日本沿岸における最大有義波高の経年変化と設計沖波の点検・見直について
A Change in the Maximum Significant Wave Height over the Years and Examination andReview of Design Offshore Wave
加藤広之*・岩瀬浩之**
Hiroyuki KATO and Hiroyuki IWASE*(一財)漁港漁場漁村総合研究所

第 1 調査研究部

上級研究員

**

(一財)漁港漁場漁村総合研究所

第 1 調査研究部

主任研究員

In recent years, an increase in wave height, breaking of the past record of maximum wave height anddamage caused thereby were reported all over Japan, mainly due to global changes of climate andhydrographic conditions.
The design offshore wave forms the foundation for rational design of fishing port facilities, and thus
significant wave height is used for estimating the design offshore wave. Focusing on the annual maximum
significant wave height, we rearranged the annual changes thereof on the coast of Japan. On the basis of
the rearranged results, we considered the effect of the change in the maximum significant wave heighton the design offshore wave in the fishing port areas and the effect of the change in the design offshore
wave on the stability of structures. This paper proposes the techniques of examination and review ofdesign offshore wave for rational design of fishing port facilities based on the consideration results.
Keywords: maximum significant wave height, design offshore wave, rational design, examination andreview

年以内に既往最大有義波高を観測した地点は，全 78 地点
中 53 地点であり，過去 5 年以内に絞っても 35 地点であった．次に全国の波浪観測データのうち 10 年以上観測さ近年，地球規模の気象・海象変動の影響等もあり，全国 れている箇所を抽出し，年最大有義波高の変化傾向を一次で波高の増大や既往最高波高の更新 1),2),3)およびこれに伴 回帰にて整理した．
ここで，
NOWPHS のデータ処理に当たり，
う施設被害が報告されている．
観測データの年間測得率が低い場合や，特定の時期に集中設計沖波は合理的な漁港施設設計の基礎となる条件で 的に欠測が生じた場合など，年最大有義波高を過少に評価あり，設計沖波を推算するには最大有義波高を用いること していると考えられるデータについては，上昇量の算定かから，年最大有義波高に着目し，日本沿岸における年最大 ら除外した．
有義波高の経年変化を整理した．この整理結果を踏まえ，整理事例として図-1 に八戸港，金沢港の例を示す．
最大有義波高の変化による漁港地域の設計沖波への影響と設計沖波の変化による構造物の安定性へ影響について検討を行った．
また，近年の技術進展を反映した沖波の推算方法 4)，5)，6)，7)の整理を行うとともに，今後の設計沖波手法の提案や設計沖波等の設計条件の点検・見直しの標準的な考え方を提案する．

1．はじめに

2．観測資料による波浪の長期変動
波浪の長期変動傾向の解析には，ナウファス(全国港湾
海洋波浪情報網 :NOWPHAS)観測資料を用い，年最大有義波高に着目した．年最大有義波高について，連続観測開始以
前は 2 時間観測統計値，連続観測開始以降は 20 分毎の連続波浪統計値から抽出した．2017 年時点において，過去 10

図-1 年最大有義波高の変化例(八戸港・金沢港)

年最大有義波高はそれぞれ 1 年あたり 6.2cm，2.6cm の有意な増加傾向にあった．
同様にして全国の年最大有義波高の変化傾向を整理した結果を図-2 に示す．全国的に上昇傾向にあり，特に日本
海側に比べ太平洋側の上昇量が大きいことがわかる．
なお，図には，上昇量に対する t 検定から有意水準 5%で統計的に有意(p <0.05)と判断された地点に*印を付している．ただし，抽出された最大有義波高のデータはナウフ
ァスの機器や位置の変化や欠測などの影響については考慮しておらず，真の変化とは限らないことも考えられる．
また，図-3 に年最大有義波高を地域別に平均した結果を示す．年あたりの上昇量は 2.5cm/年～7.6cm/年と，全国的に上昇傾向にあり，特に太平洋側の上昇量が大きいことが窺える．地域別にみると北海道太平洋側，中部地方，近畿地方の順で上昇量が大きく，九州・沖縄地方と中国地方の上昇量が最も小さい 2.5cm/年となっていた．

図-4 には 1988 年～2017 年の観測値を対象として，
10 年
ごとの年最大有義波高の変化傾向を整理した．20～30 年
前に比べて，最近 10 年間あるいは 10～20 年前の上昇量が大きい地点が多く，特に東北・北陸地方の日本海側において 10～20 年前の上昇率が大きい．以上から，近年，高波浪の発生が顕著であると考えられる．参考のために年平均有義波高の長期的な変化傾向を整理した結果を図-5 に示す．年平均有義波高は変動が小さく，従来から示唆されているように長期的にはほぼ変化がないことがわかる．

図-4 年最大有義波高の 10 年ごとの変化傾向

図-3 年最大有義波高の変化傾向(地域別)

以上の検討結果から以下のことが整理できた．
・過去 10 年以内に，全国の観測地点の 2／3 以上で既往最大有義波高が更新されている．
・長期的(全観測期間)にみると，年最大有義波高は全国的に上昇傾向で，特に日本海側に比べ，太平洋側で年あたりの上昇量が大きい．

図-2 年最大有義波高の変化傾向(*印：p <0.05)

・全観測期間における年最大有義波高の上昇量よりも，短期的な年最大有義波高の上昇量の方が大きい地点が多い．
これらの要因は，大型の台風や発達した低気圧の通過などによるものと考えられる．

3．設計沖波の変化に関する検討

して選択し，これらから，年最大波高を観測した気象擾乱
については，全て推算ケースとして選定した．
5) これ以外にも，年最大波に準ずる高波が発生すると推察される擾乱を推算ケースとした．
ここで，対象とする波浪推算地点は，前回調査と本調査に共通する地点とした．30 年確率波高の上昇量は，本調査における近年の気象擾乱を含む沖波波高と前回調査の沖波波高を対象とした全ての波向の平均値として整理した．
最新の知見に基づく設計沖波の推算手法は，海上風推算には地形を考慮できる局地気象モデル(MM5，WRF 等)を使用することを原則とする．

ここでは，近年の最大有義波高を考慮した設計沖波と前回の設計沖波との比較を行い，変化傾向を把握した．
過去 5 年以内に設計沖波を見直した 3 地区について，設
表-1 設計沖波見直しによる波高上昇率(全波向)計沖波の変化傾向について整理した．
前回の沖波を設定した年からの経過年数，算定前後の設計沖波波高の差，1 年あたりの上昇量(波高の差／経過年数)を表-1 に示す．
なお，設計沖波推算に関する擾乱の選定は以下の考え方で選定している．
1) 漁港・海岸保全施設等に災害をもたらした気象擾乱2) 前回調査の推算ケース
近年の擾乱を追加検討したことで，年最大有義波高の上
3) 前回調査の資料を基本として，海象特性および災害時の気象パターンを踏まえて天気図を精査し，年最大相当 昇傾向の影響により設計沖波が上昇していることがわかの高波が発生すると推察される擾乱を推算ケースとして る．
追加．更に，1971 年から 1991 年は，NOWPHAS の波浪観測データを基に精査し追加した．
4．漁港構造物への影響
4) 前回調査以降，波浪観測データ(NOWPHAS)を収集し，概ね年間の上位 5 位程度までの高波が観測された期間を
設計沖波諸元の増大による漁港構造物への影響を水平
推算ケースの候補として選択した．また，NOWPHAS の波浪
観測データに加え，アメダスと灯台の風の観測データより， 波力により評価した．
高波が発生すると推察される擾乱も推算ケースの候補と

図-5 有義波高の変化傾向

4.1 構造物に作用する水平力の算定
新たに推算された設計沖波を用いて，モデル漁港における漁港構造物への水平波力を算定した．
A 県 C 漁港の事例を以下に示す．C 漁港の位置図，断面図を図-6 に示す．推算した沖波からエネルギー平衡方程式を用いた波浪変形計算により，堤体前面の設計波高を算定した．その結果と現設計波を比較した結果を表-2 に示す．ここで，表-2 の沖波は C 漁港の 30 年設計沖波諸元である．なお，本調査における設計沖波は，より漁港に近い地点で設定したため，現沖波の設定地点とは異なる．
表-2 より，堤前波高は H.W.L.で 1.2m 増大し，周期は2.2 秒長くなっている．

図-6

表-2 の堤前波を用いて水平波力を算出した結果を表-3に示す．表-3 より，水平波力は約 20％程度増加している．
表-3 水平力の比較

4.2 漁港構造物への影響
C 漁港の事例と同様な手法により，A 県・B 県・C 県のモデル漁港における漁港構造物への水平波力を算定し，比較した．
図-7 にモデル 3 地区における水平波力の変化率を示す．

C 漁港の位置図(上段)および断面図(下段)
表-2 堤前波の比較

注＊1 平成 3 年度調査沖波，設計法は「漁港・漁港の施設の設計の手引き，
2003 年版以前」による．
注＊2 平成 3 年度調査沖波，設計法は「漁港・漁場の施設の設計参考図書，
2015 年版」による．

図-7 経年変化による水平波力の増加率(赤破線：安全率に相当する増加率 1.2)

水平波力の変化率(本調査による水平波力／既往の沖波による水平波力)を縦軸に，見直しまでの期間を横軸にしている．これは，波力が経年で同じ割合で増加すると仮定している．
図-7 の A・C 県は異なる漁港の外郭施設の水平力を比較しており，B 県は同一漁港の異なる構造物の水平力を比較している．
防波堤などの漁港構造物の安定照査で用いられている
安全率は 1.2 であることを考慮すれば，構造物の設置水深により設計沖波波高の変化に対する応答は異なるが，B 県の一部の波除堤・護岸などの港内の施設では 3～5 年程度で従前の波力の 1.2 倍を超えるケースもあるが，A 県・C県の水深の深い外郭施設では 10 年経過すると従前の波力の 1.2 倍を超える恐れがあることが示唆された．このことより，防波堤などの外部施設では概ね 10 年で設計沖波を見直す必要があると考えられる．ただし，水平波力の増大
は，近年の波高の増大とともに推算モデルの精度の違いによる影響を含んでいる点に留意する必要がある．また，本検討は水平波力のみの比較になっているため，揚圧力などの増大も考慮する必要があり，その場合，さらに，安全率は低下すると考えられる．

5．設計沖波推算モデル
設計沖波の設定には，半島や島などの地形の影響が考慮できるモデルの推算精度が重要であり，可能な限り高精度の平面的な波浪場を求める必要がある．ここでは，海上風推算モデルと波浪推算モデルの概要を示す．

5.1 海上風推算モデル
従来，海上風の推算モデルとしては，傾度風モデル，経験的台風モデル，傾度風・台風ハイブリッドモデルが用いられているが，これら既往モデルでは陸上地形の影響を考慮できないため，遮蔽域や湾内などの漁港を対象としたとき非現実的な風場を与える可能性が考えられる．
近年，局地気象モデル 4)が提案され，陸地の影響を考慮した気象場の計算ができることが局地気象モデルの特徴である．過去，特に風場に対しては，陸地の影響を考慮す
ることを目的として，様々な手法やモデルが検討・提案されてきた．しかし，これら既往の方法は，計算過程やモデ
ル内のパラメータに詳細な気象の物理法則が組み込まれていないため，特に複雑な地形条件下では精度に限界が生じていた．局地気象モデルを用いることでこれらの問題が解消し，複雑な海岸線を持つ海域や陸地に囲まれた海域，
すなわち，漁港の沖波推算地点に対しても高い精度の気象場の計算が可能になり，この気象場を外力に計算される波浪の精度を向上させることが可能となる．
川口らは，局地気象モデルで得られる風場を入力値とした波浪推算結果は，従来法による風場を用いた場合よりも精度が高いことを指摘している．
漁港は半島など地形の遮蔽効果を利用した箇所に位置しており，海上風を精度よく推算するためには，陸地の影
響を考慮できる海上風推算モデルを使用することが望ましい．

5.2 波浪推算モデル
波浪推算モデルは有義波法とスペクトル法に大別される．有義波法は波浪を有義波で代表させ，その時間的変化を追跡する手法であり，SMB 法，Wilson 法などである．ス
ペクトル法は，不規則波を周波数別・方向別のエネルギー
スペクトルで表現し，各成分スペクトルの時間変化を追跡する手法である．スペクトル法は第Ⅰ世代から第Ⅲ世代に発展しており，現在，沖波推算に用いるモデルは第Ⅲ世代
スペクトル法が標準的な推算法になりつつある．
第Ⅲ世代のモデルとしては WAM，SAWAN，WAVEWATCHⅢなどが多く用いられている．
WAM は，MRI(第一世代モデル)に比べて推算精度が高く 6)，
SWAN は，WAM をもとに地形性砕波やウェーブセットアップを考慮できるよう拡張したモデルであり，浅海域の波浪推算に用いられている．
また，WAVEWATCHⅢは，WAM の性能拡張版として開発されており，WAM に比較して，うねり性波浪を含む異常波浪ケ
ースのピーク時付近や周期の全期間について再現性が優れている 7)．

6．設計沖波の点検・見直しの標準的な考え方
ここでは，漁港の特性である地形などを考慮した設計
沖波の見直し時期や設計条件の点検方法などの基本的な考え方を提案する．

6.1 設計沖波の点検・見直し時期
波浪の長期変動傾向や設計沖波見直しによる構造物への影響について整理した結果を以下に示す．
・長期的(全観測期間)にみると，全国的に上昇傾向にある．
・設計沖波が 2～4cm/year 増加した地域においても，従前の設計条件で算出した波力に対して，最大 1.6 倍程度の波力が算出され，10 年で従前の波力の 1.2 倍を超える恐れがあることが確認された．
これらのことから，漁港施設の合理的な設計のためには，
設計沖波を定期的に見直すことが有効である．その見直し
時期については，波浪の長期変動傾向，や施設への影響を考慮すると，10 年程度が適当であると考えられる．

6.2 設計沖波の点検・見直しの標準的な考え方
将来予想される波高の上昇量を考慮して，概ね 10 年に1 回を目途に一次点検(簡易)を実施する．一次点検にあたっては，近隣の波浪観測資料を整理し，年最大有義波高の年あたりの上昇量を算出する．年最大有義波高が上昇傾向にある場合，二次点検(見直し)を実施する．上昇傾向にあると判断する目安として，回帰分析の信頼度水準が 90%以上で有意であった場合には，上昇傾向にあると判断する．
ただしあくまで目安であり，信頼度水準が 90％未満の場
合でも，前回の設計沖波設定年以降に既往最大有義波高を更新している場合や，波浪による被災が相次いでいる場合などは 2 次点検(見直し)を実施しても良い．また，海上風
推算で台風が考慮されていないモデルや波浪推算でうねりの推算精度が十分でないモデルを使用している場合は，二次点検を行う．
設計沖波の点検・見直し手順(案)を図-8 に示す．
最新の知見に基づく設計沖波の推算手法は，海上風推算には地形を考慮できる局地気象モデル(MM5，WRF 等)を使用することを原則とする．
波浪推算には標準的な手法になりつつある第Ⅲ世代のスペクトル法(WAM，SWAN，WAVEWATCHⅢ等)7)を用い，現地の波浪再現に適したモデルを使用することを原則とする．

図-8

設計沖波の点検・見直し手順(案)4．おわりに
漁港構造物の設計の基礎となる設計沖波推算に必要となる年最大有義波高の変化傾向と漁港構造物の安定照査への影響を検討し，
概ね 10 年程度で従前の設計波力の 1．
2 倍を超える可能性があり，適切な時期に設計沖波を見直すことが必要であることを示した．その検討結果および波浪推算モデルについて整理し，設計沖波の点検・見直し時
期および点検手法を提案した．
尚，本研究は水産庁より委託された「平成 30 年度 漁港
漁場施設の設計手法の高度化検討調査のうち(4)設計沖波等の設計条件の点検・見直しの標準的な考え方及び手法の検討」の一部をとりまとめたものであり，本研究をとりまとめるのにあたり，ご協力をいただいた検討部会委員各位，
水産庁関係者に謝意を表します．

参考文献
1) 松畑田佳男・山口正隆・大福 学・野中浩一・李 敏杰：
わが国沿岸での長期波浪推算資料に基づく波高の傾向
変動の解析，海岸工学論文集，第 49 巻，pp.1346-1350,
2002.
2) 清水勝義・永井紀彦・里見 茂・李 在烔・富田雄一郎・
久高将信・額田恭史：長期波浪観測値と気象データに基づく波候の変動解析，海岸工学論文集，第 53 巻，pp.131135, 2006.
3) 間瀬 肇・田中 遼・森 信人・安田誠宏：日本海沿岸における波浪の経年変化特性に関する研究，土木学会論文
集 B2(海岸工学)，Vol.B2-65, No.1, pp.1251-1255,
2009.
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風時の風場および波浪の推算，港湾空港技術研究資料，
No.1169，19p．
5) 鈴山勝之・島袋 均・仲村 哲・川満寿幸・加藤広之・
西﨑孝之・樋口直人，2016：設計沖波の検討に新たな海上風推算モデルを用いる試み，土木学会論文集 B3(海洋開発)，Vol.72(No.2)，pp.I_283-I_288.
6) 橋本典明・川口浩二・真期俊行・永井紀彦，1999：第 3
世代波浪推算法(WAM)の推算精度に関する検討，港湾技術研究所報告，第 38 巻(第 4 号)，47p．
7) 鈴木善光・髙山知司・吉永泰祐・岡田弘三・窪田和彦・
宇都宮好博・松藤絵理子・君塚政文，2016：WAM とWAVEWATCH III による推算波浪の再現特性，Vol. 72(No.
2)，pp.I_265-I_270．
8) 漁港・漁場の施設の設計参考図書 2015 年版 公益社団法人
全国漁港漁場協会