(57)【要約】【課題】  海洋生物の生育・生息に好適な場を提供し、天然の沿岸岩礁部と同等又はそれ以上の生態系を定着させることができ、且つ底質や水質の環境も保全することができる生態系構築型の海中構造物を提供する。【解決手段】  海底に設置された高さ方向で複数段の棚部３０を有する支持構造体３と、この支持構造体３の各棚部３０に配置された、塊状の鉄鋼スラグ、鉄鋼スラグを主原料とする炭酸固化体、鉄鋼スラグを主原料とする水和硬化体の中から選ばれる１種以上の機能性部材４とを備え、好ましくは支持構造体３が設置された海底に高炉水砕スラグ層２が敷設されたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底に設置された高さ方向で複数段の棚部を有する支持構造体と、該支持構造体の各棚部に配置された、鉄鋼製造プロセスで発生した塊状のスラグ、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする炭酸固化体、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする水和硬化体の中から選ばれる１種以上の機能性部材とを備えることを特徴とする生態系構築型の海中構造物。
【請求項２】
海底に敷設された高炉水砕スラグ層と、該高炉水砕スラグ層上に設置された高さ方向で複数段の棚部を有する支持構造体と、該支持構造体の各棚部に配置された、鉄鋼製造プロセスで発生した塊状のスラグ、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする炭酸固化体、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする水和硬化体の中から選ばれる１種以上の機能性部材とを備えることを特徴とする生態系構築型の海中構造物。
【請求項３】
さらに、支持構造体の周囲の海底又は高炉水砕スラグ層上に、ブロックを積み上げた構造物を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の生態系構築型の海中構造物。
【請求項４】
ブロックが鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする炭酸固化体であることを特徴とする請求項３に記載の生態系構築型の海中構造物。
【請求項５】
支持構造体が水深１０ｍ以上の海域に設置されるとともに、支持構造体の最上段の棚部が水深が５ｍ以浅に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれに記載の生態系構築型の海中構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋生物の生育・生息に好適な場を提供し、天然の沿岸岩礁部と同等又はそれ以上の生態系を定着させることができる生態系構築型の海中構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から魚の稚仔やアワビ、サザエ、ウニ等の有用水産資源の増殖のために藻場（藻礁）の保全や造成が行われてきた。従来技術としては、海藻着生基盤として天然石などを海底に沈設する方法や、大型藻類の着生を阻害する漂砂の堆積を防止するための構造物を沈設する方法などが知られている。
【０００３】
一方、人工の魚礁は、魚類の生息場所となる岩礁等のような空間（魚類が隠れることができる空間）を提供する構造物や、海老、アワビ、サザエ、ウニ等が入りやすい特定寸法の空間を提供するものとして開発されてきた。従来、人工の魚礁としては、コンクリート製や鋼製のものが知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−１０３８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のように特定種の生物（動物、植物）の増殖を狙いとした技術は、沿岸海域における動植物の生態系全体を考慮したものではないため、衰退した沿岸海域での生態系を回復させるという長期的な観点からみた場合、十分な成果を挙げることはできない。すなわち、沿岸海域の環境保全やこれに伴う水産資源の確保を究極的に実現するためには、特定の動物或いは植物のみに好ましい条件を与えるのではなく、本来の沿岸岩礁部に近い環境を提供し、天然の岩礁や藻場に存在する生態系全体を回復させる必要がある。
【０００５】
また、従来技術の魚礁ように、単に魚介類が隠れることができる空間を提供するだけの構造物では、多くの場合、魚介類の一時的な隠れ家となるだけで、魚介類の産卵や繁殖にはほとんど寄与できず、水産資源の増加にはつながらない。また、仮に魚礁に多くの魚介類が住みついた場合には、魚介類の排泄物や死骸などが海底に堆積して海底がヘドロ化し、底質・水質環境が悪化するという問題を生じる。
【０００６】
したがって本発明の目的は、海洋生物の生育・生息に好適な場を提供し、天然の沿岸岩礁部と同等又はそれ以上の生態系を定着させることができるとともに、魚介類や海藻類などの有用水産資源を積極的に増加させ且つ底質や水質の環境も保全することができる海中構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
[1] 海底に設置された高さ方向で複数段の棚部を有する支持構造体と、該支持構造体の各棚部に配置された、鉄鋼製造プロセスで発生した塊状のスラグ、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする炭酸固化体、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする水和硬化体の中から選ばれる１種以上の機能性部材とを備えることを特徴とする生態系構築型の海中構造物。
[2] 海底に敷設された高炉水砕スラグ層と、該高炉水砕スラグ層上に設置された高さ方向で複数段の棚部を有する支持構造体と、該支持構造体の各棚部に配置された、鉄鋼製造プロセスで発生した塊状のスラグ、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする炭酸固化体、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする水和硬化体の中から選ばれる１種以上の機能性部材とを備えることを特徴とする生態系構築型の海中構造物。
【０００８】
[3] 上記[1]又は[2]の海中構造物において、さらに、支持構造体の周囲の海底又は高炉水砕スラグ層上に、ブロックを積み上げた構造物を備えることを特徴とする生態系構築型の海中構造物。
[4] 上記[3]の海中構造物において、ブロックが鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする炭酸固化体であることを特徴とする生態系構築型の海中構造物。
[5] 上記[1]〜[4]のいずれかの海中構造物において、支持構造体が水深１０ｍ以上の海域に設置されるとともに、支持構造体の最上段の棚部が水深が５ｍ以浅に位置することを特徴とする生態系構築型の海中構造物。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の海中構造物によれば、高さ方向で複数段の棚部を有する支持構造体に支持された機能性部材（鉄鋼製造プロセスで発生した塊状のスラグ、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする炭酸固化体、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする水和硬化体の中から選ばれる１種以上）が、それらが配置された棚部の水深などに応じて海藻着生基盤、魚礁、栄養塩供給（溶出）源等として有効に機能し、これらの機能によって、珪藻類や海藻類の増殖、動物プランクトンの増殖、魚介類の餌場・隠れ家・産卵場として好適な環境の出現、魚介類の増殖、といった一連の事象が直接的又は連鎖的に実現され、その結果、天然の沿岸岩礁部と同等又はそれ以上の生態系を構築することができ、魚介類や海藻類などの有用水産資源の漁場としても高い有用性を有する。
さらに、請求項２に係る発明によれば、海中構造物の最下層となる高炉水砕スラグ層がベントスの好適な生息環境となるため、海中構造物に生育・生息する海洋生物の排泄物、死骸、老廃物などが水底に沈降しても、高炉水砕スラグ層に生息するベントスがこれらを処理し、このため水底での有機物の堆積が抑えられ、底質や水質の環境も保全することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の海中構造物の一実施形態を示すもので、この海中構造物は、海底１に設置された高さ方向に複数段の棚部３０を有する支持構造体３と、この支持構造体３の各棚部３０に配置された特定の機能性部材４と、支持構造体３の周囲にブロック５０を積み上げることにより構築された構造物５とから構成されている。
前記支持構造体３は、機能性部材４を配置（載置）できるような複数段の棚部３０を有する構造であればよく、その材料や構造は任意であるが、海中構造物内外での海水の流出入や魚介類の出入り、構造物内側での大型海藻類の生育性などを考慮すると、鋼材等をフレーム状に組み立てた構造体（例えば、櫓状の構造体）とし、各棚部３０に機能性部材４を配置できる支持材（板又は格子など）を設けた構造が好ましい。この場合、材料としては鋼材等の金属材のほか、コンクリート、木材、プラスチック等を用いてもよい。
【００１１】
前記機能性部材４としては、鉄鋼製造プロセスで発生した塊状のスラグ、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする炭酸固化体（主原料である粉粒状のスラグを炭酸化反応で固結させて得られた炭酸固化体）、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを主原料とする水和硬化体（主原料である粉粒状のスラグを水和硬化させて得られた水和硬化体）の中から選ばれる１種以上が用いられ、これらの部材は海藻着生基盤、魚礁、栄養塩供給（溶出）源などとして機能する。鉄鋼製造プロセスで発生したスラグ（以下「鉄鋼スラグ」という）は適量の鉄分及び珪酸を含んでおり、したがって、鉄鋼スラグやこれを炭酸化反応で固結させて得られた炭酸固化体からは、珪藻類や海藻類の生育に有効な珪酸や鉄分などの栄養塩が海中に溶出する。したがってまた、これらの部材（特に、鉄鋼スラグの炭酸固化体）は海藻着生基盤としても有効に機能する。
【００１２】
塊状の鉄鋼スラグは、海藻着生基盤や魚礁としての機能の面から、粒径が３０ｍｍ以上のもの（ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定する呼び寸法が３０ｍｍの網ふるいを用いてふるい分けした際の“ふるい上”のスラグ）が好ましい。塊状の鉄鋼スラグとしては、例えば、高炉で発生する高炉徐冷スラグ（但し、この高炉徐冷スラグは水中でＳが溶出しないようにするため、十分にエージング処理したものが好ましい）、溶銑予備処理、転炉脱炭精錬、鋳造、電気炉精錬などの工程で発生する製鋼スラグ（脱燐スラグ・脱硫スラグ・脱珪スラグなどの溶銑予備処理スラグ、脱炭スラグ、鋳造スラグ、電気炉スラグなど）、鉱石還元スラグなどが挙げられ、これらの２種以上を用いてもよい。
【００１３】
また、これらのスラグ中でも特に製鋼スラグが好ましく、そのなかでも特に脱炭スラグ（転炉スラグ）、脱燐スラグが好適である。製鋼スラグ（特に、脱炭スラグ、脱燐スラグ）は塊状のものが得られやすい。
塊状の鉄鋼スラグは、溶融スラグを冷却固化後、重機などまたはクラッシングプラントにより適宜な大きさに破砕し、例えば所定の篩い目の篩を用いて整粒することにより得ることができる。また、粒径の大きい製鋼スラグを得る方法としては、冷却固化させる時に、溶融スラグをヤードなどに流して、その厚みを厚くするなどの方法を採ることができる。
また、製鋼スラグをはじめとする各種のスラグは、水和処理、炭酸化処理、エージング処理、水和硬化、炭酸化硬化などを経たものを用いてもよい。
【００１４】
鉄鋼スラグを主原料とする炭酸固化体としては、例えば特許第３１７５６９４号で提案されている、鉄鋼スラグを主原料とする粉粒状原料を炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ３（場合によっては、さらにＭｇＣＯ３）を主たるバインダーとして固結させ、塊状化させたものを用いることができる。また、鉄鋼スラグとしては、高炉で発生する高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ、予備処理、転炉、鋳造等の工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグ等の製鋼スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグ等を用いることができる。
【００１５】
このような鉄鋼スラグを主原料とする炭酸固化体は、特に、スラグ中に含まれるＣａＯ（又はＣａＯから生成したＣａ（ＯＨ）２）の大部分がＣａＣＯ３に変化するため、ＣａＯによる海水のｐＨ上昇を防止でき、また、全体（表面及び内部）がポーラスな性状を有しているため表面に海藻類が付着し易く、しかも海藻類の成育促進に有効な成分（珪酸や鉄分など）が海水中に溶出しやすいことから、海藻着生基盤として特に有効に機能する。
【００１６】
また、鉄鋼スラグを主原料とする水和硬化体は、鉄鋼スラグを主原料（骨材及び／又は結合材）として含む原料を水和硬化させて得られるものであり、鉄鋼スラグとしては、先に挙げたような各種スラグ、すなわち高炉で発生する高炉水砕スラグや高炉徐冷スラグ、予備処理、転炉、鋳造等の工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグ等の製鋼スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグ等を用いることができる。水和硬化体（ブロック）は、原料を水と混練後、型枠に入れ、通常１〜４週間養成することによって製造される。
なお、水和硬化体に用いる結合材としては、上述した高炉水砕スラグの微粉末などの他にシリカ含有物質（例えば、粘土、フライアッシュ、ケイ砂、シリカゲル、シリカシューム）、セメント、消石灰、ＮａＯＨなどを適宜組み合わせて使用することもできる。
【００１７】
前記構造物５は、魚礁や海藻着生基盤としての機能の他に、支持構造体３の周囲において海底側から海面側への湧昇流を起こすために設置される。一般に、海面に近い浅い水深の海水は珪藻類や海藻類の生育に必要な栄養塩が不足しがちである。このため構造物５により支持構造体３の周囲で湧昇流を生じさせ、海底側に存在する栄養塩や上記機能性部材４から溶出した栄養塩（珪酸、鉄分等）を、珪藻類や海藻類の生育場となる水深の浅い領域に移動させるものである。
構造物５を構成するブロック５０としては、コンクリートブロックなどの任意のもの用いることができるが、上述した栄養塩供給源や海藻着生基盤としての適性からして、鉄鋼スラグを主原料とする炭酸固化体又は／及び鉄鋼スラグを主原料とする水和硬化体が好ましく、そのなかでも鉄鋼スラグを主原料とする炭酸固化体が最も好ましい。構造物５の高さは特に制限はないが、湧水流を生じさせるという機能面からは１０〜１５ｍ程度が好ましい。
【００１８】
支持構造体３を設置する海底に特別な制約はないが、例えば、水深１０ｍ以上、好ましくは水深２０ｍ以上の海底に設置するとともに、支持構造体３の最上段の棚部が海藻類が光合成により生育可能な７ｍ以浅、好ましくは５ｍ以浅の水深に位置するようなものとすれば、支持構造体３の上段側の棚部３０に配置された機能性部材４が主に栄養塩供給源や海藻着生基盤として有効に機能し、一方、支持構造体３の下段側の棚部３０に配置された機能性部材４が主に魚礁として機能するため、生態系を定着させる上で機能性の高い海中構造物とすることができる。
【００１９】
図２は、本発明の海中構造物の他の実施形態を示すもので、この海中構造物は、海底１に敷設された高炉水砕スラグ層２を有し、この高炉水砕スラグ層２上に上記支持構造体３が設置されたものである。その他の構成は、上記図１の実施形態と同様である。
高炉水砕スラグは鉄鋼スラグの１種である高炉スラグを水砕化処理して固化させた粉粒状のスラグであり、その粒径は海砂よりも大きく（通常、Ｄ５０が１．０〜２．０ｍｍ程度の粒度）、また真比重も海砂に較べてやや大きい。さらに、高炉水砕スラグは、その製造上の理由から多孔質組織のガラス質であり、且つスラグ粒子が角張った形状（表面に多数の尖った部分を有する形状）を有している。
【００２０】
高炉水砕スラグとしては、生成ままのもの、地鉄（鉄分）除去したもの、軽破砕などの破砕処理したもの、地鉄除去の前又は後に軽破砕などの破砕処理したもの、炭酸化処理により表面に炭酸皮膜を形成したもの、などのいずれを用いてもよい。高炉水砕スラグは鉄鋼製造プロセスで大量に発生するものであるため、安価に且つ大量に入手することができる材料である。
高炉水砕スラグ層２の厚さは特に制限はないが、通常１０ｃｍ以上、より望ましくは３０ｃｍ以上が好ましい。
【００２１】
以上述べたような各実施形態の海中構造物によれば、機能性部材４（塊状の鉄鋼スラグ、鉄鋼スラグを主原料とする炭酸固化体、鉄鋼スラグを主原料とする水和硬化体の中から選ばれる１種以上）から珪酸や鉄分などの栄養塩が海中に溶出する。このため水深の浅い領域では珪藻類などの植物プランクトンが増殖し、その結果、植物プランクトンを捕食する動物プランクトンの増殖→動物プランクトンを捕食する小魚などの小型魚介類の増大→小型魚介類を捕食する大型魚類の増大、という食物連鎖による生態系が出来上がる。また、海藻類が生育に利用できる光の届く範囲（水深５〜７ｍ以浅）に設置された機能性部材４は好適な海藻着生基盤となって海藻類が着生・繁茂し、この海藻類が魚介類の餌場や産卵場所となり、水産資源のさらなる増殖をもたらす。また、光が届かない場所に配置された機能性部材４は、栄養塩供給源となるとともに、魚礁（魚介類の隠れ場所）として機能する。
【００２２】
また、図２の実施形態では、高炉水砕スラグ層２がゴカイ等のベントスに好適に生息場所を提供する。すなわち、上述したように高炉水砕スラグは多孔質組織のガラス質であり、且つスラグ粒子が角張った形状を有しているため、高炉水砕スラグ層２はスラグ間隙が大きく、通水性に優れている。このためスラグ間隙の水が入れ替りやすく、この間隙での溶存酸素濃度が十分に確保される。また、ガラス質のスラグ粒子から微量のＣａ分が長期間にわたってゆっくりと溶出することで間隙水中のｐＨが８．５程度に維持され、これにより硫酸還元菌による硫化水素の発生が長期間にわたり効果的に抑制される。以上の点から、高炉水砕スラグ層２はゴカイ等のベントスにとって好適な生息場所となる。したがって、海中構造物で生育・生息する海洋生物の排泄物、死骸、老廃物などが水底に沈降しても、高炉水砕スラグ層２に生息するベントスがこれを捕食・分解し、水底に有機物が堆積することが適切に抑えられる。また、高炉水砕スラグは多孔質であるため、有機物を分解する微生物が付着しやすく、このため高炉水砕スラグ層は微生物による有機物の分解能にも優れている。
【００２３】
また、支持構造体３の周囲に配置された構造物５は、魚礁や海藻着生基盤として機能するほかに、海底側から海面側への湧昇流を生じさせ、珪藻類や海藻類の生育に必要な栄養塩が不足しがちな水深の浅い領域へ、海底側に存在する栄養塩や上記機能性部材４から溶出した栄養塩（珪酸、鉄分など）を移動させる。
以上の結果、本発明の海中構造物の内部及びその周辺には、天然の沿岸岩礁部と同等又はそれ以上の生態系が定着し、有用水産資源の漁場としても有用なものとなる。
【実施例】
【００２４】
［実施例１］
以下のような海中構造物を、同じ沿岸海域の水深２０ｍの海底に約５０ｍの間隔を設けて設置した。
(1)本発明例１
海底に、上下４段の棚部を有する高さ約１５ｍの支持構造体（底部のサイズ：１０ｍ×１０ｍ）を直に設置し、各々の棚部に塊状製鋼スラグ（粒径：３０〜８０ｍｍ）とスラグの炭酸固化体ブロック（サイズ：１ｍ×１ｍ×０．５ｍ）とを、上段側からそれぞれ５個、７個、９個、１２個ずつ配置し、最下部の海底面にはそれぞれ１５個ずつ設置した。
【００２５】
(2)本発明例２
海底に厚さ３０ｃｍ、直径約２０ｍの高炉水砕スラグ層を設け、この高炉水砕スラグ層の中央に、本発明例１と同様の支持構造体を設置するとともに、この支持構造体の各棚部に本発明例１と同様の塊状製鋼スラグとスラグの炭酸固化体ブロックを配置した。
(3)比較例
海底に従来型の鋼製魚礁を設置した。この鋼製魚礁は、本発明例１の支持構造体と略同様の構造を有する高さ１０ｍの鋼製構造体（底部のサイズ：１０ｍ×１０ｍ）である。
上記各海中構造物を設置してから１年後、約２週間にわたって各海中構造物での海藻類の付着・生育状況、生息する魚介類の種類と個体数、卵等の付着状況等を調査した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2005245341.tif 000003
【００２７】
［実施例２］
以下のような海中構造物を、同じ沿岸海域の水深５０ｍの海底に約１００ｍの間隔を設けて設置した。
(1)本発明例１
海底に、上下４段の棚部を有する高さ４０ｍの支持構造体（底部のサイズ：１５ｍ×１５ｍ）を直に設置し、各々の棚部に塊状製鋼スラグ（粒径：３０〜８０ｍｍ）とスラグの炭酸固化体ブロック（サイズ：１ｍ×１ｍ×０．５ｍ）とを、上段側からそれぞれ５個、７個、９個、１２個ずつ配置し、最下部の海底面にはそれぞれ１５個ずつ設置した。
【００２８】
(2)本発明例２
海底に、本発明例１と同様の支持構造体を設置するとともに、この支持構造体の各棚部に本発明例１と同様の塊状製鋼スラグとスラグの炭酸固化体ブロックを配置した。さらに、支持構造体から２０ｍ離れた２箇所に、スラグの炭酸固化体ブロック（サイズ：１ｍ×１ｍ×０．５ｍ）を積み上げた高さ１２ｍの構造物を配置した。
上記各海中構造物を設置してから１年後、約２週間にわたって各海中構造物での海藻類の付着・生育状況、棲息する魚介類の種類と個体数、卵等の付着状況等を調査した。その結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
2005245341.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の海中構造物の一実施形態を示す説明図
【図２】本発明の海中構造物の他の実施形態を示す説明図
【符号の説明】
【００３１】
１    海底
２    高炉水砕スラグ層
３    支持構造体
４    機能性部材
５    構造物
３０  棚部
５０  ブロック
【図１】
2005245341.tif 000005
【図２】
2005245341.tif 000006