新たな人工リーフの開発: University of the Ryukyus Repository

Title

新たな人工リーフの開発

Author(s)

仲座, 栄三; 津嘉山, 正光; 大城, 真一

Citation

琉球大学工学部紀要(53): 27-30

Issue Date

1997-03

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/15828

Rights

27

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Development of a New Artificial Reef for Control of Beaches,

Waves and Currents

Eizo Nakaza', Seikoh Tsukayama and Shinichi Ohshiro"

Abstract

A new type of artificial reef has been developed. The proposed reef has a hydrodynamic function al-lowing the return flow or undertow. Very small wave-set up, therefore, is exerted around the reef. The flow pattern of wave-induced currents behind the reef are almost same to one induced by a detached type breakwater, but the flow direction is opposite to the flow around the existing artificial reef. The proposed reef should be very effective for control of naturally sand beach against incoming high wa ves, and for land protection against storm surges.

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28 仲座 ･津裏 山 ･大域 :新 たな人工 リー フの開発 気づ き,その原理を応用 して人工 リーフや天然 の リー フ上の水位上昇を人工的に押 さえることが可能 でない かということに気づいた.都合の良いことに,津嘉山 ･ 仲座 ら(1989)は, リーフ上の渡り変形 と水位上昇量 に関す る研究の中で, リーフ背後 に二次元的な流れが 形成 される場合 は水位の上昇が殆 ど生 じないとす る実 験結果をすでに得ていた. このことで新 たな人工 リー フに対す る理論及 び実験的な根拠を与えることができ, ここにその提案が可能 となった. 2. リーフによる波の変形 と水位上昇量 図- 1に, リーフ上の波の変形 と水位上昇 の実験結 果の幾つかを示す. これ らの実験結果 は,現地 スケー ルで周期を12秒 と一定に保 ち, 入射波高 を4.2m及 び 10.5mと変化 させた場合に対応す る. 図中には,●及 び○の印で示すデータが書 き込 まれているが, ここで は●印で示すデータのみに注 目して頂 きたい. 図示 の とお り,入射波高 は リーフの先端付近 か ら指数 曲線的 に減衰 している. これが,砕波による波高減衰である. 一方,水位上昇量 は,波高が減衰す るのにほぼ連動す る形で上昇 し, リーフ上では入射波高 の約3割 に も達 している. このことは,例えば,台風 などによ って波 高が10m程度の波が発生 し,それが ])-フ上で砕波す るとき,岸近 くの海面 は約3m程度 も (約 1階建ての 家屋の高 さまで も)上昇す ることを示 して いる.す な わち,たとえ砕波 という形で来襲波浪 に立 ち向か って ち,その波のエネルギーの大半 は別の形で密か に存在 していることになる. 図-2に,海岸 に人工 リーフを建設 した場合 の波の 数値計算結果 とその周 りに形成 され る海浜流の概念図 を示す.図中ベク トル表示 してあるのは,波の波高 の 大 きさと向 きを示す.図示のとお り,人工 リー フの周 りや背後 は波高が相当減衰 し,静穏 な海域 とな って い る. この結果に図-1で示 した結果を勘案す ると,人 工 リーフの周 りには図示のような海浜流系 が形成 され ることになる.なぜな らば,波高減衰 が著 しい所 はど 水位上昇が高 くなり,一般に水位の低 い所 に向 けて流 れが生 じるか らである. 図

-3

は,従来 より越波対策や侵食防止策 などと し て用いられてきている離岸堤工法の場合 の流れや堆砂 の概念図である. この場合,図-2に示す流れ と逆 の 海浜流が形成 され (波向 きも殆 ど同 じ向 きである), 一一一一 人 肘 浪 (a)入射波高42m ●88

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(b)入射波高10.5m 図- 1 リー フ上 の波の変形及 び水位上昇量 (●従来 の人工 リー フ,○新 たな人工 リー フ) 普通その流れにはぼ従 うように砂の堆積 が形成 され る (トンポロの形成).当然なが ら,離岸堤 の背後では周 りより海面が低下 していることになる. 以上のことか ら,従来の人工 リーフが有す る水理学 的問題点を列挙すれば以下のようになる. 1)堤体背後の平均海面が周 りより高 くなる (水位上昇) 2)従来の離岸堤 と逆向きの海浜流系の形成 3)新たな長周期波の形成 4)海水交換性の低下 5)堆砂効果の低下

29 琉球大学工学部紀要 第53号,1997年

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(a)人工 リーフの設置概念図 (b)自然状態での波高分布 (C)人工 リーフ設置後の波高分布 (d)流れの概念図 図-2 人工 リーフ周辺 の波高分布 (計算値) と流れの概念図 図-3 離岸提周辺 の流れのパ ター ンと トンポ ロの形成 3.新たな人工 リーフの堤案 とその水理学的説明 従来の人工 リーフが抱えている水理学 的 な問題点 を い くらか改善す ることが可能 となると, 海岸 の超 自然 的な防災対策や管理が可能 となることになる. 図 -1に再度注 目 してみ る. ここで は, ● 印及 び

○

印で示すデータの比較を行 いなが ら説 明を行 う. 図中 の●印 と○印のデータとの違 いは,実験 に用 いた リー フモデルの違 いにある.図-4にその違 いを示す. 図 示のとお り,●印で示すデータは, リー フ先端 か ら岸 側 に離れたところで海岸部が存在す る場合 に相 当 し, 定常状態では リーフ上 に断面平均流速 が生 じないよ う な場合 に対応す る.一方

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○印で示す デ- 夕は, リー フフラッ ト部の背後にさらに水深増大部 が存在 し,さ らに リーフの底部が空洞 にな ってお り, そ こを通 って 波 による輸送水量が沖側 に戻 るよ うに工夫 した場合 に 対応 している. 図-1は,波高の変化 に関 して は,殆 ど両者 の違 い がないことを示 している.すなわち, 来襲波浪 の波高 減衰効果 (防波堤効果)に関 しては殆 ど同 じで あ ると 言え る. しか し,水位の上昇量 に関 して は, リー フ上 で大 きな違 いが生 じている.波の輸送水量 を うま く戻 してやる リーフの場合 は,そ うでない場合 の半分以下 となっている.驚 くべきことには,汀線部付近 に注 目 す ると,水位上昇量が殆 どゼロとな って い ることで あ る. 筆者 らが堤案す る新 たな人工 リ-フ (潜堤 ) とは, まさしく図-4(a)に示す よ うな機能 を有 す る リー フ であ り,戻 り流れを生 じさせ る機能 を有 す ることにあ る.図-1に示す結果か ら,従来の人工 リ- フが有 す る水理学的問題点 は殆 ど取 り除かれ ることになる.

30 悪 sl9nO/ 仲座 ･津嘉山 ･大城 .新 たな人工 リーフの開発 (a)新 たな人工 リーフをイメージした装置 (波の輸送水量 を堤体を通 して沖側へ戻す機能を有す る) (b)従来の人工 リーフをイメージした装置 図-4 従来の人工 リーフと新 しい人工 リーフとに対す る 実験装置の概略 4.おわ リに 本研究では,従来の人工 リーフが有す る水理学的な 問題点を明確 に し,その問題点の殆 どを改良 し得 る新 たな人工 リーフの開発を行 った.また, その有効性 の 一部を,断面二次元実験結果を基 に明 らかに した.さ らに,本論では新 たな人工 リーフの水理学的機能 の説 明を分か り易 く説明す ると共 に,その発想 の経緯 につ いて も言及 した.本研究で開発 した人工 リーフの理論 的な解析 はすでに終了 しているが, その説明 は本論 の 主 旨か ら外れるため,現在行 っている詳細 な実験結果 ともに別の機会に報告す る予定である. 謝辞 本研究で述べた実験 に際 しては,当時土木工学科水 工研究室技官 (現在,環境建設工学科技官)宇座俊吉 氏及び卒業研究 に従事 していた我喜屋邦浩氏 (現在, 浦添市役所技師)にご協力頂 いた. ここに記 し謝意 を 表 します. 参考文献 津裏山正光 ･仲座栄三 ･我書屋邦浩 (1989) リー フ上の波の変形 に関す る研究,土木学会,第

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6

回海岸 工学講演会論文集,pp.70-74. 仲座栄三 ･津嘉山正光 ･田中聡(1993):人工 リーフ 設置による長周期波の新たな発生,琉球大学工学部紀 要,第46号,pp.75-84. 建設省河川局海岸課監修 (1992) :人工 リーフの設 計の手引き,全国海岸協会,94p.