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ヘ ッ ドラ ン ド間 の 海 浜 安 定 化 に対 す る人 工 リー フ の効 果 に つ い て

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Academic year: 2022

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(1)海 岸 工 学 論 文 集,第55巻(2008) 土 木 学 会,581‑585. ヘ ッ ドラ ン ド間 の 海 浜 安 定 化 に対 す る人 工 リー フ の効 果 に つ い て The Effect on the Artificial. Reef for the Beach. Stabilization. between. the Headlands. 上 谷 昌 史1・ 高 井 光 彦2・ 山 田 浩 次3・ 橋 本 新4. Masashi KAMITANI, Mitsuhiko TAKAI, Kouji YAMADA, Shin HASHIMOTO Several types of the artificial reefs were designed as countermeasure against erosion and wave overtopping in Niigata coast, using a hydraulic model test with movable bed. We used a large-sized water tank (30m in width, 40m in length, and 4m in depth). The model scale was 1/100. It was found that the shoreline change was restrained by the artificial reef located between the breakwaters of the head-land, and also the artificial reef with a small channel on the center or that with the several opening parts had the effect that sediment surrounded by the head-lands is restrained from moving offshore over the artificial reef.. 1.. は じ め に. 新 潟 海 岸 金 衛 町工 区 は 日本 海 に面 し,関 屋 分 水 路 河 口 の東 側 に位 置 す る砂 浜 海 岸 で あ る(図‑1).過 mを 越 え る広 い 砂 浜 を 有 して い た が,港. 去 に は100. 湾 建 設 に 伴 う沿. 岸 漂 砂 の 遮 断 や 河 川 改 修 に伴 う供 給 土 砂 量 の減 少,水. 溶. 性 天 然 ガス の 汲 み上 げ に伴 う地 盤 沈 下 等 に よ り侵 食 が 進 行 し,現 在 で は砂 浜 が 殆 ど消 失 して い る.こ の海 岸 の侵 食 対 策 と して ヘ ッ ドラ ン ド及 び養 浜 に よ る対 策 が 計 画 ・ 実 施 さ れ て お り,ヘ ッ ドラ ン ド間 に つ いて も背 後 地 へ の. 図‑1. 新 潟海岸 金衛 町工 区位 置図. 越 波 防止 お よ び海 浜 安 定 化 の観 点 か ら波 浪 低 減 対 策 が 必 要 で あ り,開 口部 対 策 施 設 と して 人 工 リー フ が計 画 さ れ て い る(図‑2).し. か し,ヘ ッ ドラ ン ドと人 工 リー フで. 海 域 を 囲 ん だ 場 合 に は,囲 わ れ た 海 域 へ の水 塊 流 入 に対 す る補 償 流 と して沖 側 に向 か う戻 り流 れ が 発 生 し,こ の 戻 り流 れ に 伴 い,土 砂 流 出 が 生 じ る こ とが 懸 念 され る. 人 工 リー フ周 辺 の 流 況,地 (1987)に. 形 変 化 に つ い て は,宇. 多 ら 図‑2. よ り人 工 リー フ平 面 配 置 の特 性 が 示 さ れ,以. 降,実. 験,数 値 計 算 等 に よ り様 々 な 検 討 が な さ れ て い る. が(例. え ば,野. 口 ら,2002),当. 海 岸 の よ う に側 方 が 閉 鎖. さ れ た 海 域 に お け る戻 り流 れ に よ る土 砂 流 出 が背 後 海 浜 に与 え る影 響 につ い て 評 価 す る手 法 は確 立 さ れ て い な い 以 上 の こ とか ら,水 理 模 型 実 験 を 行 い,戻 響 を把 握 す る と と もに,戻. り流 れ の影. り流 れ に 伴 う土 砂 流 出 を 低 減. 新 潟金 衛町工 区 の施設 整備 計画 概要. 2. 実 験 方 法 (1) 実験 水 槽 及 び 実 験 縮 尺 実 験 に は 国 土 交 通 省 国土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 所 有 の大 型 平 面 水 槽 を用 い た.大 4mで. あ り,そ. き さ は幅30m,長. の 中 に は造 波 板 幅10mの. さ40m,深. さ. フ ラ ッ プ 式 の造. で き る可 能 性 が あ る人 工 リー フ形 状 につ い て実 験 に よ り. 波 機 が3台 設 置 して あ る(図‑3).実. 水 理 特 性 を 検 討 した結 果 を 報 告 す る.. の ヘ ッ ドラ ン ドが 計 画 ・実 施 され て お り,海 岸 線 延 長 は 3km程 度 で あ る(図‑2).4基. 1正 会 員(財)ダ. 2国 3正 会 員 4正 会 員. ム水 源地環境整備 セ ンター企画部長 兼調査第一部長(前 国土交通省北陸地方整 備局信濃川下流河川事務所長) 土 交通省北陸地方 整備局信濃川 下流河川 事務所海岸課海岸係長 国土 交通省国土技 術政策総合研究 所河川研 究部海岸研究室主任研究官 水修(株)ア イ ・エヌ ・エー海岸部. 際 の海 域 で は,4基. の ヘ ッ ドラ ン ドを 実 験 水 槽. 内 に再 現 し,水 槽 側 方 壁 面 の 影 響 も考 慮 す る と縮 尺 は非 常 に小 さ くな る た め,一 対(2基)の. ヘ ッ ド ラ ン ドに よ. り現 地 海 浜 を モ デ ル化 して 実 験 を実 施 した.実 験 縮 尺 は 使 用 水 槽 の 規 模(幅30m),ヘ (900m)を. 勘 案 して縮 尺1/100(歪. ッ ド ラ ン ドの 設 置 間 隔 み な し)と した..

(2) 582. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻. (2008). (2) 実 験 条 件. (3) 人 工 リー フ の形 状. 対 象 海 岸 は,海 岸 線 に対 して 東 寄 り(右 寄 り)の 波 浪. 戻 り流 れ は砕 波 に よ り発 生 す る岸 向 きの 流 れ に対 す る. が卓 越 す る.対 象 海 岸 か ら西 方 約1.5kmに 位 置 す る関 屋. 補 償 流 と して 発 生 す る と考 え られ る た め,こ. 観 測 所(設. 波 浪観測結 果を用 い. れ に よ る 人 工 リー フ 陸 側 へ の 水 塊 流 入 を 抑 制 す る こ と に. て,対 象 海 岸 前 面 にお い て波 浪 の 出 現 エ ネ ル ギ ーが 最 大. よ り,戻 り流 れ を抑 制 す る方 法 が考 え られ る.こ の 機 能. とな る波 向 をN19°Wと. の 波 向 を再. を有 す る と考 え られ る 人 工 リー フ形 状 と して は,天 端 面. 現 す る た め に造 波 板 に対 して 護 岸 模 型 を17° 傾 けて 設 置. の一 部 を 水 面 上 に露 出 させ る こと に よ り砕 波 に よ る岸 向. 置 水 深 約16m,図‑1)の. 算 定 した(図‑4).こ. の岸 向 き流. した.海 浜 変 形 を 確 認 す る実 験 にお い て は波 高 ・周 期 は,. き 流 れ を 抑 制 す る ク レ ス ト型 人 工 リー フ(山. 当海 岸 の 代 表 波 浪 と して現 地 波 換 算 で 計 画 波 浪 に相 当 す. 2004)が. る波 高8.0m,周. 期14.0s(実. 験 ス ケ ー ル:波 高8.0cm,周. 本 ら,. 挙 げ られ る が,当 海 岸 で は 海 域 利 用 上 の 制 約 に. よ り人 工 リー フ の天 端 を 水 面 下 に す る必 要 が あ る た め,. 用 い,波 高 ・流 速 等 の 計 測 に は比 較 的 頻 繁 に. ふ た 山型 リー フ に よ る検 討 を行 った.具 体 的 に は 図‑5に. 起 こ り う る 高 波 浪 時 を 想 定 し,年 数 回 波 に 相 当 す る4.7. 示 す よ う に 人 工 リー フ を 岸 沖 方 向 に2列 に配 置 し,沖 側. 期1.4s)を. m,周. 期10.0s(実. を 用 い た.現. 験 ス ケ ー ル:波. 高4.7cm,周. 期1.0s). 地 海 浜 の 底 質 粒 径 は,d50=0.2〜0.3mm程. リー フ上 で 強 制 的 に砕 波 させ て岸 向 き流 れ を発 生 させ, 岸 側 リー フで ヘ ッ ドラ ン ド間 へ の水 塊 流 入 を抑 制 し,岸. 度 と細 か い が,実 験 で 用 い る底 質 を 過 度 に細 か くす る と. 側 リー フ と沖 側 リー フの 間 で 水 塊 を 沿 岸 方 向 に,も. 水 の粘 性 に よ る影響 が 無 視 で きな くな る.こ の た め,d50=. は沖 側 リー フ の 開 口部 よ り水 塊 を 沖 側 に逃 が す こ と に よ. 0.2mmの. る戻 り流 れ の 抑 制 効 果 を 実 験 に よ り確 認 した.. 実 験 砂 を 用 い,現 地 海 浜 の再 現 性 が 良 好 で あ る. (図‑6)こ. しく. と を 確 認 して 実 験 を 行 っ た. (1)標 準 型. (2)ふ た 山 型. 図‑3. 模型 平面 配置 図 図‑5. ふ た 山 型 リー フ の 水 塊 流 入 制 御 の 平 面 イ メ ー ジ. (4) 実 験 ケ ー ス 実 験 ケ ー ス の一 覧 を 表‑1に 示 す.当 海 岸 の 人 工 リー フ に求 め る消 波 機 能 は背 後 護 岸 の 波 の 打 ち上 げ 高 の 低 減 の 観 点 か ら波 高 伝 達 率kt<0.6で (船 舶 航 行 の 確 保)の. あ る.ま. 実 験 に 用 い る人 工 リー フ と して,ま. る天 端 幅B=30mを. 岸利用. 観 点 か ら,天 端 高 はT.P.‑1.5m以 下. (平 均 潮 位 時 に お い て水 深2mを 確 保)が. (不 透 過 構 造)に. た,海. つ い て,波. 制 約 条 件 と な る.. ず,標. 準 型 リー フ. 高 伝 達 率 が0.6程 度 以 下 と な. 設 定 した(case1).次. に,case1と. 同程. 度 の 消 波 効 果 が 得 られ るふ た 山型 リー フ と して 数 値 波 動 図‑4. 波 向 別 の 出現 頻 度 お よ び エ ネ ル ギ ー 頻 度 (1995〜2000年). 水 路 に よ り計 算 を行 い,case2(岸 岸 沖 リー フ の間 隔20m)を. 沖 リー フ の天 端 幅10m,. 設 定 した.し. か し,case2で. は. 充 分 な 土 砂 流 出 防止 効 果 及 び水 位 上 昇 低 減 効 果 が 得 られ.

(3) ヘ ッ ドラ ン ド間 の 海 浜 安 定 化 に 対 す る 人 工 リー フ の 効 果 に つ い て. なか っ た た め,岸 沖 リー フ間 の 距 離 を 広 く し,且 っ,沖 側 リー フを 分 割 す る形 状 に つ い て 実 験 を行 っ た(case3). な お,case3に. お け る 岸 沖 リー フ 間 の 距 離 及 び沖 側 リ ー. 583. (2) 消 波 効 果 消 波 効 果 の実 験 結 果 を 図‑7に 示 す.波 高 透 過 率ktは, リー フ透 過 直 後 の計 測 波 高 を透 過 直 前 の計 測 波 高 で 除 し. フ の配 置 に つ いて は,平 面 数 値 モ デ ル に よ り数 案 計 算 を. て算 定 した.標 準 型 リー フ(case1)の. 行 い,相 対 的 に水 位 上 昇 量 が 抑 制 さ れ る諸 元 を選 定 して. 34で あ り,ふ た 山型 連 続 リー フ(case2)のktは0.30と. 実 験 を 実 施 し た.case4は,case3と. 準 型 リー フ と 同程 度 の 消 波 効 果 が あ る こ と が わ か っ た.. 同 じ平 面 配 置 に お い. て 沖 側 リー フの 天 端 高 を 高 くす る こ とに よ り消 波 効 果 を 高 め た 条 件 で あ り,case5はcase3と. 同 じ平 面 配 置 で 岸 側. 波 高 透 過 率ktは0.. ふ た 山 型 沖 分 割 リー フ(case3〜5)のktは0.40〜0.46で. 標. あ. り,標 準 型 リー フお よ びふ た 山 型 連 続 リー フ と比 較 して. リー フ の 一 部 を透 過 構 造 に した場 合,case6は,case2〜5. や や 消 波 効 果 は低 い結 果 と な った.こ. と 同程 度 の 断 面 規 模 の 標 準 型 透 過 構 造 リー フで あ り水 位. 分 割 す る こ とに よ り波 が 砕 波 せ ず に進 入 す る割 合 が 増 え. れ は沖 側 リー フ を. 上 昇 量 の 低 減 効 果 を確 認 す る た め に実 施 した.. た た め と考 え られ る.開 口部 人 工 リー フ に求 め る消 波 効 果 と して は背 後 護 岸 で の波 の打 ち 上 げ高 低 減 の 観 点 か ら,. 表‑1. 水 理 模 型 実 験 ケ ー ス一 覧. kt<0.6以 下 が 必 要 と さ れ て い る た め,ふ リー フ も所 要 機 能 を 満 足 して い る.な. た 山型沖 分割. お,case4は,ふ. た 山型 沖 分 割 リ ー フ の 沖 側 リー フ の 天 端 をcase3よ り も 現 地 ス ケ ー ル で1m嵩 が,case3よ. 上 げ し,消 波 効 果 の 向 上 を 試 み た. り も や や 消 波 効 果 が 低 い結 果 と な っ た.こ. の 原 因 は 明 らか で は な い が,沖 側 リー フで 反 射 波 が増 大 し,開 口部 か らの 入 射 波 高 が 高 くな った こ とや 岸 側 リー フの 反 射 波 が 沖 に向 か わ ず に 再 度 沖 側 リー フで 反 射 した こ と な どが 推 定 され る.ま. た,透 過 構 造 リー フ(case6). のktは0.82で あ り今 回 実 験 に用 い た 諸 元(天 m・ 天 端 幅50m)で 3. 人 工 リ ー フ の 形 状 に よ る 水 理 特 性. 端 高T.P.‑1.5. は,対 象 海 岸 に お け る所 要 機 能 を 満. た さ な い結 果 と な っ た.. (1) 海 浜 の 安 定 化 効 果 図‑6に 各 実 験 ケ ー ス の汀 線 形 状 の 比 較 結 果 を 示 す.初 期 汀 線 は砂 浜 幅30mを 確 保 す る よ うに 護 岸 に平 行 に整 地 して い る.人 工 リー フ を設 置 しな い 場 合(case0)で 下 手 側(左 側)の. は,. ヘ ッ ドラ ン ド基 部 へ の移 動 が 大 き い.. この 現 象 は現 地 海 浜 で の現 状 と良 く一 致 して い る.一 方, 人 工 リー フ を設 置 した場 合(case1〜3)で. は,汀 線 の ヘ ッ. ドラ ン ド基 部 へ の 移 動 が 少 な く,安 定 化 して い る こ とが. 図‑7. 実 験 に よ る 人 工 リ ー フの 消 波 効 果. 伺 え る. (3) 水 塊 流 入 の 抑 制 効 果 人 工 リー フ周 辺 の 流 速 ・流 向計 測 結 果 を図‑8に 示 す. 人 工 リー フ沖 側 を み る と,標 準 型 リー フ(case1,6)で は,顕. 著 な 流 れ は 発 生 して い な い が,ふ. (case2〜5)で. た 山型 リーフ. は 横 方 向 ・沖 方 向 の 流 れ が発 生 して い る.. この こ と はふ た 山 型 リー フ に よ り,人 工 リー フ岸 側 に流 入 す る水 塊 を阻 止 して い る効 果 で あ る と考 え られ る.ふ た 山 型 リー フ の形 状 の 違 い に つ い て み る と,ふ た 山 型 連 続 リー フ(case2)で 対 して,ふ. は横 方 向 の 流 れ が顕 著 で あ る の に. た 山型 沖 側 分 割 リー フ(case3〜5)で. は横 方. 向 お よ び 沖 方 向 へ の 流 速1〜2m/s程 度 の 速 い 流 れ が 発 生 して い る.沖 方 向 の 流 れ は 沖 側 リー フ を分 割 す る こ と に 図‑6. 人工 リー フの有無 に よ る汀 線形状 の比 較. よ り,沖 側 リー フの 開 口部 か ら も水 塊 を流 出 させ て,人 工 リー フ岸 側 へ の 水 塊 流 入 を 抑 制 して い る と考 え られ る..

(4) 584. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻. (2008). (4) 土 砂 流 出 抑 制 効 果 土 砂 流 出 抑 制 効 果 の 実 験 結 果 を 図‑9(1),(2)に 示 す. トレ ー サ は ヘ ッ ドラ ン ド間 の 中 央 の 汀 線 部,ヘ. ッ ドラ ン. ドと リー フに 囲 ま れ た 区域 の 中央 部 お よ び 下 手側(左 側) ヘ ッ ドラ ン ドの平 行 堤 先 端 岸 側 の 合 計3箇 所 に投 入 した . case 1. 流 出 率 は20分 間造 波 後 に ヘ ッ ドラ ン ドと リー フ に囲 ま れ た 区 域 外 に移 動 した 数 を計 数 す る こ と に よ り算 定 した. リー フな し(case0)で. は,す べ て の 投 入 箇 所 の トレー. サ は 殆 ど流 出 しな か っ た.一 方,リ (case1〜6)で. は,い. ー フ を 設 置 した場 合. ず れ の 形 状 で も トレ ー サ の 流 出 が. 生 じた が 流 出特 性 は異 な って い た.最 case 2. も海 浜 の 安 定 性 に. 大 き く影 響 す る と考 え られ る 汀 線 部 の 流 出 特 性(図‑9 (1)塗潰)を. み る と,ふ た 山型 リー フ(case1〜5)の. 率 は0〜10%と. 流出. 少 な い が,透 過 構 造 リー フ(case6)は26. %と 若 干 増 加 して い る.汀 線 部 に 次 いで 海 浜 安 定 性 に影 響 す る と考 え られ る 中 央 部 の 流 出 特 性(図‑9(1)白 を み る と,ふ. た 山型 リー フ(case1〜5)で. リー フ沖5分 割(case3)を case 3. 除 い て40%以. と な って い るが,case3は1%と 由 と して は,図‑8に る と,case3で. 抜). は,ふ た 山 型 上 の 高 い 流 出率. 明 らか に少 な い.こ. の理. 示 した流 向 ・流 速 の リー フ岸 側 を み. は沖 側 に 向 か う流 速 が 殆 ど 生 じて お らず,. 静 穏 とな って い る こ とが 考 え られ る. ヘ ッ ドラ ン ドの堤 体 の 安 定 性 に影 響 す る と考 え られ る 平 行 堤 先 端 付 近 の トレ ーサ の流 出 に つ いて は,ふ た 山 型 case 4. リー フ沖5分 割 岸 リー フ一 部 透 過 構 造(case5)を 40%以. 除 いて. 上 の高 い 流 出率 と な って い るが,case5は2%と. 明. らか に少 な い.こ の理 由 と して は岸 側 リー フ の透 過 構 造 部 分 か ら沖 側 へ の流 れ が 集 中 し,ヘ ッ ドラ ン ド平 行 堤 先 端 付 近 で の 流 れ が 抑 制 され た こと が考 え られ る.. case 5. case 6. 図‑8. 実 験 に よ る人 工 リ ー フ 周 辺 の 流 向 ・流 速. 図‑9(1). 実 験 に よ る ト レー サ 流 出 率(汀. 線 部 ・中央 部 投 入).

(5) ヘ ッ ドラ ン ド間 の海 浜安 定化 に対 す る人工 リー フの効 果 につ いて. 585. 4. ま と め (1)人工 リー フの形 状 をふ た 山型 リー フ とす る ことで,リ ー フ岸 側 へ の水 塊 流 入 を抑 制 可 能 で あ る こ とが わ か っ た. (2)人工 リー フ の形 状 を ふ た 山型 リー フ と し,さ ら に沖 側 リー フ を分 割 す る こ と に よ り土 砂 流 出 を抑 制 し,ヘ ッ ドラ ン ト間 の 海 浜 安 定 化 が 図 れ る可 能 性 を 示 した. (3)ふた 山型 人 工 リー フ に よ りヘ ッ ド ラ ン ド間 へ の水 塊 流 入 を抑 制 した こ とで,ヘ. ッ ドラ ン ド間 で 沖 向 き の流 速. が 遅 くな り土 砂 流 出 が抑 制 され た と考 え られ る. 今 回 の実 験 で は戻 り流 れ の 発 生 要 因 とな る と考 え られ 図‑9(2) 実 験 に よる トレー サ流 出率(平 行堤 先端 部投 入). 水 位 上 昇 抑 制 効 果 の実 験 結 果 を 図‑10に 示 す.水 昇 量 は,ヘ. る水 位 上 昇 の 抑 制 は確 認 で きず,人 工 リー フ を設 置 した 場 合 に は す べ て の ケ ー ス に お いて 明 らか に水 位 上 昇 が 発. (5) 水 位 上 昇 抑 制 効 果 位上. ッ ドラ ン ドと人 工 リー フ に囲 ま れ た 区 間 の造. 生 した.ト. レ ー サ流 出 率 に よ り海 浜 の 安 定 性 は評 価 で き. た と考 え られ るが,水. 位 上 昇 の海 浜 安 定 化 に与 え る影 響. 波 中 の 計 測 値 の平 均 水 面 と静 水 面 と の差 に よ り求 め た.. につ い て は現 地 海 浜 に お い て 確 認 す る等 が 必 要 で あ る と. 不 透 過 構 造 人 工 リー フ(case1〜5)で. 考 え られ る.. は,水 位 上 昇 量 η. は0.42〜0.56mで あ り,人 工 リー フな し(case0)の 0.11mと 比 べ て 明 らか に 上 昇 して い る.ま た,ふ リー フ(case2〜5)の て い な い.図‑8で. η= た山型. 形 状 に よ る水 位 上 昇 の差 異 は生 じ. 示 した よ う に,ふ た 山型 リー フ に よ る. 水 塊 の流 入 抑 制 効 果 が水 位 上 昇 抑 制 に 反 映 され て い な い 理 由 と して は,水 位 に つ い て は定 常 状 態 とな っ て い る こ とが 考 え られ る.. 図‑10. 実 験 に よる人工 リー フ岸側 の水 位上 昇量. 参. 考. 文. 献. 宇 多高 明 ・小 俣篤 ・横 山揚 久 (1987): 人工 リー フ周 辺 に生 じ る海浜流 と地 形変 化, 第34回 海 岸工 学講 演会 論文 集, pp. 337‑341. 野 口賢 二 ・鳥 居謙 一 ・人 見寿 (2002): 人工 リー フの平 面性 能 評 価 に関 す る研 究, 海岸 工 学論 文 集, 第49巻, pp.821‑ 825. 山本正 司, 鳥 居謙 一, 福 濱方 哉, 人見 寿, 宇 多高 明, 高 橋功 (2004): 水 理 模型 実験 によ る ク レス ト型人 工 リー フの開 発, 海 岸工 学論 文集, 第51巻, pp.771‑775..

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