漂砂による航路埋没モデルの能代港への適用
Application of Numerical Sedimentation Model to Noshiro Port
田河祥一*・志賀正夫**
TAGAWA Shouichi and SHIGA Masao* （財）沿岸技術研究センター** 国土交通省

東北地方整備局

企画部 研究員

仙台港湾空港技術調査事務所

所長

In Noshiro Port, persistent sedimentation in both the approach channel and the frontal area of thereclaimed land for Noshiro thermal power plant continues after the capital dredging works to deepen
the main approach channel to -14m in 1992. The present paper mainly describes the result of numericalsimulation to investigate the countermeasures against sedimentation within the approach channel.
Key Words : numerical simulation model for sedimentation, Noshiro Port, approach channel

1. はじめに

2. 検討フロー

東北地方整備局管内の能代港では，近年，漂砂に起因する航路の埋没現象が見受けられ，船舶の入出港が阻害される懸念があり,その対策を講じることが急務かつ重要な課題となっている.一方，能代港においては，過去に航路埋没に関する再現・予測の数値シミュレーションを実施しておらず，埋没予測モデルの開発及びそれをふまえた埋没対策工の検討が必要とされた.このような背景から，平成 16 年度の事業実施を目指し，平成 14 年，平成 15 年の 2 ヵ年にわたり埋没対策の検討が行われた.能代港の埋没特性を把握するために，土砂の移動実態及び埋没に寄与する波浪・流況条件を整理し，流況再現モデルを構築し，ライフサイクルコストの観点から，効果的な埋没対策工法の検討・提案を行なった.
今回は一連の埋没対策工法の検討の中で，特に埋没シミュレーションの検討結果について述べる．対象地区は，
図-1 に示す.

Stn.1 →

2.1 埋没対策工法の検討フロー
埋没対策工法の検討フローは，図-2 に示すとおりである．
既往のデータ整理

現地調査（波浪・流況・漂砂）

地形変化解析

流況・漂砂の特性把握

長期埋没の現況再現計算
埋没予測モデルの確立
埋没対策工法の立案
効果把握・評価

図-2 埋没対策検討フロー.

外港第二北防波堤-15ｍ航路

外港北防波堤-14ｍ航路

港湾区域
北防波堤

外港南防波堤火力発電所用地

米代川

図-1 対象地区

3. 地形変化の解析 1)
３

3.1 地形の特徴

堆積土砂量（ｍ ）堆積量 13.3 万 m3

航路

航路
浚渫1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

測量年

堆積量 131.8 万 m

31,400,000

火力発電所前面

1,200,000
堆積土砂量（ｍ３）広域の水深変化特性として①火力発電所前面での堆積②北防波堤沖側での堆積③北防波堤堤頭部での局所洗掘が挙げられる(図-3).
航路浚渫の期間（1992 年 10 月～2001 年 11 月，9 年間）
においては，南防波堤南側に顕著な堆積域が認められ，舌状に航路まで堆積域が延びている(図-4).
同期間の水深変化は図-5 に示すとおりであり，航路堆積域の堆積土砂量は 13.3 万 m3（年間約 1.5 万 m3），火力発電所用地前面の堆積土砂量は 131.8 万 m3(年間 14.6 万m3)である(図-6).

160,000
140,000
120,000
100,000
80,00060,00040,00020,0000-20,000

1,000,000

航路
浚渫

800,000
600,000
400,000
200,000
0-200,000
1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
測量年

図-6 堆積土量（1982 年 10 月～2001 年 11 月）

4. 現地調査結果
4.1 現地調査結果②③

有義波高の最大値が５ｍ前後の荒天が２回観測された。
各荒天時を特定期間１（2002 年 12 月 26 日～12 月 31 日）
及び特定期間 2（2003 年 1 月 2 日～1 月 8 日）と設定した.(図-7)①
火力発電所

特定期間 1

特定期間 2図-3 水深変化図（広域，1986 年～2001 年，単位：ｍ）－15m 航路－14m 航路

火力発電所

図-4 水深変化図（広域，1992 年 10 月～2001 年 11 月，単位：ｍ）

図-7 港外波浪の観測値（能代港 Stn.1）
海浜流（底上 0.5ｍ層）の流向は，波向きと強い関係があり，北側から波が来襲した場合には南向きの流れが発生し，南側から波が来襲した場合には北向きの流れが発生する。ただし，-14ｍ航路付近(Stn.6)では，波向に関係なく航路へ流入する流れとなっている(図-8).
海浜流北側から入射

航路堆積部（堆積量 13.3 万 m3）

火力発電所用地前面堆積部（対象期間の共通測量地点、堆積量 131.8 万 m3）

Stn.1

海浜流南側から入射Stn.1

特定期間 １
Stn.6

特定期間 ２Stn.6(注)北側・南側は火力発電所用地の法線に対する角度による１格子の大きさ：100ｍ×100ｍ

図-5 航路浚渫後の水深変化（1992 年 10 月～2001 年 11月）

図-8 流況平面分布（有義波高最大観測時刻）－14ｍ航路付近の観測結果から，波高が 4.0m を超えると航路へ流入する SS フラックス（航路直角成分）が発生
し 4.5m を超えると顕著となる傾向がある(図-9).

5. 現況の再現計算
特定期間 15.1 埋没予測モデルの再現検討
海浜流北側から入射

Stn.1
波高
火力発電所用地Stn.6
流況

埋没予測モデルの再現検討地形条件を表-1 に示す.埋没予測モデルの再現検討及びモデルパラメータ調整は，今回の現地調査結果および能代港で航路浚渫の行われていた1992 年10 月～2001 年11 月(約９年間)の観測データを基に,長期埋没の現況再現計算において行なった.

火力発電所用地表-1 検討地形条件（波浪・海浜流計算）
条 件 等
能代港および周辺海域（12.0km×4.8km）
20m

600格子×200格子

計算水位

現況：防波堤（北）995m
防波堤（南）920m
2001年11月測量（能代港）

基準面D.L.0.0m

計算潮位

平均潮位D.L.-0.01m

平成７年１月～平成１１年12月

項 目
計算範囲

ＳＳ

計算格子間隔
港湾構造物

ＳＳ
ﾌﾗｯｸｽ

備考

特定期間２

6. 長期埋没の現況再現計算
海浜流南側から入射

6.1 計算方法
4.0ｍ

Stn.1
波高

火力発電所用地Stn.6
流況
火力発電所用地

ＳＳＳＳ
ﾌﾗｯｸｽ

現地調査結果から高波浪時に航路へ流入してくる土砂は，浮遊砂が支配的であることが考えられる．よって埋没計算は主として浮遊砂の移流拡散現象を伴う移流拡散
モデル 2)を用い，漂砂量公式はバイカー公式 2)を用いた．
なお，埋没計算の過程においては地形変化を考慮した簡易フィードバック計算（水深変化を考慮した海浜流の流速値と海底軌道流速の算定）を行なった．

（SS フラックス）＝（底上１ｍの流速）×（底上 0.5ｍ、1.5ｍの平均ＳＳ濃度）

6.2 計算条件（注）波向きと流向きは、火力発電所用地の法線に対する角度により表示

図-9 –14ｍ航路への流入 SS フラックスと波浪・流況の関係

長期埋没の現況再現計算の計算条件は，表-2 に示すとおりである．

表-2 長期埋没の現況再現計算の計算条件
諸元
再現期間
初期地形再現目標
計算範囲
計算格子間隔
港湾構造物
計算水深
計算潮位
計算時間間隔

代表波浪

波向き
波高
周期
Ｓmax
作用日数
定数B
拡散係数

漂砂量バイカー公式

マニング粗度係数
粗度長さ中央粒径
沈降速度

条 件 等
1992年10月から2001年11月
1992年10月測量地形（能代港）
2001年11月測量地形（能代港）
能代港および周辺地域(12.0km×4.8km)
20m
現況：防波堤(北)995m,防波堤(南)920m
1992年10月測量地形（能代港）
平均潮位 D.L.-0.01m
60秒
WNW
W
WSW
5.5m
10秒
10
11.8日
38.3日
8.9日
38.9日
83.3日
29.8日
波高4.0ｍ以上の作用日数 最適値0.200
波高2.0ｍ以上の作用日数 最適値0.085
水平拡散係数：1.0×105cm2/s
鉛直拡散係数：概ね1～100cm2/s
0.025

備考
-14m航路・-15m航路浚渫後
基準面D．L．0.0m
基準面D．L．0.0m
600格子×200格子
基準面D．L．0.0m
平成7年1月～平成11年12月
高波高時の卓越波向き
土砂が航路へ顕著に流入する波高4.5m以上の平均値
波高と周期から算定
合計(59.0日) 波高4.0m以上合計(152.0日) 波高2.0m以上
航路部での埋没量が一致する
ように設定する
鉛直拡散係数はバイカー公式2)の与える値の1/100とする

0.18mm

既往の現地調査による中央粒径相当3)

1.96cm/s

中央粒径とルビーの式から算定4)注）地形変化解析では、－14m航路への土砂流入量が顕著となる波高4m以上の出現頻度が少ない春から秋にかけても、秋から春と同程度の航路内埋没量が認められた。そこで、波高4m以上と波高2m以上の作用日数を考慮した2ケースの現況再現計算を行なった。

7. まとめ

6.3 埋没計算結果
埋没予測モデルのパラメータは，航路内の堆積土砂量が再現できるように調整しており，航路内の実績値（再現目標）と計算値（再現計算結果）はほぼ一致し，火力発電所前面の堆積域は，実績値の約 80％の再現性が得られている(表-3)．等深線の変化傾向については，南防波堤南側と－14ｍ航路での堆積パターン（等深線の舌状の張り出し）が再現されている(図-10).なお，再現目標において堆積域となっている－15ｍ航路東側
及びその周辺域では，局所洗掘の影響が大きく，計算では侵食となっている.
表-3 堆積土砂量の再現性の検証
堆積土量 （万m3）
再現目標値 再現計算結果

対象箇所a)航路堆積域b)火力発電所
前面堆積域

割合(％)

13.3

13.4

100.8

131.8

110.5

83.8

等深線単位ｍ,基準面 D.L.0.0m
2001 年 11 月（再現目標）
2001 年 11 月（再現計算結果）

a)航路堆積域

参考文献－14ｍ航路1）宇多高明：日本の海岸侵食,山海堂，pp.51-56,1997.
2) 入江 功，栗山善昭：底質の移流沈降過程を入れた航路・港内埋没の予測，港湾技術研究所報告，第 24 巻，第 2 号，pp.157-204，1985.
3）土木学会海岸工学委員会（研究現況レビュー小委員会）:漂砂環境の創造に向けて，（社）土木学会,1998.
4）河村三郎：土木水理学，森北出版㈱，1982.

－15ｍ航路

放水口

本検討では，既存資料の整理及び現地調査を実施し能代港の埋没特性の把握を行うとともに，埋没シミュレーションモデルの検討を行った．その結果，現地調査から海浜流の波向きに関係なく航路付近においては，航路内へ流入する流れが発生することが判明した．また，－14ｍ航路付近の観測結果から，
波高 4ｍを超えると航路内へ流入する SS フラックスが発生し，さらに 4.5m を超えると顕著となる傾向にあることが判明した．これら現地調査結果を元に行った，長期埋没の現況再現計算においては，（再現目標値）と計算結果（埋没予測値）は航路堆積域においては 100％，火力発電所前面堆積域においては83.8％とほぼ一致しており，埋没シミュレーションの検討結果が妥当であることが認められた．将来的には，この結果を用いて対策工法の検討を行うことが可能となった．
最後に，本検討は能代港埋没対策検討会（委員長 独立行政法人港湾空港技術研究所 海洋・水工部 漂砂研
究室 栗山善昭室長）において，調査，解析方法等に関するご意見，ご指導を賜りました．ここに記して深く感謝いたします．

b)火力発電所
前面堆積域

図-10 現況再現計算結果(再現目標と再現計算結果の水深コンター，波高 2m 以上の作用日数の場合)