沿岸技術研究センター論文集

No.13(2013)

室戸岬沖における GPS 波浪計の検討について
合田 和弘*・菊地 洋二**・岡崎 裕***・芝 清久*****（一財）沿岸技術研究センター 調査部 研究員**（一財） 沿岸技術研究センター 調査役*** 国土交通省 四国地方整備局 高知港湾・空港整備事務所 港湾施設分析評価官**** 国土交通省 四国地方整備局 高知港湾・空港整備事務所 沿岸防災調査官

室戸岬に設置予定の GPS 波浪計について，GPS 波浪計を構成する各種機器及びブイ並びに陸上局の設置場所を検討するとともに，東日本大震災における GPS 波浪計の課題を踏まえたシステムの改善についても検討を行った．
キーワード : GPS，現地調査，波浪

1. はじめに表-1 GPS 波浪計に関する課題

GPS 波浪計は，港湾整備に必要な沖合波浪を取得するため，平成 25 年３月現在，全国に 15 基設置されている．
平成 23 年３月 11 日に発生した東日本大震災において，沿岸への津波到達時刻より約 10 分早く津波を観測したことから，沿岸域での津波への対応にも活用できることが確認された．今後予想される南海トラフ地震等によって津波被害が想定される四国では，３箇所目となる室戸岬沖にも設置が予定されている．
本検討では，東日本大震災において生じた GPS 波浪計に関する課題について整理し，対応策を検討した．
その検討結果を踏まえ，室戸岬沖に設置が予定されている GPS 波浪計の基本仕様及び陸上局の設置位置の検討を行った．

2. GPS 波浪計の機能改善・向上方策
2.1 現行システムの課題整理
GPS 波浪計の機能改善・向上方策の提案及び基本設計に際し，（独）港湾空港技術研究所等へヒアリングを行い，そのヒアリング結果等から東日本大震災の地震・津波によって生じた GPS 波浪計に関する課題等について整理した．その課題の一覧を表-1 に示し，以降にその一部の課題への対応について示す．

2.2 ブイ形状の改良
ブイ形状の改良（案）を，図-1 に示す．
（1）大型船舶による被害の低減
大型船舶等の衝突による被害を低減するために，ブイ径を拡大するとともに，機器室の高さを低くすることで船舶衝突時におけるパネル破損の防止を図る事とする．

図-1 ブイ形状改良案-- 13 --

沿岸技術研究センター論文集

No.13(2013)（2）メンテナンスの向上
現行の機器室を従来の３室から２室に変更し，メンテナンス時の作業時間の効率化を図り，また，機側室上に櫓を１段追加するとともに，機器室スペース及び甲板面積を拡大し，作業員の乗降や機器搬入作業の安全性及び作業効率の向上を図る．
（3）ブイ重量の低減
従来のブイより尾筒を無くし，ブイ全体重量の低減を図る．また，尾筒内へのバラスト充填も不要となり，工期短縮やコストダウンが可能となる．

GPS 波浪計の設置地点は，室戸岬灯台周辺を陸上局候補地とし検討した．
（1）GPS 波浪計の適地選定
海岸地形による遮蔽は，予め提示されている南側の沖合で問題が無いことは地形より明らかである．
設置水深の選定にあたり，GPS 波浪計は沖合波浪観測を行う目的から海岸地形の影響をうけない水深を選定する必要がある．そこで，当該海域周辺で波浪観測がされている波浪観測地点（高知港，室津港）を対象に波の出現状況を整理した（表-2）．出現率が 99%以上となるような周期を求めたところ，周期が 14s となった．対応する波長は，g/2π×(周期)2（g：重力加速度=9.8m/s2）で計算され，306m となることから，設置水深の目安として，150m 以上とした．
また，これまでの GPS 波浪計のアンカー設置実績から，海底勾配は 1/20 以下を目安とした．
表-2 室戸岬沖周辺の周期出現状況

2.3 大規模災害時におけるデータ取得について
GPS 波浪計にて観測された波浪等のデータは，図-2に示すように，GPS 波浪計→陸上局→観測局→観測セン
ターの経路で送信され，観測センターで処理されたデータは，観測値として NOWPHAS 等のウェブページにて公開されている（平成 25 年２月現在）．
観測センター（港湾空港技術研究所）

双方向無線通信GPS波浪計

陸上局

広域ネット
ワーク

観測局観測情報を一般公開

デジタル専用回線

図-2 沖合観測情報 配信経路図（平成 24 年２月現在）
東日本大震災では，地震等により主に陸上局から観測局（観測局から観測センター）間の専用回線の断線により，データ伝送が停止したことが判明している．
また，現行システムによる電源のバックアップ機能は24 時間となっており，それ以降は電源の復旧が困難だ
ったため，システムが停止した状態となっていることが分かっている．
回線の二重化は，従来の通信方法の他に，衛星回線を活用し，陸上局から観測センターの通信が現在，整備されており，本検討においてもそれを採用した．
陸上局の電源強化については，消防法で制約される燃料の貯蔵量（例 軽油の場合：1,000ℓ ）を超えると消防法に基づく許可が必要となり，取り扱う場合，危険物取扱者が必要となるため，その貯蔵量を超えない規模とした．また，災害発生後に給油が可能となるまでの期間想定は，東日本大震災における東北電力管内での停電実績が宮城県を除き，約３日で 90%程度の復旧となっていることから３日程度と想定し，出力：５kVAの非常用発電装置とした．

波浪観測点

観測数（回）

室津港
高知港

有義波周期未超過出現率※1

波長

統計期間

周期T 1/3（ｓ）

未超過
観測数（回）

出現率 L （m）（％）

80,3231479,889

99.5

306 21年間（1990年～2010年）

58,28414

58,06099.6

306 15年間（1996年～2010年）※1：各観測地点において設定している周期以下の波浪出現率（2）陸上局からの距離
陸上局からの距離は，現行システムにおいて RTK-GPSの性能として要求される観測精度（誤差：1cm 程度）から，20km 以内を基準として検討されているため，本検討においても陸上局から 20km 以内とした．
（3）各種条件の評価①海底地盤状況
図-3 に示す底質分布図より海底の底質は砂質土
岩R
礫G

礫・砂GS
粗砂
ｃS

砂S
細砂
fS

砂・礫
SG
砂・泥SM

泥・砂MS貝殻Sh

泥M

砂泥SM

細砂fS

室戸岬周辺
岩R

泥M

貝殻Sh

泥砂MS
粗砂cS

3. GPS 波浪計及び陸上局の設置位置の検討

泥M
砂泥SM

3.1 GPS 波浪計の設置地点の検討

灯台まで 20km

図-3 室戸岬沖付近の底質分布図-- 14 --

沿岸技術研究センター論文集が広く分布しているが，水深が浅い箇所では岩が露出している箇所がある．実績の多いダンスフォース型の係留アンカーを採用する場合には，岩盤部では引っかかりが不足し，係留アンカーが動いてしまう可能性があるため，砂地盤を対象とした．
②漁船操業海域
漁船操業海域（サンゴ採取漁）は，水深 200m 以深が禁漁区域となっていることから，水深 200m 以深を目安とした．
③船舶の航行状況
GPS波浪計が船舶航行の障害にならないように第五管区海上保安本部高知海上保安部から提供された AIS による船舶航跡図より海域の選定を行った．
図-4 にその一部を示す．年間を通じて航行量が多い海域を黄色，比較的少ない海域を緑色で囲っている．室戸岬南側の沖合では，沖合 10km 付近までは航行量が多く，10km～20km 付近は，比較的少なくなっていることから，その 10km～20km 付近を目安とした．

図-4 室戸岬沖周辺の AIS データによる航跡図（4）設置地点の選定（1）～（4）の検討結果を踏まえ，図-5 に示す地点を設置候補とした．

No.13(2013)

3.2 陸上局設置位置の検討（1）陸上局候補地の選定
陸上局候補地を，前項で選定した波浪計設置候補を対象に机上より数箇所抽出した（図-6）．その抽出した箇所について以下の着目点を考慮し，現地調査を行った．

図-6 陸上局候補地位置図
・GPS 波浪計と陸上局が見通せる
・仰角 10 度以上に上空視界を遮る障害物が無い
・周囲に GPS 衛星からの電波多重反射（マルチパス）を起こす障害物が無い
・電源，電話等通信回線の有無
・局舎の設置スペースの有無
・施工性（搬入路等の作業環境も含む）
以上の着目点から，比較検討を行い，「室戸岬 特別気象観測所」を候補地とした．
（2）陸上局設置案の検討
前項で選定した特別気象観測所は，気象レーダーがあるため，陸上局の GPS アンテナと干渉しないよう，気象レーダーのフレネル領域の範囲からアンテナ設置限界高について検討し，観測所敷地内の設置位置を選定した．
結果を図-7 に示す．気象レーダーのフレネル領域幅が８m であることから，観測所より地盤が-2.3m 低い場所に設置案を提案し，アンテナ設置高さを地盤より 12.1mとした．

図-7 気象レーダーのフレネル領域とGPS アンテナ相関図

4. GPS 波浪計の基本仕様の検討
GPS 波浪計及びその係留設備は，波浪計の設計条件に対して十分な安全性と所要の動揺特性を満足する必要があるため，前項までの検討を踏まえ，GPS 波浪計の基本仕様について概略検討を行った．
図-5 設置候補海域位置図-- 15 --

沿岸技術研究センター論文集

No.13(2013)

4.1 設計条件
ブイ本体の設計条件は以下のとおりである．
① ブイ本体の構造形式：鋼製ブイ② アンテナ高さ：喫水面から８m 以上③ 係留方式：1 点係留方式④ 鉛直運動固有周期：６秒以下⑤ GPS 波浪計伝送データ
・ブイの X，Y，h 座標 ・ブイの２軸傾斜・管理情報（GPS 波浪計の状態監視用）
また，本検討で設定した気象・海象条件を表-3 に示す．

表-3 気象・海象条件
項目

内容
設置水深
約290m
海底地質
砂質（貝殻混じり砂）設計波
H 1/3=15.8m
・有義波高 H 1/3・有義波周期 T 1/3
T 1/3=17.8s
風速60.0m/s
・10分間 U 10
流速2.6m/s・海水流速（潮流速）
付着物の重量を考慮する。
付加荷重
着氷については、考慮しない
設置箇所近傍の気象庁アメダスデータまたは日照条件
NEDOの全国日射関連データマップ等により設定する。

4.2 係留系の仕様検討
係留設備は一点係留とし，尾筒の先端に係留環を設けて係留索がねじれない構造とした．係留索には，“チェーンのみ”と“チェーンとワイヤーケーブルの組合せ”があり，本検討では水深を考慮し，“チェーンとワイヤーケーブルの組合せ”とし，海底面接触部とブイの係留環至近は繰り返し磨耗が発生しやすいため，チェーンとした．
これまでの検討を踏まえ，GPS 波浪計の一般配置図を図-8 に示す．

4.3 沖合波浪観測システムの構成
本検討における沖合波浪観測システムの構成は，2.3で採用した通信回線の二重化を踏まえ，図-9 に示すシステム構成（案）とした．

5. おわりに現在設置又は設置予定の GPS 波浪計は，10 年耐用で検討されており，これまでに設置されている 15 基は，設置から約５年以上経とうとしている．そのような波浪計については，維持管理や交換が必要となってくるため，それらについて更なる検討が必要と思われる．

図-8 GPS 波浪計一般配置図
送受信アン テナ
観測セン ター（別途構築）

GPSアン テナ
監視セン ター（別途構築）
GPS波浪計インターネット VPN

謝辞

広域ネット ワーク
送受信ア ンテ ナ

本稿は，国土交通省四国地方整備局高知港湾・空港
事務所発注の「平成 23 年度 室戸岬沖 GPS 波浪計基本設計」の成果の一部をまとめたものである．検討に際し，事務所関係者には，貴重なご意見，ご指導をいた
だき，ここに厚く御礼申し上げます．

表示装置
データ伝送・処理装置

RTK-GPS関連機器
データ伝送・処理装置
デジ タル専用線

衛星通信ア ンテナ

衛星通信装置【観測局】
衛星回線（二重化）

参考文献

GPSアン テナ

【陸上局】

図-9 沖合波浪観測システム全体構成図

1) 国土交通省四国地方整備局高知港湾・空港整備事務所：
室戸岬沖 GPS 波浪計基本設計 報告書 （平成 24 年９月）-- 16 --