). 消 波 層 の 最 も奥 に あ た るP3で の 水 面 変 動 は 捨 石 透 過 堤 の1.7倍 程 度 と な って い る.背 後 の 構 造 物 で 反 射 して い るた め と考 え られ る.し. か し,P1な. どの波 形 は捨 石透. 過 堤 と大 きな 違 い が 見 られ な い. 図‑9は,図‑6と. 同 様 に入 射 波 の 周 期 と反 射 率 の計 算 結. 果 を整 理 した もの で あ る.こ ち ら も捨 石 透 過 堤 の場 合 と ほ とん ど違 いが 見 ら れ な い.T=100sに mの 方 が5%ほ. ど 大 き く,消 波 層 の 中 で の 減 衰 が 進 ま ず. 施 設 外 へ 反 射 して い るよ うで あ る.B=30mの 捨 石 透 過 堤 がKr=0.865に くな って い る.ま た,ホ Kr=0.757(B=30m)で. (b) 実験状 況. つ い て は,B=20. 対 してKr=0.815と. 図‑10. ス リ ッ ト付L型. ブ ロ ックを用 い た対策 施設 の検討 状 況. 場 合 に は, 若 干小 さ. ワ イ トノ イ ズ に よ る解 析 結 果 は. あ り,捨 石 透 過 堤 と 同 様 にT=60s. とほ ぼ 同 じ結 果 が 得 られ た. 4. ス リ ッ ト付L形. ブ ロ ッ ク を用 い た対 策 施 設. 消 波 層 に よ る長 周 期 波 対 策 施 設 を,船 舶 が 接 岸 す る必 要 の あ る部 分 に建 設 す る場 合 に は,こ. れ ま で,図‑2に. 示. したc)の よ う な両 面 に ス リ ッ トを 設 け て 波 浪 が 透 過 す る よ うな ケ ー ソ ンを建 設 して,そ. の 背 後 に透 水 層 を設 置 す 図‑11. る方 法 を検 討 して き た.し か しなが ら,港 湾 内で は スペ ー. 解 析 波 形(礫. 材 直 径60cm,T=45s). ス の確 保 が 困 難 な場 合 が 多 く,省 ス ペ ー ス化 や コ ス トダ. 析,な. らび に 水 理 模 型 実 験 で 行 っ た.図‑10に. その状況. ウ ンを求 め られ る.係 船 岸 と して 利 用 さ れ る部 分 や港 湾. の 写 真 と解 析 の ベ ク トル 図 を 示 す.図‑10(a)の. 解析 断面. 奥 の これ らの海 域 で は 比 較 的 波 浪 が 小 さ い場 合 が 多 い.. を 見 れ ば,ス. そ こで,こ れ らの海 域 で 利 用 す る係 船 岸 の形 式 と して,. 中 に進 行 して,減. L型 ブ ロ ッ ク係 船 岸 が 提 案 さ れ て い る(沿 岸 開 発 技 術 研. 析 で 得 られ た波 形 で 図 中 のX=0.05,200,400,600は. 究 セ ン タ ー,2006).こ. リ ッ ト前 面 か らの 距 離(m)で. トを設 けて,そ. のL型 ブ ロ ッ ク係 船 岸 に ス リ ッ. の背 後 に30m程. 度 の 透 水 層 を 設 け る方. 法 を 提 案 す る.. トケ ー ソ ンを用 い た検 討 で50%と20%に. な20%を. つ いて 検 討 を行 っ. き な違 い が 見 られ な か った の で 構 造 上 有 利. 採 用 した.. 消 波 機 能 の 検 討 は,MARS法. 衰 して い く こ とが わ か る.図‑11は. 図‑12は 合 田 ら(1976)に. ス. あ る.. れ まで と同 様. に 周 期 が長 くな る に従 い 反 射 率 が 大 き く な る こ と が 分 か る.T=30,45sで. は実 験 値 が5%程. 度 大 き くな って い る. が,比 較 的 良 好 な再 現 性 を 有 して い る.他 較 は 後 で説 明 す る が,透. を 用 い た3次 元 の 数 値 解. 解. よ る入 反 射 波 分 離 計 算 で 求. め た 結 果 を 周 期 で 整 理 した も の で あ る.こ. ス リ ッ トの 開 口率 に 関 して は,こ れ まで の両 面 ス リ ッ. て きた が,大. リッ ト部 を 通 過 し た波 浪 が 礫 材 の 消 波 層 の. とが で き た.. の形 態 と の 比. 過 堤 な ど と 同様 の 結 果 を 得 る こ.
(5) 港湾 内で の利用 形態 に合 わせ た長 周期 波浪対 策技 術. 図‑13 図‑12. 反射 率 の比較. 港 湾 内 で の 用 途 ・形 状 ご と の 消 波 機 能 の 比 較. 研究. b). L型. ブ ロ ッ ク係 船 岸 に ス リ ッ トを付 加 した 構 造 物 の. 背 後 に 礫 材 を 投 入 す る構 造 を 提 案 し た が,捨. 合 わ せ た 場 合 の結 果 に つ い て は,平 石 ・永 瀬(2003)の. と 同 程 度 の 反 射 波 低 減 効 果 が 得 ら れ た.. べ て の構 造 物 で,B/Lが. で き る. 特 に,捨. 石 透 過 堤,捨. 石 不 透 過 堤,ス. リ ッ ト付L型 ブ. の 形 態 に お い て,反 射 率 に. は ほ とん ど違 い が 見 られ な い.一 方,c)は. ス リ ッ ト部 分. の エ ネ ル ギ ー低 減 効 果 が 期 待 で き るの で,周 期 が 小 さ く な る と反 射 率 が 大 き く低 減 す る.a),b)で. は構 造 物 の安. 定 を図 るた め沖 側 の礫 材 の粒 径 を大 き く した り異 型 ブ ロ ッ ク の 併 用 が 現 実 的 で あ る.平 石 ・永 瀬(2003)に. よ る と,. 沖 側 に 比 較 的 粒 径 の 大 き な消 波 層 を 配 して徐 々 に 粒 径 を 小 さ く して 波 浪 の エ ネル ギ ー ロス を 図 る こ とで 消 波 層 の 奥 行 きを 小 さ くす る こ とが 可 能 な こ とが 分 か って い る. 導 水 板 を利 用 して ケ ー ソ ン内 で渦 を 発生 させ て エ ネル ギ ー 損 失 を 図 る方 法(大. 島 ほか,2006)で. を 行 って い る.波 高0.25mと 条 件 を 用 い て い るが,同 6.. も同 じよ う な評 価. 本 研 究 よ り も反 射 しや す い. じよ うな 結 果 が 得 られ て い る.. 透 水 層 を用 い た 長 周 期 対 策 技 術 につ い て,現 地 港 湾 に. MARS法. 参. 考. 文. 献. 沿 岸 開 発 技 術 研 究 セ ン タ ー (2004): 港 内長周 期 波影 響評 価 マ ニ ュ ァ ル, 沿 岸 開 発 技 術 ラ イ ブ ラ リーNo.21, 86p. 沿 岸 開 発 技 術 研 究 セ ン タ ー (2006):. L型 ブ ロ ッ ク 式 係 船 岸 技. 術 マ ニ ュ ア ル, 沿 岸 開 発 技 術 ラ イ ブ ラ リ ーNo.22, 35p. 大 島 香 織 ・森 屋 陽 一 (2005): 導 水 板 に よ る ス リ ッ ト構 造 物 の 長 周 期 波 浪 特 性, 海 洋 開 発 論 文 集, Vol, pp.791‑796. 大 島 香 織 ・森 屋 陽 一 ・水 流 正 人 ・杉 田繁 樹 ・平 石 哲 也 (2006): 渦 に よ る 消 波 機 能 を 活 用 した 長 周 期 波 対 策 施 設 の 特 性, 海 洋 開 発 論 文 集, 第22巻, pp.145‑150. 合 田 良 実 ・鈴 木 康 正 ・岸 良 安 治 ・菊 池 治 (1976): 実 験 に お け る入 反 射 波 の 分 離 推 定 法, 24p. 近 藤 淑 朗 ・竹 田 英 章 (1983):. 消 波 構 造 物,. 不規 則波. 港 研 資 料, 森 北 出 版,. No.248, 275p.. 高 橋 重 雄 ・鈴 木 高 二 朗 (2005): 共 振 効 果 に よ る 長 周 期 波 の 消 波 シ ス テ ム の 原 理 と 基 本 特 性, 海 岸 工 学 論 文 集, 第52巻, pp.696‑700. 永 瀬 恭 一 ・島 田 昌 也 (2000): MARS法 を用 いた数 値 波動 水槽 に 関 す る 研 究, 海 講 論 文 集, 第46巻, pp.391‑395. 平 石 哲 也 ・永 瀬 恭 一 (2002): 対 策 護 岸 の 性 能 検 討, 690.. 流体 直 接解 析法 によ る長周 期波 海 岸 工 学 論 文 集,. 第49巻,. pp686‑. 平 石 哲 也 ・永 瀬 恭 一 (2003): 長 周 期 波 対 策 護 岸 の 性 能 検 討 実 験, 海 岸 工 学 論 文 集, 第50巻, pp801‑805.. お わ りに. 適 用 す る場 合 に 利 用 可 能 な4つ. 石透 過堤. 小 さ くな. る と反 射 率 が 大 き くな り,長 周 期 波 浪 の消 波 特 性 が 理 解. ロ ッ ク+消 波 層 を 用 い た3つ. 用可 能. 選 択 す る こ と が で き る.. で 説 明 しな か った両 面 ス リ ッ トケ ー ソ ンと消 波 層 を 組 み. 結 果 を 用 い て い る.す. 々 な施 設 を. 湾 計 画 の 中 で,利. な部 分 は 限 られ そ の条 件 に応 じて様 々 な 形 態 を提 案 ・. を 用 い た解 析 結 果 の う ち,反 射 率 を 施 設 の 奥 行. き 長 さ と波 長 の 比B/Lで 整 理 して 図‑13に 示 す.本. 礫 材 を 消 波 材 と し て 利 用 す る こ と で,様 提 案 で き る こ と を 示 し た.港. 図‑2に 示 した4つ の形 態 に 関 して 実 施 した 模 型 実 験 や MARS法. 形態 に よ る反射 率 の特性. と が 明 ら か に な っ た. a). 5.. 815. の構 造 形 態 に つ い て,. を 用 い た 数 値 波 動 水 槽 技 術 な らび に水 理 模 型 実. 験 を 応 用 して水 理 特 性 を検 証 した.そ. の結 果,以. 下のこ. 平 石 哲 也 (2004): 長 周 期 波 対 策 護 岸 の 効 果 に 関 す る 模 型 実 験 と数 値 計 算, 港 空 研 資 料, No.1093, 21p. 平 石 哲 也 ・奥 野 光 洋 ・安 藤 興 太 (2006): 砂 礫 層 内 に お け る長 周 期 の水 流 動 に 関 す る 現 地 観 測, 港 空 研 資 料, No.1130, 28p..
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