JP3562593B2

JP3562593B2 - 水中底層流砂捕捉用人工水草

Info

Publication number: JP3562593B2
Application number: JP15881194A
Authority: JP
Inventors: 弘信古澤; 一紀小田
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1994-07-11
Filing date: 1994-07-11
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: NL1000780C2; US5620279A; KR0169169B1; JPH0820930A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は海岸や湖岸の少し沖合の海底または湖底面上に設置されて、水中の底層流砂を捕捉する人工水草に関し、海岸または湖岸等の岸辺の砂が、波によって起きる底層流で沖合に流出することを防止すると共に、沖合から波によって運ばれてくる砂を捕捉して渚寄りに堆積させることによって海岸砂浜や湖岸砂浜等を侵食から保護することを目的とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
沖合からの強い波が直接海岸に達しないように海岸護岸、突堤、消波工、離岸堤を築造または設置するなど、主としてコンクリートや石材などによる剛構造物の建設・設置が実施されているが、これらの工法は本来の生態系環境を損なうことや海浜の景観を著しく損なうことがあるという環境上の問題の他に、固定剛構造物であるが故にこれら構造物を設置した為に起こる砕波や水中底層流の変化によって築造物周辺の海岸が洗掘されて沈下や崩壊を受けやすくなるなどの技術的問題点をも抱えている。
【０００３】
景観保全や海水入れ替わりによる水質保全の為に潜堤や人工リーフが開発施工されているが、これらも結局は設置物の所で水深が急に変化する為の底層流の変化による洗掘現象が出やすいことや船舶航行上の安全性を阻害するなどの問題点を抱えている。
【０００４】
上述の剛構造物に対して、繊維状あるいは紐状の高分子材料を絡み合わせた物やネット、あるいは揺動性のある板状のゴムなどの柔構造物も提案されている。これら柔構造物は波で揺動し海水の通過性が良い為に水質保全上で好ましい他、構造物が海底面に設置されて海面上に出ない為に景観を損なわないなどの長所を有する。
しかしながら、これらの柔構造物は海洋生物が付着堆積することで水の通過抵抗が変わる為に次第に波力を受けやすくなる、あるいは貝類などの付着物の重量で倒れやすくなる、さらに船舶が乗り上げた時にスクリューが絡みやすい為に、船側と設置物側の双方が破損しやすいなど、効果の永続性や耐久性の面で問題点が出やすい欠点をも有しており未だ実用に供される程の物は出来ていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
海岸や湖岸の景観を損なわないよう渚近くの水底に設置することが可能かつ有効であり、波浪による繰り返し衝撃や屈曲に長期間耐え、自立性があり、かつ適度の剛性を有する為に海岸あるいは湖岸近くの底層流の減衰効果が大きくて底層の流砂を捕捉しやすく、人工水草が一本一本ばらばらに揺れ動くことが出来る上に、平面部が殆どない為に牡蛎などの重量のある貝類が付着しにくく、かつ付着しても波浪による揺れや衝撃で脱落しやすい形状にすることによって初期の性能が持続しやすく、大きな波浪や船舶乗り上げ等による大きな外力で一時的に倒れても除荷後に自身の弾力性で直ぐに復元自立し、船舶が乗り上げても船底やスクリューを傷めることが少なく、自身も傷みにくい等の特性を持つ、人工水草を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は曲げ弾性率が５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ²の熱可塑性エラストマー単体または該熱可塑性エラストマーが鞘部、合成繊維束が芯部を構成する複合体からなり、断面形状が円形または異形である棒状またはパイプ状成形体であり、断面の長径が２〜５０ｍｍであり短径が１〜４０ｍｍ、長さが２０〜１５０ｃｍで深さ方向の少なくとも上方の２／３が横方向に拘束されることなく一本一本が独立して波で揺動できることを特徴とする水中底層流砂捕捉用人工水草である。
【０００７】
本発明の人工水草は、自立性があり、かつ撓み性と復元性に優れた棒状あるいはパイプ状の熱可塑性エラストマー成形体であるので、該成形品の多数本の片方端部をコンクリート等の重量物に埋め込み、他方端部を拘束なしの自由端にすることによって、水底や海底に設置することにより波で適度に揺らぐ人工水草セットとなる。
本発明における人工水草に底層流砂の捕捉能を発揮させる為の好ましい自立性と剛性を付与するには、使用する素材の曲げ弾性率は５００ｋｇ／ｃｍ^２以上が必要である。例えば４００ｋｇ／ｃｍ^２程度の柔らかい熱可塑性エラストマーや更に弾性率の低い通常のゴム等からなる人工水草は水中では自立性があっても、小さな波を受けた場合にも容易に根元から折れ曲がる為に底層流の撹乱効果が急激に減少し、底層流砂の捕捉能が著しく低くなる。
【０００８】
一般に人工水草の剛性は高い方が底層流砂の捕捉能は大きいが、剛性の高い人工水草は波から受ける衝撃が大きい為に破損し易い欠点を有する。
すなわち、５０００ｋｇ／ｃｍ^２を超える曲げ弾性率を有する素材を使った曲げ剛性の大きな人工水草は直立性に優れるものの、大きな波力を受けた時に根元部にかかる曲げモーメントが過大になり、繰り返し波によって根元部が破損しやすい。
また硬い人工水草は一般に屈曲疲労耐久性や変形からの復元性も劣る。
【０００９】
底層流中の砂を効果的に捕捉する為には、人工水草の根元部は底層流による横荷重を受けても直立性を保持して底層流を乱すことが必要であるが、人工水草の上方部はむしろ波に同調して揺らぐ方が波力に抵抗して直立するよりも耐久性の面で有利であり、上方に浮遊する砂の量は底層部に比べてはるかに少ない為に、本発明の範囲の弾性率の素材からなる揺動性のある人工水草はより剛直な人工水草に比べても底層流砂の捕捉率に関してはほとんど遜色ない。
【００１０】
すなわち、一本一本の人工水草は波に揺らぐが、波の衝撃を受けた人工水草はゆるやかな弧状に曲がることで、根元部分はほぼ直立性を保持する為に底層部の流砂を効率良く捕捉するが、上方部分は殆ど水平方向に揺らぐことで波力の衝撃を受けにくい為に本発明の人工水草は格段に耐久性に優れる。
また、人工水草の少なくとも上方の２／３程度は横方向に拘束されることなく一本一本が独立して波で揺動できることも本発明の人工水草の特徴である。
従って、本発明品は、消波用構造物とは目的も構造も異なり、水面の波の減衰は期待せず、むしろ自然のままを保つことを期待するものである。
【００１１】
本発明における熱可塑性エラストマーとは、ポリエステル・ポリエーテルブロック共重合体、ポリエステル・ポリエステルブロック共重合体等のポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマー、ポリエーテル型ポリウレタンやポリエステル型ポリウレタン等のポリウレタンエラストマー、ポリオレフィン型エラストマー等が挙げられ、前記の曲げ弾性率の範囲内であれば使用できる。
【００１２】
これら熱可塑性エラストマーの中で特に屈曲摩耗性に優れるものが好ましく、ＪＩＳＫ６３０１の屈曲試験のデマチヤ式試験機による屈曲試験において、亀裂の長さが生長するまでの屈曲回数が８００００回以上のものが好ましく、より好ましくは１２００００回以上のものであり、これらのものとしてはポリエステルエラストマーが挙げられる。
【００１３】
人工水草の断面形状は、円形または異形であるが、本発明で言う円形とは楕円や偏心した円形を含み、異形とは多角形、凹凸のある形状、曲線と直線の両方を有する形状であるが、直線となる辺が少ない方が好ましい。このことは人工水草が貝類などが付着し易い平面部分をほとんど持たないことを意味する。
このことにより小さな貝類が付着しても貝類の群落は付着出来ないし、ある程度の大きさに貝類が付着堆積したとしても人工水草が波で揺動するため大きな波で簡単に脱落する。
【００１４】
渚に近い底層流は岸に直角な成分だけでなく岸方向成分もあるので、人工水草は全方向に対して滑らかに曲がれるように、即ちその曲げ剛性は方向によって変わらないような断面形状がよい。この点から断面の長径と短径の比率は１から３の範囲に入ることがよい。
【００１５】
更に、主軸の曲げ剛性を大きく変えない程度の肉薄のフィンを軸方向に有する人工水草は流砂の捕捉率が一層優れる。また、フィンを有する人工水草を使うことによって全体の使用本数を節約することも可能である。
【００１６】
この形状の人工水草は、その上に漁船などが乗り上げた場合にスクリューが絡むことがないのも大きな利点である。しかしながら船のスクリューの回転によって人工水草が切断される恐れがあるので、そのような場合は丈夫な合成繊維束を芯部として内蔵する人工水草を用意することによって一層耐久性の優れたものが出来る。
但し、補強用の合成繊維束が人工水草の曲げ剛性を著しく高めることは本発明の主旨に反する。
【００１７】
人工水草を構成するエラストマーよりも合成繊維である補強繊維束の方が曲げ剛性が著しく高い場合には、波による衝撃は主にこの補強繊維束に加わることになり、この補強繊維束の屈曲疲労性が全体の寿命を支配することになり、目的の長期耐久性は得られにくい。
ピアノ線や金属ロープを内蔵したエラストマー製人工水草は芯材と被覆材の曲げ剛性の差が大きい為に、比較的短期間の揺動・屈曲試験で芯材／被覆材の界面が剥離して錆が発生したり芯部が破談する等の弱点が認められる。
【００１８】
従って、本発明の人工水草補強用には、縒りをかけたロープ状の合成繊維束が曲げ易くしなやかな為に好適である。
本発明の合成繊維束を複合した人工水草は、合成繊維束を用いない熱可塑性エラストマー単体から成る同一寸法の人工水草に比べて剛性の増大が２０％以下であることが好ましい。
また合成繊維束とエラストマーの密着性を良くする為に、例えばポリエステル繊維束とポリエステルエラストマー、ナイロン繊維束とポリアミドエラストマーあるいはポリウレタンエラストマー、ポリオレフィン繊維束とポリオレフィンエラストマーなどの組合せが好適である。
【００１９】
本発明における人工水草成形体の大きさは、前記のように水中で揺動することができて底層流砂の捕捉効果を発揮できる大きさであれば特に制限されるものではなく、使用される熱可塑性エラストマーの弾性率にもよるが、通常断面の長径が２〜５０ｍｍ、短径が１〜４０ｍｍ程度が好ましく、長さは設置される水底の深さに合わせて適宜選択できるが渚に近い所で使用される場合は、２０〜１５０ｃｍ程度あるいは水深の１／４〜１／２程度が好ましく、水面上に突出しないように設置することが好ましい。
成形体は、複数本の成形体が片方の端部またはその近傍で連結・一体化されている形状であってもよい。
【００２０】
この人工水草は、熱可塑性のエラストマー単体から押し出し成形射出成形で製造することが出来る。あるいは、クロスヘッドを有する押し出し機を用いて内部に合成繊維束を引き込みながら回りを熱可塑性エラストマーで被覆して熱可塑性エラストマー／合成繊維束の複合体を連続的に製造し、これを適当な長さに切断して製造することが出来る。また射出成形機の金型や押し出し機のダイス形状を変えることによって、フィン付きの成形品も容易に製造することが出来る。
【００２１】
一方、人工水草に本物の藻類や水草が付着しやすくする為に、本発明の人工水草を製造する時にエラストマーを発泡させることも可能である。低発泡したエラストマー表面には藻類が極めて容易に付着繁茂する。
また本発明の人工水草は製造時に顔料などで簡単に着色出来るので環境に調和させることも容易である。さらに、着色剤以外に耐候剤、安定剤、充填剤等公知の各種配合剤を本発明の特性を損なわない範囲において配合することができる。
【００２２】
人工水草成形体は片方の端部が通常、コンクリート等の重量物に直接あるいは他の素材を介して埋め込んで固定され、重量物と共に海底、湖底、川底等の水底に設置される。
【００２３】
人工水草成形体の重量物への埋め込み方には特に制限はないが、成形体を１本づつ別々にまたは複数本まとめて、適当な間隔で埋め込まれる。
成形体の埋め込まれる端部に凸部または凹部を有している場合、成形体を確実に重量物に固定することができるので好ましい。
【００２４】
この人工水草は水中底層部の水の流れを撹乱することによって流砂を捕捉するのが目的であるから、人工水草セットは特に等間隔に設置される必要はない。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。
実施例１
次のような人工水草を製造した。
Ａ．曲げ弾性率が３０００ｋｇ／ｃｍ^２のポリエステルエラストマーを用い、押し出し成形法で主軸部の断面が１０ｍｍφの円形で、表面に軸方向で向かい合った一対のフィン（厚み１ｍｍ、幅が５ｍｍ）を有する図１に示す断面形状の長尺成形品を製造し、長さ４０ｃｍに切断して人工水草Ａとした。
【００２６】
Ｂ．外形寸法はＡと同じであるが、電線被覆などに使用するクロスヘッドを有する押し出し機を用いて、直径７ｍｍの三つ縒りのポリエステルロープの回りにＡと同じポリエステルエラストマーを押し出し被覆し、主軸中央部に直径７ｍｍの三つ縒りのポリエステルロープを有する長尺成形品を製造し、長さ４０ｃｍに切断して人工水草Ｂとした。
【００２７】
Ｃ．主軸部の断面が長軸１０ｍｍ／短軸５ｍｍの楕円形の長尺成形品を、曲げ弾性率が８００ｋｇ／ｃｍ^２のポリウレタンエラストマーの押し出し成形法で製造し、長さ４０ｃｍに切断して人工水草Ｃとした。
【００２８】
Ｄ．厚み５ｍｍ、幅が５０ｍｍ、長さが４０ｃｍの板状成形品を、加流後の曲げ弾性率が２００ｋｇ／ｃｍ^２の硬質ゴムでプレス加流法で製造し、比較の為の人工水草Ｄとした。
【００２９】
Ｅ．Ａと同じ形状であるが、曲げ弾性率が１００００ｋｇ／ｃｍ^２の共重合ナイロン樹脂を用いて比較の為の人工水草Ｅを製造した。
【００３０】
ＡからＥの各人工水草の一端に抜け防止用の切れ込みを作り、これらを縦横１ｍ角、高さ２０ｃｍのコンクリート中に、縦横１０ｃｍあたりに一本ずつ、深さ１０ｃｍに埋め込んで固定して人工水草セットの実験施工単位とした。
これらの人工水草セット単位を、傾斜１／２０の砂底を有する大型の人工波水槽中の、深さ０．５ｍ点（岸から１０ｍ点）から沖方向に５枚並べて、周期２．２秒・波高４０ｃｍの人工波中にさらして、２４時間後の砂面形状の変化を比較した。
【００３１】
人工水草セットの設置効果を表す比較方法として、試験前後の水面からの砂面の深さ変化を沖方向に測定して、元の砂面に比べて砂が減少したか、あるいは増加したかを調べた。
岸から人工水草まで／人工水草セット部分／沖側の３区分で、実験後の砂面深さ変化量を沖方向に積分して、各区分内で砂量が増加した場合を＋、減少した場合を−で表示して図３〜図８に示す。
【００３２】
実施例２
ＡからＥの人工水草の一端を固定し、３０ｃｍ先の他端を円弧状に往復動させて、先端が取付け時の左右方向に９０°の位置に曲がるまで（半円の往復運動を）、３０回／分の早さで１０^６回折り曲げる屈曲テストを行って、水中での人工水草の長期間の屈曲耐久性を模擬評価した。
結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
実施例３
実施例１に使用したものと同じ構成の、ＡからＥまでの人工水草セットの実験施工単位を夏期の２か月間山口県岩国市の渚、水深２ｍ地点に設置して、藻類や貝類の付着状況を調べた。
結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
【発明の効果】
本発明の人工水草セットは、渚近くの水中底層を移動する流砂を良く捕捉して、波打ち際の砂が沖方向に運び去られるのを防止する効果が大であることが分かる。
また本発明の人工水草は屈曲耐久性に優れ、重い貝類も付着しにくく自立性を良く保ち、初期の性能を長く保持することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の人工水草の１例の断面形状を示す図である。
【図２】本発明の人工水草の１例の断面形状を示す図である。
【図３】本発明の人工水草Ａを設置した場合の人工波水槽中の砂面形状の変化を示す図である。
【図４】本発明の人工水草Ｂを設置した場合の人工波水槽中の砂面形状の変化を示す図である。
【図５】本発明の人工水草Ｃを設置した場合の人工波水槽中の砂面形状の変化を示す図である。
【図６】本発明の人工水草Ｄを設置した場合の人工波水槽中の砂面形状の変化を示す図である。
【図７】本発明の人工水草Ｅを設置した場合の人工波水槽中の砂面形状の変化を示す図である。
【図８】本発明の人工水草Ｆを設置した場合の人工波水槽中の砂面形状の変化を示す図である。
【符号の説明】
１．人工水草
２．フィン
３．合成繊維束

Claims

曲げ弾性率が５００〜５０００ｋｇ／ｃｍ²の熱可塑性エラストマー単体または該熱可塑性エラストマーが鞘部、合成繊維束が芯部を構成する複合体からなり、断面形状が円形または異形である棒状またはパイプ状成形体であり、断面の長径が２〜５０ｍｍ、短径が１〜４０ｍｍであり、長さが２０〜１５０ｃｍで深さ方向の少なくとも上方の２／３が横方向に拘束されることなく一本一本が独立して波で揺動できることを特徴とする水中底層流砂捕捉用人工水草。