特殊型アイスブームの流氷制御特性に関する実験的研究

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特殊型アイスブームの流氷制御特性に関する実験的研究

大島静夫

・

長谷川久芳 *

・

榎国夫

Experimental s t u d y on C h a r a c t e r i s t i c s o f D r i f t i n g I c e C o n t r o l Due t o Newly Developed I c e Boom

Shizuo OHSHIMA

， H

i s a y o s h i H ASEGAWA and Kunio ENOKI ( 1 9 9 7 年 1 1 月 288 受理)

The Okhotsk Sea c o a s t o f Hokkaido i s c o v e r e d w i t h d r i f t i c e e v e r y w i n t e r . Pack i c e e n t e r s t h e l a g o o n s o c c a s

i

o n a l l y

.

I f a l a r g e b l o c k o f p a c k i c e e n t e r s a l a g o o n ， i t w i l l move a r o u n d i n i t and damage s c a

Il

op

，

o y s t e r and r e l a t e d c u l t u r e f a c i l i t i e s . Deve

l

opment o f t e c h n o l ‑ ogy f o r p r e v e n t i n g i n t r u s i o n o f pack i c e i n t o t h e l a g o o n i s r e q u i r e d a t a l l c o s t s t o g e t r i d o f s u c h d a m a g e .

I n t h i s p a p e r ， t h e a u t h o r s r e p o r t t h e e x p e r i m e n t a l r e s u

l

t s o f newly d e v e l o p e d I c e Boom u s e d u n d e r s p e c i a l c o n d i t i o n s . The n e w l y d e v e l o p e d I c e Boom i s e a s i e r t o r e p a i r and t o c l e a n up t h a n new t y p e I c e Boom t h a t we h a v e d e v e l o p e d . The i c e c o n t r o

l

e

任

e c to f t h e newly d e v e l o p e d I c e Boom i s t h e same o r more e 妊 e c t i v et h a n new t y p e I c e Boom

.

はじめに

北海道沿岸で海氷の影響を受ける水域は，稚内から根室半島北側の北海道オホーツク海沿岸であるが，まれには利尻，礼文島や太平洋沿岸の根室半島から襟裳岬の沿岸まで達することがある

。このオホーツク海沿岸には，多くの湖沼が存在し，これらの

大部分はオホーツク海と直接水路て'繋がっており，

養殖漁業が活発に行われ，また湖内には多くの漁港が建設されている。このオホーツク沿岸に流氷が接岸する時期は年により異なるが通常は

1

月下旬である

。一方，湖内の結氷時期は

1 2 月中旬から下旬であり，凍結した氷盤により，外海からの流氷の湖内への侵入は完全に防がれていた。しかし近年 ( 1 9 7 2 年内以降)，湖内の結氷時期が 1 月下句から 2 月上旬頃と大幅に遅くなっており，流氷が湖内奥深く侵入し，

湖内を動き回りホタテ員，カキ貝およびその養殖施設に多大の被害を与える事態が生じている

。

この地方の代表的な湖沼であるサロマ湖においては， 1 9 7 2 ，

7 4 ， 7 5 ， 7 7 ， 8 8 ， 8 9 ， 9 0 ， 9 1 ， 9 2 ， 9 3 と過去 1 0 回で，

1 9 7 4 年には， 2 3 億円の被害になった。ここ数年は数千万円数億円の被害とな

っており，流氷対策は緊

g

秋田高専専攻科修了生

急、の諜題とな

っ

ている

。

著者らは湖沼への流氷侵入防止施設として， I c e Boom を用いることを

王

寺え，これまでに従来型 I c e Boom と新型Ic eBoom の制御効果の比較や，サロマ湖第 2 湖口における流氷制御模型実験を行ってきた

。本論文では，過去の実験結果についても触れる

とともに，新型 I c eBoom の欠点を改良した特殊型 I c e Boom に関する実験について報告する

。

2 I c

e

Boo

m

I c e Boom は米国やカナダにおいて河川の氷盤移動制御に用いられているものである。浮体をワイヤーで連結させ，この浮体によって氷盤を制御しよう

とするものである

。図l

に著者らが実験に用いた I c e Boom の模型を示す。

実際には浮体は直径

1m

，長き

5 m

の鋼管を用いることを想定している。この従来型Ic eBoom ^の場合，流速がある程度大きくなると氷盤は浮体の下か

ら流下してしまう。

そこで流速がも

っと大きくなった場合でも氷盤制

御を可能にするために浮体の下にネットを取り付けた新型 l c eBoom を開発した。それを図 2 に示す。

このネットにより氷盤制御効果を高めることがで

秋田高等研究紀要第33

号

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特殊型アイスブームの流氷制御特性に関する実験的研究

図

1

従来型

IceBoom

干 r ‑ ‑ ⁱ ^‑ ^‑ ^‑ ⁱ ^‑ ^‑ r ‑ ‑ ⁱ ^‑ ^~--f1弓

図

2

新型

IceBoom

きる。ただしこの新型Ic

eBoom

の欠点として，

ネット部分への海草や生物の付着の問題がある。ネットに海草などが付着すると流体抵抗が増すことになってしまい，また海水交流に悪影響を及ぽすと考えられる

。付着物の除去や補修作業を行う場合，ネ

ットが水中にあると非常に不便である。そこで，この欠点を補うために特殊型Ic

eBoom

を試作した。

この模型を図

3

に示す。

この特殊型Ic

eBoom

は湖内へ流入する方向の流速が遅〈流氷がないときは，図

4(a)

のように水平に浮いた状態になっている。流速がある程度速くなったり，流氷がトラップされたりすると図

4(b)

のように下部の浮体が水中に沈んでIc

eBoom

は垂直に近

くなる

。

この状態で流入してくる氷盤を制御することになる

。そして流氷れが逆方向になり氷盤が湖外

に出ていくとにき図

4(c)

のように下部の浮体が浮上する。このように特殊型

IceBoom

は全体が浮いて

一十ーー‑‑‑←トーーーー一十¥

V1NII~NI

図

3

特殊型

IceBoom

いる状態で付着物の除去作業や補修作業ができるようになっている。

3

種類のIc

eBoom

について，その長所と短所を表

1

にまとめた。

実際に現地に設置する場合には，自然条件を考慮して最適なものを選ぶ必要がある

。

3 Ice Boom

の氷盤制御能力

上流側から流れてきた模型氷が浮体に接触すると模型氷は接点を中心として図

4(b)

のように回転す

る

。理想的な状態での氷盤の安定は氷盤に作用する

4

ト田ーー

(a)

J

(b)

一ー争

(c)

図

4

特殊型

IceBoom

表

1 3

種類の

IceBoom

の長所と短所

従来型Ic

eBoom

新型Ic

eBoom

特殊型Ic

eBoom

建設コストが低い氷盤制御能力が高い氷盤制御能力が両い長構造が簡単狭い水域での氷盤制御が可能維持管理が比較的容易所維持管理が容易

流れに与える影響が小さい移動が容易

氷盤制御能力が低い構造が複雑構造が複雑

短建設コストが高い建設コストが高い

所流れに与える影響が大きい

維持管理のコストが高い

平成10年2月

(3)

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大島静夫・長谷川久芳・榎国夫

2

New Type Ice Boo皿

Fe

• • controllable 0

ロ

uncontro11 ab 1 e

Traditional Type Ice Boom

0

0.0 ^0.2 ^0.4 h/

し

⁰^.⁶

図

5 Ice Boom

の制御能力

力のモーメントの釣合の式によって表すことができる。その釣合の式より式

(1)

が導かれる

。

この式の左辺はフルード数に相当し

，

F e で表せる

。そこで式(1)

は式

(2)

のように書ける。

「で乙ー =f( 字 ) …

(1)

J 竿

gh ^山

，

^fJ^W

凡 = f お ( ^ω

ここで

V:

表面流速，

ρw

水の密度，

ρI

氷の密度，

sρ:

ρw一ρ"g :

重力加速度，

h:

氷厚，

L:

氷盤の代表長さ

この凡と h/L の関係を用いてIc

eBoom

の氷盤制御能力を表した。

図

5

に過去に行った実験から得られた従来型Ic

e Boom

と新型Ic

eBoom

の制御可能領域を示した。

丸印は従来型，四角印は新型の実験結果である。それぞれの曲線の下側は氷盤制御可能領域を示している，従来型

lceBoom

の制御可能領域を示している曲線は氷盤が回転するかしないかの安定限界を示すことになる。この図より新型Ic

eBoom

の方が氷盤制御能力が高いのがわかる。

4

実験方法

特殊型Ic

eBoom

の実験には図

6

に示すような長さ

10m

，幅

80cm

の水路を用いた。ポンプの流量を変えることにより流速を変化させることができる。

この水路の上流から

5.0

m のところに特殊型 I c e

Ice Boom

~ ^E

∞

.0

5.0

m

図6 実験水路

20 20

図

7 特殊型IceBoom

Boom

の模型を取り付けて実験を行った。模型の縮尺は現地調査の結果を考慮して

1/100

とした

。

図

7

に特殊型

IceBoom

の模型を示す。上部の浮体は直径

10mm

，長さ

50mm

であり，下部の浮体は直径

6m m

，長さ

50mm

である。そして上下の浮体を直径

2m m

の棒で接続しである

。浮体の材料は木

であり，比重は約

0.5

であった。実際には上部の浮体には直径

1m

，長さ

5 m

の鋼管を用いることを想定している。上下それぞれの浮体には図

7

に示すように釘を打ってある。これを上部の浮体をつなぐワイヤーと下部をつなぐワイヤーの 2 本のワイヤーで図

3

のように，

15mm

間隔に連結させた。総延長は

90.5 cm

である。実験に用いた模型氷はポリプロピ

レン製で密度は

0.9g/cm³

てゆある

。形状は一辺5cm

の正方形で厚さは

5m m

，

10 m m

，

20 m m

の

3

種類を用意した。これらの模型氷を別々に水路に投入し，

流下きせ特殊型Ic

eBoom

による制御が可能かどうかをそれぞれの流速について調べた。

5

実験結果

今回行った特殊型Ic

eBoom

の実験で氷盤の安定限界を示したものが図

8

である。氷盤が回転しなかったケースは黒印，回転した結果は白印で示した。

秋田高等研究紀要第33号

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