鹿島港及び常陸那珂港における長周期波の出現実態と予測精度
Characteristics of Long-period Waves in Kashima and Hitachinaka Ports
福山博己*・水上純一**
FUKUYAMA Hiromi and MIZUKAMI Jun-ichi*（財）沿岸技術研究センター** 国土交通省

関東地方整備局

波浪情報部 研究員

鹿島港湾・空港整備事務所

所長

In recent years, it has been reported that long-period waves had disturbed cargo handlings in many
Japanese ports. The long-period waves also damage the mooring lines of a ship and cause a fatal
accident. However, the mechanism of them is not fully understood. The observations of long-period
waves and swaying of a ship have been conducted at Kashima Port and Hitachinaka Port from 2000.
The present report describes the harbor long-period wave heights of the observed wave data at Kashima
Port and Hitachinaka Port. It indicates the example of verification of the long-period wave height
forecasting system in the offing.
Key Words: long-period waves, forecasting of long-period wave, mooring

1. はじめに
近年全国の多くの港湾で，見かけの波高はそれほど高くない時にも，船体動揺が大きく，荷役障害が起こっている事例が報告されている．この原因として近年の研究により，周期が長く波高が小さくて，見かけ上は見えない波である長周期波が注目されている．いくつかの港湾で調査がなされており，その特性やメカニズムは未だ十分に把握されていないのが現状である．
鹿島港及び常陸那珂港では，平成 12 年度より長周期波に関する調査が本格的に開始されている．平成 12 年度の調査では，港内での波浪の連続観測を実施し，港外及び港内での長周期波特性の把握と，観測データと荷役障害記録から荷役限界波高の算出を行った．平成 13 年度は，港湾利用者へのアンケート及びヒアリングを行い，荷役障害原因の整理を行った．また，波浪諸元と長周期波との関係から長周期波高予測式の検討及び予測システムの基本設計を行った．平成 14 年度は，エネルギー平衡方程式による港外浅海変形シミュレーション，高山法による港内波浪変改シミュレーション及びブシネスクモデルによる港内長周期波シミュレーションを行った．また，その一連の成果を用いて，気象庁の予測値を入力値とした長周期波予測システムを構築した．平成 15 年度は，4 月から港湾利用者向けにインターネットを利用した長周期波予測システムの試験運用を開始した．平成 15 年度は，予測システムの精度検証のための波浪観測およびシステムに関するヒアリングを行った．
本論文では，平成 15 年度に実施した調査のうち，波浪観測による長周期波高の実態と長周期波高予測システムの検証結果の一例について報告する．

2. 長周期波解析
2.1 波浪観測
鹿島港及び常陸那珂港の長周期波予測地点において，直記式波浪計観測により連続データを収集し有義波高，有義波周期および長周期波高の算定を行った．図-1 及び
図-2 に鹿島港及び常陸那珂港における波浪観測位置を示す．表-1 に各港の観測地点名と新設・既設の別，表-2 に新設観測地点の設置日と撤収日を示す．既設地点においては港湾空港技術研究所の協力を得て可能な限り連続データの収集を行った．長周期波の算定方法は次の通りである．まず，0.5 秒サンプリングの波高データを 2 時間毎に区切り，14400 個のデータからなるデータセットを作成する．各データセットに 30～300 秒のバンドパスフィルターを施したのち，ゼロアップクロス法により 1/3 最大波高および周期を算定した．

鹿島港外（-24.5m）

共備バース

012km
港公園

図-1 鹿島港の波浪観測地点位置（●：新設，○：既設）

常陸那珂港外（-32m）

港内常設

Ｄ岸壁
012km

図-2 常陸那珂港の波浪観測地点位置（●：新設，○：既設）表-1 各港の観測地点名と新設・既設の別観測地点名
新設・既設
鹿島港
共備バース
新設
港公園
新設
鹿島港外
既設
常陸那珂港
Ｄ岸壁
新設
港内常設
既設
常陸那珂港外既設
表-2 新設観測地点の設置日と撤収日
鹿島港
常陸那珂港
設置日 2003 年 12 月 10 日 2003 年 12 月 23 日
撤収日 2004 年 3 月 10 日 2004 年 3 月 19 日

図-4 観測期間における長周期波（共備バース）

2.2 観測期間における長周期波高観測により得られたデータについて，図-3 から図-8 に観測期間中における鹿島港及び常陸那珂港の長周期波高の経時変化を示した．

図-5 観測期間における長周期波（港公園）
図-3 観測期間における長周期波（鹿島港外）

図-6 観測期間における長周期波（常陸那珂港外）

図-8 観測期間における長周期波（Ｄ岸壁）
観測結果より，長周期波が増大する日が何例かあり，そのうち本調査で設置した３ヶ所とも顕著な長周期波の卓越した２つの事例を1 月10 日と2 月17 日に確認した．
1 月 10 日の例では，鹿島港外の長周期波高は 30 ㎝以上に達している．長周期波は共備バースで 20 ㎝弱，港公園で 16 ㎝に達し，目安である長周期波高 10cm を上回っている．常陸那珂港では、港外の長周期波高は 17 ㎝程度，長周期波は常設地点では 15 ㎝以上，Ｄ岸壁で 12 ㎝前後に達し，鹿島港と同様に目安である長周期波高 10cm を上回っている．
2 月 17 日の例では，鹿島港外の長周期波高は 30 ㎝以上に達している．長周期波は共備バースで 20 ㎝，港公園で 17 ㎝に達している．常陸那珂港では，港外の長周期波は 20cm に達し，常設地点では 20 ㎝以上，Ｄ岸壁で 15㎝前後であった．なお，鹿島港においては 17 日から 18日にかけて，着船中止や荷役中止などの荷役障害が少な
くとも 4 件発生していることが，ヒアリングで確認されている．

3. 長周期波高予測システム
図-7 観測期間における長周期波（港内常設）

3.1 長周期波高予測システムの概要
長周期波高予測システムは，鹿島港及び常陸那珂港の主要岸壁おける 72 時間先までの長周期波高を予測するもので，気象庁の72時間近海波浪6分メッシュ予測値（有図-9 長周期波予測システムの流れ義波）を元にして，①港外地点へへの浅海変形係数，②有義波高から長周期波高への回帰式，③シミュレーションによる各予測地点での増幅率及び，④港外の波浪観測データを用いて，港内各点の予測値が算出される鹿島港に設置された本予測システムはインターネットのブラウザ上で運用している．図-9 に予測システムの流れを示す．

30長周期波高（常陸那珂港外）

25y = 1.1667x
R2 = 0.374220長周期波予測システムのうち，港外観測地点における長周期波高について予測の検証を行った．
対象期間は鹿島港外が 2004 年 1 月 7 日から 2004 年 3月 31 日まで，常陸那珂港外が 2003 年 12 月 2 日から 2004
年 3 月 31 日までである．検証の対象は，世界標準時 0 時を初期値とする翌日 2 時から 24 時までの 2 時間毎の予測値すなわち，夕方予測における，翌日の予測値とした．

予測（ｃｍ）

3.2 長周期波高予測システムの検証例

151050051015202530実測（ｃｍ）

図-11 常陸那珂港外における予測値と実測値の相関
長周期波高（鹿島港外）

35

図-10 と図-11 に鹿島港外及び常陸那珂港外における予測値と実測値の相関を示す．2 時間毎の予測値の検証であるため，ややばらつきが大きいが明らかに有意な正相関が認められる．鹿島港外は予測に対して実測が大きくなるのに対して，常陸那珂港外では予測に対して実測が小さいのが特徴である．

30y = 0.8402x
R2 = 0.4775

予測（ｃｍ）

2520154. 今後の予定

105005101520253035

実測（ｃｍ）

図-10 鹿島港外における予測値と実測値の相関

平成 16 年度は港外から岸壁前面までの観測地点での予測波高を総合的に検証し，必要に応じて予測式の見直しを行うなど長周期波高予測システムのさらなる精度の向上を行う予定である．

5. おわりに
本論文作成にあたり関東地方整備局鹿島港湾・空港整備事務所および独立行政法人港湾空港技術研究所の関係各位に厚く御礼申し上げます．