沖波、静穏度、漂砂等に関する調査研究

リーフ上の漁港構造物設計の考え方と課題
業務名
委託者
担当者

1.

漁港構造物設計の手引作成業務（13-560）
沖縄県
滑川順、（佐藤勝弘）

調査の目的
沖縄県では、高波浪時に発生するリーフ上の特異な波浪・水理現象（波浪・流れ、サーフビート（波群津波））を考慮に入れた設計指針を確立することを目的とし、平成３年から平成９年度までリーフ上の波浪観測を行い リーフ上における波高・水位上昇量算定式中の各係数の見直し 、 天端高・防波堤に作用する波圧算定においてサーフビート効果の導入 等を行い、「漁港の技術指針（1999年版）」（黒本（1999））に取り入れられ、実設計に使用されている。
また、従来の設計法ではサーフビートを取り入れた場合の波圧算定式はなく、設計波高として短周期波波高とサーフビートの波高の最大値をエネルギー合成した波高を用いて従来の波圧算定式を使用する便宜的な方法を用いており、今後の課題として残っていた。このことから、平成11年から平成12年度には水理模型実験により、リーフ上の波浪特性と波圧特性の関係を明らかにすると共にサーフビートの影響を考慮した波圧算定の検討を行い、 その作用波力は短周期成分・長周期成分の各成分に分けそれぞれに算定し、同時性を考慮したそれらの和として求められることが分かり、従来法に比べ合理的な波圧算定式の提案が行なわれた。この成果はリーフ上の構造物設計時の波力算定法として設計指針あるいは設計手引きに取り入れられ、実設計での利用が始まるものと期待される。
ここで、黒本（1999）に基づく設計法（現行設計法）と新提案の波圧算定式による漁港構造物の設計（新設計法（案））について、特にサーフビートの取扱いについて、工種別に整理し具体的に示すとともに、実設計における課題についても示したものである。また、現在、澪すじや航路等の影響を受ける港口部でのリーフ上における波高・水位上昇量の算定式の適用性や港内サーフビートの取扱いが明確でなく、港口部での入射波高並びに港内サーフビートを適切に算定できないことから、港内施設の設計について、統一が図られていない状況がみうけられることから、港内施設の設計についての問題点を整理し、設計にあたっての基本的な考え方（仮定）に基づいた運用上の取り決めの提案を行なった。
2.

現行設計法と新設計法（案）
現行設計法は黒本（1999）の波圧算定式に基づくもので、新設計法（案）は平成11〜12年度調査により提案される波圧算定式による新しい設計法に基づくものである。
現行設計法と新設計法（案）での、設計条件（設計波、設計水位）、天端高算定、波圧算定法に関して、各工種での取扱い指針・基準と考え方および課題を表−１に示した。
現行設計法と新設計法（案）の概要は下記のとおりである。
【現行設計法】
・リーフ上の波浪変形は、平成３年〜９年にリーフ上の波浪の現地観測を行い、「漁港構造物標準設計法（1990年版）」（旧黒本（1990））の波高および水位上昇量の算定式を「黒本（1999）」記載のとおり修正した算定式により算出する。
・サーフビートは、換算沖波波高（Ho'）≧５ｍの場合に影響を考慮するものとし、サーフビートの最大波高（HL）の1/2を考慮し漁港施設の天端高を決定するものとする。
・波圧強度については、従来の設計法では長周期波を考慮した波圧算定式がないため、サーフビート

113沖波、静穏度、漂砂等に関する調査研究の最大波高（HL）とリーフ上の波浪変形による短周期波の波高（HI）のエネルギー合成波高（H'）
を用いて、直立壁前面の水深により砕波領域あるいは重複波領域に区分し、通常の海岸における波圧算定式（広井式、サンフルー式）をそのまま適用する。
【新設計法（案）】・波圧強度は短周期波の波高（HI）とサーフビート（長周期波）の振幅の標準偏差（ηrms）により、個々に算定した短周期成分、長周期成分の波圧の重ね合わせとして算定する。
・サーフビートについては換算沖波の波高（Ho'）の大きさに関わらず考慮する。
・波圧算定式は、直立壁前面の水深による砕波領域あるいは重複波領域の区分は行わずに同一の波圧算定式を適用する。
3.

港内施設設計の取り決め（案）
リーフ上の漁港構造物の設計においては、「漁港の技術指針（1999年版）」（黒本（1999））に基づき、サーフビート（長周期波）を考慮するものであるが、港口部の波高並びに港内のサーフビートを適切に算定できないことから、港内施設の設計については、次の考え方（仮定）に基づいた取り決め（案）を持って運用することが考えられる。
なお、現在は港内サーフビートの適切な算定を行うための条件設定や適切な算定方法等が明らかでないが、これは、港内水理の観測調査等を実施することでこと解明されるものである。
【港内施設設計の基本的な考え方】
q港内の水位上昇量はリーフ上の波高、水位の算定式で求まる値とする。
（黒本（1999））
設計水位=H.W.L+η1+η2⇒水位上昇は局所的な現象ではなく、港外、港内とも同様に生じるものと考える。
wリーフ奥の澪筋や航路に位置する港口部での算定式の適用性や港内のサーフビートの取扱いについては明確でないので、経験的資料による安全性の確認ができない場合は現地観測や水位模型実験等を勘案して決定するものとするが、それに寄り難い場合の施設設計は、適切な評価や取扱いが行える場合よりも安全側のものとなることを原則とする。
例えば、H1999=√（HI2+HL2）＞H1990
Ｈ1999 ：「黒本（1999）」のリーフ上の波高・水位の算定式よる波高：HIとサーフ
ビートの波高：HLの合成波高
H1990 ：「旧黒本（1990）」のリーフ上の波高・水位の算定式よる波高⇒詳細な検討や適切な取扱いと評価を行うことで、より無駄の無い（経済的な）断面となる。
e次の場合には、既存施設の設計等に用いた方法（例えば、「漁港構造物標準設計法（1990年版）」（旧黒本（1990））により設計波高を算定してよい。
q既設施設の被災等の経験的資料から施設安全性が確認できる場合
w港口域の地形（航路や澪すじ等）や経験的資料により判断し、黒本（1999年）の算定式の適用が不適当と判断される場合
e施設の安全設計において、短周期波の寄与が明らかに重要な場合（例えば、浮桟橋の構造設計）や長周期波の影響評価が不明な場合（例えば、港内静穏度）⇒ 航路や澪すじ等の影響を受けるような港口域においては、黒本（1999）のリーフ上の波高算定式の適用性は不明であり、実情に則さない危険性が大きい。
rサーフビートの影響も考慮する必要性がある施設（例えば、港口に近く、外郭防波堤と同様の条件下にある波除堤）の設計ではサーフビートと黒本（1999）から求まる短周期波の波高のエネルギー合成波高を用いることとするが、３．のq、wに述べた状況を考慮し、旧黒本（1990）の算定式

114

沖波、静穏度、漂砂等に関する調査研究（係数）による波高を用いてもよい。
但し、旧黒本（1990）による波高を用いる施設設計（安定検討）を行なう場合には、黒本（1999）による合成波高での検討も併せて行い、その差異を明確にしておくこととする。
【留意点】
・黒本（1999）のリーフ上の波高・水位の算定式は、リーフ域について現地観測を行い、その結果を基に、旧黒本（1990）の係数を見直したものであり、港口部のような航路や澪すじの影響を受ける域における適用性は不明である。また、リーフ奥での波高は旧黒本（1990）での算定式による波高より50％程度低くなり、実状に則さない場合もある。
・黒本（1999）の設計法ではサーフビートを考慮した波圧算定ができないため、便宜的にリーフ上の波浪変形により求まる波高：HIとサーフビートの推定波高：HL=0.15Ho'の合成波高：H=√（HI2+HL2）を用い、通常の海岸での波圧算定式を適用している。
・換算沖波波高：Ho'≧５ｍの場合にサーフビートを考慮するものとし、天端高の決定において0.5×HLを設計潮位に加え、安定計算においては上記の合成波高：H=√（HI2+HL2）と波圧の作用高に0.5×HLを加えることで考慮されるが、港内のサーフビートは、回折や港内共振や反射等の算定、評価方法が明らかでなく、合理的な算定ができない。

s澪筋や航路の影響
・「黒本（1999）」リーフ上の波高・水位上昇量の算定式の適用性が不明
・経験的資料から安全性が確認できる場合や短周期波の寄与が明らかに重要な施設においては「旧黒本（1990）」の算定式を用いてよい

入射波

a「黒本（1999）の算定法
・リーフ上の波高・水位上昇量の算定式
・サーフビートの波高との合成

d港内のサーフビートの適切な取り扱いが不明
・サーフビート回折を1.0として取り扱う・既設施設の経験的資料を考慮する

港内施設の設計域と考え方の模式図

115

沖波、静穏度、漂砂等に関する調査研究

START
q港口域入射波の算定・黒本（1999）によるリーフ上の波高：HIの算定・リーフ上のサーフビート波高：HLの推定［判断資料］
・航路，澪等のリーフ地形等
算定黒本（1999）の算定式の適用が適当［判断資料］
・既存施設の被災事例
・港内サーフビートの状況等

No

Yes
経験的資料から既存施設設計の安全性が確認

NoYes
・黒本（1990）の算定式（係数）による
リーフ上の波高：Hの算定
・サーフビートは考慮しない

w対象施設設計波の算定

・HI の回折係数：KI=回折図等
・HLの回折係数：KL=1.0
・H=√（（HI*KI）２+（HL*KL）２）

・Hの回折係数：K=回折図等
・H=H*KNo
サーフビートの考慮不要が明らか

黒本（1999）条件による施設の設計

Yes
黒本（1990）条件による施設の設計
両条件での設計の比較検討
END
設計条件の検討フロー
4.

今後の課題
現行計法では便宜的に短周期波とサーフビートの最大波高の合成波高を波圧算定に用いることで考慮していたサーフビートの影響について、新設計法（案）ではサーフビートを取り入れた波圧算定式により、リーフ上構造物設計の課題であるサーフビートの波圧（堤体の安定）に及ぼす影響を合理的に考慮できると言える。
一方、新設計法（案）においても、現行設計法から引き続いて、港内施設の天端高算定や安定計算、港内静穏度の検討評価におけるサーフビートの取扱い、澪すじや礁池等の複雑なリーフ地形におけるリーフ上の波の変形の算定式の適用性等が課題として残っている。
今度のリーフ上の漁港施設設計、特に港内施設設計における主な課題をとりまとめると次のとおりである。

116沖波、静穏度、漂砂等に関する調査研究

qリーフ上における波高・水位上昇量の算定
・リーフ上における波高・水位上昇量算定式の複雑なリーフ地形への適用範囲
・数値計算によるリーフ上の波及び水位上昇量算定の適応性と汎用性の検証
wサーフビートの取扱い
・新設計法で用いるサーフビートの振幅ζrmsの算定式の妥当性、適用性
・サーフビートの最大波高HLとサーフビートの標準偏差ζrmsの関係の整合性
e港内のサーフビート
・港内サーフビートの施設設計並びに港内静穏度（漁港利用）に及ぼす影響
・港内サーフビートの算定法と必要な諸元（周期、構造物の反射率等）の設定法
rその他
・消波工（直立消波）の波圧低減効果の考え方
5.

成果の活用
本調査により、リーフ上の漁港構造物設計における現行設計法と新設計法（案）での波浪、特にサーフビートの取扱いの違いを明確に示すと共に、現行設計法に基づき設計が行なわれている現段階で、その取扱いが不明確であった港内施設設計におけるサーフビートの取扱いについて、統一的な考え方に立った運用上の取り決めを提案した。また、新設計法の利用についても、解決を要する課題を明らかにした。
これらの成果により、新設計法の円滑な導入に利用されると共に、現状での港内施設の実設計基準の統一が図られるものと期待される。なお、新設計法においても、汎用的な利用のための課題が明らかにされたことにより、その解明の調査研究が進められることが期待される。
本調査を遂行するに当り、検討会で、琉球大学工学部 津嘉山正光教授、東京大学大学院 磯辺雅彦教
授、水産工学研究所水理研究室 中山哲嚴室長、並びに沖縄県総合事務局、沖縄県農林水産部漁港課の関係各位に有益なご意見やご指導を頂いた。

117

118

２ a潮 位護 s波 浪岸 d天橋高f波圧算定

d天端高s波 浪

項 目工種
1 １ a潮 位
外防郭波施堤設

基本的な考え方

リーフ上の構造物の設計の課題と考え方

現行設計法 ＜「漁港の技術指針（1999年版）および「漁港関係事業標準取り決め事項，Ｈ13年４月，沖縄県」 新設計法（案） ＜Ｈ12，13年度の水理模型実験および現地観測を基に提案された波圧算定式を採用＞に基づく＞
q波高および水位の算定は、黒本（1999年版）の算定式を基本とするが、航路や澪すじの影響等、算定式の適用性に q波高、水位の算定は数値計算により算定する。但し、地形が単純な場合に（計算法の適用性の検討が必要）限界がある域については、既設施設の被災等の経験的な資料を勘案し、既存施設の設計における方法を踏襲する。 は算定式により算定してもよい。
w港内サーフビートの影響は港内共振や反射波の影響を考慮して算定する。
w外郭施設においてはサーフビートの影響を考慮するものとする。
e港内施設においては、港内のサーフビートの取扱いは明確でないので現状の設計では、適切な評価や取扱いが行え （計算条件の設定と計算方法の検討が必要）る場合よりも安全側のものとなることを原則とする。但し、既設施設の被災状況等の経験的な資料により既存施設 e既存施設の被災等の経験的な資料を勘案し、安全性が確認される場合には、当該施設の設計条件および方法を踏襲してよい。の安全性を勘案し、当該施設の設計における方法を踏襲してよい。
考え方（案）
適用に当たっての問題
合理的に適用するための課題
考え方（案）
指針・基準
現行設計法に同じ−−
指針・基準のとおり
設計水位：S.W.L＝H.W.L＋η1＋η2
現行設計法に同じ−−
指針・基準のとおり
η1：気象要因による潮位偏差
・澪や環礁、礁池を有する等の複雑な ・数値計算により算定・数値計算法として想定しているラジ
指針・基準のとおり
η2：水位上昇量
リーフ地形の取扱いにおいて、算定 ・但し、地形が単純な場合には算定式 エイションストレスを考慮した海浜「黒本（1999）」の算定式により算定しても良い。
式の適用には限界がある。
流計算の適用性、汎用性の検討
・澪や環礁、礁池を有する等の複雑な ・数値計算により算定
指針・基準のとおり
q短周期波の波高：HI
リーフ地形の取扱いにおいて、算定 ・但し、地形が単純な場合には算定式 ・数値計算法として想定している海浜「黒本（1999）」の算定式により算定しても良い。
式の適用には限界がある。
流を考慮したエネルギー平衡方程式
・黒本（1999）の算定式から求められ法の適用性、汎用性の検討
る波高はサーフビートの波高と合成して波圧強度を算定するために用い・適用する算定式の検討（黒本（1999）、られる波高であり、リーフ奥での波高山式、津嘉山式）
高は旧黒本の算定式による値の50％程度低く算定される。
−
・安定計算に使用するサーフビート： ・ζrms＝0.06Ho'の適用性の現地検証
指針・基準のとおり
wサーフビート（長周波期）の波高：
サ ー フ ビ ー ト の 標 準 偏 差 ζ r m s ＝ ・HL＝0.15Ho'とζrms＝0.06Ho'との関係
HL＝0.15Ho'
0.06Ho'の整合性
Ho'≧５ｍの場合HLを考慮
・天端高の決定に用いるサーフビート：
サーフビートの波高HL＝0.15Ho'・サーフビートはHo'に関わらず考慮−
指針・基準のとおり
・天端高：R＝S.W.L＋0.5HL＋1.0HI−
天端高：R＝S.W.L＋0.5HL＋1.0HI
Ho'≧５ｍの場合HLを考慮
HLはHo'に関わらず考慮・サーフビートを取り入れた波圧算定 ・短周期波：HIとサーフビート：ζrms
指針・基準のとおり
q安定計算に用いる波高は合成波高−式がないことから、便宜的に通常の 提案波圧算定式では短周期波とサー合成波高＝√（HI2＋HI2）
波圧算定式（広井式、サンフルー式） フビートを個々に扱う。
Ho'≧５ｍの場合HLを考慮を適用している。
・新提案波圧算定式を用いる。
指針・基準のとおり
w波圧算定式
・提案算定式で波圧係数算定に導入し・HIとHLの合成波高もサーフビートを 砕波域・重複波域は区別しない。
堤体前面の水深により砕波域、重複たβ3の算定式の適用の適用範囲
波域に区分して黒本（1999）の波圧算取り入れた場合の波圧算定式がない・消波工、直立消波等による波圧低減定式（広井式、サンフルー式）を適用ことからの便宜的なものである。
効果の考え方e作用高−−新提案算定式による
指針・基準のとおり
S.W.L＋0.5HL上、算定式による・短周期波：S.W.L＋1.2ζrms上、1.25HI
Ho'≧５ｍの場合HLを考慮まで・サーフビート：S.W.L上、1.2ζrmsまで
防波堤と同様防波堤と同じ新設計法の防波堤に同じ
指針・基準のとおり防波堤に同じ防波堤と同様防波堤と同じ新設計法の防波堤に同じ
指針・基準のとおり防波堤に同じ−−
天端高：設計潮位＋αHo'＋0.5HL
指針・基準のとおり
天端高：設計潮位＋αHo'＋0.5HL
設計高潮位はS.W.LないしH.H.W.L
HLはHo'に関わらず考慮
α＝R/Ho'：越波流量による方法、打上げ高による方法、簡便法
Ho'：到達波高HI/浅水係数Ks
Ho'≧５ｍの場合HLを考慮

表−１a

沖波、静穏度、漂砂等に関する調査研究リーフ上の構造物の設計の課題と考え方

現行設計法 ＜「漁港の技術指針（1999年版）および「漁港関係事業標準取り決め事項，Ｈ13年４月，沖縄県」 新設計法（案） ＜Ｈ12，13年度の水理模型実験および現地観測を基にに基づく＞
提案された波圧算定式を採用＞
指針・基準
考え方（案）
合理的に適用するための課題
項 目
考え方（案）
工種適用に当たっての問題
防波堤に同じ
新設計法の防波堤に同じ−
指針・基準のとおり防波堤と同じ2 １ a潮位q港口域入射波
新設計法の防波堤に同じ防波堤と同じ指針・基準のとおり
・黒本（1999）の算定式によるリーフ
港 波 s波浪
内除
防波堤に同じ
奥での波高は旧黒本の算定式による施堤値の50％程度低く算定される。
設
w施設域波浪・港内のサーフビートの共振等の影響
・港内のサーフビートの共振等の影響 ・短周期波波高：Kr・HI・短周期波波高：Kd・HI
指針・基準なしを評価するために適用する算定法を評価するために適用する算定法
短周期波は回折を考慮
短周期波は回折を考慮
・サーフビートの代表周期の設定
・サーフビートの代表周期の設定
・サーフビートの波高・サーフビートの波高
港内共振や反射波の影響を考慮し算 ・構造物の反射率の設定
港内共振や反射波の影響を考慮し算 ・サーフビートのスペクトル形の設定
・構造物の反射率の設定定するものとする
定するものとする
港内の共振や反射波の影響が軽微な
港内の共振や反射波の影響が軽微な場合は回折係数を１として算定して場合は回折係数を１として算定して良い
良い・係船岸に隣接している場合隣接係船−d天端高−
指針・基準のとおり
現行設計法に同じ岸の天端高とする。
・上記によりがたい場合は、防波堤の天端高を標準とするが、周辺施設の天端高も考慮して決定する。
指針・基準なし
・堤内外でのサーフビートによる水位
f波圧算定
・短周期波の回折を考慮しても、サー防波堤に同じ新設計法の防波堤に同じフビートの減衰がないとすると、港 但し、サーフビートの影響が大きな 差の評価と算定方法（合成波高を用いる）内での波圧算定に用いる波高の差が 場合には堤体内外でのサーフビート小さくなる。の水位差を考慮する
防波堤に同じ防波堤と同じ防波堤と同じ新設計法の防波堤に同じ
指針・基準のとおり
２ a潮位
・岸壁の天端高は、一般には潮位及び・港内サーフビートの扱いについて、・港内サーフビートの扱いについて、現行設計法に同じ
指針・基準のとおり
岸 s天端高壁
利用漁船等の船型、利用方法等を調 但し、激浪時の避難等、サーフビー 波除堤と同じ波除堤と同じ査して決定する。
トの影響が顕著な状況下での利用の・なお、天端高は港内における頻度の 場合、サーフビートの港内共振等の高い波浪、異常潮位等によって岸壁 影響に十分留意して決定する。
上に海水が浸入することもあるので十分に留意して決定する。
防波堤に同じ防波堤と同じ−
指針・基準のとおり
新設計法の防波堤に同じ
３ a潮位
−
−
波除堤に同じ新設計法の波除堤に同じ
護 s波浪
岸 d天端高1．２．護岸に同じ波除堤に同じH.H.W.Lを考慮するものとする−
指針・基準のとおり−
現行設計法に同じ
４ a潮位指針・基準なし
防波堤と同じ波除堤に同じ・短周期波の算定に高山式を用いるこ
新設計法の波除堤に同じ
浮 s波浪
桟
但し、ここでのHIの算定は高山式に との他施設との整合性・妥当性
橋よる。
−−
f浮体の強度 強度計算に用いる波高Hmax=1.86H
現行設計法に同じ
指針・基準のとおり
H=Kr・HI計算
d係留計算
・サーフビートによる流体力の取扱い
・サーフビートによる流体力の取扱い
現行設計法に同じ流れは通常考慮しなくて良いが、河指針・基準のとおり口に設置する場合や潮流等の影響が大きい場合には考慮するものとする。
・段波状サーフビートの波力の取扱い
・捨石等の安定に関わる波にサーフビ ・新設計法による短周期波の波高
指針・基準なし
合成波高：H'=√（HI2+HL2）3 １ 捨石等の計算ートを含める妥当性。
（特に港内）
共 に用いる波高・短周期波の算定に高山式を用いるこ ・新設計法による短周期波の波高・サーフビートの算定方法
指針・基準なし
高山の提案係数による波高通 ２ 静穏度を判断する波高との他施設との整合性・妥当性
但し、サーフビートの影響が明確な ・サーフビートの静穏度に及ぼす影響
静穏度の目安は短周期波高
場合にはサーフビートの影響を考慮 の評価方法と基準して判断しても良い。

表−１s

沖波、静穏度、漂砂等に関する調査研究

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