仙 台湾 南部 海 岸 にお け るヘ ッ ドラ ン ド周 辺 の土 砂 輸送 解 析
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(2) 572. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). も後 退 す る個 所 もあ り,堤 防 の倒 壊 な ど の災 害 リス ク を 高 め て い る.こ の よ うな 急 激 な侵 食 の 原 因 と して,最 大 の土 砂 供 給 源 で あ った 福 島 の崖 海 岸 で の 侵 食 防止 対 策 や, 福 島県 の 重 要 港 湾 に指 定 さ れ た相 馬 港 の 整 備 が進 ん だ こ と に よ り,沿 岸 流 の上 手 側 で あ る南 方 か らの土 砂 供 給 が 激 減 し,土 砂 収 支 の バ ラ ン スが 崩 れ て しま っ た こ と等 が 挙 げ られ る. 図‑3. 対 象 領 域 で あ る 山元 海 岸 は仙 台 湾 南 部 海 岸 の 中 で も侵 食 や越 波 が 特 に顕 著 で,1997年. 山 元 海 岸(Area2)の. 海 底 地 形(2003年2月). よ り これ ま で8基 の ヘ ッ. ドラ ン ドが1km間 隔 に設 置 さ れ て お り,将 来 的 に は既 存 の ヘ ッ ドラ ン ドの 中 間地 点 に ヘ ッ ドラ ン ドが 設 置 さ れ る 予 定 で あ る.2005年11月. 時 点 の ヘ ッ ドラ ン ドの長 さ は,. 1〜11号 に つ い て は100m,S4号 2056年 に は 全 長200mの. に つ い て は200mで. あ り,. ヘ ッ ド ラ ン ドが 合 計16基 設 置 さ. れ る. 3. 地 形 デ ー タ 解 析 図‑4. 測 線Co70に. 沿 った断面地 形変 化. (1) 現 地 観 測 デ ー タ 国土交通省 東北地方整備 局仙台河川 国道事務所 によ り 取 得 さ れ た2002年2月,2003年2月,2004年2月,2004年 11月,な. らび に2005年2月 の 地 形 デ ー タ を 用 い て,ヘ. ッ. ドラ ン ド8基(期 間 中 に建 設 され て い た もの2基)を 含 む 山 元 海 岸 全 体 の広 域 地 形 変 化 に つ いて 解 析 した.広 域 の地 形 変 化 は,沿 岸 方 向7.9km× 岸 沖 方 向1kmの 領 域 に 沿 岸 方 向500m毎. に設 定 さ れ た測 線17本(2002年2月. 方 向6.5km× 岸 沖 方 向1km,測. のみ沿岸 図‑5. 線14本)の デ ー タを 用 い た.. 山 元 海 岸 の 地 盤 高 変 化(2002年2月. 〜2005年2月). 2003年2月 時 点 に お け る 山元 海 岸(Area2)の 海 底 地 形 お よ び測 線Co70に 沿 った 断 面 地 形 変 化 を そ れ ぞ れ 図‑3,図‑ 4に 示 す.. (a). (2) 結 果 と考 察 2002年2月 〜2005年2月 示 す.ヘ. の3年 間 の 地 盤 高 変 化 を図‑5に. ッ ド ラ ン ド周 辺 で は堆 積 傾 向 に あ るが,各. ドラ ン ド間 で は や や侵 食 傾 向 に あ った.ま. ヘッ (b). た,領 域 全 体. と して は 沿 岸 流 の上 手 側 は堆 積 傾 向 に,下 手 側 は侵 食 傾 向 に あ っ た.HLS4号. 付 近 で は顕 著 に堆 砂 して い る が,. こ れ は2003年 〜2005年 の工 事 に よ り全 長200mの. ヘッ ド. ラ ン ドの 突 堤 部 が 完 成 し た こ と に よ る も の と考 え られ る. ま た,ヘ. ッ ドラ ン ドの 先 端 よ りや や 沖 側 付 近 で堆 積 傾 向. が み られ た.. 図‑6. 季 節 毎 の 山 元 海 岸 の 地 盤 高 変 化(a)2004年2月 11月,(b)2004年11月. 〜2005年. 〜2005年2月. 次 に 季 節 毎 の 変 化 を見 る た め に2004年2月 〜2004年11 月(夏 季)お よ び2004年11月. 〜2005年2月(冬. 季)の 地 盤 高. 程 度 の 侵 食 が,そ. の沖 側 で 若 干 の 堆 砂 が 認 め られ た.こ. 変 化 を 図‑6に 示 す.夏 季 は概 ね3年 間 の 変 化 と類 似 した. れ は2005年1月16日. 傾 向 が 見 られ 各 ヘ ッ ドラ ン ド先 端 付 近 で 堆 積 傾 向 に あ り,. 浪 に よ る もの と考 え られ る.ま. HL9号 周 辺 で は そ の 傾 向 が 特 に 顕 著 で あ った.一. 延 伸 工 事 中 で あ ったHLS4号. 2004年11月. 〜2005年2月. 向 に あ っ た.2004年11月 図(図‑3)よ. る と,ヘ. 方,. に お い て は,領 域 全 体 で 侵 食 傾 〜2005年2月. の期 間 の 断 面 変 化. ッ ドラ ン ドの先 端 付 近 で は約1〜3m. れ た が,こ. 〜17日 の 大 型 低 気 圧 通 過 に伴 う高 波 た,観. 測 期 間 中 に200m. 付近 で は顕著 な堆積 が見 ら. れ は ヘ ッ ドラ ン ドに よ る侵 食 軽 減 の 効 果 で あ. る と考 え られ る..
(3) 573. 仙 台湾 南部 海岸 に おけ るヘ ッ ドラ ン ド周 辺 の土砂輸 送解 析. 表‑1. (a). 山元海 岸 にお け る平均 波浪 デ ー タ. 4. 数 値 計 算. (b). (1) 波 浪 場 解 析 対 象 領 域 に最 も近 い亘 理 観 測 所(水 深20m)の. 波浪 デー. タ は欠 測 や異 常 値 が 多 い こ とか ら三 浦 ら(2007)と 同様 に, 相 馬 観 測 所(水 深17.1m)の2002年1月. 〜2005年12月. にお. け るNOWPHAS(全. 国 港 湾 海 洋 波 浪 情 報 網)デ ー タ を 用 い. て 沖 波 波 高H0,周. 期T0な ら び に 波 向 θ0を与 え た.得. れ たH0,T0を. 図‑7に,θ0の. ら. 推 定 出 現 頻 度 を図‑2に 示 す.. 計 算 負 荷 を 軽 減 す るた め まず は,エ. ネル ギ ー平 衡 方 程. 図‑7. 山元海 岸 にお け る(a)推定 沖波 波高,(b)沖 波 周期 の時 系 列. 式 を用 いて 電 子 海 図 を元 に作 成 した広 領 域(図‑1,Area1) に お け る波 浪 場 を計 算 し,そ れ を 入 射 波 条 件 と して 用 い. (2) 土 砂 輸 送 場 解 析. て 山 元 海 岸(図‑1,Area2)に. 得 られ た結 果 を用 いて 山 元 海 岸 に お け る2時 間 分 の 地. お け る水 位 と底 面 流 速 の 空. 間 分 布 をFUNWAVE(Weiら,1995)を. 用 い て 算 出 し た.. Area1に お け る波 浪 条 件 と し て は 卓 越 す る波 向 の 違 い に よ り夏 季 と冬 季 に分 け,2004年2月 お よ び2004年11月. 〜2005年2月(冬. 〜2004年11月(夏. 形 変 化 量 を 求 め た.摩 擦 速 度 お よ び 底面 せ ん 断 力 は そ れ ぞ れ式(4),(5)を 用 い た.. 季). (4). 季)に お け る季 節 毎 の. 平 均 波 浪 デ ー タ(表‑1)を 用 い 計 算 を行 った.FUNWAVE は拡 張 型 の 強 非 線 形Boussinesqモ デ ル で あ り,以 下 の よ. (5). う に運 動 量 方 程 式 は 式(1),連 続 式 は(2),(3)の よ う に表 こ こ でubは 底 面 流 速,u*は. わ さ れ る.. カ ル マ ン定 数 で あ る.こ. 摩 擦 速 度,z0は. 粗 度 高 さ,Kは. こ でKajiura(1968)の. 式 を 用 い て,. 排 除 厚 δ*式(6)と 境 界 層 厚 さ の 関 係 を 求 め る と,式(7)の よ う に な る.. (6). (7) (1) こ こ でUは. (2). 流 速 の 振 幅,CはKajiura(1968)に. さ れ た 摩 擦 係 数 で あ る.い. ま,K=0.4,C=0.0lと. よ って 定 義 仮定. す る と 式(8)の よ う に な る.. (8) (3). 砕 波 点 付 近 で は δ*≡1.0cmと と算 出 さ れ る.こ. こ こ で η は 水 面 変 位,uα 平 流 速,hは. 水 深,gは. 岸 方 向7840m,岸 は10mと. し た.. は 水 深zα=‑0.531hに. 重 力 加 速 度 で あ る.計. 沖 方 向2510mの. お け る水. な る の で,境 界 層 は約4cm. れ よ り摩 擦 速 度 は 式(4)のzを 境 界 層 厚. さ δ に置 き換 え た 式(9)で 計 算 した.. 算 領 域 は沿. 領 域 と し,メ. ッ シ ュ幅. (9).
(4) 574. 図‑8. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). (a). (c). (b). (d). 山 元 海 岸 の 地 盤高 変 化(a)数 値 計 算 結 果(夏 季 の 波 浪 条 件 使 用),(b)数 年11月 の 観 測 値,(d)2004年11月. 〜2005年2月. 値 計 算 結 果(冬 季 の 波 浪 条 件 使 用),(c)2004年2月. 〜2005. の観 測 値. (a). (b). 図‑9. ま た,漂 (1948)の. 山元 海岸 の流 れ場 分布.(a)夏 季 の波浪 条件 使用,(b)冬 季 の波浪条 件使 用(表‑1参 照). 砂 量 を 求 め る た め にMayer‑Peter 定 常 流 に お け る 漂 砂 量 式(10)を. and. Muller. (12). 用 い た.. こ こで θwは波 に よ るShields数 で あ る.. (10) こ こ で θcはShields数,θcrは あ る.ち. 限 界Shields数(=0.05)で. な み に こ の 式 を 半 周 期 平 均 し変 形 す る と,式. (11)の よ う に な り,観. 観 測 に よ る 地 盤 高 変 化 を 図‑8(a)〜(d)に,季. 節毎 の波 浪. 条 件 を 用 い て計 算 した流 れ 場 分 布 図‑9(a)〜(b)に 示 す.. 測 結 果 と 相 関 の 高 いSoulsby(1997). の 振 動 流 に お け る 漂 砂 量 式(12)と. (3) 観 測 結 果 と の比 較 数 値 計 算 に よ り得 られ た 季 節 毎 の地 盤 高 変 化 及 び現 地. 近 い 結 果 と な る.. 図‑8(a)と(c)を 比 較 した と こ ろ,夏 季 の 波 浪 条 件 の も とで 領 域 内北 側 にお け る堆 積 傾 向 や ヘ ッ ドラ ン ド先 端 よ. (11). りや や 沖 側 付 近(水 深5〜10m付 た.こ. 近)の 堆 積 域 を 再 現 で き. の領 域 は 沿 岸 漂 砂 の通 り道 と考 え られ る.ま た,.
(5) 575. 仙 台湾 南部 海岸 に おけ るヘ ッ ドラ ン ド周 辺 の土砂 輸送 解析 そ の他 の 汀 線 付 近 で は侵 食 傾 向 に あ っ た.こ れ は対 象 領. 現 で き た が,定. 量 的 な 再 現 に は 検 討 の 余 地 が あ る.. 域 が侵 食 海 岸 で あ る こ と を示 して い る.砂 村 ら(1974)の 式(13)に よ る と,山 元 海 岸 は平 常 時 の穏 や か な波 浪 状 況. 謝 辞:本. で も侵 食 が 進 む海 浜 地 形 で あ るが,そ. Budianto. の こ と と も合 致 す. た.こ. る.. 研 究 を 行 う に あ た り,数 Ontowirjo氏. こ に 記 して 謝 意 を 申 し上 げ ま す.. (13) 図‑8(b)と(d)を 比 較 し た と こ ろ,冬. 季 の観 測 結 果 に 見. られ た対 象 領 域全 体 に広 が る侵食 傾 向が,計 算 結 果 に よ っ て 再 現 さ れ て い た.冬 季 は低 気 圧 の通 過 な ど に よ り荒 天 の 日が 多 く,沖 向 き漂 砂 に よ って 地 形 が 急 激 に侵 食 され. 参. 考. 藤 ら,1992),図‑9(b)の. よ うな. 強 い沖 向 きの 流 れ が卓 越 し,こ れ に よ って 汀線 周 辺 の ヘ ッ ドラ ン ド基 部 か ら沖 側 に 土 砂 が 運 ば れ た と考 え られ る. ま た ヘ ッ ドラ ン ドの先 端 付 近 で も堆 積 域 や そ の更 に 奥 側 (水深10m付 近)の 侵 食 域 も定 性 的 に は再 現 で き た が,定 量 的 な再 現 に は至 らな か っ た. 5. ま と め ヘ ッ ドラ ン ドが既 設 され ,現 在 も建 設 が 進 め られ て い る 山元 海 岸 を対 象 と して,ヘ. ッ ドラ ン ド周 辺 の地 形 変 化. 特 性 お よ び ヘ ッ ドラ ン ドの 効 果 に つ い て 調 べ,以 下 の 結 果 が え られ た. ・山 元 海 岸 に お け る3年 間 の地 形 変 化 か らヘ ッ ドラ ン ド の 先 端 よ りや や 沖 側 付 近 で は堆 積 傾 向 に各 ヘ ッ ドラ ン ド間 で は や や侵 食 傾 向 に あ った. ・山 元 海 岸 で は 夏 季 は ヘ ッ ドラ ン ドの先 端 付 近 で 堆 積 傾 向 に,冬 季 は 領 域 全 体 が 侵 食 傾 向 に あ った. ・数 値 計 算 の結 果 ,夏 季 は卓 越 した北 向 きの 沿 岸 流 が, 冬 季 は強 い 沖 向 き の流 れ が 再 現 で き た. ・数 値 計 算 の 結 果 ,季 節 ご と に よ る侵 食 堆 積 の傾 向 は再. 文. 献. 宇 多 高 明 ・斉 藤 光 司 ・横 田 喜 一 郎 ・大 原 茂 ・川 中 島 洋 二 ・内 田 恵 三(1994): 大 野 鹿 島 海 岸 の ヘ ッ ド ラ ン ド周 辺 の 海 浜 流 の 観 測,. 第41回 海 岸 工 学 論 文 集, pp.576‑580.. 宇 多 高 明 ・青 木 高 臣 ・星 上 幸 良 ・古 池 鋼 ・長 山 英 樹(2007): ヘ ッ ドラ ン ドの 沿 岸 漂 砂 阻 止 機 能 の 定 量 的 評 価, 海 洋 開 発 論 文 集,. 第23巻,. pp.1237‑1242.. 加 藤 一 正 ・柳 嶋 慎 一(1992):. る こ とか ら(例 え ば,加. 値 計 算 に 関 して. の 多 大 な る ご協 力 を い た だ き ま し. 木 学 会 論 文 集, No.452,. 長 周 期 波 に よ る バ ー ム侵 食,. 土. pp41‑50.. 佐 藤 慎 司 ・山 本 幸 次 ・和 田 一 範 ・伊 澤 武 仁 ・大 谷 靖 郎 ・橋 本 新+(1998):. 大 曲 海 岸 に お け る ヘ ッ ドラ ン ド周 辺 の 漂 砂. 観 測 と 海 浜 変 形 予 測, 560.. 第45回. 海 岸 工 学 論 文 集,. pp.556‑. 田 中 茂 信 ・山 本 幸 次 ・鴨 田 安 行 ・柳 町 俊 章 ・小 野 松 輝 美 ・後 藤 英 生(1995): 仙 台 湾南 部海 岸 に お ける土砂 移動 機構 の 観 測, 第42回 海 岸 工 学 論 文 集, pp.666‑670. 堀 川 清 司 ・砂 村 継 夫 ・近 藤 浩 右(1974):. 波 に よ る二 次 元 海 浜. 変 形 に 関 す る 実 験 的 研 究,. 海 岸 工 学 論 文 集,. 第21回. pp.193‑200. 三 浦 佑 輔 ・有 働 恵 子 ・真 野 明(2007): る海 浜 変 形 特 性,. 仙 台湾 南部 海 岸 に おけ. 第54回 海 岸 工 学 論 文 集, pp.716‑720.. Kajiura K (1968): A model of the Bottom Boundary Layer in Water Waves, Bulletin of the Earthquake Research Institute, Vol.46, pp.75-123. Mayer-Peter,E., M?ller, R., (1948): Formulasfor bed-load transport. Report on the 2nd Meeting International Association HydraulicStructure Research. Stockholm, Sweden,pp39-64. Soulsby, R., (1997): Dynamics of Marine Sands, A Manual For Practical Applications. Thomas Telford, H.R. Wallingford, England, ISBN 0-7277-2584X Wei, G., J.T.Kirby, S.T.Grilliand R.Subramanya(1995): A fully nonlinearBoussinesq model for surface waves. Part 1. Highly nonlinearunsteady waves, Jour. Fluid Mech.,vol.294, pp.7192..
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