防波堤とは
防波堤 (英: Breakwater) とは、港湾で外郭施設の主体を構成する構造物です。
海からの波や高潮の港内への浸入を軽減するために設置されています。船が停泊する港は波の穏やかな場所が適しており、古くは入り江、内海、前方が島に囲まれている海岸など、地理的・自然的条件により波の少ない場所に港が設定されていました。
海上交易が発展し船舶が大型化すると地理的・自然的条件に左右されずに港湾を設置するようになり、海中に石材を積み重ねて防波堤の設置が始められました。波や高潮を軽減するために設置される構造物に「堤防 (英: Levee) 」があり、波が陸地に侵入するのを防ぐのが役割です。海岸線に沿って作られる点で「防波堤」と使い分けられます。
防波堤の使用用途
防波堤は堤防のように細長い形状をしており、港湾を守るために陸域から海に向けて作られています。防波堤によって波浪から港湾内部を安静に保ち、高潮や津波の被害から陸域を守ったり、海岸の侵食を防ぐために役立ちます。
防波堤の原理
海の波力 (英: wave force) はとても大きいため、防波堤を設置していない場合には、波のすべての力が岸に打ち寄せます。防波堤の配置によって岸へ打ち寄せた波のエネルギーを弱めて水害の発生を抑止可能です。
古くから波浪で防波堤が破壊されたケースは数多くあります。近代的な防波堤の技術が発展して以降は、波浪によって防波堤が破壊される可能性は低くなりました。
ただし、安定性が高いケーソン式防波堤 (英: Caisson-type breakwater) でも波の力でケーソンが移動したり、崩壊が起きた報告例があります。
防波堤の構造
防波堤には多種多様な構造があります。具体例は、傾斜堤、直立堤、混成堤、消波ブロック被覆堤などです。また、消波ケーソン堤、上部斜面ケーソン堤、半円形ケーソン堤、二重スリット型ケーソン堤などもあります。
さらに、直立浮上式津波防波堤、双胴型防波堤、半円形防波堤などの研究が進められています。直立浮上式津波防波堤とは普段は海中に沈んでいる防波堤です。双胴型防波堤は津波の高さを10分の1に減らせますが、現時点では計算上の理論値です。半円形防波堤は半円形ケーソン防波堤とも呼ばれます。
防波堤の種類
1. 傾斜堤
傾斜堤は大きな石やコンクリートブロックを積み上げて建設します。伝統的な防波堤の形状であり、歴史的に最も古いタイプの防波堤です。現代では多数の石材が産出するエリアやあまり波浪が強くなくて水深が浅い港湾で使用されています。
捨石を用いたタイプを捨石式傾斜堤、コンクリートブロックを使ったタイプを捨ブロック式傾斜堤と呼びます。
2. 直立堤
直立堤はコンクリートブロックやケーソンと呼ばれる水中構造物などを使い、海底から海面上までほとんど垂直に作ります。海底の強固な地盤が必要です。そのため設置箇所は限定されます。
コンクリートブロックを使った種類をコンクリートブロック式直立堤、ケーソンを用いた種類をケーソン式直立堤と呼びます。
3. 混成堤
混成堤は傾斜堤を基礎にしてその上部に直立提を配置した防波堤です。高い安定性が特徴で、日本では防波堤として最も使用されています。基礎部と直立堤部のサイズによって傾斜堤や直立堤の機能が変化し、波に合わせて対応可能です。
直立堤部によりケーソン式混成堤やコンクリートブロック式混成堤とも呼ばれます。
4. 消波ブロック被覆堤
消波ブロック被覆堤は防波堤の構造に関係なく、堤体前面に消波ブロック (英: Tetrapod) を配置します。受ける波力を大幅に軽減可能です。
5. 消波ケーソン堤
波が通るための穴がケーソンに開いています。堤体への波のエネルギーを弱めて波の力を沈めます。
6. 上部斜面ケーソン堤
ケーソンの上部が傾斜しており、波のエネルギーを抑制可能です。
7. 半円形ケーソン堤
堤体への反射によって生成する反射波を抑えます。
8. 二重スリット型ケーソン堤
円形のケーソンの内部に空洞を2つ有します。そのため消波機能が高いです。