博士（工学）高橋敏彦 学位論文題名
緩傾斜堤の水理特性に関する基礎的研究 学位論文内容の要旨
従来、海岸侵食対策工法としては突堤や離岸堤工法等が採用されてきて いたが、近年、親水性や景観面も配慮した工法として、緩傾斜堤が注目さ れ築造されはじめている。この緩傾斜堤は、表層を形成するブロックの孔 などによる堤表面の粗度及びブロック層下の捨石層・フイルター層の透水 性が大きな特徴となっている。この緩傾斜堤を提案した豊島は緩傾斜堤の 目的は、波の反射率を弱め、打ち上げ高さを低くし、戻り流れの流速と量 をできるだけ小さくすることであると述べている。今後、親水性や景観面 に配慮したこれらの海岸保全工法が多く採用されると思われる。しかし、
緩傾斜堤が注目され始めて日が浅く、打ち上げ高さや反射率に及ぼすこれ らの効果は、必ずしも解明されていなぃ。また、粗度と透水性を有する斜 面上の波の打ち上げ速度、戻り流れ、透水層内の流速等については、ほと んど検討されていない。宇多らの調査によると、調査対象とした緩傾斜堤 の約1/3に被災がみられ、緩傾斜堤の被災の多くは太平洋や日本海などに 直接面している海岸であることが報告されている。それにも関わらず、緩 傾斜堤の有無や設置位置及び勾配の違いによる海浜地形変化や、被災過程 の違い等についてはほとんど検討されていない。これらの問題点を解明す るこ とは 、沿岸 環境 と国 土の保全及び防災上有益であると考えられる。
本論 文は 、9章か ら成り 立っ てい る。 第1章は序論、第9章は本論文の ま とめ とな ってい て、 第2章か ら第8章 の内 容は大きく次の3項目より成 り 立っ てい る。
1）波の打ち上げ高さ・反射率に関する固定床実験による成果
2）波の打ち上げ高さ、遡上特性に関する固定床実験、現地観測、数値計 算による成果
3）海浜地形変化及び被災に関する移動床実験による成果
上記1）については、波の打ち上げ高さ、反射率及び堤遡上時のエネル ギ―消費などについて、滑面、粗面、透水性斜面及び「粗面十透水層」と 大別して系統的な実験を行い、その成果比較検討を行った。透水性斜面に 対する実験からは、透水層厚が厚くなるにっれて、打ち上げ高さ、反射率 は共に小さくなるが、特に反射率に効果的であること及び透水層厚がある 程度大きくなると両者ともある一定値に漸近する傾向があることを明らか にした。さらに、透水層内の空隙率・透水層厚等を考慮して、波の打ち上
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げ高さに関する実験式を提案した。滑面、粗面、「粗面十透水層」に対す る実験からは、斜面の粗度・透水性が打ち上げ高さや反射率に及ぼす影響 を分離し表層の違いによるそれらへの効果を明確にした。粗度・透水性の 効果は、波形勾配が小さぃ領域で顕著であるが、波形勾配が0． 025〜O．03 以上になるとその効果がほとんどなくなることを明らかにした。さらにこ れら粗度・透水性の効果を加味した波の打ち上げ高さ、反射率の推定方法 も提案した。また、既往の研究成果を補完するため、研究例の少なぃ1／4 勾配の緩傾斜護岸を対象に、滑面緩傾斜堤と有孔被覆ブロック傾斜堤への 波の打ち上げ高さの算定図を作成した。透水層内の流れの測定からは、汀 線付近の透水層内には、定常的な戻り流れが認められること及び「有孔板 十透水層」の打ち上げ水量は、滑面の打ち上げ水量よりも小さくなること を明らかにし、両傾斜堤の打ち上げ水量の割合と波形勾配（Ho／Lo）の実 験的関係式を求めた。
3）では、侵食型、堆積 海浜地形変化を比較した 斜堤設置位置及び法面勾 を行った。前者の実験で と一気に後退するが、緩 こと、引き続き侵食・中 間の経過と共に徐々に後 問は、緩傾斜堤は自然海 量 は 自 然 海 浜 の4〜6割 実験では、緩傾斜堤の被 生すること及び緩傾斜堤 被災に至るまでの波の作 によっては、自然海浜よ
型の波を交互に作用させ、緩傾斜堤の有無による 実験と侵食型の波のみを長時間作用させて、緩傾 配の影 響を 主に被災に関して調べた実験の2種類 は、自然海浜の汀線は、侵食型の波を作用させる 傾斜堤設置海浜の汀線後退は比較的緩慢であある 問・堆積型の波を交互に作用させると両者とも時 退していく傾向を示すが、緩傾斜堤上に砂がある 浜に比ベ汀線後退に対して有効に働き、汀線後退 程度に低減できることなどが認められた。後者の 災は、斜面勾配に関係なくほぼ同じパタ―ンで発 を沖側ヘ設置するほど、また斜面勾配が急なほど 用時間が短いことを示した。緩傾斜堤の設置位置 り海浜地形変化、洗掘深が大きくなる状況が生じ
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た。さらに堤前面の最大洗掘深、基礎工の被災を堤設置位置及び波作用時 間の関数とする実験的関係を求め被災軽域の設計法を示すとともに、根入 れ 深 さ に つ い て は 特 に 慎 重 な 配 慮 が 必 要 で あ る こ と も 指 摘 し た 。
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学位論文審査の要旨 主査 教授 佐伯 浩 副査 教授 板倉忠興 副査 教授 藤田睦博 副査 助教授 山下俊彦
学 位 論 文 題 名
緩傾斜堤の水理特性に関する基礎的研究
従 来 、 海 岸 侵 食 対 策 工 法 と し ・ て は 突 堤 や 離 岸 堤 工 法 等 が 採 用 さ れ て き て い た が 、 近 年 、 親 水 性 や 景 観 面 も 配 慮 し た 工 法 と し て 、 緩 傾 斜 堤 が 注 目 さ れ 築 造 さ れ は じ め て い る 。 こ の 緩 傾 斜 堤 は 、 表 層 を 形 成 す る ブ ロ ッ ク の 孔 な ど に よ る 堤 表 面 の 粗 度 及 び ブ ロ ッ ク 層 下 の 捨 石 層 ・ フ ィ ル タ ― 層 の 透 水 性 が 大 き な 特 徴 と な っ て い る 。 緩 傾 斜 堤 の 目 的 は 、 波 の 反 射 率 を 弱 め 、 打 ち 上 げ 高 さ を 低 く し 、 戻 り 流 れ の 流 速 と 量 を で き る だ け 小 さ く す る こ と に よ り 、 海 岸 を 保 全 し よ う と す る も の で あ る 。 今 後 、 親 水 性 や 景 観 面 に 配 慮 し た こ れ ら の 海 岸 保 全 工 法 が 多 く 採 用 さ れ る と 思 わ れ る 。 し か し 、 緩 傾 斜 堤 が 注 目 さ れ 始 め て 日 が 浅 く 、 打 ち 上 げ 高 さ や 反 射 率 に 及 ば す 効 果 は 、 必 ず し も 解 明 さ れ て い な い 。 ま た 、 粗 度 と 透 水 性 を 有 す る 斜 面 上 の 波 の 打 ち 上 げ 速 度 、 戻 り 流 れ 、 透 水 層 内 の 流 速 等 に つ い て は 、 ほ と ん ど 検 討 さ れ て い な い 。 宇 多 ら の 調 査 に よ る と 、 調 査 対 象 と し た 緩 傾 斜 堤 の 約1/3に 被 災 が み ら れ 、 緩 傾 斜 堤 の 被 災 の 多 く は 太 平 洋 や 日 本 海 な ど に 直 接 面 し て い る 海 岸 で あ る こ と が 報 告 さ れ て い る 。 そ れ に も 関 わ ら ず 、 緩 傾 斜 堤 の 有 無 や 設 置 位 置 及 び 勾 配 の 違 い に よ る 海 浜 地 形 変 化 や 、 被 災 過 程 の 違 い 等 に つ い て は ほ と ん ど 検 討 さ れ て い な ぃ 。 こ れ ら の 問 題 点 を 解 明 す る こ と は 、 沿 岸 環 境 と 国 土 の 保 全 及 び 防 災 上 有 益 で あ る と 考 え ら れ る 。 ｀ 本 論 文 は 、9章 か ら 成 り 立 っ て い る 。 第1章 は 序 論 、 第9章 は 本 論 文 の ま と め と な っ て い て 、 第2章 か ら 第8章 の 内 容 は 大 き く 次 の3項 目 よ り 成 り 立 っ て い る 。
1） 波 の 打 ち 上 げ 高 さ ・ 反 射 率 に 関 す る 固 定 床 実 験 に よ る 成 果 2） 波 の 打 ち 上 げ 高 さ 、 遡 上 特 性 に 関 す る 固 定 床 実 験 、 現 地 観 測 、 数 値 計 算 に よ る 成 果
3） 海 浜 地 形 変 化 及 び 被 災 に 関 す る 移 動 床 実 験 に よ る 成 果 上 記1） に つ い て は 、 波 の 打 ち 上 げ 高 さ 、 反 射 率 及 び 堤 遡 上 時 の エ ネ ル ギ 一 消 費 な ど に つ い て 、 滑 面 、 粗 面 、 透 水 性 斜 面 及 び 「 粗 面 十 透 水 層 」 と 大 別 し て 系 統 的 な 実 験 を 行 い 、 透 水 性 斜 面 に 対 す る 実 験 か ら は 、 透 水 層 厚 が 厚 く な る に っ れ て 、 打 ち 上 げ 高 さ 、 反 射 率 は 共 に 小 さ く な る が 、 特 に 反 射 率 に 効 果 的 で あ る こ と 及 び 透 水 層 厚 が あ る 程 度 大 き く な る と 両 者 と も あ る 一 定 値 に 漸 近 す る 傾 向 が あ る こ と を 明 ら か に し た 。 さ ら に 、 透 水 層 内 の
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空隙率・透水層厚等を考慮して、波の打ち上げ高さに関する実験式を提案 した。滑面、粗面、「粗面十透水層」に対する実験からは、斜面の粗度・
透水性が打ち上げ高さや反射率に及ばす影響を分離し表層の違いによるそ れらへの効果を明確にした。粗度・透水性の効果は、波形勾配が小さぃ領 域で顕著であるが、波形勾配が0． 025〜0．03以上になるとその効果がほと んどなくなることを明らかにした。さらにこれら粗度・透水性の効果を加 味した波の打ち上げ高さ、反射率の推定方法も提案した。透水層内の流れ の測定からは、汀線付近の透水層内には、定常的な戻り流れが認められる こと及び「有孔板十透水層」の打ち上げ水量は、滑面の打ち上げ水量より も小さくなることを明らかにし、両傾斜堤の打ち上げ水量の割合と波形勾 配（Ho/Lo）の関係式を初めて求めた。
2）では、現 地観測値に 基づぃて、 波の打ち上 げ高観測波数のほば1/3 最大 値に対応す る実測平均 波先端移動 速度と、1/3最大打ち上げ高さ（R 1/3）及び有義 波周期（T1/3）を用いて求めた波先端移動速度は、ほば同 程度の値であることを示した。次に、波の打ち上げ高さへの堤脚水深の影 響に ついては、hi/Lo（hi堤脚水深）をパラメータとすることによりR/Ho とHo/Loの関係図 は、よくま とまること を示した。 さらに1）で求めた有 孔被覆ブロック堤への波の打ち上げ高さの実験値と比較検討をない、実験 結果の妥当性を検証した。斜面への波の遡上に関する数値計算では、浅水 方程式を用いて波の打ち上げ高さを算定する手法を確立し、非砕波、砕波 を含む広い条件に対する最大遡上高さ、遡上空間波形及び波先端軌跡等に ついて実験結果と比較検討を行い、計算値は波の進行過程及び波の遡上、
遡下の一連のパタ―ンを定性的にはよく表現できるが、実験値と比較する と最大遡上高さ及び波先端軌跡は、砕波、非砕波に関わらず各周期とも入 射波高が小さい場合はほば同程度の値となるものの、入射波高が大きくな るにっれて、また周期が長いほど実験値の方が大きくなる傾向が認められ たが、計算値と実験値には一定の関係が得られたことから、数値計算によ り 最 大 打 ち 上 げ 高 さ の 概 略 値 を 推 定 す る こ と が 可 能 と な っ た 。 3）では、侵食型、堆積型の波を交互に作用させ、緩傾斜堤の有無による 海浜地形変化を比較した実験と侵食型の波のみを長時間作用させて、緩傾 斜堤 設置位置及 び法面勾配 の影響を主に被災に関して調べた実験の2種類 を行った。前者の実験では、自然海浜の汀線は、侵食型の波を作用させる と一気に後退するが、緩傾斜堤設置海浜の汀線後退は比較的緩慢であある こと、引き続き侵食・中間・堆積型の波を交互に作用させると両者とも時 間の経過と共に徐々に後退していく傾向を示すが、緩傾斜堤上に砂がある 問は、緩傾斜堤は自然海浜に比べ汀線後退に対して有効に働き、汀線後退 量は 自然海浜の4〜6割程度に低 減できるこ となどが認 められた。後者の 実験では、緩傾斜堤の被災は、斜面勾配に関係なくほば同じパタ―ンで発 生すること及び緩傾斜堤を沖側ヘ設置するほど、また斜面勾配が急なほど 被災に至るまでの波の作用時間が短いことを示した。緩傾斜堤の設置位置 によっては、自然海浜より海浜地形変化、洗掘深が大きくなる状況が生じ た。さらに堤前面の最大洗掘深、基礎工の被災を堤設置位置及び波作用時 間の関数とする実験的関係を求め被災軽域の設計法を示すとともに、根入 れ 深 さ に っ い て は 特 に 慎 重 な 配 慮 が 必 要 で あ る こ と も 指 摘 し た 。 これを要するに、著者は今後の海岸保全施設として有望視されている。
緩傾斜堤の反射率、透過・フアルター層内の流れといった水理特性を系統 的な実験と数値計算により明らかにするとともに、緩傾斜堤近傍海浜の侵
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食過程と大波浪による同施設の被災防止のための構造様式及び設置位置を 明らかにしたもので海岸工学の発展に大きく貢献するものである、よって 著者は、北海道大学博士（工学）の学位を授与される資格あるものと認め る。
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