原子力発電所の人工島式海上立地

42 2001.1

電中研レビュー No.

財団法人 電力中央研究所

電中研レビュー第42号

●

目

次

原子力発電所の人工島式海上立地
編集担当 ● 我孫子研究所副所長
地盤耐震部

巻頭言

西

上席研究員

好一
田中幸久

月兆 万

2

人工島式海上立地技術に関する研究のあゆみ ……………………………………

4

はじめに

紀夫

6

人工島式海上立地の概要と技術的な課題 ……………………………

7

１−１ ●海上立地とは ………………………………………………………………

9

１−２ ●国内外における海上立地発電所構想 ……………………………………

9

第１章

名古屋大学名誉教授

常務理事

川本

平松

１−３ ●海上立地方式の種類 ……………………………………………………… 11
１−４ ●人工島建設の歴史 ………………………………………………………… 13
１−５ ●原子力発電所人工島式海上立地の技術課題 …………………………… 14第２章

海底地質・地盤調査技術 ………………………………………………… 15

２−１ ●海底地質調査技術の高度化 ……………………………………………… 17
２−２ ●海底地盤調査技術の高度化 ……………………………………………… 23第３章

防波護岸の耐波・耐震安定性評価技術………………………………… 31

３−１ ●防波護岸の設計の基本的な考え方 ……………………………………… 33
３−２ ●防波護岸の耐波安定性評価技術の高度化 ……………………………… 34
３−３ ●防波護岸の耐震安定性評価技術の高度化 ……………………………… 42

第４章

周辺海域の波・海浜流・海浜変形の評価技術 ……………………… 53

４−１ ●はじめに …………………………………………………………………… 55
４−２ ●既往の評価手法とその適用性 …………………………………………… 55
４−３ ●新しい海浜変形評価手法の提案とその適用性 ………………………… 57
４−４ ●まとめ ……………………………………………………………………… 61

第５章

立地支援技術 ……………………………………………………………… 65

５−１ ●発電所・周辺緑化技術 …………………………………………………… 67
５−２ ●藻場造成技術 ……………………………………………………………… 75

おわりに

理事

我孫子研究所長

加藤

正進 85

引用文献・資料等 ……………………………………………………………………… 86●コラム目次1．遠心模型実験―ゴジラは東京湾に現れるか？― ………………………… 50
2．トンボロ ……………………………………………………………………… 63
3．磯焼け ………………………………………………………………………… 83

巻

頭

言

重要構造物の海上立地技術に対する期待

海上空間は宇宙空間、地下空間とともに、
今後利用しうる魅力ある空間であります。特に、原子力発電所などの大型重要構造物の立地の可能性が大いに期待されます。
原子力発電の着実な進展は我が国のエネル
ギー政策の中心的課題ですが、そのためには発電所の安全な立地が大前提であります。原
子力発電所の安全性確保には原子力工学や土木工学など多くの学問分野とともに、特に防災などの観点からも立地建設技術の果たすべ
き役割が大きいことは言うまでもありません。
立地地点に関する技術的制約条件を削減することによって立地可能な地点を増大させ、広い選択肢の中からより適切な立地地点を選択することを可能にすることが重要であります。そのために電力中央研究所では、従来の立地地点以外でも立地を可能にするための新立地技術の確立の重要性をいち早く認識され、第四紀地盤立地技術、地下立地技術、海上立地技術の開発に精力的に取り組まれ、数々の研究成果をあげてこられました。これらの研究成果は、土木学会・原子力土木委員会において、我が国の専門家による審議を経て「原子力発電所の立地多様化技術」（1996年3月刊行）に反映されました。
「人工島式海上立地技術」は、1991年度から８年間の長きにわたり土木学会・原子力土木委員会において審議され、さらにその成果は追補版（1999年3月刊行）としてとりまとめられています。その内容は人工島式海上立地のための地質・地盤調査技術、

2

防波護岸の耐波・耐震安定性評価技術、周辺海域の波・海浜流・海浜変形予測技術など、人工島式海上立地に必要な技術のうち主要なものを網羅したものになっています。
このような長期間にわたる詳細な研究・審議により、一般的な立地条件のもとでの新立地の研究は実際に適用可能な段階を迎えています。原子力発電所の新立地技術に関連して開発された技術の多くは、単に原子力のみならず他の重要構造物の建設技術にも広く応用できるものであり、そのような意味でも大変貴重な研究成果であります。
この時期に「人工島式海上立地技術」のレビューが発刊されますことは、非常に好ましいことであると思います。人工島式海上立地技術やそれに関連した立地支援技術の詳細な研究のエッセンスは、海上空間を利用しようとする他の重要構造物の調査・
設計・評価技術としても広く応用できるものでありまして、その活用が大いに期待されますとともに、今後とも、実現に向けてさらに実証的研究の継続、体系化技術の信頼性向上などが望まれます。

名古屋大学名誉教授

川 本

万

電中研レビュー No.42● 3

人工島式海上立地技術に関する研究のあゆみ（一部、第四紀地盤立地技術および地下立地技術を含む）
西

当研究所の状況

暦

1970

内

外

の

状

況

油圧式大型振動台の完成

1971
1972

米国OPS（Offshore Power Systems）社が浮揚式
原子力発電所の概念設計完了を発表

1973
1974

浮揚式原子力発電所（米国OPS社）に関する調査報
告書を刊行

〜
1979

大型造波水路の完成

1980
1981

ポートアイランド（第１期）が完成
・海上立地、第四紀地盤立地、地下立地に関する検討を開始

通産省受託研究による海上立地原子力発電所の成立性の検討が開始

1982
1983

通産省受託研究により、浮揚式は将来的なメリット
が多いが、技術課題は着底式より多いこと、着底式は技術的に有望であり、特に埋立人工島式の成立性は高いとの結論が得られた

1984

人工島に建設された関西電力御坊火力発電所が運転
開始

1985

浮揚式原子力発電所の成立性評価

1986
1987

地下立地技術に関する電中研総合報告（UO１）を通産省受託研究により、着定式海上立地原子力発電

刊行

所の成立性評価が行われ、コンクリートケーソン沈設式も含めて着底式の技術的成立性は高いとの結論
が得られた

1988

・有効応力に基づく有限要素法（FEM）による地盤の非線形地震応答解析手法の開発
・人工島外郭施設に変形を許容する設計法を提案

4

西

当研究所の状況

暦

内

外

1989

外洋施設波浪実験設備が完成

1990

・第四紀地盤立地技術に関する電中研総合報告（U19、 六甲アイランドが完成

の

状

況

U20）を刊行・地下地立地技術に関する電中研総合報告（U16、U17）を刊行
1991

・人工島式海上立地技術に関する電力共通研究が開始される
・土木学会・原子力土木委員会に新立地部会が設置
され、人工島式海上立地技術を含む新立地技術に関する審議が開始される

1992

・自然模倣の海中林造成技術を実証
・耐潮風緑化試験を開始

1993

・消波工の波による変形評価法を開発

1994

・岩盤用セルフボーリング型プレッシャーメータを人工島に建設された関西国際空港が開港

開発・個別要素法（DEM）による消波ブロックの安定性評価法の開発
1995

1996

防波護岸の地震時安定性に関する遠心載荷模型実験

土木学会・原子力土木委員会より、「原子力発電所

を米国で実施の立地多様化技術」を刊行

・２次元海浜変形予測モデルの開発
・海中林の生産速度予測モデルを開発

1997

・浅海域における反射法地震探査法を開発

川崎人工島ならびに木更津人工島などを含む東京湾

・DEM-FEMカップリング手法による防波護岸の安アクアライン開通

定性評価法を開発
・３次元海浜変形予測モデルの開発
・消波護岸の越波に関する数値計算モデルの開発
1998

CG・VRを用いた緑化デザイン手法を開発

・土木学会・原子力土木委員会より、「原子力発電所の立地多様化技術（追補版）」を刊行
・耐力検討用外力条件の設定法を提示

1999
2000

電中研レビュー No.42● 5

は

じ

め
常務理事

に
平松 紀夫

産業革命以降、今日に至るまで人間活動が放出する二酸化炭素は急激に増加し、地球温暖化による気候変動や海面上昇の脅威が現実のものとなりつつある現在、エネ
ルギー消費の増大とともに、大量の二酸化炭素を放出している我が国がその排出抑制、削減をはかることは世界に対する責務である。適正な利用によるエネルギーの節
約、植林や太陽、風力などの自然エネルギーの開発に努力することは勿論のこととして、その効果から見ても引き続き安全性の確保を前提とした原子力発電の推進は二酸化炭素排出削減の重要な柱であると共に、エネルギー
資源の脆弱な我国のセキュリティー確保の意味からもその推進は不可欠であると考えられる。
原子力発電所の立地にあたっての技術的制約としては、地震国である我が国でその安全性を確保するために原子炉を据え付ける堅硬な岩盤があること、大量の冷却水を必要とするため海水を用いざるを得ない事情から海岸沿いにしか立地することができないことがある。
電力中央研究所ではこうした立地の制約を緩和し立地メニューの多様化をはかるため、沿岸海上部への立地拡大を可能とする人工島式海上立地の研究に取り組み、1991年度から電力共通研究として精力的に研究開発を進めた。その中で、海底地質・地盤調査技術、防波護岸の耐波・耐震安定性評価技術、周辺海域の波・海浜流・海浜変形の評価技術、ならびに立地支援技術が開発された。
この電中研レビューではこれまでの研究成果の概要を紹介する。これらの成果は土木学会原子力土木委員会における海上立地技術の体系化の作業（1991-1998年度）に活用されているが、本レビュ
ーがさらに多方面の関係者、ならびに広く社会一般の方々の理解を得る上での一助となれば幸いで
あります。

6

第

章

1

人工島式海上立地の概要と技術的な課題

第１章

人工島式海上立地の概要と技術的な課題 ● 目次

我孫子研究所

副 所 長

西

好一

上席研究員

研究参事

鹿島

遼一

前我孫子研究所
１−１

海上立地とは …………………………………………………………………………………………………………………9

１−２

国内外における海上立地発電所構想 ………………………………………………………………………………………9１−３

海上立地方式の種類………………………………………………………………………………………………………11

１−４

人工島建設の歴史…………………………………………………………………………………………………………13

１−５

原子力発電所人工島式海上立地の技術課題……………………………………………………………………………14

西好一（1975年入所）
地盤工学を専門とし、各種電力施設の立地・建設技術にかかわる研究に従事している。
新立地技術の研究には立ち上げの段階から参加し、特に第四紀地盤立地、人工島立地について、地盤調査・評価法や地盤の地震時安定性、立地の成立性評価などの研究を行ってきた。現在、土木学会でまとめた新立地技術の体系化を踏まえ、通産省主催の委員会にて国の指針作成に協力している。

8

鹿島 遼一（1964年入所。1999年６月退職）
火力・原子力発電所の沿岸立地に伴う耐波設計、海浜変形対策などの海岸工学課題に従事。海上立地技術については、当所の研究の端緒となった昭和50年代の国からの受託研究以来一貫して関わった。電力共通研究成果などに基づいて、土木学会原子力土木委員会に
お け る 人 工 島 式 立 地 技 術 の 体 系 化（ 1 9 9 6 、
1999）に尽力した。現在、ñシー・アール・エス取締役副社長。

１−１

人工島や防波堤による波の遮蔽効果により陸との間に海上立地とは、海洋空間を利用した立地方式の総称で利用価値の高い静穏海域が生まれる。

ある。大別すると、海底地盤に基礎を構築し、構造物な
らびに構造物に作用する外荷重を支持させる着底式と、ª

在来立地方式に比べて波浪などの海象条件が発電所の安全性に与える影響が大きくなる。

浮力を利用して構造物を浮揚させる浮体式の２種類に区分することができる。
原子力発電所を対象とした海上立地を考える時、その特徴として次のような点が挙げられる。
∏

立地地点選択の自由度が大きい。特に電力需要地への近接が図りやすい。

π

陸域の土地利用への影響が少なく、発電所からの離隔距離もとりやすい。

∫

海上立地とはº

海岸変形・漁業や船舶の航行などに与える影響を検討しておく必要がある。
このように、海上立地方式は∏、π、∫のような大きな長所を有した我が国に適した立地方式であり、ª、ºのような安全面・環境面などからの課題への対応により、原子力発電所の立地方式として充分実現可能な方式であるものと言える。

陸に近接した比較的浅海域に立地する場合、発電所

１−２

国内外における海上立地発電所構想

今までに、発電所の海上立地構想が提案され、その成立性に関して我が国および世界各国でかなり以前より検討されてきた。

先駆けて沖合原子力発電所構想を創出し、その成立性に関する予備的な調査を行ってきた。
また、実現はしなかったものの、許認可申請まで漕ぎ周知の通り、関西電力により埋立て人工島式による火着けたものとして、米国の Off-shore Power Systems 社

力発電所が建設され、1984 年より運転を開始している。

（OPS 社）が浮揚式海上立地原子力発電所を大西洋岸にまた、湾内ではあるが埋立て地である東扇島でも東京電建設することを計画したプロジェクトがある。

力により大規模な LNG タンク基地および火力発電所が建設され、運転がなされている。

これらの海上立地構想を一覧表としてまとめたものが
表 1-2-1 である。

原子力発電所について、電力中央研究所では他機関に

電中研レビュー No.42 ● 9

10

構

想

例

提

案

者

型

式

○
○

電力中央研究所・大成建設
電力中央研究所・大成建設
国井大蔵・三井建設
運輸省・経団連・鋼材倶楽部
運輸省・経団連・鋼材倶楽部
運輸経済研究センター
運輸省港湾局
関西電力
資源エネルギー庁
機械振興協会
ハワイ大学J. P. Craven
新発電方式総合調査委員会
新発電方式総合調査委員会
神戸市
日本鋼管
Soros Associates
運輸省航空局
石油公団
石油公団
石油公団

16 沖合原子力発電所

17 沖合人工島石炭クリーンエネルギー基地構想
18 埋立式石炭火力発電所（沖合人工島構想）
19 浮体式石炭火力発電所（沖合人工島構想）
20 沖合防波堤併用石炭火力発電所
21 洋上石炭エネルギー基地
22 御坊火力発電所
23 洋上発電所
24 洋上火力発電所
25 フローティング式100MW洋上石炭火力発電プラント
26 着底式海上火力発電所
27 浮揚式海上火力発電所
28 神戸ポートアイランド*）
29 扇 島*）30 Offshore Brazillian Artficial Island*）31 関西新空港（埋立式）*）
32 白島地区洋上石油備蓄システム*）
33 上五島地区洋上石油備蓄システム*）34 志布志地区洋上石油備蓄システム*）
○
○
○ ○

○
○
○
○

○

○
○

○

○

○

○

○
○
○

○
○

○

○

○

− 15
○ ○ −20〜−50−20、−50○○ −20、−50− 30○○ −20〜−25−10〜−17
○
− 50
○
− 20
○
−
○
− 30
○
−100
○
−10〜−15○
0〜−15○− 7〜−20○− 20○○ −10〜−25○ −20〜−35− 5〜−12
○

○

○

− 20

○
○
○
○
○

○
○
○
○
○

○

○

○

○ ○
○
○
○

○
○
○ ○

○

○
○

○

−

○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
− 10

0〜−20
−
○ −100〜150− 12〜145− 30−100○ −9.2〜12.8
− 10
○
−
−100
○
−100
−11.2

○
○
○
○
○
○
○

○

階 階

段 段

○

○

（m）

究 施

○

○

○

○

浮 潜 防 防揚 水 護 護
式 式

設置水深

研 実

開発状況

○

○

○

防護型式
浮体式 一 二工 場
製 作 重 重○15 沖合原子力発電所＊）印は発電所の例ではないが、大規模かつ実施段階の例であるので掲載した。

造
沈設式
工 場
製 作

○

○
○
○
○

構
築
島
・
沈
備 埋 杭 沈ケ 海 設
複
設ー 底 合蓄 立式 式 式ソ 式 式
ン

洋 築島式
現 地
上 施 工

○

海
上
都
市
・
海
上
空
港

○

○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○

火
力
発
電
所

利用目的

○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○
○

原
子
力
発
電
所

比較的大規模な海上立地発電所構想・プロジェクトの例¸

電力中央研究所・東芝・日立・三菱
1 浮揚式原子力発電所
C. E. G. B（イギリス中央発電庁）
2 洋上原子力発電所
3 ニュークリア・フローティング・アイランド（NUFIS） 日本原子力研究所（JAERI）
Haecon N. Y.
4 Artificial islands off the Beligian Coast藤井 徹
5 着底式海上発電所
機械振興協会
6 洋上原子力発電所
Offshore Power Systems Inc
7 Atlantic Generating Station
オークリッジ国立研究所（ORNL）
8 耐震性のある浮上型原子力発電所
Sunders Nucleur Corp.
9 Tuned Sphere
新発電方式総合調査委員会
10 浮揚型海上原子力発電所
新発電方式総合調査委員会
11 海底原子力発電所
小林健三郎
12 築島型原子力発電所
The Metropolitan Water District of
13 Bolsa Island ProjectSouthern California
森田定市
14 海底原子力発電所

号

番

想

構

表1-2-1考MOSES計画 DSPC-¿型
BWR型 1200MW×24基
MOSES計画 DSPC-À型
BWR型 750MW×5基
1000MW×2基
1000MW×3基
1000MW×3基
500MW×4基
1000MW×3基
600MW×3基
250MW、500MW、1000MW
600MW×4基
50MW×3基600MW×4基
600MW×4基

PWR型 1800MW

PWR、BWR型 1100MW×2基
PWR型 1250MW×2基
PWR型 1200MW×1基
5,000〜10,000MW
800MW×4基
BWR型 1000MW×2基
PWR型 1150MW×2基
PWR型 1000MW×1基
1000MW×1基
1000MW×2基
完全潜水式PWR型 1000MW×1基
1000MW×4基

1982
1981
1981
1980
1980
1980
1976
1975
1975
1971
1971
1976〜1981
1971〜19761970
1978年に完成
1975〜1981
1979
1979
1979

1967

1967

1970

1971

1987
1981
1979
1978
1977
1975
1970〜1975
1974
1971
1971
1971
1971

備

１−３

海上立地方式の種類
的に可能な構造型式として分類したのが、表 1-3-1 であ以上のように、今までに、国内外において様々な海上立地方式が提案されてきた。これらを考慮し、技術

原子力発電所の海上立地構造型式の一般的分類¸

表1-3-1
中

大
分
類

分

類

原子力発電プラントの建設方法によ
る分類

現

小

分

類

海面との関係
による分類

埋

立

る。

式

概

念

図

備

考

護岸の築造と埋立による敷地造成を行い、その後その敷地にプラントを建設する

地
施

築 島 式

工
杭

式

式

防波堤を築造し、その内側に杭を打設してその上にプラットホームを建造し、その後プラントをプラットホーム上に建設する

着

ケーソン・
沈 設 式

防波堤を築造しその内側にプラント基礎となる函体またはプラントを搭載した函体を沈設する（海上沈設式）

底沈 設 式
工
プラントを内蔵した構造物を海底に沈設する
海

底

式

場
式

制

築 島 ・

ケーソン・
埋立複合式
（埋立・海上複合式）

プラント基礎は函体構造で沈設し、その周囲を埋立て
る

沈 設
複 合 式
杭・海上
複 合 式

プラント基礎は函体構造で沈設し、その周囲は杭を打設してその上にプラットホームを建設する作

防波堤を築造し、その内側にプラントを搭載した浮体
を係留する
浮
浮
体

揚

式

型

浮 体 式

式
潜

水

式

プラントを内蔵した浮体構
造物の大半を水中に係留する

電中研レビュー No.42 ● 11

これらの概念を示すと次のようである（図 1-3-1）。

我が国の場合、海上立地原子力発電所の当面の立地地)

点としては、すでに利用度の高い内海よりも外海あるい埋立人工島式はそれに近い特性を持った地点が考えられる。また、設防波護岸で囲まれた人工島を埋立て築造し、そこにプ

置水深は現状の技術水準および経済的な理由により 20

ラントを在来立地方式と同様の建設方法で建設する方式。

ｍ程度の浅海域となるであろう。我が国の沿岸の海底勾*

ケーソン人工島式配を平均１/100 と考えると、沖合２ km 程度に立地する防波堤で防護された水域に、プラント全体または一部ことになる。このような条件の下で、表 1-3-1 の種々のを搭載したケーソンを沈設する方式（ケーソン沈設式）、

構造形式の中から実現性の高いものを選ぶと埋立人工島

および埋め立て人工島式とケーソン沈設式の複合型式で、式、ケーソン人工島式と浮揚式の３型式が選定される。

プラント全体またはその一部を搭載したケーソンを沈設

原子炉
建 屋

タービン建屋

防潮壁
橋梁

遮水壁

遮水壁

埋

立

式

原子炉建屋

タービン建屋

防潮壁

取水ポンプケーソン

原子炉建屋
ケーソン

タービン建屋ケーソン

遮水壁

ケーソン・埋立複合式（埋立・海上複合式）

タービン建屋

原子炉建屋

原子炉建屋

タービン建屋（岩盤と緊結）沈設ケーソン
ケーソン沈設式（埋立・海上複合式）

止水壁

原子炉建屋
タービン建屋橋梁

係留ケーソン浮

図1-3-112揚式

実現性の高い海上立地の構造型式の概念図¸

し、その周囲を埋立てる方式（ケーソン埋立複合式）。

得られるサイトであれば、在来立地方式にきわめて近い+立地方式となり、安全評価や建設技術の面から早期の実

浮

揚

式

防波堤または護岸で防護された水域にプラントを搭載

現が期待される方式と言える。このような見地から以下
では埋立式人工島立地を、人工島式海上立地（図 1-3-2）

した浮体を係留する方式。
以上の方式の内、埋立人工島式は海底の浅部に岩盤が図1-3-2と称することとする。

人工島式海上立地の構想例¸

１−４

人工島建設の歴史

広大な国土を持たない国々の内、特に海岸線を有す

国時に唯一の外交場所となった長崎・出島である。また、る国々は沿岸域を埋立てる、あるいは沖合いの海上に海運の必要性の高まりから、各国で港湾施設の整備も急

人工島を建設することにより、自らの手で国土を造り速に進んだ。

上げてきた。このような人工島（沿岸域の埋立ても広義

C、Dは第２次大戦後の復興に伴う工業・産業の隆盛の意味で人工島と解釈される）の利用の歴史を大まかにに対応するもので、大都市臨海埋立て地におけるビッグ

見れば、A農地としての利用、B居住空間、都市空間

コンビナートの建設、人工島を利用した空港建設（長崎そして港湾としての利用、C工業施設立地地点として空港、関西新空港、中部国際新空港など。海外では香港、の利用、D交通、輸送そしてエネルギー施設立地地点

韓国などに見られる）、石油や LNG ガスなどの燃料貯蔵としての利用、として示すことができる。

基地、先に述べた火力発電所の建設など、枚挙にいとまAの代表例はオランダそして日本などにおける干拓でが無いほどである。

ある。干拓地の地盤は、極めて軟弱な地盤で構成されてこのような近代的人工島の建設に際し、数々の優れいるのが常である。干拓地を造り上げるためには堤防のた立地・建設技術が開発されてきた。特に、地震国で築堤が必要である。現在、軟弱地盤の調査・試験およびある我が国では、長期にわたる地盤沈下の対策ととも沈下の予測とその対策技術はきわめて高いレベルにあるに、埋立て地盤の液状化に対する対策が極めて重要なが、これらの技術はまさにこの軟弱地盤を克服するため課題となるが、その予測法も合せ、効果的な対策工法の技術として発達してきたものと言って良い。

に関しても高い技術レベルを保有するに至っている。

Bの例として挙げられるのがイタリアの海上都市ベネ
チィア（表 1-3-1 に示した杭式人工島に近い）であり、鎖また、防波護岸などの海岸構造物の建設技術も大規模な港湾施設の整備に伴い、大いに発展してきた。

電中研レビュー No.42 ● 13

１−５

原子力発電所人工島式
海上立地の技術課題

この立地方式は先に述べたように在来立地方式に極震・耐波浪の評価法ならびに安全評価基準の設定によめて近く、その成立性に関わるような技術開発課題はり人工島式原子力発電所の護岸としての合理的設計法少ない。とくに発電プラント本体については、人工島を確立する必要がある。

建設後海底の岩盤上に在来と同じ方法で建設されるた
め、この方式独自の新たな課題はない。しかし、立地

1-5-3の円滑性、経済性や環境への配慮などを考慮した合理

人工島周辺の波、海浜流、海浜変形に与える影響評価法の高精度化

的な立地技術を確立する上での主要課題としては次の点が挙げられる。

人工島の建設は周辺海域の波、海浜流に大きな影響を及ぼすだけでなく、砂の移動により周辺の海岸や海

1-5-1

合理的な海底地質・地盤の調査法

底の地形変化を引き起こす可能性がある。したがって、
建設計画立案時にこれらについて十分な評価を行い、在来立地同様、人工島建設前に原子力発電所重要施

それを人工島と陸の間の静穏海域など周辺海域の利用設を支持する海底基礎岩盤の健全性を地質・地盤調査

計画に反映させるとともに、必要に応じ海岸変形に対により評価する必要がある。在来立地方式では、敷地する事前の対応策をとることとなる。波、海浜流、海内地質調査としてボーリング調査、試掘坑内調査およ浜変形については既に開発された評価法があるが、上び岩石・岩盤物性調査として物理特性、強度特性、変記の目的に十分応えるためにはさらに信頼性を上げ、形特性などの調査が行われており、従来の指針では、

長期にわたる海岸変形の評価を行えるよう高精度化を

試掘坑内での原位置調査・試験の重要度が高い。海上図る必要がある。

立地の場合、海底岩盤に試掘坑を掘ることは安全面、コスト面から困難な場合も考えられる。このような場

1-5-4

立地支援技術合に対処するためには、海上からの物理探査とボーリ
ング調査、ボーリング孔を利用した調査・試験、ボー発電所の立地計画に際しては、発電所と地域住民とリングコアによる室内試験などにより、在来立地に対の共生が求められることになり、それを実現するためする調査・試験と同等の精度で調査・試験が行えるシの手段として立地支援技術が位置づけられる。発電所

ステムを確立することが重要である。

の立地に伴うエネルギー、空間、 付属施設などに着目すると、立地地域には莫大な資源が与えられることに

1-5-2

防波護岸の合理的な耐震・耐波設計法の確立なる。これらを有効に活用することで非立地地域にはできないような地域発展が可能となるはずである。特に、人工島立地の場合、例えば人工島背面に形成され人工島立地においては、発電所建屋は海域に設置さる静穏海域の活用など、多様なサイト資源を活用する

れ、人工的な埋立地盤に囲まれている。また、海からことが可能である。そのためには、発電所構内の緑化

建屋までの距離も短い場合が多いと考えられるため、や藻場造成に関する技術、砂浜造成技術、温排水・熱人工島の外郭を保護する防波護岸の設計上の重要度を利用技術や景観設計技術などの要素技術の開発が必要

適切に設定することが必要である。そしてその重要度である。要素技術を集約して地域の特質を考慮した地に基づいて決められる地震・波浪などの外力条件に基域振興方策の創出も大きな課題と言える。

づき、適切な防波護岸の構造形式の選択、合理的な耐

14

第

章

2

海底地質・地盤調査技術

第２章

海底地質・地盤調査技術 ● 目次

我孫子研究所地質部

主任研究員

阿部信太郎

我孫子研究所地盤耐震部

主任研究員

岡田

哲実

我孫子研究所地盤耐震部

上席研究員

岡本

敏郎

我孫子研究所地盤耐震部

上席研究員

田中

幸久

我孫子研究所地盤耐震部

主任研究員

工藤

康二

我孫子研究所地盤耐震部

主任研究員

池見

元宣

前我孫子研究所地盤耐震部

主任研究員

谷

和夫

前我孫子研究所地質地盤部 地下科学グループ（嘱託） 本荘

静光

２−１

海底地質調査技術の高度化………………………………………………………………………………………………17

２−２海底地盤調査技術の高度化………………………………………………………………………………………………23

16

阿部信太郎（1992年入所）
これまで活断層調査の高精度化に関する研
究に物理探査の立場から携わってきた。最近
では、湖における３次元反射法地震探査や地下レーダーを用いた高精度３次元反射法探査に取り組んでいる。今後は、マグマや地震発
生層の把握を目的として自然地震を用いた深部地殻構造探査にも取り組んでいく。

岡田 哲実（1994年入所）
これまで、軟岩地盤を対象とした地盤調査に関する研究を行ってきた。現在は、不均質岩である礫岩の物性評価に関する研究を進めている。今後は、高レベル放射性廃棄物処分を対象とした高温下の岩盤物性に関する研究を行っていきたい．

岡本 敏郎（1977年入所）
揚水式発電所ロックフィルダムの調査／設計/施工/管理、原子力発電所の第四紀地盤立
地および人工島式立地、火力発電所の軟弱地盤対策や石炭灰処分／灰捨地調査に従事。現在表面遮水式ロックフィルダムの設計の研究を担当。

田中 幸久（1980年入所）
飽和砂地盤の液状化対策、原子力発電所の新立地技術（第四紀地盤立地、人工島式海上立地）などを通じて砂や砕石、砂礫材料などの動的物性の評価やその応用を中心として研究を実施してきた。今後は、高レベル放射性廃棄物処分や地盤環境問題の解決へ向けての研究も実施していきたい。

工藤 康二（1982年入所）入所以来、原子力発電所の新立地（第四紀立地、海上立地）プロジェクトにおいて、砂礫
地盤や捨て石マウンド材料といった粗粒材料や軟質岩等の力学特性について、室内試験や現場PS検層を中心に研究を進めてきた。今後は、高レベル放射性廃棄物処分や環境問題の解決へ向けての研究を展開していきたい。

池見 元宣（1970年入所）
入所以来、フィルダムの築堤材料物性試験や軟弱地盤や砂礫地盤の原位置試験に関わってきた。近年は、軟岩を中心とした物性試験
およびボーリング技術の高度化に関する研究を行ってきた。今後も原位置試験を中心とした研究に従事していきたい。1999年６月より
ñシー・アール・エスに出向。

谷
和夫（1990年入所、1999年３月退職）
主に原子力発電所の新立地技術開発や、電力土木の地盤調査と基礎設計に関わる依頼研究に従事した。専門は岩盤工学、応用地質学などで、1999年４月より横浜国立大学工学部建設学科の助教授。今後は地盤情報を活用した国土計画論などにも手を広げる予定。

本荘 静光（1963年入所、1994年６月退職）
出身は物理探査であり、当所では岩石・岩
盤物性、防災・構造地質等の調査研究に多く携わる。原子力では既往諸地点の広域・敷地内調査の経験に基づいて在来立地地質調査法の標準化に従事し、また各新立地方式における調査システム案の策定に努めた。現在総合地質調査ñ勤務。

２−１

海底地質調査技術の高度化
地質調査においても、この反射法地震探査が主流的手法

2-1-1 は じ め にとなる。

人工島式海上立地のための海底地質調査では、建屋基

2-1-2

反射法地震探査の基本原理

礎底面位置付近における試掘坑調査の困難な場合が予想される。したがって、図 2-1-1 に示すように各種物理探

弾性波は、伝搬速度の異なる物質が接する境界面にお査とボーリング調査を有効に組み合わせて、詳細地質構

いて反射する性質を有しており、この性質を地球内部に造と概略物性分布を把握し、特に必要な場合に限り海底適用した場合、地表面において発震された弾性波は地下

原位置地質調査を実施するというのが、最も現実的な調の地層境界面において反射し、再び地表に反射波として査システムと考えられる∏。

戻ってくる。反射法地震探査は、この反射波を観測する

通常、陸域の地質構造については、地表踏査やボーリことにより、地下の地質構造を把握する手法である。

ング調査などの直視的な調査方法と、地表からの反射法

図 2-1-2（上）に示すように、地震計を設置して震源か

地震探査およびボーリング孔を用いた PS 検層、弾性波

ら弾性波を発生させると、発生した弾性波は各地層境界

トモグラフィー等の物理探査を組み合わせることによっで反射して、地表に戻ってきて地震計に記録される。震て把握する。

源および受震点の位置を移動しながらこの観測を繰り返

海域の地質構造把握については、反射法地震探査が特すと図 2-1-2（ 下）に示すような反射記録が得られる。反に有効とされ、在来立地における広域調査段階でも広く

射波は、地層境界の深さと各地層の弾性波伝搬速度で決用いられている。当然、人工島式海上立地のための海底
地震計

広域地質調査基礎地盤地質調査

在来原子力発電所の場合と同様物理探査主体

受震

発震

移動

地層境界A

地層境界B
基
本

断層活動性評価

地層境界C

調
査

弾性波
地質構造の評価

立地成立性の評価

基礎地盤詳細地質調査
詳

地層境界Aからの反射波

T1（sec）

地層境界Bからの反射波

往T2（sec） 復走時

地層境界Cからの反射波

T3（sec）

ボーリング調査主体

細
調
査

設
計
地
震
動
評
価

図2-1-1

海底原位置調査：特に必要な場
合に実施するケーソン内地質調査

断層活動性
詳細評価

人工島式海上立地における海底地質調査の流れ

図2-1-2反射法地震探査の原理

電中研レビュー No.42 ● 17

まる時間で地表に置いた地震計に戻ってくるため、記録

現在、反射法地震探査において用いられている各種のを並べると地層形状を再現することができる。図 2-1-2

震源は、周波数特性、発震出力がそれぞれ異なっている。

（下）の反射記録は、往復走時と呼ばれる弾性波が地表か

浅海域においては、主にエアガン、ウォーターガン、スら各地層境界まで到達し再び地表に戻ってくるまでの時

パーカーが震源として用いられている。一般的にはエア間を縦軸にして示しているが、各地層の弾性波速度が把

ガンは、発震出力が大きく低周波数、ウォーターガンは握されれば、縦軸を深度に変換した断面図も作ることが中程度の発震出力でやや高周波数、スパーカーは、発震できる。

出力が小さく最も高周波数の震源として使用されている。

海域における反射法地震探査では、図 2-1-3 に示すよこれらの震源を用いて同一測線上で反射法地震探査を実うに調査船を一定の速度で航行させながら弾性波を一定施し、各震源の地質構造解明精度について比較検討を実距離間隔で発震させ、海底下の反射記録を連続的に取得施したπ。記録システムおよびデータ処理条件は全て共する。

通である。図 2-1-4 に示す通り、深部の地質構造については、発震出力の大きさに応じてエアガン、ウォーター

2-1-3

反射法地震探査の地質構造解明精度に関する検討ガン、スパーカーの順に明瞭であり、地質構造の分解能については、発震周波数の高さに応じてスパーカー、ウォーターガン、エアガンの順に高分解能である。

反射法地震探査記録は、地下の地質構造を断面図とし

以上のように各震源の周波数特性と発震出力の違いにて表現している。一枚一枚の反射面は、反射面をはさむ

よって、地質構造の解明精度、把握深度に顕著な差異が上下地層の物性の相対的違いを反映しており、この記録生じている。海域の反射法地震探査において、一種類の断面図に示される地質現象は、大きいものは地質の構造

震源で分解能と探査深度の双方を満足することは原理的

形態、不整合面といった広域の地質構造から、小さいもに困難である。したがって、地形および地質条件を十分のは堆積の微細構造までを表わしている。

に考慮し、把握対象に応じた震源を選択する事が、反射

反射法地震探査記録による地質構造の解明精度を左右する要因は、計画段階における測線間隔および測線方向

法地震探査による地質構造解明精度を確保する上で、極めて重要である。

の設定、探査段階における船位測定の誤差、機器精度とそのパラメータ設定条件、解析段階における弾性波の物
理的性質の解釈、地質学的解釈など、調査過程の各段階

2-1-4

音響学的層序の岩質および地層形成
年代との対比において様々な形で含まれ、それぞれが相互に関連し、最終的に地質構造の解明精度として現われる。特に探査海域においては、陸域における地表地質調査に相当す

段階において、どのような仕様の震源を選択するかが、る情報がきわめて少ない。従って、反射法地震探査から得られる記録の分解能、把握深度、S/N 比に大きな影響得られる音響的な層区分を、実際の岩質や地層形成年代を与える。

に対応付けるためには、既往のピストンコアリングや海ストリーマーケーブル（受震器）
震源

＊エアガン
＊ウォーターガン＊スパーカー

図2-1-318海域における反射法地震探査の概念図

0

250

500

0

250

500

0

250

500 （m）
0
（m）

500

1000
ウォーターガンエアガン

図2-1-4スパーカー

各種震源による反射法地震探査記録断面の比較

底ボーリング調査により把握された地層区分、隣接陸域震探査により層序を追跡するか、ピストンコアリング、における地質調査結果を参照し、総合的に検討する必要

もしくは海底ボーリングを反射法地震探査の測線上におがある。反射法地震探査記録と既往文献に記載されていいて実施し、直接的に対象海域の岩質および地層形成年

る海底ボーリング調査結果 ºを対比した例を図 2-1-5 に代を把握する以外に方法はない。

示す。ただし、現実的にはこのような対比が可能な場合は少数で、対象とする海域に関して適当な文献が存在しない場合も多い。また、海域と陸域では過去の堆積環境

2-1-5

反射法地震探査記録断面による断層の判定の違い、例えば海進、海退などの影響により、陸域と海域の地層区分を対応付けられるとも限らない。

断層の種類は、正断層、逆断層、横ずれ断層に大別される。反射法地震探査記録では、断層は図 2-1-6 に示す付けが既になされている海域から対象海域まで反射法地ようにある場所を境に反射面が切れて、その両側で反射

ボーリング地点
0.0
秒

200

地質時代

30km

深度（m）

このような場合には、音響学的層序と地質層序の対応

第四紀

400

鮮新世
後期中新世

600

0.5

中中
期新
世

800
1000

新
第
三
系

往復走時

1200
1400

1.0

前
期
中
新
世

1600
1800
2000

1.5

2200

古
第
三
系

始
新
世

2400
2600
2800

2.0

3000
3200

図2-1-5

反射法地震探査記録断面と海底ボーリング調査結果の対比

3400

前
期
漸
新
世

白
亜
紀

サ
ン
ト
ニ
ア
ン
〜
チ
ュ
ー
ロ
ニ
ア
ン

電中研レビュー No.42 ● 19

750m

0m
0m

断層

断層

断層

断層

断層
断層

750m

図2-1-6

反射法地震探査でとらえられた断面面がずれている場合に認定される。しかし、断層の存在難である。ただし、最近では、人工知能的な概念を用いが確認された場合においても、断層の傾斜角が低角度で、て、反射法地震探査記録断面から自動的に断層を抽出しすべり量が小さい場合は、断層を挟んだ反射面の上下方て変位量等を見積もる地質構造解釈システムに関する研向での変位量は見掛け上、さらに小さくなってしまうた

究が資源探査分野ではなされている。このような解析シ

め、ずれの判定は困難になる。このような場合は、反射

ステムが実用化されれば現在よりも遥かに客観性の高い

法地震探査記録断面の縦軸と横軸の比率を変えて、深度断層の判定が可能となる。

方向を強調した断面を作成することにより、判定が可能となる場合もある。また、幾何学上、一本の反射法地震

2-1-6

海底に存在する断層の活動性評価

探査記録上で判定出来る断層の変位は上下方向のみである。すなわち、完璧な横ずれ断層が存在した場合につい

断層は、規模と性状、活動履歴、最終活動年代を検討ては、一本の反射法地震探査記録断面からだけでは、そすることによって、発生する地震規模、活動間隔が活動の存在の有無、横ずれ変位量を推定することはできない。

性として評価される。海底に存在する断層の活動性を評

ただし、現実的には完全な横ずれ変位のみで形成されて価する際に最も重要なポイントは、「対象とする断層が、いる断層はなく、若干なりとも必ず上下変位を伴っておどの時代の地層まで変形を与えているか」にある。具体

り、断層の存在を見落とす可能性は極めて低い。

的には、地層形成年代と反射法地震探査によって得られいずれにしても、ある測線において断層の可能性を示

る音響学的層序の対比、および反射法地震探査記録断面す反射パターンが確認された場合には、隣り合う測線により認識される断層の存在と変位の範囲を考慮し、活動

おいて同一の反射パターンが存在するか否か、反射パタ性が評価される。反射法地震探査記録から読み取れる地ーンから推定される断層の種類が同一か否かについて検層の連続性を検討することにより、最終的に断層の活動討する必要がある。

性を評価するまでの手順をフローチャート化したものを我々が実施する反射法地震探査記録断面上における断図 2-1-7 に示す。ただし、全ての事例がこのフローに沿層の判定には、データの質や地質構造の多様性などを考って評価が可能なわけではない。たとえば、海底地形に慮する必要があり、データ解析者の経験に基づく主観性あらわれている海底面の段差は、断層の最近の活動を示も少なからず含まれている。どのような状況に対してもす可能性もあるが、断層変位以外の形成要因についても適用可能な、データ解析者の主観性を完璧に排除した判検討する必要がある。また、断層自体は直接的には確認定基準というものを設定することは現時点においては困されていない場合でも、断層の存在が地下深部に示唆さ20の間に測定出来ない範囲が生じてしまう。また、この範
地層の連続性の検討

スムース

不連続

囲においては、陸上反射法地震探査の受震器を海底に設置することも、耐水性の観点から困難である。このよう不明な浅海域においては、センサーを海底に設置するベイケ
断層
無し

下位層、回折波、
岩相を検討

岩相、地質構造
海底地形の検討ーブルと呼ばれる受震ケーブルを用いる探査方式が有効である。
沿岸域に空白域をつくることなく反射法地震探査を実

断層の
可能性

周辺地質構造の検討施するために、ベイケーブルを用いた反射法地震探査と
断層以外
の地質構造

通常仕様の海域、陸域における反射法地震探査を併用す
る図 2-1-8 に示すような探査システムを実フィールドに適用したº。この探査システムの特徴は、海域反射法地

断層有り

震探査、ベイケーブル反射法地震探査、陸上反射法地震

連続性の
検討

活動性の
検討

震源断層として考慮しない探査の各探査手法を独立したレイアウトの探査として実

断層規模の
判定

変位速度の
検討

Ｓ2相当断層（設計用限界地震）として実施するところにある。すなわち、陸域から発震

Ｓ1相当断層（設計用最強地震）

施するのではなく、一体化した一つのレイアウトの探査された弾性波は海底でも受震され、その反対に海域から発震された弾性波は陸上でも受震される。データ処理は、
通常の反射法地震探査のデータ処理とほぼ同様であるが、

図2-1-7

反射法地震探査記録に基づく断層活動評価の流れ

各探査手法間におけるデータ特性の違いを補正するためのディジタルフィルター処理を施した。得られた反射法
記録断面は図 2-1-9 に示すように極めて良好であり、海れるような地層変形が確認される場合は、陸域も含めた底から陸上に連続する地層の堆積状況が深度 2000m 程周辺地域の地質構造発達史を検討し、深部断層の活動性度まで明らかになった。

を評価する。さらに、断層を被覆する地層が存在しない
場合、もしくは被覆する地層の形成年代が把握できない

2-1-8

ま と め

場合については、周辺地域の地質構造および周辺に存在する断層の雁行性、断続性等の分布形態、性状から断層

人工島式海上立地の海底地質調査においては、試掘坑帯としての地質構造発達史を検討し、対象とする断層の調査が困難であることが想定される。したがって、陸域成因と活動性について、総合的に評価する。

における調査比重が必然的に高くならざるを得ない。このため、陸域における調査結果を海域のボーリング調査

2-1-7

海底から陸上まで連続する地質構造の把握や物理探査結果と結び付ける必要があり、陸上から海底までの連続した地質構造断面、物性構造断面を得ることが重要となる。本節に示した海底から陸上に至る連続し人工島式海上立地の広域地質調査段階において、海底た地質構造断面を取得するための反射法地震探査システ

から陸上に至る連続した地質構造を反射法地震探査によムは、在来立地における広域調査段階で、既に海底地質り把握できるとすれば、立地成立性確認のために極めて調査法として用いられているものの組み合わせにより構

有効な判断材料となるª。ただし、人工島式海上立地に成されている。すなわち、探査装置などは従来までのもおいては、水深十数メートル以浅が建設対象となり、スのをそのまま適用することが可能である。

トリーマーケーブルと呼ばれる受震用ケーブルを船尾か海域における物理探査のさらなる高精度化に向けた研ら 100m 以上曳航する通常仕様の反射法地震探査では、究は日々進歩しているが、現状よりも高精度なデータを

調査船の航行にも水深５ m 以上は必要であり、陸域と得るためには、より厳密なデータ計測、より微弱な信号

電中研レビュー No.42 ● 21

海域の反射法地震探査
ベイケーブルを用いた反射法地震探査陸域の反射法地震探査

海底面

界面

地層境

図2-1-8

0ｍ

海域

2500ｍ

海底から陸上に至る連続した地質構造断面を得るための反射法地震探査システム

海域

5000ｍ

陸域

0m

0m

500m

500m

1000m

1000m

1500m

1500m

図2-1-9︵深度︶

海底から陸上に至る連続した反射法地震探査記録断面をとらえる観測を実施する必要があり、そのための観測る広い研究分野において、海域における物理探査が用い機器、観測技術開発も必要である。最近の電子工学分野られている現状からすると、ノウハウの蓄積は十分にな

における技術動向からすると、この分野が必要とする仕されている。したがって、人工島式海上立地のための海様を満たす観測機器については、既存技術の組み合わせ

底地質調査技術は、本節で示した事例も含めて必要とさにより、理論的には製作可能な状態になっている。また、れる要素技術に関する検討段階は終了し、実用化へ向け観測技術についても、土木から資源開発、地球科学に至た実践段階に到達していると言える。

22

２−２

海底地盤調査技術の高度化

1-5-1 で述べたように人工島式海上立地における海底を多く含むが、地質年代の新しい堆積軟岩は比較的亀裂

基礎岩盤の調査では在来立地と異なり試掘坑を設けるこが少ない。従って、地質年代の新しい堆積軟岩を対象ととが困難な場合も考えられるので、岩盤せん断試験結果した場合には、不攪乱試料を用いた室内試験やプレッシと平板載荷試験結果など従来、試掘坑内で実施されてきャーメータ試験から岩盤全体の特性を評価できる可能性

た試験の実施が困難である場合も想定される。従って、が高い。そこでここでは、比較的均質で亀裂の少ない堆

人工島式海上立地においては、試掘坑によらずに、従来積軟岩からなる岩盤を対象として、不攪乱試料を用いた

得られた情報に近いレベルの情報を得ることのできる地

室内試験やプレッシャーメータ試験による地盤物性評価

盤調査・試験方法ならびにそれらによる地盤特性の評価

法について述べる。

方法の確立が望まれる。
具体的な方法としては、岩盤の特性に応じてA

現地より採取した不撹乱試料を用いた室内試験

B

ボーリング孔や地盤調査用ケーソン内など試掘坑以外で行う原位置速度検層や各種原位置試験

2-2-1

室内試験による堆積軟岩の地盤物性評価

ここでは、室内試験結果と原位置岩盤試験結果の対応を明確にすることを目指して、比較的均質な堆積軟岩を対象として以下の検討を行った。

を適切に組合せた調査を実施して、その結果を総合的に判断して地盤物性を評価することが考えられる。また、A

一般に、岩盤の内部には亀裂が存在するため、岩盤

上記A、Bの他に、場合によっては陸域に存在する類似から採取した室内試験供試体の寸法が大きいほど、供岩盤に対する地盤調査を行うことも考えられる。

試体に含まれる亀裂が増加する（図 2-2-1）。その結果、

ここでは、不攪乱試料を用いた室内試験による地盤

大きな供試体に対する室内試験から得られた強度なら物性評価方法とボーリング孔を利用した地盤調査によびに剛性は小さな供試体に比べて小さい。これを寸法る岩盤物性評価方法のうちのひとつであり、当研究所

効果と呼ぶ。そこで、代表的な室内力学試験である三が開発した岩盤用プレッシャーメータ試験について述

軸圧縮試験によって寸法効果の影響を検討する。

べる。

B

三軸圧縮試験結果と比較することにより代表的な原

プレッシャーメータ試験は、後述するようにボーリ

位置岩盤試験である岩盤せん断試験と平板載荷試験のング孔壁をゴム膜を介して載・除荷する試験方法であ位置づけを検討する。さらに三軸圧縮試験結果を用いる。ボーリング孔やゴム膜の寸法には限りがあるので、て岩盤せん断試験結果と平板載荷試験結果の数値シミ

一回の試験から得られる地盤情報は岩盤全体からみれュレーションを行う。

ば点に近い局所的なものにならざるを得ない。このことは、不攪乱試料を用いた室内試験でも同様である。

供試体の
サイズ

このような試験方法による結果から岩盤全体の特性を小評価する場合に問題となるのは、岩盤中の亀裂の存在

構造物

である。
一般に、岩盤は、その内部に亀裂が存在し、岩盤全体

岩盤の挙動に影響を及ぼす。従って、局所的な地盤情報から
大岩盤全体の特性を評価する場合には亀裂の影響を考慮しなければならない。岩盤には、亀裂が多いものと少ないものがある。一般に、地質年代が古く硬質な岩盤は亀裂

図2-2-1

岩石の寸法効果

電中研レビュー No.42 ● 23

¸

表2-2-1

力学特性に及ぼす寸法効果の影響の検討

寸法効果のまとめº

三軸圧縮試験では、供試体の端部の乱れ（ベッディング

人工軟岩

堆積軟岩

配合S3 配合M2 シルト岩∏

エラー） の影響を受けないように、正確な変位計測を実施し、強度特性だけでなく変形特性の寸法効果についても検討を行った。

強度 ピーク時の軸差応力qf

×

○

×

特性 残留時の軸差応力qres

×

×

×

ヤング率の初期値Esec, i

×

×

△

q/qf＝0.5の時のヤング率E50

×

×

×

ピーク時の軸ひずみεf

×

×

△

変形

試料は、１種類の自然の堆積軟岩と人工軟岩（堆積軟特性

岩を模擬した２種類の人工の岩石）を使用した。自然の○：寸法効果が認められる。
△：寸法効果がやや認められる。
×：寸法効果は認められない。

堆積軟岩は、外見上は割れ目を含まない新第三紀鮮新統に属するシルト岩を用いた。人工軟岩は、砂岩を模擬した砂質系の岩石（配合 S3）と泥岩を模擬した泥質系の岩石
π合 M2）におけるピーク時の応力 q f に若干の寸法効果が（配合 M2）である 。ただし、砂質系の人工軟岩では、認められる。その低下割合は、直径が 10 倍大きくなる

供試体の表面に亀裂が見られない均質な試料を作製すると約 10%低下する程度である。これは、人工軟岩（配合ことができたが、泥質系の人工軟岩の大きな供試体には、M2）の作製中に発生した割れ目の影響と考えられるため、供試体作製中に発生した亀裂が数本観察された。

実際には問題とならない。また、自然の堆積軟岩におけ以上３種類の試料に対して、供試体の直径が 10、20、

る初期のヤング率 E sec,i とピーク時の軸ひずみεf に僅か

35、50、100、300、500mm の寸法で三軸圧縮試験を行に寸法効果が認められるが、工学的には無視できる程度

った。

だった。

試験結果から得られた軸差応力（供試体の軸方向の応力から軸直角方向の応力を差し引いたもの）と軸ひずみ以上により、比較的均質で亀裂の少ない堆積軟岩では、（供試体の軸方向の直ひずみ）の関係の代表例を図 2-2-2

強度・変形特性に明瞭な寸法効果は認められず、通常行に示す。強度特性としては、ピーク時の応力 qf と残留時

う直径が 50mm 程度の供試体を用いた三軸圧縮試験にの応力 qres を求め、それらに対する寸法効果を検討した。

より、堆積軟岩から成る地盤の強度・変形特性が求めら

また、変形特性としては、初期（微小なひずみレベル）のれることがわかった。

ヤング率 Esec,i、ピークの半分の応力時（q/qf=0.5）のヤン
グ率 E50、およびピーク時の軸ひずみεf を求め、それら¹

岩盤せん断試験結果との比較
ここでは、サンプリングしたコアに対する三軸圧縮試

に対する寸法効果を検討した。
表 2-2-1 に寸法効果の影響をまとめた。人工軟岩（配験結果と岩盤せん断試験結果との相互関係を明らかにすることを目指して、両試験から得られた強度特性を比較するとともに、三軸圧縮試験結果に基づく応力ひずみモ

5デルを用いた岩盤せん断試験の数値シミュレーションを
1

軸差応力q（MPa）

4

行った。

ピーク強度qf

E50
残留強度qres１）破壊時の応力の比較

3

岩盤せん断試験は、図 2-2-3 に示すように室内模型実

qf/2

2

験により行った。せん断面の大きさは 30cm × 30cm で、原位置試験で一般的な 60cm × 60cm と比較して 1/2 のEsec.i1

ピーク時の軸ひずみεf1

スケールである。実験に用いた試料は、2-2-1 の寸法効
果に関する検討と同様に、砂質系および泥質系の人工軟

0
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

岩と自然の堆積軟岩（シルト岩）である。本試験では、破軸ひずみε（％）

壊のメカニズムを詳細に検討するため、せん断する岩盤
図2-2-224º

三軸試験結果の一例

ブロックのせん断面に作用する直応力とせん断応力の分

垂直荷重用ジャッキ

せん断荷重用ジャッキ
せん断荷重用
ロードセル

垂直荷重用ロードセル

せん断ブロック（鉄筋コンクリート）
変位計
せん断面30×30cm
模型地盤（試料）
土槽固定用
ジャッキ

模型土層
（内法寸法：1.00×1.00×0.51m）

模型地盤（ダミー）

反力フレーム

図2-2-3

岩盤せん断の模型実験装置º

布やひずみ分布の計測も行ったª。

またはやや安全側の評価ができていることがわかる。ま図 2-2-4 に岩盤せん断試験と三軸圧縮試験から得られた、岩盤せん断試験のシミュレーション結果は岩盤せん

た強度特性を比較した。これより、粒度が粗い砂質系の断試験結果と同様に三軸試験の結果と高い応力レベルで人工軟岩（配合 S2 と S3）では、直応力が 2.5MPa 以下の調和的だが、低い応力レベルでは小さくなる傾向がある。

範囲でせん断強度に全般的な差がなく、粒度が細かい泥

数値シミュレーション結果を詳細に検討したところ、質系の人工軟岩（配合 M2）と自然の堆積軟岩では、それこの原因は、１）と同様に引張り破壊の影響であること

ぞれ 0.5MPa、1.0MPa 以下の領域で岩盤せん断試験によが明らかとなった。

る強度が三軸圧縮試験による強度よりかなり低く評価さºれることがわかる。

平板載荷試験結果との比較

この原因を調べるために、岩盤せん断試験における破ここでは、自然の堆積軟岩（シルト岩）地盤においてサ

壊面上の応力分布やひずみ分布が計測された。その結果、ンプリングした試料の三軸圧縮試験結果と平板載荷試験

破壊面上ではせん断破壊だけでなく引張り破壊も生じて結果の相互関係を明らかにすることを目指して、三軸圧∫いることが主たる原因であることが明らかになった 。

縮試験結果および原位置弾性波速度試験結果から地盤物性値を定め、原位置平板載荷試験結果のシミュレーショ

２）数値解析による検討

ン計算を行った。

岩盤せん断試験から評価される強度特性の位置づけを検討することを目的として、岩盤せん断試験の有限要素

１）原位置平板載荷試験の概要

法（FEM）による数値解析を実施した。岩盤の応力ひず

試験地点は、新第三紀鮮新統のシルト岩からなり、試

み関係は、破壊前は線形弾性、破壊後は完全塑性になる

験面近傍に割れ目は認められず、おおむね均質である。

バイリニア型とした。地盤物性値は、三軸圧縮試験の結試験位置は、地表から約 30m 下の試掘坑内である。地果を用いて定めた。

下水面は地表面とほぼ一致している。平板載荷試験とと

図 2-2-5 は岩盤せん断試験結果、岩盤せん断試験の数
値解析結果、および三軸圧縮試験結果を比較したものでもに、弾性波速度計測とブロックサンプリングした試料を用いて、三軸圧縮試験を実施した。

ある。図 2-2-5 によれば、岩盤せん断試験のシミュレーシ

試掘坑内では、計４回の平板載荷試験を行った（表 2-

ョン結果は岩盤せん断試験結果とほぼ一致しているかま2-2）。Case1 と Case2 については変形試験のみ行い、たはやや小さく、数値シミュレーションによりほぼ妥当

Case3 と Case4 については変形試験の後に支持力試験を

電中研レビュー No.42 ● 25

せん断荷重
ジャッキの
傾斜角
α＝20°
α＝８°
α＝０°

せん断荷重
ジャッキの
傾斜角
α＝20°
2.5

4

せん断応力τf（MPa）

人工軟岩（配合S2）
せん断応力τf（MPa）

32

三軸圧縮試験により得られたモール・ク
ーロンの破壊規準

1123
直応力σf（MPa）

1.5

1.0
三軸圧縮試験により得られたモール・ク
ーロンの破壊規準

0.5

0
0

2.0

人工軟岩
（配合S3）

0.0
0.0

4

0.5

2.5

2.5
人工軟岩
（配合M2）
せん断応力τf（MPa）

せん断応力τf（MPa）

2.5

1.5

1.0

0.5

0.0
0.0

2.0

載荷速度
0.98
MPa/min
0.39
MPa/min
0.049 MPa/min

載荷速度
0.39
MPa/min
0.049 MPa/min
0.0061 MPa/min

2.0

1.0
1.5
直応力σf（MPa）

1.0
1.5
2.0
直応力σf（MPa）

図2-2-4

堆積軟岩（シルト岩）

1.5

1.0

三軸圧縮試験により得られたモール・ク
ーロンの破壊規準

0.5

三軸圧縮試験により得られたモール・ク
ーロンの破壊規準
0.5

2.0

2.5

0.0
0.0

0.5

1.0
1.5
2.0
直応力σf（MPa）

2.5

岩盤せん断試験と三軸圧縮試験による強度の比較º行った。Case2 のダイアフラムとは、地盤を等応力分布

盤の応力ひずみ関係をモデル化し、有限要素法（FEM）

で載荷することを目的とした載荷板である。剛な載荷板

により平板載荷試験のシミュレーション解析を行った。

を用いた場合、載荷板端部の応力集中による局所破壊か

Case4 における載荷板直下の間隙水圧の計測結果など

ら、弾性理論と整合しない可能性があるが、等応力の載から、載荷時に載荷板直下の地盤内で発生した過剰間隙

荷ではこの問題を排除できる利点がある。Case4 では、

水圧は速やかに消散することが明らかとなったため º 、

地盤中に水圧計を埋め込み、載荷中の間隙水圧の変化をシミュレーション解析に用いる三軸圧縮試験結果は、圧測定した。

密排水（CD）条件で得られた結果を用いた。また、原位置弾性波速度試験結果によれば、地盤表面付近のせん断

２）変形特性の評価
原位置弾性波速度試験結果と三軸圧縮試験結果から岩26

波速度の低下が認められたがº、このこともシミュレー
ション解析モデルに反映させた。

34

人工軟岩（配合S3）

3

せん断応力τf（MPa）

せん断応力τf（MPa）

人工軟岩（配合S2）2

模型実験の結果
数値解析
三軸試験

1

0

0

1

2
3
直応力σf（MPa）

1
模型実験の結果
数値解析
三軸試験
0

4

3

0

1
2
直応力σf（MPa）

模型実験の結果
数値解析
三軸試験
2

1

模型実験の結果
数値解析
三軸試験
2

1

人工軟岩（配合M2）
0

0

1

2

自然軟岩（シルト岩）
300

直応力σf（MPa）

図2-2-5

表2-2-2
Case

載

荷

3

3

せん断応力τf（MPa）

せん断応力τf（MPa）

2

平板載荷試験一覧º

12
直応力σf（MPa）

3

数値解析の結果º

し、計算による降伏支持力は、２次元弾性地盤表面に帯板

寸法(cm)

試験内容

１

円形剛板

直径60

変形試験のみ地盤内ひずみ計測

２

円形ダイアフラム

直径60

変形試験のみ地盤内ひずみ計測

３

円形剛板

直径30

変形＋支持力試験

４

長方形剛板

30×90

変形＋支持力試験

その他

間隙水圧計測基礎を載荷した場合に地盤の一部がせん断破壊するときの単位面積あたりの載荷重と定義した。
降伏支持力の実測値は、Case3 と Case4 でそれぞれ
5.6MPa、6.2MPa である。一方、降伏支持力の計算値は5.9MPa であり、実測値とほぼ一致していた。

図 2-2-6 に Case1、2、3 の平板載荷試験の試験結果と以上により、排水条件や地表面付近のせん断波速度の数値解析の結果を示す。図より、Case1、2、3 のいずれ低下を考慮すれば、三軸試験結果により平板載荷試験結の場合も試験結果と解析結果の一致度が高いことがわか果から得られる変形特性を推定できること、支持力特性

る。

についても排水条件を考慮すれば推定できることがわかった。

３）支持力特性の評価
Case3 と Case4 で行った平板載荷試験から得られる降伏支持力（平板載荷試験から得られる単位面積あたりの2-2-2

岩盤用プレッシャーメータ試験による地盤物性評価

載荷重と沈下量の関係を両対数グラフ上にプロットし、グラフ上に現れる折れ曲がり点の単位面積あたりの載荷

図 2-2-7 は、当所の開発した自己掘進式岩盤用プレッ重）と計算により評価した降伏支持力を比較した。ただシャーメータ試験装置による試験方法を模式的に表した

電中研レビュー No.42 ● 27

荷重/載荷板面積（MPa）

3.5

計測結果：
圧力〜孔径変化

3
地表面

2.5
2
1.5
1

ボ
ー
リ
ン
グ
孔

試験結果
（繰返し載荷部のみ表示）

0.5
0
0

FEM解析の結果
0.5

11.5
載荷板変位（mm）

_

2

Case1

2.5
2
1.5
試験結果

加
圧

（繰返し載荷部のみ表示）

0.5
0

加圧部（ゴム膜がメタルシースに覆われている）

掘自
り己
進掘
め進
ら用
れ掘
た削
部装
分置
に
よ
り

3

1

堆積軟岩より
成る岩盤

2.5

3.5

載荷圧力（MPa）

圧力

自己掘進用掘削装置

FEM解析の結果
1

0.5

1
1.5
載荷板変位（mm）

`

2

2.5

図2-2-7

Case2

当所で開発した自己掘進式岩盤用プレッシャーメータ試験装置による試験概要

3.5

載荷応力（MPa）

3のマストに支えられた棒状のものが装置本体であり、装2.5

置本体の下半分に見える黒い部分はメタルシースである。

2

本装置では、測定値の信頼性を向上させるため、以下

1.5のような工夫がなされている。

1

試験結果（繰返し載荷部のみ表示）

0.5
0
1

FEM解析の結果
0.25

0.5
0.75
載荷板変位（mm）a

図2-2-61A
1.25

で覆われた加圧部分の地盤への挿入は、装置本体の先

Case3

試験の結果と解析結果の比較º

孔壁の乱れの影響が小さくするため、メタルシース

端に取り付けられた掘削装置による自己掘進により行われる（図 2-2-7）。
B

ボーリング孔径の変化の測定はメタルシースの変位を直接測定するなどの工夫をしており、変位の測定誤ものである。装置本体は、下端に取り付けられた自己掘差が生じにくい。

進用掘削装置によりボーリング孔底より地盤内に掘進し、加圧部分は地盤内に挿入される。加圧部分は、ゴム膜が

図 2-2-9 _、`は、それぞれ、新鮮で均質なシルト岩

ゴム膜保護用のメタルシース（短冊状の薄い金属片）で覆に対するプレッシャーメータ試験より得られたせん断強

われたものであり、地表面から供給している圧力により度ならびに剛性のひずみ依存性を現地より採取した不撹

ゴム膜を膨らませることにより孔壁を加圧する。ゴム膜

乱試料に対する三軸試験結果から得られた結果と比較し内の圧力と孔径の変化を測定することにより地盤の強たものである。プレッシャーメータ試験から得られたせ

度・変形特性を把握する。

ん断強度と剛性は、いずれも三軸試験結果から得られた

図 2-2-8 は、当所で開発した軟質岩盤のためのプレッ

結果よりやや小さいが、概略的な評価は可能であること

シャーメータ試験装置である。図中で、ボーリング機械がわかる。ただし、せん断強度評価を目的としたプレッ

28

10

地盤のせん断強度（MPa）
2
40

プレッシャーメータ試験
三軸圧縮試験

Z（m）
深度

20

30

40

6

比較的均質な
シルト質軟岩50

60_

地盤のせん断強度

地盤の剛性（MPa）

1600

図2-2-8

比較的均質な
シルト質軟岩

1200

800
三軸圧縮試験
400

プレッシャーメータ試験

当所で開発した岩盤用プレッシャー
メータの全景¸
0 -5
10

10-4

10-3

10-2

ひずみ

`

シャーメータ試験では加圧中に地盤内で引張り破壊が生じる場合があるので、実験結果を解釈する上で、このこ

図2-2-9とに留意する必要がある∏。

2-2-3 ま と め

地盤の剛性

岩盤用プレッシャーメータ試験と三軸圧縮試験による結果の比較º

要素試験によって評価される要素特性によって境界値問題として説明できることがわかった。

比較的均質で亀裂の少ない堆積軟岩からなる岩盤を対このことにより、今後更に精度向上に関する検討の象として、不攪乱試料に対する室内試験ならびに岩盤用余地は残されているものの、比較的均質な堆積軟岩にプレッシャーメータ試験による地盤物性評価法を検討しおいては、原位置から採取した不攪乱試料による室内た。その結果次のような結論が得られた。

試験結果から、従来試掘坑内で行われていた岩盤せん

A

断試験結果と平板載荷試験結果を推定することが可能

外見上均質で亀裂が目立たない堆積軟岩試料であれとなった。

ば三軸圧縮試験の結果に及ぼす寸法効果の影響は小さい。
BC

岩盤用プレッシャーメータ試験においては、精度向岩盤せん断試験による岩盤のせん断強度は、直応力上の余地や実験結果解釈上の留意点はあるものの、概が小さい場合を除いて、三軸圧縮試験による供試体の略的な地盤のせん断強度や剛性の評価が可能であるこ

せん断強度にほぼ一致していた。また、岩盤せん断試とがわかった。

験と平板載荷試験の結果は、原位置弾性波速度や室内

電中研レビュー No.42 ● 29

第

章

3

防波護岸の耐波・耐震
安定性評価技術

第３章

防波護岸の耐波・耐震安定性評価技術 ● 目次

我孫子研究所

水理部

上席研究員

榊山

勉

我孫子研究所地盤耐震 部

上席研究員

金谷

守

我孫子研究所地盤耐震 部

主任研究員

栃木

均

我孫子研究所地盤耐震 部

主任研究員

河井

正

我孫子研究所地盤耐震 部

主任研究員

工藤

康二

研究参事

鹿島

遼一

前我孫子研究所

上席研究員

３−１

防波護岸の設計の基本的な考え方………………………………………………………………………………………33

３−２

防波護岸の耐波安定性評価技術の高度化………………………………………………………………………………34

３−３

防波護岸の耐震安定性評価技術の高度化………………………………………………………………………………42

榊山
勉（1981年入所）
海岸・港湾構造物と波とに関わる研究のなかで、特に消波ブロックに作用する波力や護岸の越波の実験スケール効果をテーマにしてきた。越波現象に関しては数値計算モデルを構築した。現象の解明から設計への対応にわたる研究に取り組んでいる。

金谷守（1984年入所）
入所以来、原子力発電所の新立地技術の研究開発に携わってきた。第四紀立地では，基礎地盤の安定性評価技術として地盤の有効応力解析手法を開発し、海上立地では、防波護岸の地震時変形解析手法を中心に研究を行ってきた。今後は、電力施設の性能設計に関する技術開発に取り組んでいきたい。

栃木
均（1985年入所）
これまで、原子力発電所の人工島式立地方式に係わる防波堤・護岸の耐震安定性に関する研究を行い、DEM-FEMハイブリッド手法
によるケーソン式護岸の滑動解析など、消波ブロックとの動的相互作用を考慮した解析手法の検討を行った。今後は、ロックフィルダ
ムなどの耐震性の問題に取り組んで行きたい。

河井正（1993年入所）
入所以来これまで、原子力発電所の人工島式立地技術に係わる研究に参加し、特に、カ
リフォルニア大学デービス校において防波護岸の地震時変形を詳細に把握するための遠心力載荷模型実験を行ってきた。今後は、地盤・構造物系の地震時変形予測、耐震性能評
価技術の開発に関する研究に取り組む予定である。

工藤 康二（16ページに掲載）

コラム１

遠心模型実験―ゴジラは東京湾に現れるか？―

田中 幸久（16ページに掲載）
河井正（上記掲載）32

鹿島 遼一（８ページに掲載）…………………………………………………………50

３−１

3-1-1

防波護岸の設計の基本的な考え方

防波護岸に関する新たな設計概念

開始

外洋に面した海域に構築される人工島式立地発電所の防波護岸は、外洋波浪を直接に受けるので、在来立地の現行設計法による耐波・耐震性の検討

陸地を防護する護岸に比べて重要度の高い護岸として設計する必要がある。人工島の防波護岸に関しては、それ
基本断面の決定自体は放射性物質の流出防止を目的とした構造物ではな
いが、これが損傷することによりプラントの安全上許容できない事象の発生（地震あるいは越波に起因する原子

耐力検討波による防波機能維持検討

炉建屋周辺地盤内の地下水位上昇による建屋の安定性不足、越波による埋立土の流出による屋外安全系設備および屋外放射性流体内包設備基礎の支持機能損傷など）が防波機能を維持しているか想定されるため、然るべき機能が維持できる設計が必要となる。機能維持を検討するに当たり、対象とする自然

No

Yes

外部事象は波浪と地震である。
基準地震動S2による変形量の評価

防波護岸に要求される機能は、波浪や地震による護岸
自身の崩壊を防止する耐波、耐震機能と、埋立地ならび

断面変更に埋立地内の施設を護るのに必要な防波機能である。こ

耐力検討波による防波機能維持検討

こで、防波機能としては、１）越波を過度に生じさせる
ような変形を引き起こさず護岸の安定性を保持する機能、
２）越波を抑制し、生じた越波水を安全に排水する機能、

No

防波機能を
維持しているかが要求される。
防波護岸の設計の基本的な流れを図 3-1-1 に示す。こYes

こでは、以下に示すような二段階の設計法を採用するこ終わりとにした。第一段階として、現行の設計法に則り「港湾の施設の技術上の基準・同解説」∏に基づいて、所要の安全率を満足する基本断面の設計を行う。第二段階とし

図3-1-1

防波護岸の設計の基本的な流れて、さらに厳しい耐力検討用外力に対して、上記１）と２）の防波機能を満足することを確認するπ∫。このため、
まず波浪に対して基本断面を対象に耐力検討海象条件

形後の断面が、耐力検討波に対し機能上問題を生じない（耐力検討波）に対する消波工の変形および越波制御条件

ことを確認し、最終的な護岸構造を決定する。

を満たすように構造の修正や排水路などの設定を行い、なお、耐力検討の段階では、波浪と地震を同時に作用

耐力検討波に対しても越波制御機能が維持される断面構させた機能維持の検討は、それぞれの再現期間を考慮し造を決定する。次いで、この断面に対して地震（設計用

た確率的検討から必要ないものとされており、先行事象

限界地震）に対する応答解析を行い、ケーソン、背後地として地震を想定し、地震により損傷を受けた防波護岸

盤などの変形を評価する。最後に地震による変形が生じが所要の機能を確保しているかを検討すればよい。

た場合を想定して、応答解析などに基づいて評価した変電中研レビュー No.42 ● 33

クは、法面勾配を 1:2 としたときに 80t 型が必要となる。

3-1-2

防波護岸の基本設計

護岸パラペット天端高さは、許容越波流量（基本設計波に対して 0.05m3/s/m、耐力検討波に対して 0.2m3/s/m）

防波護岸の構造形式としては、消波工の変形後の修復に対して、厳しい基本設計波の条件から決定された。越性と越波の抑制とを考慮して、消波ブロック被覆式護岸

波排水路は、耐力検討波による越波水に対して余裕をもを選定し、さらに越波水を排水するための大規模な越波って排水できる水路断面を確保し、発電所敷地内への越排水路を備える、図 3-1-2 に示す構造を当面の設計対象

波水の浸入を所定の流量以下に抑えるために敷地側の壁ªの高さを決定した。埋立地の地盤高さは、既往の考えにとした 。
人工島式原子力発電所の防波護岸に対する２段階設計

準じて津波を考慮し、6m と想定した。一方、ケーソン

法の概念の成立性を確かめるために、以下の条件を設定の幅は、以下の耐震設計から決定される。震度法に基づして検討を進めた。人工島の設置水深を 20m とし、基く静的解析により、ケーソンの滑動・転倒、ケーソンの本設計条件として沖波条件で波高 10m、周期 16s（100 年

端し圧によるマウンドのすべりに対する安全率を算定し、確率波）を採用した。また、耐力検討用外力の波浪条件

すべての安全率が基準値を満足することが要求される∏。

としては、基本設計波高の 1.5 倍の沖波波高を有するき

ここでは、設計震度として、水平震度 KH=0.2、鉛直震

わめて希な厳しい波浪条件を設定した。図 3-1-2 の断面度 KV=0.0 を採用した。

形状の設計には、水位として、朔望平均潮位差 1.5m、高潮偏差を基本設計で 1m、耐力検討条件で 1.5m とした。

以下においては、人工島式原子力発電所の防波護岸を

基本設計波の沖波波高 10m は、構造物設置水深では対象に新たに提案した設計概念に対して、解決すべき耐10.3m に、耐力検討波の沖波波高 15m は 12.8m となる。

波設計ならびに耐震設計に関わる研究課題とその検討結設置位置での基本設計波高 10.3m に対して、所要ブロッ

果を示す。

26.0m

パラペット

越波
排水路

1：2
80ton消波ブロック

11.5m

上部工

埋立地盤
16ton消波ブロック

20.0m

グラベルマット

5m

ケーソン

裏込め

26.0m

マウンド

145.6m海底地盤

図3-1-2３−２防波護岸の断面図

防波護岸の耐波安定性評価技術の高度化で述べたように、その重要度を考慮して現行の設計法で3-2-1 は じ め に設定される外力を越えるきわめて希な外力（耐力検討外力とよぶ）に対する護岸の機能維持を確認するという新人工島式立地発電所の防波護岸の設計に関して、3-1-1

34

たな設計概念を提案した。そこで、最初の課題となるのは、基本設計波を越えるきわめて希な波である「耐力検討波」の設定に対する考え方と設定方法である。この耐力検討波に対する消波工の変形を許容した防波護岸の耐
波安定性の評価、護岸の機能維持の観点から越波量の評
価が耐波設計技術の高度化のための課題となる。
以下では、１）耐力検討波の設定、２）消波工の変形の評価、３）越波特性などに関する検討結果を示す。

3-2-2

耐力検討波の設定

耐力検討波は、基本設計波（100 年確率波）を越えるき
わめて稀な波に対して、防波護岸に多少の変形は生じても防波機能が維持されることを確認するための機能維持

図3-2-1

台風経路のシミュレーション例½

検討に用いる波浪条件である。基本設計波高に対して、適切に割り増しをすることにより設定する。確率論的な考えに立てば、再現期間 1000 年オーダーの波を想定す
1

ることになる。
このような超長期の確率波を推定するためには、ここ

Y

39

1
966

では、波浪データよりも長い期間にわたって観測データ970が得られている気象擾乱を用いて波浪推算を行う方法を978X採用した。まず、太平洋側に高波浪をもたらす台風と日
本海側に高波浪をもたらす低気圧を対象に確率的な気象987

擾乱モデルを用いて風、気圧の場を算出する。さらに、これらの結果を外力条件として波浪推算モデル∏を用い

987
989

33
1005

て波浪を推算する。台風は気圧分布を同心円でモデル化できる。しかし、低気圧の気圧分布はは台風とは性質が967

図3-2-2997

低気圧経路のシミュレーション例¾

異なるので、低気圧に対しては、長軸と短軸の異なる楕
円を４分割して組み合わせた楕円状の気圧分布を仮定した。これらの台風や低気圧の気象擾乱について、発生かている。

ら移動を確率論的にモデル化し、移動にともなう中心気

このような気象擾乱を 1000 年間分発生させ、それぞ

圧、大きさなどの属性をモンテカルロ法を用いて推定し、れの風、気圧の場を外力条件として用いて波浪推算モデ

π∫

仮想の気象擾乱をシミュレートする。

ルにより特定地点での波高、周期を推算する。これらを

図 3-2-1 は、台風のシミュレーションの１例であり、仮想の波浪観測データとして、通常の観測で得られたデ

1 年間に発生した台風の経路と台風半径を示している。

ータと同様に極値統計解析を行い、基本設計波である

台風の北上にともなう転向や減衰などが、実際のとり得

100 年確率波と耐力検討波の目安となる 1000 年確率波をる経路とよく類似している。

推定する。

図 3-2-2 は、１つの低気圧の経路と大きさの変化をシ

表 3-2-1 に推定結果を示す。100 年確率波高 H100 に対ミュレートした例である。作図の便宜上、楕円の長軸とする 1000 年確率波高 H 1000 の比は、台風の場合は 1.1 〜

短軸の頂点を結んだ四角形で表示してある。低気圧は時1.3、低気圧の場合は 1.2 〜 1.4 であった。基本設計波高間の経過につれて発達しながら西から北東へ進行し、楕に対する耐力検討波高の割り増率は、通常 1.2 〜 1.3、最円長軸の傾斜角が反時計方向に回転することが再現され大でも 1.5 程度で設定することができる π。気象擾乱に

電中研レビュー No.42 ● 35

表3-2-1

100年確率波に対する1000年確率波の波高比と周期の比較

Dn

S=A/D2nA（a）波高比S.W.L.

H 1000／H 100

計算対象地点

確率的台風モデル

1.1〜1.3

福島沖、石廊崎、高知沖、油津、喜屋武岬

確率的低気圧モデル

1.2〜1.4

福島、柏崎、直江津

（b）周期

T 100

T 1000

計算対象地点

確率的台風モデル

15〜16s16〜17s

石廊崎沖

確率的低気圧モデル

13〜14s12〜14s16s
14〜15s福島
柏崎、直江津

図3-2-3

変形レベルの定義¾

ここに、Dn=（W/γr）1/3 は消波ブロックを同重量の立方体に置き換えた場合の１辺の長さを表す。W は消波ブ関する確率モデルを用いた結果は、これらの結果の範囲

ロックの重量、γｒは消波ブロックの単位体積当たりのとほぼ一致し、耐力検討波の設定に確率論的な観点から重量である。したがって、damage level S は幅 Dn 当たの説明ができた。また、周期については、1000 確率波

りの侵食面積内の消波ブロック移動個数を示す。ただし、のような超長期の周期を予測するための情報がこれまで

消波工の変形を必ずしもそのまま被災とみなさないため、なかったが、100 年確率波の周期よりも１〜２秒程度長damage level S を本研究ではくなることが明らかになった。

とにしたº。

変形レベル Sと呼ぶこ本研究では、防波護岸の消波ブロックの変形量と波浪

3-2-3

消波工の変形の評価

条件との関係について、模型縮尺 1/22.7、1/60、1/87.5の３種類の断面２次元造波水路実験と模型縮尺 1/88 の

これまで、防波護岸の消波工に使われる消波ブロック

３次元多方向不規則波水槽実験を実施した。ここでは主などの変形を定量的に評価するに当たっては、水理実験として断面２次元造波水路実験に基づいた検討結果を紹で消波ブロックの移動個数を調べ、移動個数の検査領域介する。

内の消波ブロック総数に対する比率で定義された被害率

図 3-2-4 は、当研究所の所有する、長さ 205m、幅が用いられてきた。ここで、消波ブロック１個の長さ以3.4m、深さ 6.0m の大型造波水路を使用して実施した防上移動したものを移動したとみなしている。従来のよう波護岸の実験の様子を示したものである。実験では、設に、消波ブロックが動くかどうかの初期の移動段階のみ

計波高以上の高波浪の作用による消波工の断面形状の変を対象とする場合にはこのような被害率の定義で充分で化を調べた。また同時に後述する護岸の機能維持を調べあったが、消波ブロックの一部が移動しても構造物の重るために、消波工の変形にともなう越波量の変化を調べ

要度に応じて機能が失われなければよいという考え方にた。

立てば、相対的な量で被災と判断するのは妥当ではない。

図 3-2-5 は、基本設計波を越える大きな波の作用によ

また、この定義では被害率が法面勾配や被覆材の総数にり消波工が変形した前後の断面形状を比較したものであ依存するため、異なる断面の研究成果と直接比較するこる。実験結果の変形レベル S の値は 12 であった。このとが困難である。

実験では波の作用を 3000 波まで行った。実際の波の作

そこで、本研究では消波工の変形量の評価に当たって用時間に換算すると約 13 時間に相当する。実際にはこ

図 3-2-3 に示すように消波工の侵食面積 A を変形量のパのような高波浪は 13 時間もの長時間にわたって作用す

ラメタにとり、次式で定義される damage level S を用るものではないが、消波工の変形特性を把握するために、いることにしたª。

同一の波浪条件のもとで長時間の波を作用させて、消波

A
S=
Dn 2

36

工の変形の様子を調べた。
図 3-2-6 は基本設計波高 HD を越える種々の波高 H の波を作用させた場合の変形レベル S の時間変化を示した

図3-2-4

防波護岸の大型模型水理実験

1.5

高さ z（m）

本設計波を越える任意の波高、周期の波が作用する場合

断面形状
変形レベルSの値
0（実験前）
12（実験終了後）

1.0
0.5に、消波工の断面形状の変化を、波の作用時間に応じて推定できる。また、本評価式は波の波高や周期が時間的に変化した場合にも適用可能である。

0.0

基本設計波高 HD に対して安定な消波ブロックを用い−0.5ているので、消波工の変形は波作用初期の若干の移動を

−1.0
−1.5
−1

除いてほとんどないので掲載していない。消波工の変形
012
水平距離 x（m）

3

4

は、基本設計波高を越える波高の大きさに応じて大きくなる。また、変形の時間的な変化は、変形が進むにつれ

図3-2-5防波護岸消波工の変形形状て変形の進行が緩やかになる。このことは、安定限界を超える波浪に対して、消波工が急激に破壊することはな
く、防波護岸に波に対する耐力の余裕があることを意味

20
実線：本研究による実験結果
破線：本研究で提案する変形量評価式による計算結果
H/HD：作用波高と設計波高との比

変形レベルS

15

している。また、本研究で提案した変形量評価式により消波工の変形を定量的に推定することができることが確認できた。

H/HD＝1.8101.6

実際には、100 年確率波を対象とする基本設計波や
1.51000 年オーダーの確率波に相当する耐力検討波が一定

1.45の波高で長時間にわたって作用するのではなく、波高や1.2

周期が変化する一時化（ひとしけ）の中のピークとして出
0

現する。
0

500

1000

1500

時間/周期

2000

2500

3000

t/T

図 3-2-7 は、耐力検討波 H0=15m を含む一時化の波高の時間的な変化をモデル化した波高の経時変化を示した

図3-2-6消波工の断面変形の経時変化と変形量評価式による推定値との比較ものである。一時化のピーク値として耐力検討波の波高を設定し、これが来襲する前後で波高の増減を模擬したものである。点線で示した結果は、本研究で行った数多Ωものである。

くの実験結果を整理して作成した変形量評価式 を用い

図 3-2-8 は、この一時化の波の作用による防波護岸のて推定した結果である。この変形量評価式を用いて、基消波工の変形について、変形レベル S の時間変化を示し

電中研レビュー No.42 ● 37

図 3-2-9 は、消波工の変形にともなう越波流量の変化

沖波波高

H（m）
I

20
一しけ中のピーク波高
HI ＝15.0mを示したものである。この結果は、一定の波高の波が作15用する条件のもとで、消波工の変形にともなう越波流量の変化を示したものである。同図では２種類の異なる縮10尺模型を用いた実験結果を示した。波高が大きくなるに
50

したがって、越波流量、変形レベルともに増加する。一
０

50

100

図3-2-7150
200
250
時間 t（min.）

300

350

定の波高の結果について変形レベルと越波流量との関係をみると、変形レベルＳが大きくなり変形が進むにしたがって越波流量も増加する傾向にある。その増加率は、

モデル時系列変形が小さい初期の越波流量の最大２倍程度であることがわかった。

3.0
消波工の法面勾配が
1：4/3の場合

2.5

さらに、縮尺模型の異なる２種類の実験結果を比較す

変形レベル

S

ると、小スケールの実験結果の越波流量のほうが小さく2.0なっていることがわかる。これは消波工による波のエネ

1.5

ルギー減衰に実験スケールの影響があるためである。通常、水理実験では慣性力と重力の比を実物値と模型値で1.0
1：2の場合0.5

一致させた、フルードの相似則に従って実験諸量を定めて実験を行う。この場合、粘性力に関する相似則は満足

0.0

0

50

100

150
200
250
時間 （min.）
t

300

350

されていないので、粘性力による波のエネルギー減衰に関わる水理実験では模型縮尺の影響（実験スケール効果

図3-2-8

変形レベルの経時変化とよぶ）が出る場合がある。特に、消波工内で著しいエ
ネルギー減衰がある現象には実験スケール効果が現れるたものである。防波護岸の消波工の法面勾配は、１：２可能性が高い。そこで、本研究では消波護岸の越波流量であり、変形レベルは S<1 と比較的小さな値であるこに及ぼす実験スケール効果について検討を加えた。

とが推定された。参考のために、国内で標準的に用いら

図 3-2-10 は３種類の縮尺模型を用いた越波流量に関れている法面勾配の１： 4/3 の消波工に対する推定結果

する実験結果を越波流量とレイノルズ数（慣性力と粘性も例示した。法面勾配が急になり変形しやすくなった場

力との比）との関係で表したものである。３種類の縮尺

合でも変形レベルは S=2.4 である。基礎的な実験で調べ

模型実験結果を、実線で示した同じ波高のもとで比較すた図 3-2-5 の S=12 の結果に比べて変形レベル S の値は小さく、実際の波浪に対しては消波工の変形は非常に小さ100いものと推測できる。このことは、消波工被覆護岸が設

3-2-4 越 波 特 性¸

q（m3/s/m）

構造的に耐力を有していることを示すものである。

平均越波流量計波を越える波浪により急激に破壊に至ることはなく、

水深 h ＝22.5m
周期 T ＝16.0s

5

2
−1

10

5

2

10

波高比 模型縮尺
H/HD 1/15.4 1/85.5
1.7
1.6
1.4
1.2

−2
5

消波護岸の越波に関する水理実験
2

基本設計波高を越える高波浪に対して、防波護岸の機
能維持を確保できる範囲の消波工の変形を許容するとい

10

−3

0

5

10
変形レベル

15

20

25

S

う設計概念から、消波工の変形にともなう越波流量の変化を水理実験により調べた。

38

図3-2-9消波工の変形にともなう越波流量の変化

cot θをパラメタとして表される。実験スケール効果を

100

平均越波流量q（m3/s/m）

52

模型縮尺 海底勾配
1/15.4 1/100
1/60.0 1/50
1/87.5 1/100
H＝11.36m

H＝14.42m
13.39
12.36
H＝13.36m

10−1

11.33
11.36
10.69
10.22

2

10−2

10.3

約 0.8kg の消波ブロック（例えば、テトラポッドの高さ

10.69

で約 11cm）を使用し、作用波高は H=20cm 程度とする

9.35

必要がある。ただし、図 3-2-10 から推定されるように、

12.02

5

回避するためには、R NC =10 5 の曲線で示されるように、

RN ≒ 5 × 104 程度の実験でも越波流量のオーダーが変わ

合田による
実験の範囲
8.02

5

9.35
8.68

2

るような過小評価にはならない。このことから、図中の実物のレイノズル数RN＝107（ブロック重量W＝80t、H＝12.8m）

RNC=5 × 104 のとの交点から、少なくとも消波ブロック

−3

10

104

2

5

105

レイノルズ数

図3-2-102

5106

RN＝（gH）1/2（W/γr）1/3/vの重量は約 0.2kg（テトラポッドの高さで約 7cm）、波高
は 13cm 程度で実験を行うことが望ましい。

越波流量に関する実験スケール効果¹

消波護岸の越波に関する数値解析コードの開発と適用（解析コード名 PS-WAVE）

ると、レイノルズ数が大きくなるにしたがって越波流量も増加する傾向にある。しかし、その増加率は緩やかに

上述のように、これまで越波に関する検討は主としてなり、ある程度の大きさの実験を行えば実験スケールの水理実験により行われてきた。しかし、水理実験におけ影響が小さくなることを示している。本実験結果から、る実験スケール効果の問題の解明や越波量の推定精度のこの実験スケールの影響がないレイノルズ数を限界レイ

向上、さらに将来的には水理実験に代わる手段として使

ノルズ数 RNC と定義し、次の値が妥当であると判断した。

用することを目的に、消波ブロックによる波の変形を計

この限界レイノルズ数以上で実験を行えば越波量に関す算できる数値解析コード（コード名æø

した

る再現性は充分に保証されるものと考えられる。

PS-WAVE）を開発。

本数値解析コードは有限差分法に基づき構築され、砕gH (W / γ r )1 / 3= 5 × 10 4 ~ 10 5R NC =
ν波や越波時の複雑な水面形状が計算可能である。本解析
コードの概要は以下の通りである。透過性構造物の幾何

ここに、g は重力の加速度を表し、νは動粘性係数を表す。

学的・物理的効果を Navier-Stokes 方程式に取り込んだ

図 3-2-11 は、限界レイノルズ数を満足する消波ブロ

ポーラスボディモデルの支配方程式を基本とし、水面形

ックと波高の大きさとの関係を示したものである。通常状の追跡計算に VOF（Volume of Fluid）法¿を適用した。

の模型実験では安定した重量の消波ブロックを使用する

自由表面運動は流体の体積率を表す VOF 関数の移流計

ので、重量 W と波高 H との関係は法面勾配θの余接算で行う。また、造波境界条件には有限振幅波理論の摂動解を適用した。
図 3-2-12 は海底斜面上で砕波した波が消波護岸を越消波ブロックの重量

W（kg）

2.5
ハドソン式による安定重量（KD ＝8、γr ＝2.3g/cm3）

RNC＝1052.0

波する様子を計算したものである。水中の色の変化は圧力の変化を表す。本解析コードを用いて流速や圧力も同

1.5

法面勾配cotθ=4/3の場合

時に計算できる。本計算では規則的な波を対象としてい法面勾配cotθ=2の場合る。本計算結果による越波流量と水理実験結果の越波流

1.0

RNC＝5×104

量との差は約 20%であった。越波は変動の大きい現象でW＝0.8kg

あり、越波流量のオーダーの推定が基本的な課題である

0.5

ことから、本解析コードによる越波流量の推定精度は実

W＝0.2kg0.0

0

図3-2-11

10

20

30

波高

H（cm）

40

50

スケール効果が無視できる消波ブロックの所要重量務上充分であることが確認できた。

º

越波現地観測護岸の越波流量は、水理実験に基づく越波流量算定図Á

電中研レビュー No.42 ● 39

ては水理実験により確認する必要がある。消波護岸の越波のように波のエネルギー減衰を伴う水理実験ではレイノルズ数が小さいと越波量を過小評価する場合がある。
実験スケール効果を検討するに当たっては、縮尺を変えた実験データに加えて現地観測データが重要な役割を果す。しかし、越波の現地観測事例はきわめて少ない √ 。
また、不規則波を対象にした水理模型実験結果と現地観測による越波量との比較も行われていない。
そこで、越波に関する現地データの取得方法の検討や現地観測結果と水理実験結果との比較を行うために現地観測を行った ƒ。現地観測は、1996 年１月 11 日から３月２日期間に、福井港の護岸（総延長 2350m）のほぼ中央
において行った。護岸の前面水深は 8.0m で、被覆工には 16t 型の消波ブロックが使用されている。図 3-2-13 に観測施設と越波の状況を示す。幅 10m の越波排水路を兼ねた管理用道路を横断方向に遮蔽し、長さ 30m の観測施設を建設した。越波流量はこの 30m の区間に越波して貯まった水を長さ 8m、幅 2m の水路内の堰で排水させながら、堰の越流水深を測定することにより算定した。この測定方法により、通常設計の指針に用いられて
図3-2-12いる平均越波流量（１時間もしくは２時間の平均値、越越波の数値計算例

波流量の指標になっているが、実際には越波現象の実態を現していない）のみならず、高波が連続して続く数波¬

やこの算定図を定式化した実験式 を用いて算定してい（時間にして 30 秒から１分間の平均値で、より実態に近る。しかし、人工島式原子力発電所の防波護岸のようない現象を把握できる）の越波流量（短時間越波流量とよぶ）

重要な構造物や、上記の方法の適用範囲外の条件に対しを求めることができた。

図3-2-1340

越波量現地観測風速wn (m/s)

1050

波高H1/3(m)−586

観測期間中の最大波高H1/3＝6.1m

H1/3

4
2

10

T1/3

8
6

平均越波流量q(m3/s/m)

10−2

周期T1/3(s)1204
現地観測結果
実験式による推定値

10−3

10−4

10−5
96/1/30

1/31

2/1

2/2

2/3

2/4

2/5

2/6

2/7

年月日

図3-2-14

現地観測結果図 3-2-14 に現地観測結果を示す。上段から風速の護A

耐力検討外力の設定方法に関して、確率的台風モデ岸に対する垂直成分、中段に波高と周期、下段に観測結

ル、確率的低気圧モデルと波浪推算モデルを適用し、果の平均越波流量（１時間平均値）の経時変化と波浪条件

100 年確率波である基本設計波に対する 1000 年確率波から実験式を用いて算出した平均越波流量の経時変化をの波高の割増率や周期の増加分を示し、その設定方法示した。観測された平均越波流量の変化は波高と周期のの妥当性を確認した。

変化に対応し、実験式の傾向とほぼ一致している。

B

短時間越波流量は平均越波流量の大きさに依存するが、防波護岸の消波工の変形量を評価するために、広範

平均越波流量が 10

−４

3

−３

条件の下での水理実験結果から作成した変形量評価式

3m /s/m の範囲の適用性を基礎的な波浪条件のもとで検証した。また、で、これらの 10 倍から数倍となることが分かった。こ

実際的な波浪条件のもとでは消波工の変形量は小さく、のような短時間越波流量の情報は、越波排水路の設計に

防波護岸の消波工が設計波を越える波浪に対して構造考慮される。

的に耐力があることが明らかになった。

m /s/m から 10C

3-2-5 ま と め

消波工の変形に伴う越波流量の変化を把握し、越波に対する防波機能が維持されることを確認した。

D

越波に関して、水理実験の実施、数値解析コードの人工島式立地原子力発電所の防波護岸の耐波設計技術

適用、現地観測など多くの観点から検討し、人工島式を高度化するために、耐波機能、防波機能に関する検討

発電所の重要構造物である防波護岸の防波機能としてを実施した。以下に本研究で得られた結果をまとめる。

の越波制御、越波排水路の設計に反映するための基本的情報を詳細に取得できた。

電中研レビュー No.42 ● 41

３−３

防波護岸の耐震安定性評価技術の高度化
象とする場合には、後者の方法を用いることが、変形量3-3-1 は じ め にの定量的評価という観点からも有効であるといえる。したがって、本研究では、遠心力載荷試験装置（コラム参

機能維持の観点から防波護岸の耐震性を考えた場合、照）を用いた防波護岸の模型振動実験を実施した∏。

3-1-1 に示したように、現行の設計法で設計された防波護岸の基本断面に対して、地震（設計用限界地震）によっ¸

模型実験の概要て変形を生じた後の防波機能、とりわけ越波によって敷実験には、世界最大級のカリフォルニア大学デービス

地が過度に浸水することを防ぐ越波防止機能を確保でき校の遠心載荷装置（有効回転半径 9.1m、最大遠心加速度

るかどうかを適切に評価することが要求される。この場

53G、最大搭載重量 4.9ton）を用いた。実験は、図 3-3-1

合、防波護岸が地震を受けたときの変形量を高い精度でに示す防波護岸のモデルを土槽内に作成し、30G の遠心予測することが重要となる。人工島式原子力発電所では、加速度のもとで加振する。模型は、実規模防波護岸を

防波護岸も発電プラント本体と同様に、海底の岩盤上に1/120 に縮尺したモデルであり、遠心加速度が 30G であ本体を設置することが基本とされているが、海底砂層のることから、実物に対して 1/4（=30/120）のスケールおよ厚さや密度条件、必要に応じて海底地盤を改良すること

び応力場を再現した実験に相当する。今回の実験では、などにより、要求される機能を維持できる範囲内に地震

海底砂層の厚さ（実規換算で 0m 〜 5m）、海底砂層の密度時変形を留めることも可能であるられると考えられる。

（相対密度 60%〜 90%）、海底砂層の改良範囲（マウンド以下では、主に防波護岸直下に海底砂層が存在する条直下〜消波ブロック下）を変化させた実験を行い、それ件を想定し、∏地震時における防波護岸の変形挙動を把ぞれが防波護岸の地震時変形に及ぼす影響を比較した。

握するための模型振動実験、π防波護岸の地震時変形を加振時の波形は、振動数約 90Hz、波数 12 波の正弦波と数値解析によって予測するための解析手法の開発とそのし、ひとつのモデルに対して最大加速度振幅を 3G、10G、

適用性の検証、∫これらの成果に基づく実規模防波護岸

15G と順次増加させる多段階加振を行った。

の地震時変形量の予測と機能維持の検討、を行った結果について示す。

¹

実験結果の考察
振動による防波護岸の変形モードの特徴は、以下の通3-3-2

遠心載荷模型振動実験による防波護岸の地震時変形挙動の把握

りである。
A

ケーソンは、海側への水平変位と傾斜、沈下をともなうように変位する。

地震による防波護岸の変形モードを把握し、変形量をB

変形モードが卓越する。

適切に評価する方法のひとつとして、模型振動実験による検討がある。この場合の実験手法としては、1G の重海底砂層では、海向きに残留変形をともなうせん断

C

消波ブロックは、斜面に沿うように海側に移動し、力場において可能な限り実防波護岸と幾何学的に相似な

全体的には天端の沈下と海側への斜面のはらみだしを模型を作成し振動を加える方法と、模型に大きな遠心力

ともなう変形モードを示す。

をかけ、幾何学的に相似な模型内により実物に近い応力場を再現した状態で振動を加える方法が挙げられる。し一方、海底砂層の厚さ、密度、改良範囲がケーソン上

かし、地盤材料のように強度・変形特性が拘束圧すなわのパラペット天端における残留変位量に及ぼす影響につち応力レベルに依存する材料を含む模型の変形問題を対いては、以下の傾向が得られた。

42

土槽

パラペット

21.7cm

実物の1/120モデル
遠心加速度30G［奥行き：91cm］

メチルセルロース溶液
礫

消波ブロック（モルタル製）
高さ約４cm
重さ約43g

上部工＆
ケーソン

背後地盤
（ネバダ砂Dr＝95％）

裏込め

29.1cmマウンド

海底砂層（ネバダ砂）

海底砂層（ネバダ砂）
改良範囲１
改良範囲２（改良域の相対密度は95％以上）

改良範囲３
176cm

図3-3-1A

遠心載荷模型振動実験における防波護岸の実験モデルの概要

海底砂層が厚くなるほど、パラペット天端の水平・すなわち岩盤上に防波護岸が設置された場合には、残留変位はほとんど生じない（図 3-3-2）。
B

パラペット天端の水平・鉛直残留変位は、海底砂層の密度が大きく、締まった状態であるほど小さくなる傾向がある。しかし、相対密度が 70%程度以上になると、パラペット天端の残留変位に対して、密度の違い

パラペット海側天端の残留変位量（m）

鉛直残留変位は大きくなる。ただし、砂層厚さがゼロ、0.2

による影響はほとんどない。
C

水平変位は海向きが正鉛直変位は沈下が正
0.15

0.1

0.05
海底砂層相対密度60％
正弦波・300gal・12波
水平変位
鉛直変位

0

-0.05

海底砂層を締固めによって地盤改良することは、パ

0

1

2

3

4

5

6

海底砂層厚さ（m）

ラペット天端の残留変位の低減につながる。この場合、あるが、マウンド直下のみ改良を施すだけでも残留変位の低減効果が大きく、合理的改良範囲を設定する上で有用な情報を与えるものである（図 3-3-2）
。

3-3-3

防波護岸の地震時変形予測解析手法（SEAWALL-2D）の開発と適用性の検討

0.2
パラペット海側天端の残留変位量（m）

改良範囲が広くなるほど残留変位が小さくなる傾向が

0.15

0.1

水平変位は海向きが正鉛直変位は沈下が正

0.05

0

¸

海底砂層厚さ2.5m
正弦波・300gal・12波
相対密度 非改良部60％
改良部＞95％水平変位
鉛直変位

地震時変形解析手法（SEAWALL-2D）の開発
昨今の計算技術の進歩により、地盤や構造物の非線形

改
良
な
し

改
良
範
囲
１

改
良
範
囲
２

改
良
範
囲
３

挙動ならびに塑性変形についてもかなりの精度で解析的に予測することが可能になってきた。一方、人工島式原

図3-3-2

パラペット天端の変位置に及ぼす海底砂層
厚さ、海底砂層の改良範囲の影響

子力発電所で対象とする防波護岸の地震時変形解析に要求される主な項目を列挙すると、以下のようになる。

電中研レビュー No.42 ● 43

A

海底地盤、マウンド、背後地盤などの地盤材料に対して、材料の非線形性を考慮できる。

B

ケーソンの滑動や海底地盤・背後地盤・マウンドなを予測することを目的とした FEM による地盤の 2 次元
有効応力解析手法（NAFSS-2D）であるª。NAFSS-2D は、繰り返し載荷時の土の変形挙動を弾-塑性理論に立脚しどの残留変形（塑性変形）を求めることができる。

た構成式で表現し、Biot の二相混合体理論に基づく土粒C

液状化現象など水の存在の影響を考慮できる。

子骨格−間隙水の連成運動方程式を適用することによっD

消波ブロックの影響を考慮できる。

て、震動中の地盤の透水も考慮し得る真の有効応力解析

これらの内、A〜Cの要求に対しては、有限要素法

手法である。

（FEM）などの連続体力学をベースにして、ケーソンのSEAWALL-2D では、DEM 解析を行う消波ブロック

滑動を表現するためのジョイント要素を適用した有効応部と、FEM 解析を行うケーソンや地盤部に対して、そ力解析手法などを用いることにより対応することができ

れぞれ時間領域において別々に応答解析が行われる。しる。防波護岸の地震時変形解析で最も重要な点のひとつ

かし、地震時に両者はそれぞれ独立に運動しているのでは、Dに示すように複雑な形状をした消波ブロックの動はなく、互いに相互作用を及ぼし合いながら運動してお的挙動をいかにして適切にモデル化するかにある。このり、それは防波護岸の地震時変形に大きな影響を及ぼす点を克服するため、当研究所では、消波ブロックの領域と考えられる。このような動的相互作用を考慮するためを個別要素法（DEM）による非連続体解析領域とし、ケSEAWALL-2D では、震動中の各時刻において、DEM

ーソン、マウンド、海底地盤、背後地盤などの領域を有解析領域と FEM 解析領域の境界面に作用する荷重を合限要素法（FEM）による連続体解析領域とすることによ

理的に算定し、それらの荷重を境界面荷重として運動方って、合理的かつ高精度で防波護岸の地震時変形を予測

程式に組み込んだ上で、個々の運動方程式を短い時間ス

できる DEM-FEM カップリング解析手法（SEAWALL-

テップで解析することにより、相互の力のやり取りを再π

2D）を新たに開発した 。

現しているπ。

SEAWALL-2D は、図 3-3-3 に示すように 2 つの大きな解析コードで構成されている。ひとつは、DEM によ¹

模型振動実験の数値シミュレーション

る消波ブロックの 2 次元動的応答解析手法（TSLIDE-2D）

SEAWALL-2D の適用性を検証するため、図 3-3-1 でであり、消波ブロックのような形状をもつ材料の集合体

示した防波護岸の遠心載荷模型振動実験のうち、代表的が地震を受けたときの個々のブロックのすべりや転がりなケースを取り上げ、数値シミュレーションを行った。

といった現象を考慮した解析を行うことができる∫。も図 3-3-4 に解析モデルを示す。本ケースでは、海底にう一方は、地震時における地盤の液状化現象や塑性変形

相対密度 Dr=70%程度の比較的緩い砂層が存在し、消波ブロック下の一部から裏込め下にかけて海底砂層を締固
め 改 良（ D r = 9 5 % ）し て お り 、 背 後 地 盤 に つ い て は

消波ブロックのDEM解析（TSLIDE-2D）
個別要素法による消波ブロックの動的応答・相互作用解析
・消波ブロックのような材料の集合体の動的応答解析
・DEMとFEMの動的相互作用の考慮

Dr=95%程度の締まった地盤とする条件になっている。
FEM 解析部では図のようなメッシュ分割を行い、ケーソンの陸側側面ならびに底面に、震動時の滑動を考慮するためのジョイント要素を配置している。非線形解析

DEM-FEMカップリング解析（SEAWALL-2D）
ケーソン前面に消波ブロックが存在する防波護岸の地震時変形解析

地盤の非線形FEM解析（NAFSS-2D）
有効応力に基づく地盤の非線形解析
・Biotの理論に基づく二相混合体の運動方程式・弾-塑性理論に基づく土の構成式

領域となる海底砂層、背後地盤といった砂層の解析用物
性値については、模型実験時と同等の相対密度、拘束圧条件下で行われた液状化試験結果から決定した。同様に、砕石で構成されたマウンド、裏込めについては、動的変形試験の結果を参考に解析用物性値を決定した。DEM
解析部である消波ブロックについては、ブロックの積み

図3-3-3 防波護岸の地震時変形解析手法（SEAWALL-2D）の構成

44

上げ解析を行うことにより、図のような初期状態を設定した。解析用入力物性値については、模型実験に用いた

217

パラペット

ジョイント要素

消波ブロック
151.5
上部工＆
ケーソン

304
110.5

背後地盤

208

裏込め
42

マウンド

海底砂層

海底砂層

海底砂層
（締固め改良）

846

368

272

274

1760

図3-3-483（mm）

遠心模型実験の数値シミュレーションに用いた解析モデル

消波ブロックの載荷試験結果から接触点でのばね定数を検討で最も重要となるケーソンの残留変位予測に対して、推定し、すべりに対する摩擦係数については、静止摩擦

SEAWALL-2D が十分な適用性を有することが示された。

係数μｓ =0.6、動摩擦係数μｄ =0.5 を用いた。また、本来３次元的な形状を持つ消波ブロックに対して、２次元平3-3-4

面ひずみ条件で解析を行うため、要素の質量、慣性モー

実規模防波護岸の地震時変形と機能維持検討

メントなどについても３次元と等価となるような値に調¸

整して、設定した。

遠心模型実験による地震時変形量の評価

入力波（振動数約 90Hz、波数 12 波の正弦波）は、模型

遠心模型実験は、実規模の防波護岸に対して 1/4 のスケ

実験時に実際に振動台上で計測された加速度波形とし、ールに縮尺されたモデルを再現したものである。したが最大加速度振幅 3G、10G、15G の３通りの解析を行った。

って、遠心模型実験によるパラペット天端での変位量か

図 3-3-5 に、解析による消波ブロックの移動状態を示

ら、実規模の防波護岸におけるパラペット天端の変位量す。模型実験によると、消波ブロックは斜面に沿って海を予測するためには、少なくとも、側に移動するような変位を示していたが、解析でも実験

A結果と同様の傾向を示す。図 3-3-6 には、入力加速度振B ケーソンの幅の差が変位に及ぼす影響

幅とケーソン上部工の水平変位（DH1）、鉛直変位（DV1、について定性的な検討を行っておく必要がある。そこで、DV2）の残留値の比較を示す。水平変位については解析

ケーソン式護岸に対する過去の地震被災事例を分析し、による変位が小さめになっているが、全体的に実験値とこれらの影響を検討した結果、以下のことが判明したº。

解析値は良い一致を示しており、防波護岸の機能維持のA

海底砂層の厚さの差が変位に及ぼす影響

海底砂層が厚いほど沈下量が大きく、おおむね海底

100
（mm）
破線：振動前
実線：振動終了時

図3-3-5

解析によって得られた振動による消波ブロックの移動状態

電中研レビュー No.42 ● 45

3パラペット天端での残留変位量（mm）

DV
2.5

DH ：実験値
DV ：実験値

DH

DH ：解析値海

2

DV ：解析値

埋立土

水平変位：海向きが正鉛直変位：沈下が正

1.5

1

0.5

0

0

5

10

15

20

25

入力加速度振幅（G）

図3-3-6

パラペット天端の残留変位に関する実験と解析の比較

砂層厚さと比例的に沈下量が大きくなる傾向がある。
B

ペット天端での沈下量を 4 倍し、海底砂層厚さとの関係

対象とする防波護岸のケーソン寸法と比較的相似なをまとめた。その結果を図 3-3-7 に示す。データの採用

護岸では、ケーソンの幅と沈下量の間に明瞭な相関性

にあたっては、基準地震動 S ２クラスの地震動と同程度は認められない。

の加振条件を想定し、正弦波、300gal、12 波の入力を行

これらの分析結果より、1/4 スケール遠心模型実験でった結果に限定した。図より、海底砂層の相対密度が得られた沈下量を 4 倍して実規模の防波護岸に生じる変Dr=60%程度で、砂層の厚さが 10m 程度である場合のパ位量とすることは、実際に生じる変位と工学的にほぼ同

ラペット天端での沈下量は約 0.2m 程度であることがわ等と見なすことができ、遠心模型実験で計測されたパラかる。

遠心模型実験による（正弦波、300gal、12波）

1

解析による（水平動のみ、海底砂層改良なし、S2-No.6波）

パラペット天端の沈下量（m）

解析による（水平動のみ、海底砂層改良あり、S2-No.6波）
解析による（上下動あり、海底砂層改良あり、S2-No.6波）

0.8

DV1
0.6

パラペット

0.4

海側

相対密度60％の比較的緩い海底砂層が10mにわたって堆積している時に予測される最大の沈下量約0.2m

陸側

0.2

0

0

図3-3-746510
海底砂層の厚さ（m）

1520

遠心模型実験や数値解析による実規模防波護岸の地震時沈下量

¹ 数値解析による実規模防波護岸の地震時変形量の評価

は、海底砂層厚さ５ m で改良ありの条件に対して、上実規模の防波護岸が基準地震動 S ２クラスの地震を受下方向の震度 0.1 を考慮した解析も行い、上下動の有無の影響を比較した。

けた時の変形量を数値解析によって予測するため、海底砂層の条件や上下動の有無をパラメータとしたケースス

解析モデルの代表例として、図 3-3-8 に海底砂層厚さ

タディを実施したº。解析には、遠心模型実験の数値シが 5m で、海底砂層の一部を締固め改良したケースのモ

ミュレーションによりその適用性が確認された DEM-

デルを示す。

FEM カップリング解析手法（SEAWALL-2D）を用いた。
2）解析用物性値の設定
FEM 解析領域のうち、埋立土、海底砂層などの砂層につ1）解析ケースと解析モデル
解析では、海底砂層の厚さを 1m、5m、10m の３種類

いては、各々の相対密度に対応した液状化強度を参考にに設定した。海底砂層の密度条件（締まり具合）について

して解析用物性値を設定した。透水係数は、k=10 − 2cm/s

は、本来建設地点ごとに異なるものであるが、ここではである。一方、基礎捨石、裏込めなどの捨石の解析用物

相対密度で 50 〜 60%程度の中密な状態を想定した。ま

性値については、実物のケーソン護岸を対象とした地震

た、海底砂層厚さ 5m と 10m のケースについては、原地

観測結果や、実物と相似な粒径を持つ砕石の室内動的変盤のままの状態（改良なし）と、基礎捨石下を相対密度形試験結果を参考にして推定した。捨石の透水係数につ80%程度に一部締固め改良した状態（改良あり）の２種類

いては、遠心模型実験などから、この領域ではほとんどを設定した。埋立土については、地震時に激しい液状化

間隙水圧が上昇しないことを考慮して、いずれも十分大が発生することがないように、相対密度で 80%程度まできな値（k=10 ２ cm/s）とした。ケーソンの陸側側面ならび

締固めることを前提とした。

に底面には、模型実験のシミュレーション解析と同様、

入力地震動については、海底岩盤のＳ波速度が震動時の滑動を考慮するためのジョイント要素を配置し700m/s であることから、海底岩盤表面を解放基盤表面

た。

とし、S ２クラスの模擬地震動（最大加速度 388.4gal）を海

DEM 解析領域である消波ブロックの諸元については、

底岩盤表面に設定した。ただし解析では、海底岩盤表面解析が 2 次元解析であることを考慮して、重量、個数、から-20m の位置を解析上の入力基盤と定め、解放基盤

密度、慣性モーメントを換算した。また、消波ブロック

表面に設定した模擬地震動の引き戻し計算によって得ら間の接触点におけるばね定数については、コンクリート

れた入射波を解析用の入力地震動とした。

の一般的なヤング係数、ポアソン比から解析的に推定した。接触点における摩擦係数は、静止摩擦係数μｓ =0.6、機能維持に関する検討では、震度 0.1 の上下動を不利な方向に作用させて検討することになっている。ここで動摩擦係数μｄ =0.5 とした。

36.5
5.0 18.0
13.5
3.0 3.0

2.0 5.3 14.6 3.2 1.0

裏込め

埋立土

海底砂

20.0

岩盤

45.2

図3-3-860.0

10.0 10.0 8.0
240.8

26.0

5.0

基礎捨石
海底砂（改良）

51.0

ケーソン

22.3

3.7

消波ブロック

31.6

50.0
（m）

実規模防波護岸の数値解析に用いた解析モデル（海底砂層厚5m、海底砂層の改良あり）

電中研レビュー No.42 ● 47３）解析によるパラペット天端の沈下量の評価基づいた実験を行った。消波ブロックの法面勾配および解析によって得られたパラペット天端の沈下量と海底天端の沈下量は、模型実験の結果を参考に、法面勾配を

砂層の厚さの関係を図 3-3-7 に併記した。図より、海底設計断面における 1 ： 2.0 を基準に 1 ： 2.2、1 ： 2.5 の 3

砂層厚が厚くなるにしたがって沈下量が大きくなる傾向

種類、天端の沈下量を 0m、-1.5m、-3.0m、-4.5m の 4 種が認められる。また、海底地盤の改良の有無による沈下類に設定した。実験は、これらを組み合わせた 12 断面量の違いに着目すると、砂層厚さ 5m、10m のいずれのを対象に越波流量を測定した。

場合にも改良を施した方が沈下量が小さく、海底砂層が図 3-3-9 に実験結果の代表例を示す。同図は、横軸に厚くなるほど改良効果が大きくなる傾向が認められる。

作用波高と基本設計波高の比 H/HD をとり、現地換算越ただし、海底砂層厚さが 10m で、海底砂層に改良を施

波流量 q の変化を示したものである。これより、地震にしていない場合でも、パラペット天端の沈下量は 0.12m

よる消波ブロック法面勾配の緩勾配化、天端の沈下によ程度であり、海底砂層に対してケーソン自重や消波ブロ

る越波流量の減少がわかる。すなわち、遠心模型実験でックによる押さえ効果が沈下の低減につながっているも得られた程度の地震による消波ブロックの変形量では、のと推測される。図 3-3-7 には、上下動の有無によるパ地震後に大きな波浪が来襲しても越波流量が増加するこ

ラペット天端の沈下量の比較も示している。震度 0.1 程とはなく、越波防止機能を維持する上で問題ないことが度の上下動は、パラペット天端の沈下量にほとんど影響示された。

を及ぼさないことがわかる。
２）地震によるパラペット天端の沈下量と越波防止機能º

地震後の変形量からみた防波護岸の機能維持検討

遠心模型実験ならびに実規模防波護岸を対象とした数

防波護岸に要求される最も重要な機能のひとつは、地値解析結果から、防波護岸が基準地震動 S ２クラスの地震によって変形を生じた防波護岸に大きな波浪が来襲し、震動を受けた時のパラペット天端における沈下量を海底それにともなって越波量が増大しても、敷地が過度に浸砂層の厚さに対してプロットしたのが、図 3-3-7 である。

水することを防ぐ越波防止機能である。越波量の変化にこれによると、海底砂層の厚さが 10m 以下で、相対密つながる防波護岸の地震時変形は、地震による消波ブロ

度が 60%程度以上である場合に、実規模防波護岸のパラックの変形とケーソン上のパラペット天端の沈下である

ペット天端に生じる沈下量は 0.2m 程度以下であることと考えられる。言うまでもなく、機能維持に対する具体がわかる。

的な許容値は、防波護岸の立地条件や構造上の差など、様々な条件に依存することから、特定の値を一律に定め

耐力検討波高、H（m）

ることはできないが、ここでは図 3-1-2 に示す基本断面

10−1

10

11

12

13

を対象に、地震による消波ブロックの変形およびパラペ

止機能の検討を行ったº。

１）地震による消波工の変形と越波防止機能
防波護岸の遠心模型実験より、消波ブロックは加振に越波流量、q（m3 / m/s）

5ット天端の沈下の２つの事象に対して、地震後の越波防基本断面（地震前）

10−2
5

消波工法面勾配 沈下量
1：2.0 0.0m
1：2.2 -1.5m
1：2.5 -4.5m

よって法面勾配が緩やかになるとともに、天端高さが低下する傾向があった。模型実験で得られたこれらの知見

10

−3

5

をもとに、地震による消波ブロックの法面勾配と天端高

1.0

さの変化が越波流量に及ぼす影響を調べるために水理実

1.1
1.2
波高比、H / HD

1.3

H / HD＝（耐力検討波高）/（基本設計波高）験を行った。実験には、長さ 51m、深さ 1.2m、幅 0.9mの反射波吸収式 2 次元造波水路を用い、実規模防波護岸の 1/60 スケールの模型を対象に、フルードの相似則に

48

図3-3-9消波ブロックの法面勾配の変化や天端の沈下が越波流量に及ぼす影響ところで、越波した海水はケーソン上に設けられた越越波排水路高さが 10.5m であることから、越波排水路が

波排水路を流下し、図 3-3-10 の人工島平面図に示す越許容し得る最大の越波流量比は 1.68（=10.5/6.25）となる。

波排水路の左右隅角部に設けられた排水口より再度海に

これは、パラペット天端の沈下量に換算すると 1.36m と戻される。この場合、越波水の水深が最大となる位置は、なり、最大限 1.36m までの沈下を許容できることになる。

２つの排水口の中間付近となる。この中心点から排水口

それに対して、地震によって生じるパラペット天端の沈までの距離を 500m と想定した場合の中心点付近におけ

下量は、海底砂層の厚さが 10m 程度で、相対密度がる最大水深は、数値解析的検討により 6.25m と推算され60%程度であっても 0.2m 程度であり、想定される立地ている。一方、パラペット天端高さと越波流量の関係に条件下（岩盤もしくは数メートル程度の砂層上に防波護

ついては、合田ら Ωの越波流量の算定図や高山ら æの式

岸を建設する）において、地震後の越波防止機能は十分で評価することができる。これらを参考に、パラペットに維持できるものと判断される。

天端の沈下量と越波流量比の関係を示したのが図 3-3-

3-3-5

11 である。越波流量比は、地震前の状態（パラペット天

ま と め

端の沈下 0m）での越波流量に対するパラペット天端沈下
後の越波流量の比を表している。ここで、最大水深位置

防波護岸の耐震安定性評価技術の高度化研究によってである排水路中心点での水深として、上記の最も厳しい得られた結果をまとめると以下のようになる。

条件である 6.25m に対する安全性を検討するとすると、

A

遠心載荷装置を用いた模型振動実験により、地震時における防波護岸の変形挙動を明らかにした。

B
越波排水路

外洋側

500m

て予測するための数値解析手法を開発し、模型振動実
験の数値シミュレーションにより、その適用性を確認

500m

排水口

500m

地震時における防波護岸の変形量を数値解析によっ

越波水水深最大地点（越波排水距離最大）

した。

排水口

R/B
T/B

C

越波水の
排水経路

R/B
T/B

基本設計で設定された防波護岸の基本断面を対象に、地震によって変形を生じた防波護岸の越波防止機能について検討し、想定される立地条件下において防波護

人工島

岸は地震後の越波防止機能を十分に維持できることを陸明らかにした。

人工島平面図と越波水の排水口の位置（地震で沈下したパラペット天端高さでの越波流量）
越波流量比＝（設計時のパラペット高さでの越波流量）2想定した防波護岸の立地条件¸海底砂層厚さ10m¹海底砂層相対密度60％程度

C
1.8
越波流量比

図3-3-10

側

1.6

A：地震前

1.4
1.2

B

B：地震後（予測沈下量0.2m）

A

C：基本断面の越波排水路の排水能力から見た許容値

1
0.8
-0.5

0

0.5
1
1.5
パラペット天端の沈下量（m）

図3-3-112

パラペット天端の沈下量と越波流量比の関係

電中研レビュー No.42 ● 49

コラム１ 遠心模型実験−ゴジラは東京湾に現れるか？−
２〜３年前ゴジラの映画がアメリカで製作され、（図１_）。これも子供の頃の潮干狩りの経験を思評判になりました。日本でも公開され、昔懐かし

い出せばわかると思います。以上で述べたことは、

く御覧になった方もあると思います。日本製ゴジ「なーんだ。あたり前じゃないか。」と思われるこラの名場面の中に、ゴジラが東京湾に現われるシとばかりですが、ここに遠心模型実験の秘密があーンがあります。子供の頃にワクワクしたシーン

ります。模型ゴジラと地盤に 100G（重力の加速度のですが、子供心に「本当かな」と思った人も多い

100 倍）の遠心加速度を下向きに加えてやれば模型はずです。大人の目から見ると、東京湾は軟弱地

ゴジラの体重は 100 倍になり、模型ゴジラの足の裏盤が大半であるため、身長 100m のゴジラの体重をの地面を押す圧力は実物ゴジラと同じ大きさとな支え切れず、ゴジラは軟弱地盤の中へズボズボめり、実物ゴジラと同様に地盤にズボズボめり込みり込んでしまうことが容易に想像できます（図１_）。

ます（図１a）。つまり、自重（図１ではゴジラの体したがって、子供心の直観は正しく、仮にゴジラ重）が関与する現象では、小規模な模型実験でも遠が存在したとしても東京湾にはゴジラは出現でき

心加速度を下向きに加えてれば実物と同様な現象ません。

を生じさせることができます。このことを「力学

このことをもっとマジメに考えてみましょう 。
仮にゴジラの 1/100 の模型を作って同じ地盤上に置的相似性が成立する」と言います。これが遠心模型実験の原理の大ざっぱな説明です。

いたらどうなるでしょうか。この場合は、模型ゴ

地盤の安定問題には、土の自重が関係するもの

ジラの重量が軽いので地盤中へめり込みませんが多いため、遠心模型実験がよく行われます。図♪♪ 沈まない沈む！
1m
地表面

東京湾の軟弱地盤
100m
地表面

`

身長1mの模型ゴジラ（地面にめり込まない）

沈む！

東京湾の軟弱地盤_

1m

身長100mの実物ゴジラ（地面にめり込む）

地表面

東京湾の軟弱地盤

100倍の遠心加速度

a

図１

50

実物ゴジラと模型ゴジラは軟弱地盤へめり込むか？

身長1mの模型ゴジラに100倍の遠心加速度を加えた場合

２は斜面の安定問題の説明したものですが、すべた影響を考慮しても力学的相似性が成立することり落ちる土塊の重量をゴジラの体重に置き換えてがわかっています。

考えれば、遠心模型実験の有効性がわかると思い

本レビュー第３章では、防波護岸の地震時変形ます。ただし、土の性質も土の自重によって生じ問題に遠心模型実験を使用していますが、その理

る土中の圧力の大きさによって変化するので、遠由は、上述した原理により遠心模型の変形量から

心模型実験の原理は前述したほど簡単ではありま

実物の変形量を容易に推定できるためです。

せん。しかし、詳しい検討結果によれば、そうし土塊（すべらない）土塊（すべる）1m`

縮小模型斜面の場合（斜面安定）
土塊（すべる）

100m

1m

_

実物大斜面の場合（斜面がすべる）

100倍の遠心加速度a

図２

縮小模型斜面に100倍の遠心加速度を加えた場合実物大斜面と縮小模型斜面はすべるか？

電中研レビュー No.42 ● 51

第

章

4

周辺海域の波・海浜流・海浜変形の評価技術

第４章

４−１

はじめに

４−２

既往の評価手法とその適用性

４−３

新しい海浜変形評価手法の提案とその適用性

４−４

まとめ

周辺海域の波・海浜流・海浜変形の評価技術 ● 目次

我 孫 子 研 究 所 水 理 部

主任研究員

池野

正明

我 孫 子 研 究 所 水 理 部

上席研究員

清水

隆夫

前我孫子研究所

研究参事

鹿島

遼一

上席研究員

……………………………………………………………………………………………………………………55……………………………………………………………………………………………55…………………………………………………………………………57………………………………………………………………………………………………………………………61

池野 正明（1987年入所）
人工島式海上立地方式の原子力発電所や既存の臨海発電所周辺の海浜変形予測手法の開発、浮揚式海上立地方式の原子力発電所の風
波や津波に対する動揺評価手法や既存の臨海発電所港湾施設の耐波浪・耐津波設計手法の開発に従事．今回開発した海浜変形予測手法
を現地へ適用するための実用化および混合粒
径砂海浜へ適用するための改良に努めている。

清水 隆夫（1979年入所）
入所と同時期に完成した当時世界最大の大型造波水路で海浜変形実験に従事して以来、海浜変形の予測、放水口前面の洗掘対策、海上工事中の濁りの予測に取り組んできた。最近はウェットランドの保全・修復に向けた干潟の地形変化に関する研究を開始した。

鹿島 遼一（８ページに掲載）

コラム２

トンボロ

………………………………………………………………………………………………………63

清水 隆夫（上記掲載）

54

４−１

は じ め に

砂浜海岸の沖合いに人工島式原子力発電所が建設され設計画立案時にこれらについて十分な評価を行い、それると周辺海域の波、海浜流が大きな影響を受け、人工島

を人工島と陸の間の静穏海域など周辺海域の利用計画に背後の静穏海域に砂が堆積してトンボロ（コラム参照）

反映させるとともに、必要に応じ海岸変形に対する事前ができたり、少し離れたところでは逆に砂浜が侵食されの対応策をとることが考えられる。

たりすることが考えられる。これらは波、ならびに波に波、海浜流、海浜変形については既に開発された評価よって生じる海浜流が海岸の砂を運ぶ「漂砂」によって法があるが、ここでは上記の目的に十分応えるための高起こる海浜変形と呼ばれる現象である。したがって、建精度化の検討を行う。

４−２

既往の評価手法とその適用性

海浜変形は、古くから重要な研究課題であり、我が国

初期海底地形は 1/50 勾配一様斜面である。図は波作用では、昭和 50 年代に大規模な現地観測と水理実験なら

後 58hr 後の結果である。3D-SHORE による計算結果は、

びにそれらに立脚した数値シミュレ−ション手法の開発

突堤間に砂が堆積する様子や両突堤の外側が侵食されるに関する研究プロジェクトが精力的かつ組織的に実施さ様子を定性的に再現できている。3D-SHORE は、流れ∏れた 。これを契機として、数値シミュレ−ションによによる漂砂量のみを考慮しているため、長時間波を作用る海浜変形モデルの実務問題への適用が盛んに試みられしつづけた結果、人工島の設置に伴う回折波による漂砂るようになってきたπ∫ª。その結果、既に開発された評が平衡状態に達し、人工島背後に生じる循環流による漂価法が存在する。

砂が卓越した状態となるような長期的な地形変化予測に

図 4-2-1 は、既存の３次元海浜変形モデルのひとつで優れている。しかし、実験では２つの突堤間に凸状に堆ある 3D-SHORE の計算フローを示したものである。こ積するのに対し、計算では凹状に堆積しているなど、実のモデルは比較的簡便なため、計算に要する時間も短く

験結果と計算結果が一致しない点がある。

て済む実用的な手法である。しかし、人工島式原子力発

図 4-2-2 の計算結果は、用いる漂砂量係数の値を変え

電所の周辺海域における海浜変形問題への適用を考えた

れば当然変化する。そこで、実験結果を最も説明できる

場合には、次のような問題点を有している。

ように漂砂量係数の値を定めたところ、その値は従来推奨されている規則波実験を対象とした場合の値よりも小A

このモデルは、規則波実験によりその妥当性が確かさかった。このことの原因は以下のように考えられる。

められているが、人工島式海上立地の場合に重要となる不規則波作用下の海浜変形に対する適用性は十分に調べられていない。

B

このモデルでは、砂は海底面近傍を動く掃流漂砂を仮定して漂砂量を計算している。このため、人工島周辺海域のように砕波等により水面付近まで海底砂が巻そこで、不規則波を用いて海浜変形の模型実験を行い、３次元海浜変形モデル 3D-SHORE による計算結果と比き上げられ、浮遊状態で輸送される浮遊漂砂の評価は十分でない。

較検討した（清水ほか、1996）ª。
図 4-2-2 に、3D-SHORE による海底地形変化の計算結

また、3D-SHORE による計算結果を現地観測や現地

果と、縮尺 1/150 の人工島を対象とした移動床上での模規模の大型実験と室内実験規模の海浜変形の実測結果と型実験結果æとの比較を示す。用いた砂の粒径は 0.2mm、一致させるためには、対象のスケールに応じて 3D-

電中研レビュー No.42 ● 55

初期地形ｎステップ目の計算（t n 毎に繰り返し）

海底地形
波浪条件の入力
遡上域の波浪場の計算

平面波浪場の計算
遡上域を含む波高・波向分布

沿岸流速の岸沖分布の計算

沿岸砂量の岸沖分布の計算

沿岸漂砂量の計算
等線角度の変化

漂砂分布率（Δt2毎に繰返し）
等深線変化の計算
突起地形の修正
汀線変化を含む
平面的な地形変化NO

最終ステップYES
最終地形ｎ：波浪場（、海浜流場）の繰り返し計算ステップ
t n ：ｎステップ目の波浪の継続時間
Δt 1 ：各ステップの平面地形変化の繰り返し計算時間間隔
Δt 2 ：各ステップの汀線（、等深線）の繰り返し計算時間間隔

図4-2-1

汀線変化を考慮した3次元海浜変形モデル（3D-SHORE）の計算（5）
フロー（土木学会、1996）

沖波の波高5cm、周期1.2s、初期砂面勾配1/50
6
実験値
Y（m）

4
−8

−10
−8

2

6
−8

−6

−4

0
単位：cm

58hr
−8

−4

0
X（m）

4

8

6

−12

計算値

−10

Y（m）

4
−8

−8

−6

2

−2

0

0

単位：cm

58hr
−8

図4-2-2

56

−6

−4

−４

−4

0
X（m）

4

8

3D-SHOREによる海底地形変化の再現例（対策工あり）

SHORE 中で用いる漂砂量係数を変化させなければならった。従って、人工島式原子力発電所の周辺海域におけないという不整合が生じることが報告されている。

る海浜変形を高精度に予測するためには、既存の３次元

このように、既存の３次元海浜変形モデルでは実験結

海浜変形モデルを改良する必要がある。

果を合理的に説明できない場合があることが明らかにな

４−３

新しい海浜変形評価手法の提案とその適用性量を計算する。そして、海底地形変化の連続式に、全漂

4-3-1

新しい海浜変形評価手法の提案

砂量（掃流漂砂量と浮遊漂砂量の和）の時系列を入力し、海底地形の更新時間が来るまで連続式を計算しつづける。

砕波帯内では、海底砂が顕著に巻き上げられ、浮遊砂

その際、汀線付近より陸上側の遡上域では、代表遡上高現象が卓越する。海浜変形予測モデルの精度向上のためまで全漂砂量を外挿する。つぎに、海底地形の更新時間には、浮遊漂砂の特性を十分把握し漂砂量の算定に適切に新たな海底地形に更新し、新しい海底地形を用いて再に反映させる必要がある。さらに、実際の海の波は多方

び多方向不規則波による波浪変形計算、浮遊砂濃度計算、

向不規則波である。例えば、海浜斜面に波が直入射する

浮遊砂量・掃流砂量計算を実施し上記を繰り返す。また、場合を想定すると、海浜変形を引き起こす外力となる水

更新後の地形で、局所的なバ−の形成等により、浮遊砂

位や流速が沿岸方向に空間変動し巻き上げられるタイミ

濃度の鉛直移流・拡散を計算するのに最低必要となる鉛ングが同時刻ではない。さらに、巻き上げられた砂は浮直方向の１計算格子分よりも水深が浅くなった場合には、

遊漂砂として輸送される。このような不規則波としての浮遊砂量の計算は行わず近接した計算格子点での漂砂量

諸特性を適切に反映できる３次元海浜変形モデルはこれを内挿して求める。
ここで、波浪場の計算には、外力波の多方向不規則性、までに無かった。また、前節の既往モデル 3D-SHORE
では、上記のような諸特性が十分考慮されていないので、有限振幅性および砕波減衰を考慮できる修正ブシネスク

前述のような漂砂量係数の不整合性が生じる原因の一つ

方程式を用いる ¿¡。これには、砕波による戻り流れがとなる。そこで、波の多方向不規則性と砕波帯内の浮遊考慮されていない。そこで、渦粘性を仮定したモデルに漂砂現象を考慮した新たな３次元海浜変形数値予測モデ

基づき、砕波による戻り流れの鉛直分布を付加する¬√ƒ。

ルを開発したのでその概要を示す。

また、浮遊砂濃度については、巻き上げ時の鉛直移流効

図 4-3-1 に本モデルの計算フローを示す。本モデルで果を付加した鉛直１次元拡散方程式により計算する ≈ 。

は、波と海浜流を区別することなく同時に計算し、その底質の巻き上げ量は、底面流速の向きが沖から岸あるい海底面付近の流速を外力として、底質巻き上げ量の判定、は岸から沖へ反転した際に巻き上がると仮定し、巻き上巻き上げられた砂の浮遊砂濃度としての鉛直移流・拡散げ量を実験結果からモデル化した。

の計算、これと流速との積を水深方向に積分することによる浮遊漂砂量の算定および掃流砂量公式による掃流漂

4-3-2

新しい海浜変形モデルの適用性

砂量の算定により、地形変化の連続式にあてはめ海底地
æø
形変化を計算するものである（池野・清水、1998）。

まず、不規則波 100 波分相当の時間内で、多方向不規¸

戻り流れと浮遊砂フラックスおよび岸沖地形変化の再現性

則波による波浪変形計算、浮遊砂濃度計算、浮遊砂量や図 4-3-2 は、大型岸沖海浜変形実験∆«»…における砕掃流砂量の計算を実施し、時々刻々不規則変動する物理

波帯内の岸沖定常流速および浮遊砂フラックスの鉛直分

電中研レビュー No.42 ● 57

スタート
初期海底地形の入力
沖波有義波高H o、周期T oの入力
不規則波計算時間t wの入力
海底地形更新時間t bの入力
波作用時間t totalの入力

波浪変形計算（修正ブジネスク方程式）

砕波による戻り流れ
定常流の鉛直分布（渦粘性モデル）

水位・断面平均水平流速時系列の計算
任意の鉛直高さｚにおける水平流速時系列の計算
底面水平流速の時系列
底質巻上げ量の計算
浮遊砂濃度の鉛直移流・拡散計算
任意の鉛直高さｚにおける浮遊砂濃度の時系列

任意の鉛直高さｚにおける浮遊砂フラックスの時系列の計算掃流砂量時系列の計算

浮遊砂量時系列の計算

全漂砂量時系列の計算
t w で時間平均

海底地形変化計算（地形変化の連続式）

YES

t＜t b
NO
海底地形変化の更新

YES

t＜t totalNO
ストップ

図4-3-1（6）
本海浜変形モデルの計算フロー（土木学会、1999）

布と本計算結果とを比較した例である。図 4-3-2 によるら求めた全漂砂量の実験結果と本計算結果を比較した例と、本提案式による砕波帯内定常流速の鉛直分布の再現である。また、図中に示した計算結果は、浮遊漂砂量の性とこれを考慮した浮遊砂フラックスの鉛直分布の再現

み、掃流漂砂量のみ、全漂砂量を入力して地形変化を計性は良好である。

算した場合を示している。図 4-3-3 および図 4-3-4 による

図 4-3-3 は、大型岸沖海浜変形実験における有義波高と、バ−形成地点やその背後の侵食域および沖向き全漂分布と岸沖地形変化の実験結果と本計算結果を比較した

砂量のピークが生じる場所やピーク値の再現性は良好で例である。用いた砂の粒径は 1mm、初期海底地形はある。また、高波浪の場合は、掃流漂砂量よりも浮遊漂

1/10 勾配一様斜面である。図 4-3-4 は、岸沖地形変化か

砂量がかなり卓越することがわかる。

58

¹

大型実験ケースL7沖波波高50cm、周期8s、初期砂面勾配1/50
0
0
L7
−0.1

z（m）
鉛直座標

図 4-3-5 および図 4-3-6 に、対策工ありの場合の人工島背後の有義波高分布と海浜流分布について、縮尺

−0.1

−0.2
x=95m
xは岸沖座標−0.3

1/150 の人工島を対象とした移動床上での模型実験結果 ¾x=85mと本計算結果との比較を示す。用いた砂の粒径は 0.2mm、−0.2

初期海底地形は 1/50 勾配一様斜面である。図 4-3-5 によ

−0.4
−0.3

−0.5

ると、波高分布の計算結果と実験結果の対応は概して良
実験値
計算値

−0.6

好である。図 4-3-6 によれば、海浜流分布の計算結果と実−0.4

験結果の対応は概ね良好であり、人工島背後の循環流が−0.7
u（cm/s）

u（cm/s）−0.8

突堤により遮られて弱くなる特徴を再現している。

−0.5−20 −100

1020−15 −10 −505

図 4-3-7 は、対策工がある場合の人工島周辺の海底地

uは岸沖流速（岸向き正）、cは浮遊砂濃度、cuは浮遊漂砂フラックス
00形の侵食・堆積量について、計算結果と実験結果を比較した代表例である。図では波作用後 20 〜 40hr の間の海−0.1

底地形変化量を示している。

−0.1

−0.2
z（m）

人工島周辺海域への適用性

図 4-3-7 によれば、人工島斜め背後域では、本海浜変

−0.3

−0.2

形モデルによる侵食・堆積場所や地形変化量の再現性は−0.4

良好である。直背後域では堆積が若干過大評価となって

−0.3

−0.5

いる。また、突堤が人工島背後に形成されるトンボロの

−0.6
−0.7

−0.4

発達を抑制する効果を再現できている。
cu（mg/s/1000cm2）

前出の図 4-3-3 および図 4-3-4 に示した実規模スケール−0.5–4000 –2000 0 2000 4000 –1000 –500 0 500 1000の実験と図 4-3-7 の小スケールの室内実験への適用時の−0.8

浮遊砂・掃流砂モデル中に含まれる無次元係数値は前節

砕波帯内の定常流速と浮遊砂フラックスの鉛直分布の比較の既往モデルの場合と異なり、統一した値を使用してい大型実験ケースL6沖波波高1.2cm、周期3s、初期砂面勾配1/10

Hs（cm）

120

波高

L6

100
80
60

計算値
実験値

40

鉛直座標

z（m）

x（m）
20
120
1

110

0

0hr
全漂砂量による計算値
実験値

100

90

80

70

60

−1
−2
波作用時間
4hr

−3
x（m）
−4
120
1
0

z（m）

図4-3-2cu（mg/s/1000cm2）

110

100

90

岸沖座標
80

70

60

0hr
掃流漂砂量による計算値
浮遊漂砂量による計算値

−1
−2
−3

4hr
x（m）

−4
120

110

100

図4-3-3

90

80

70

60

岸沖地形変化の比較

電中研レビュー No.42 ● 59

大型実験ケースL6沖波波高1.2cm、周期3s、初期砂面勾配1/10
L6
漂砂量（岸向き正） Q（m3/s/m）

0

全漂砂量の実験値
全漂砂量の計算値
浮遊漂砂量の計算値−0.0001

掃流漂砂量の計算値−0.0002−0.0003
120

110

100

90
80
70
岸沖座標 x（m）

図4-3-46050

岸沖漂砂量の比較

H1/3はその場所の波高、H0は沖波波高
図中のコンター波高比（H1/3 /H0）を表す。

沖波波高５cm、周期1.2s、初期砂面勾配1/50
7

7

6

6

Y
（m）

4
3
2

0.8
0.9
0.8

0.9
0.8

1.0

0.8
1.1
0.8
0.7

5

0.9
0.3

0.7

0.2

0.5

0.8
0.9

0.6
0.5

0.2

Y
（m）

5

0〜2hr

0.7

0.8

3
2
1

0

0

−1

−1
1

2

3

4

5

6

7

0.9

0.7
0.8

8

0.1
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2

0.8

0.1
0.1

0.8
0.7

0.4
0.2
0.2

0.2
0.1

−8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0

1

0.6
0.5

0.3
0.2

2

0.4
0.3
0.2

3

X
（m）

X（m）

1） 実験結果（0hr）2） 新モデル（0hr）

図4-3-5

0.9

0.9

4

1

−8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0

0.8

4

5

6

7

8

4

5

6

7

8

人工島背後の波高分布の比較（多方向不規則波、移動床、対策工あり）

7

6

6

5

5

4

4

Y
（m）

Y
（m）

沖波波高５cm、周期1.2s、初期砂面勾配1/50
沖波の波高５cm、周期1.2秒
7

3

3

2

2

1

1

0

0

−1

−1
−8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0

1

2

3

X（m）

4

5

6

7 8

＝10cm/s

1） 実験結果（0hr）

図4-3-6−8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0

1

2

3

X（m）

＝10cm/s2） 新モデル（0hr）

人工島背後の海浜流分布の比較（多方向不規則波、移動床、対策工あり）

る。すなわち、既往モデルの漂砂量係数中に含まれるス

宜上岸側計算点から代表遡上点までの外挿値として算定

ケール効果に関係する部分をある程度排除したより普遍しているため、実験でのスォッシュゾーンでの砂の動き性のあるモデルとなっている。

と異なっていると考えられる。今後はこれについても本しかしながら、本モデルでは、遡上域での漂砂量を便

60

海浜変形モデルに取り込む必要がある。

沖波波高５cm、周期1.2s、初期砂面勾配1/50
図中の斜線部分は堆積を、白の部分は浸食を表す。（unit; cm）
7
6
人工島

5

Y（m）

4
0

0

3

0

2

0
0

0

0

0

0
0

0

2

-2

2

-2

0
0

-2

0

-2
0

0

0

0

0

0

0

0

2
0

-2

0

0
0 0

0

0

0

1

0

0

0

0

0
0

0
0

0

0

0

0

0

0

0

−1
−8

−7

−6

−5

−4

−3

−2

−1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

X
（m）

1） 実験結果（20〜40hr）

7

0

0

6

2

2

0

-2

4

Y（m）

4

人工島

5

-2

-2

0

0

3

0
0

2
0

0

0

2

2
0

0

0

0

-2
2

0

0

0

2

0

6

2

1
0

0

0

2

0

-2

-2

0
0

突堤

突堤

−1
−8

−7

−6

−5

−4

−3

−2

−1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

X
（m）

2） 新モデル（20〜40hr）

図4-3-7

人工島背後の侵食・堆積量の実験結果と計算結果の比較（対策工あり）

４−４
A

既存の海浜変形評価手法の多方向不規則波への適用

B

ま

と

め

ただし、既往モデルでは、掃流漂砂量式を使用し考性を検討した結果、用いる漂砂量係数を従来の推奨値

慮されていない現象を漂砂量係数の中に押し込めていよりも小さくすることにより、実験結果の再現が可能

るので、漂砂量係数の不整合性が生じる。そこで、波であることがわかった。この手法は、計算時間が比較の多方向不規則性と砕波帯内の浮遊漂砂現象を考慮し的短いため、長さ 1km 程度の沖合人工島を含む 3km

た新たな３次元海浜変形数値予測モデルを開発した。

四方程度の海域を計算対象とし、数年間の海浜変形計

C

新しい海浜変形モデルの適用性を検討した結果、波算を容易に行うことができるので、実用上有益な手法

高分布、砕波帯内もどり流れの鉛直分布、海浜流、海である。

底地形変化量を概ね再現できる。

電中研レビュー No.42 ● 61

D

提案したモデルは、従来では考慮できなかった、砂が露出している場合や混合粒径砂を対象とした場合にの粒径、海底勾配、入射波諸元等の変化に伴う掃流・
浮遊漂砂量の割合や各々の向きの変化を反映することも容易に拡張できる。
⑤

今後は、本提案モデルに取り入れられていない遡上ができるので、既往モデルの漂砂量係数中に含まれる域での漂砂量を実現象に則してモデル化する必要があ

スケール効果に関係する部分をある程度排除したよりる。さらに、既存モデルよりも計算時間がかかるので、普遍性のあるモデルである。このため、将来的に岩礁実用化を図り現地での適用性を高めていく必要がある。

62

コラム２ ト ン ボ ロ
トンボロ？

初めて聞く人はこれが砂浜の形をがつながりきっていないものは舌状砂州といいま表わす言葉であることなど思いもよらないことです。舌状砂州では潮が大きく引くときだけ島が陸しょう。トンボロは島と対岸の陸地が砂浜でつな続きになるところがあります。特に昼間大きく潮がった地形をさします。日本では江ノ島などが有が引く春の大潮の日に人々が太鼓をたたいて歩い名です。実は函館市街も函館山と亀田半島をつなて島に渡るのが習わしになっているというようなぐトンボロの上にあります。トンボロは島の背後ところもあります。

に回りこむ回折波と海浜流によって砂が運ばれ島砂浜の形には他にも面白いものが沢山あります。

の背後の静穏な海域に貯まってできます。男鹿半

日本地図を開いて海岸の形を見ると、半島やリア

島や島根半島はあまりにスケールが大きくて、トス式海岸のような男性的な形と、砂浜海岸の優美

ンボロの中に八郎潟や宍道湖、中海が残っていまな曲線を連ねた女性的な形があります。砂浜の形

す。小さなものでは離岸堤の背後に必ずといってをつぶさに見ていくとトンボロ以外にも様々なバよいほどトンボロが見られます。

リエーションがあることに気が付きます。万葉集

ところで、トンボロ、妙な名前ですが辞書を調に歌われた片男波の砂嘴、日本三景の一つ天橋立

べてみると、この言葉がラテン語のテュムラス、のバリアー、三保の松原や野付半島の鉤状砂嘴、塚とか古墳という意味の言葉に由来するものであ

富津岬の尖角岬など、波と流れによる自然の造形ることが分かります。なるほど、盛り上げた土のの美しさに感心します。

上に墓石をのせた塚の形に似ています。島と陸地

湾頭海浜
潟湖
二重砂嘴

尖角岬
バリアー

湾
鉤状砂嘴
岬
ポケットビーチ

湾

単純砂嘴

複合砂嘴
舌状砂州

トンボロ
島

沿岸漂砂

波峰
陸けい島

本間仁監修「海岸環境工学」から転載

電中研レビュー No.42 ● 63

第

章

5

立地支援技術第５章

立地支援技術 ● 目

我孫子研究所水理部

上席研究員

清水

隆夫

我孫子研究所応用生物部

上席研究員

梨本

真

経 済 社 会 研 究 所

主任研究員

井内

正直

経 済 社 会 研 究 所

上席研究員

山本

公夫

我孫子研究所応用生物部

主任研究員

本多

正樹

我孫子研究所応用生物部

上席研究員

川崎

保夫

我孫子研究所応用生物部

上席研究員

品田

泰

前我孫子研究所環境科学部

海洋生態グループ
主査研究員

５−１

発電所・周辺緑化技術

５−２

藻場造成技術寺脇利信……………………………………………………………………………………………………67………………………………………………………………………………………………………………75

清水 隆夫（54ページに掲載）

井内 正直（1989年入所）
これまで、火力・原子力発電所の景観影響評価、環境調和対策、ビオトープ創造を中心に、都市のアメニティ（快適性）、ライトアップ等の都市・地域環境保全・創造に関する研究を行ってきた。今後も、循環型社会構築を目指して、地域環境保全・創造型社会システ
ムに関する研究を進めていきたい。

梨本真（1981年入所）
樹木や植生と環境要因との関連性をおもに
森林生態学の立場から研究している。大気汚
染物質の植生影響やスギ衰退現象の解明、発電所緑化手法の調査、森林の再生機構の解明などに従事。現在は新アセス法における陸域
生態系の調査評価手法の研究に取り組んでいる。

本多 正樹（1986年入所）
藻場造成および環境影響評価に関する研究，
特に環境要因が藻場現存量動態に及ぼす影響を定量的に予測・評価する手法開発を目指し、藻場生産力モデル構築に従事してきた。

山本 公夫（1981年入所）
これまで火力・原子力発電所の景観アセス
メント手法や環境デザイン支援システムの開発や、電源立地地域の振興方策などに係わる研究に従事してきた。現在は、循環型社会の構築に向けたエネルギー・環境調和技術の社
会的受容性に関する研究に従事している。

品田泰（1974年入所）
入所以来、立地点周辺の植生調査、地熱発電所周辺の樹木活力調査、送電線下の樹木生長量調査などの環境調査に携わるとともに、発電所緑化、海岸緑化、ダム法面緑化、ビオトープなどの環境創造技術の研究に携わってきた。1999年６月より 環境リサーチに出向。

川崎 保夫（1976年入所）
植物プランクトンの発電所復水器通過の影
響やアマモへの温度影響の解明、アマモ場、
アラメ・カジメ場の造成技術の開発、人工海
中林でのアワビ、サザエの生息環境調査など
温排水の生物影響や海域環境創造の研究を行ってきた。現在は、藻場生態系のアセス手法に関する研究などに取り組んでいる。

寺脇 利信（1981年入所、1994年３月退職）
入所以来、沿岸埋め立てを伴う発電所立地の際の藻場の修復・代替技術の開発に携わるとともに、大型海藻アラメ・カジメ類の群落形成に関する数々の新しい知見を得た。1996
年４月から水産庁瀬戸内海区水産研究所・藻場・干潟生産研究室長に就任した。今後は、沿岸域管理の円滑な運営の実現に努力したい。

66

次

コラム３

磯

焼

け ………………………………………83
川崎 保夫（上記掲載）

５−１

発電所・周辺緑化技術
樹木も生じるが、根元を伐採して密度をコントロ−ル

5-1-1 は じ め にし、枝を剪定して風抵抗の少ない林冠線を導くことでこの問題が解決される。

火力・原子力発電所の立地は燃料輸送や冷却水確保の便から沿岸に立地してきた。しかし、沿岸の多様な¸

植栽基盤整備と補助工

土地利用と絡み沿岸での電源立地は困難になりつつあ

勾配 7 〜 20 ゜のマウンド状の植栽基盤は、下層基盤とり、近年では人工島が新立地として視野に入ってきた。

客土層から構成されるが、いずれも緑化でしばしば生育

人工島の立地においては、極めて潮風が強い点が上不良の原因となる滞水を避けるため、凹状部ができない

げられ、立地支援の一技術として潮風に耐える緑化技

ように注意する必要がある。客土の厚さは、高木で術の確立が求められる。また、造成された発電所の緑

100cm 以上、低木で 50cm 以上が理想とされるが、潮風地は有効に利用されることが望ましく、この観点からの強い立地では高木林の形成は望めないことから、

緑化デザインを検討する必要がある。

80cm 程度で十分である。

このような背景から、当研究所では人工島緑化のた補助工では、防風ネット、支柱、敷き藁マルチの設めの適性樹種や維持・管理技術に関する検討を 1991 年

置が効果的である。防風ネットは、一定間隔で複数列から進め∏、1995 年から最新の仮想現実感シミュレ−シ

設置するのが望ましいが、当研究所の試験結果から１

ョン技術やフォトリアリスティクＣＧを使った修景緑列でもその後方の樹木が保護され、その樹木の存在で化デザイン手法の検討を行ってきた。

さらに後方の風当たりが弱まる効果が認められた。

本章では、発電所・周辺緑化技術として、人工島緑

強風条件下では、支柱は、樹体の動揺による葉の損傷や化の適性樹種、維持・管理手法、緑化デザイン手法に根の切断を避けるために必要であり、敷き藁マルチは、土壌関する検討結果を紹介する。

面の乾燥や降雨等による土壌流亡を避ける上で有効である。

5-1-2

¹

潮風に耐える緑化

適性樹種の選定
人工島に適する樹種については、海域（日本海海岸、太人工島の中で最も強い潮風を受ける敷地周辺部の緑

平洋海岸）
や気候帯
（暖温帯、冷温帯）の違い、集団条件下化については、図 5-1-1 に示す手法を用いることで実現

において各樹種が示す特性に配慮して選ぶ必要がある。

できる見通しを得た。

日本海海岸での５年間にわたる植栽試験結果を表 5-

すなわち、マウンド状の基盤を整備し、防風ネット

1-1 に示した。ハコネウツギ、エノキ、カシワ（以上はを設置した上で潮風に適性のある樹木の苗を高密度に落葉樹）、トベラ、シャリンバイ、マサキ、ヤブツバキ、植栽することにより、数年で潮風に強い林冠の閉鎖しナワシログミ、タブノキ、ネズミモチ（以上、常緑樹）

た緑地が完成する。植栽後、３年間位は潮風害が発生

は日本海側の人工島の緑化に適する樹種である。

するが、その被害が大きい場合は補植を行う。

一方、太平洋側の人工島の緑化に適する樹種について

林冠が閉鎖した緑地おいては、個々の樹木が受けるは、海岸林の現地調査から、前述の常緑樹の他、ウバメガ

潮風の強さが緩和される反面、光が不足してこれを巡シ、ハマヒサカキ、ヒメユズリハ、マルバグミ、ハマビワ、る競争が激化する。この結果、横の枝張りが不充分でマルバニッケイなどが適するものと考えられるが、厳密に背丈のみ高くなったひょろ長い形状の樹木や枯死するは以上の他にヤブニッケイ、クロマツなどを加えた太平洋
海岸での植栽試験から抽出するのが適当であろう。

林冠（forest canopy）：樹冠（樹木の上部にある枝と葉の集まり）同士が横に相接して森林を覆うようになった時、これを林冠と呼ぶ。

このような海域ごとの適性樹種を選定する場合には、
潮風害の発生メカニズムはもとより、それぞれの海域に

電中研レビュー No.42 ● 67

マウンド方式の植栽基盤を整備する（有効土層は80cm程度）

防風ネット等の補助工を施す

下記沿岸適性樹種の2、3年生
ポット苗を高密度（2〜4本／m2）
に植栽する
日本海海岸

太平洋海岸

ハコネウツギ、エノキ、
カシワ、トベラ、マサキ、
シャリンバイ、ヤブツバ
キ、ナワシログミ、タブ
ノキ、ネズミモチなど。

トベラ、マサキ、シャリ
ンバイ、ヤブツバキ、ナワシログミ、タブノキ、
ネズミモチ、ウバメガシ、
ヒメユズリハ、ハマヒサ
カキ、マルバグミなど。

日本海海岸

太平洋海岸

植栽後 3 年頃まで冬季を中心に潮風害が発生するが、季節変動、経年変動をとりながら、樹林の林冠が閉鎖していく。

植栽後 3 年頃までは、台風の通過時を中心に潮風害が発生するが、発生と回復を繰り返しながら、樹林の林冠が閉鎖していく。

大きな被害が発生した場合には、補植する。補植にはトベラ、シャリンバイの他、タブノキ、シロダモなどの耐陰性の高い樹種を用いる。

台風の直撃で大きな被害が発生した場合には、補植する。補植にはトベラ、シャリンバイの他にタブノキ、
ヒメユズリハなどの耐陰性の高い樹種を用いる。

潮風に強い緑地

図5-1-1

沿岸緑地（人工島）の緑化手法

おける潮風の卓越時期、樹木の生活型の違い（常緑樹とから着葉期（春〜秋）には付着塩分が葉内に侵入しやすい

落葉樹の違い）、葉の構造などに留意する必要がある。

が、冬期には葉を落として冬芽（塩分は侵入しにくい）

潮風害の発生は、葉の表面に付着した塩分が葉内に侵で越冬するために潮風害を受けにくい傾向がある。

入し、塩素イオンの毒性作用で組織が破壊することに起自然の海岸林では汀線側に低木性樹種が出現し、その因する。日本海海岸においては冬季に潮風が卓越し、太後方に高木性樹種が出現するπ。低木性樹種の存在は後平洋海岸においては台風の襲来時（夏〜秋）に短期的に潮方に対して風当たりを緩和している。

風が卓越する。また、常緑樹と落葉樹を比較すると、常緑樹は、周年的に葉を着けているが、葉表面は厚いクチ

º

植栽の方法

クラ層（蝋状物質で覆われた層）で被覆されて付着塩分が発電所の周辺緑化などの大規模緑化（ここでは緑地面積

葉内に侵入しにくい構造になっている（ただし葉のこすが 10ha を超えるものをこのように仮称する）では、苗木

れや飛砂などで生じた傷口からは塩分が侵入する）。この確保や植栽後の活着などの面から、植栽材料にポットれに対し、落葉樹は、葉のクチクラ層が発達しない関係

苗（鉢で育てた苗）を利用するのが便利である。２、３年68表5-1-1

日本海海岸における人工島緑化の適性樹種に関する最終評価
中間評価

最終評価（５年間の観測結果からの評価）

耐潮風性
・生育性

耐潮
風性

枯死率
（％）

１．ハコネウツギ（落葉低木）

◎

☆

数％未満

Ａ

Ｂ

２．トベラ

（常緑低木）

◎

☆

〃

Ｂ

Ｃ

３．マサキ

（常緑低木）

◎

☆

〃

Ｃ

Ｄ

４．シャリンバイ（常緑低木）

○

☆

〃

Ｃ

Ｄ

５．ヤブツバキ（常緑高木）

△

☆

〃

Ｃ

Ｄ

６．エノキ

（落葉高木）

◯

☆

〃

Ａ

Ａ

７．カシワ

（落葉高木）

◯

☆

〃

Ａ

Ｂ

８．ナワシログミ（常緑低木）

◯

◇

20％未満

Ｂ

Ｃ

９．タブノキ（常緑高木）

△

◇

〃

Ｄ

Ｄ

10．ネズミモチ樹種

名（生活型）

生長ランク（樹高） （直径）

沿岸
緑化
への
適性

十
分
適
す
る

適
す
る

（常緑高木）

△

◇

〃

Ｃ

Ｄ

11．アカメガシワ（落葉高木）

×

◆

20％

Ａ

Ａ

12．ケヤキ（落葉高木）

×◆21〜30％

ＣＣ

13．スダジイ（常緑高木）

×

◆

〃

Ｂ

Ｄ

14．シロダモ（常緑高木）

△

◆

〃

Ｄ

Ｄ

15．アキグミ（落葉低木）

◎

◆

〃

Ａ

Ａ

16．ネムノキ（落葉高木）

×◆31〜40％ＣＣ

17．クロマツ（常緑高木）

◎

◆

〃

Ｂ

Ｂ

さ

18．ハゼノキな（落葉高木）

×◆41〜50％ＣＣ

19．ヤブニッケイ（常緑高木）

△

◆

〃

Ｄ

Ｄ

20．アオキ（常緑低木）

×◆51〜75％

ＤＤ

21．カクレミノ（常緑高木）

×

◆

〃

Ｄ

Ｄ

22．クスノキ（常緑高木）

×

◆

75％以上

−

−

23．エゴノキ（落葉高木）

×

◆

〃

−

−

24．アラカシ（常緑高木）

×

◆

〃

−

−

適

い

注）◎；適する。○；生長は遅いが適する。△；生育可能だが生長は不良。×；適さない。
☆は５年間の枯死率が数％未満で、夏季（７月）の潮風害発生率かすべて20％以下の樹種。
◇は５年間の枯死率が20％未満で潮風害発生率が30％未満の樹種。
◆は５年間の枯死率が20％以上の樹種。
生長ランク（樹高）はAが25-35cm/年、Bが15-25cm/年、Cが５-15cm/年、Dが５cm未満/年を示す。
生長ランク（直径）はAが９-12mm/年、Bが６-９mm/年、Cが３-６mm/年、Dが３mm未満/年を示す。
−は枯死個体が多い（集計本数少ない）ため表示しないものを指す。

生ポット苗を使い、枝張りの良いものを選ぶ必要がある。
2

植栽方法については、密度を高く（２〜４本/m ）し、したものであり、植栽後３年位まで繰り返された。経年変動については、年を追って生育状況が改善され一定のその集団効果により、個々の苗の受ける風当たりや乾燥生育状況に収斂した。これは、生長に伴う個々の木の枝を緩和することが重要である。植栽樹種の配置について

葉の込み合いによる風当たりの減衰と、樹木の潮風に対は、基本的に海側に低木性樹種を植え、その後方に高木する順化などが関係するものと推定される。

性樹種を植える。
¼» 植栽後２、３年の監視

大きな被害が生じた時の対策（補植）
林冠が閉鎖する前に多数の枯死木が発生すると、個々

植栽後２、３年までは苗木と苗木の間が空いているたの木の受ける風当たりは強まり、潮風害が拡大する危険

め、乾燥や潮風などの影響を受けやすく、樹木の生育状性がある。このような場合には、最初の植栽時よりもさ況も変動が大きい。この時期には、周年的な目で生育推

らに密度が高まるような補植を行うことが有効である。

移を見守る必要がある。

潮風の厳しい環境下での補植は、A補植木が既存木の当研究所の日本海側での試験では、植栽後の生育状況

受ける風当たりを緩和してその生育を助ける効果、B既の変動として、図 5-1-2 のような季節変動と経年変動が存木が補植木の受ける風当たりを緩和してその活着・生観察された。季節変動は日本海海岸の潮風強度の季節変

育を助ける効果があり、特に前者は耐潮風性の弱い樹種化および植物季節（夏季の新梢・葉の伸長・展開）に対応で顕著である。

電中研レビュー No.42 ● 69

（％）
100

高木性常緑広葉樹

80

高木性落葉針葉樹

潮
風 60
害
発
生 40

高木性落葉広葉樹

率
低木性常
緑広葉樹

20
低木性落葉広葉樹
09293

図5-1-2

94

95

96

97

植栽後の植栽木の生育状況（潮風害発生率）の変動

一方、光条件については、補植木は既存木に被陰されて光が不足することから、すべての樹種が補植に適する

5-1-3.

緑化デザインとは考えにくい。そこで、植栽木に適する樹種を検討した結果、シロダモ、タブノキなどは補植に適するが、ク人工島式原子力発電所の緑化デザインを、景観、地域

ロマツは適さないことが分かった。また、補植に適する

共生の観点から検討した。手順としては、既設の火力・樹種の要件として、ある程度の耐潮風性をもつことに加原子力発電所および海岸部に立地している一般の工場等

えて、耐陰性（弱い光で生育できる性質）が強いか、伸長から収集した最新の緑化デザイン事例を分析するととも速度が大きいことが必要であることも分かった。

に、心理実験を通じて得られたデータ等を参考に、人工島式原子力発電所の緑化デザイン案を検討した。さらに½

維持管理の考え方

コンピュータ・グラフィックス（CG）、バーチャル・リ

人工島の緑化においては、まず高密度で植栽して活着アリティ（仮想現実感： VR）技術を用いて視覚的に表現率を高め、その後で適正密度を確保すること、また、潮し、電力技術者等の評価を加えて最終的な緑化デザインº

風に強い林縁・林冠構造 を引き出し、緑地全体の耐潮案を提案した。検討手順を図 5-1-3 に示す。

風性を高めることが望ましい。このような緑地構造の誘導方法として、密度コントロ−ルを行うための剪定法（根元伐採）と林冠線の早期形成を図るための剪定法（枝剪定）について検討した。

¸

工場等緑化デザインの最新動向
昭和 49 年に工場立地法が改正され、一定規模以上の工場（特定工場）に対して新増設時に 20 ％以上の緑地整

密度コントロ−ルのための根元伐採は、この処理で枯備が義務づけられた。その後、我が国の工場環境はめざ

死しやすい（生存率が低い）トベラやナワシログミに適用

ましく進展し、かつては３Ｋ（きつい、汚い、危険）と呼でき、林冠線を形成するための枝剪定は、その処理で多ばれた工場も、新３Ｋ（きれい、快適、貢献）へと様変わ

くの萌芽枝が発生・生存するトベラ、マサキ、シャリンりしたª。これら工場緑化の発展を期待して、通産省がバイ、ナワシログミに適用できることが分かった（表 5-

主導となって緑化優良工場を毎年選定し、表彰を行って1-2）。また、マサキやシャリンバイは、多数の萌芽枝をいる。そこで、これまでに緑化優良工場として表彰を受発生することから、海側林縁に植栽した後に根元を伐採けたことのある発電所や一般工場を対象に現地調査を行することにより、林内に風を入れにくい株状（叢生）樹形

い、緑化デザインの特徴、整備手法等について明らかにに仕立てられる可能性が示唆された。

した。調査事例は、表 5-1-3 に示す通りである。

70

表5-1-2

剪定処理に伴う萌芽枝の発生と生存率の推移
萌芽枝の発生状況

処 理 区

樹

種

発生萌芽枝の生存本数（生存率％）

発生率
（％）

本数
（n）

（1995.11）（n）（％）（1996.4）（n）（％）（1996.10）（n）（％）

根元伐採

トベラ
マサキ
シャリンバイナワシログミアキグミ
ハコネウツギ

78
100
100
100
100
100

91
66
74
17
53
104

90（ 99）64（ 97）71（ 96）17（100）48（ 91）100（ 96）19（ 21）55（ 83）56（ 76）13（ 77）43（ 81）90（ 87）7（ 8）41（ 62）40（ 54）12（ 71）25（ 47）
−

枝 剪 定

トベラ
マサキ
シャリンバイナワシログミアキグミ
ハコネウツギ

100
100
100
100
100
100

900
194
126
88
114
421

835（ 93）
194（100）
123（ 98）
87（ 99）104（ 91）369（ 88）382（ 42）
171（ 88）
105（ 83）
80（ 91）48（ 42）284（ 68）278（ 31）139（ 72）78（ 62）58（ 66）12（ 11）−注）萌芽枝発生率は根元伐採または枝剪定の処理を行った個体数に対する萌芽枝の発生した個体数の割合。萌芽枝の本数は各供試個体から発生した萌芽枝の総和を示す（例えばマサキでは供試個体数が根元伐採で10本、枝剪定11本であるので、根元伐採により平均6.6本、枝剪定により平均17.6本の萌芽枝が発生したことを示す）。

火力・原子力発電所の緑化事例調査

緑化優良一般工場の緑化事例調査
緑化デザインの評価心理実験

緑化デザイン手法の解析・評価
人工島式原子力発電所の緑化デザインの検討
CG、VR技術による緑化デザイン案の可視化
電力技術者による緑化デザインの評価
人工島式原子力発電所の緑化デザインの提案

図5-1-3

緑化デザインの検討手順

現地調査の結果をもとに、これら緑化優良事例を、A
ガーデンタイプ（造園的手法）、Bパークタイプ（公園的園風緑化に重点をおいたノーリツ鋼機梅原工場がこのタイプである。

手法）Cランドスケープタイプ（自然風景的手法）Dネ
イチャータイプ（自然環境保全・復元手法）の４タイプに整理・分類した。分類された４タイプの緑化デザインの特徴は、以下の通りである。

２）パークタイプ（公園的手法）
人工的で、見通しの良い、美しい整形的な緑化に重点をおいている発電所・工場である。緑地の内容はシバや低木刈り込みなどを整形的に配置したものが多く、西洋

１）ガーデンタイプ（造園的手法）
伝統的な日本庭園をイメージさせる緑化デザインを随庭園風緑化や芝生地と低木の刈り込みなどに重点を置いた秋田火力、東新潟火力などが該当する。

所に採用している工場等が該当する。刈り込みされた樹
木と岩や池などがコンパクトに配置され、緑は豊かであるが、若干閉鎖的な空間となるのが特徴である。日本庭

３）ランドスケープタイプ（自然風景的手法）
見通しの良い広々とした芝生地主体の開放的な緑地を

電中研レビュー No.42 ● 71

表5-1-3
発電緑化デザイン調査事例一覧

所

一
在

地

般

工

場

会社・工場等の名称

等

発電所名

種

別

事業者名

所

苫東厚真

火

力

北海道電力

北海道厚真町

キリンビール 千歳工場

北海道千歳市

所

在

地

秋

田

火

力

東 北 電 力

秋田県秋田市

新王子製紙 江別工場

北海道江別市仙台

火力

東 北 電 力

宮城県七ヶ浜町

ピーエス工業 札幌工場

北海道広島町

新 仙 台

火

力

東 北 電 力

宮城県仙台市

ニッカウイスキー 仙台工場

宮城県仙台市

東 新 潟

火

力

東 北 電 力

新潟県聖篭町第一製薬 秋田工場

秋田県秋田市広野火力

東 京 電 力

福島県広野町

三協化学 広野工場

福島県広野町

新 清 水

火

力

中 部 電 力

静岡県清水市

北越工業 吉田工場

新潟県吉田町七尾大田

火力

北 陸 電 力

石川県七尾市花王 和歌山工場

和歌山県和歌山市

海

南

火

力

関 西 電 力

和歌山県海南市

ノーリツ鋼機 梅原工場

和歌山県和歌山市

御

坊

火

力

関 西 電 力

和歌山県御坊町

九州耐火煉瓦岡山県備前市玉島火

力

中 国 電 力

岡山県倉敷市

サッポロワイン 岡山ワイナリー

岡山県赤坂町川

内

火

力

九 州 電 力

鹿児島県川内町

林原生物化学研究所 吉備製薬工業

岡山県賀陽町

柏崎刈羽

原子力

東 京 電 力

新潟県柏崎市・刈羽村

富田工業 岡山工場

岡山県吉永町浜

岡

原子力

中 部 電 力

静岡県浜岡町

ニッポン高度紙工業 安芸工場

高知県安芸市伊方原子力

四 国 電 力

愛媛県伊方町ハマナカホビール 新富工場

宮崎県新富町川

内

原子力

九 州 電 力

鹿児島県川内町

ワールドインダストリー宮崎

宮崎県山田町有し、人が芝生地の中に入って散策などに利用できる緑

具体的な緑化デザイン手法選定の際に役立てた。

化に重点をおいている発電所・工場がこのタイプである。

４タイプのデザイン事例の中から、外周部、エントラ

緑地の内容はシバなどを主体とし、樹木を非整形的に疎ンス、構内道路等といった緑化空間と緑化デザイン手法に配置したデザインが多く、芝山を多く採用しているこの組み合わせに考慮して心理実験に用いるサンプルをとも特徴である。キリンビール千歳工場やニッカウイス

42 枚に絞り込んだ。それぞれのサンプルを被験者に提キー仙台工場などが該当する。

示し、各サンプルのデザイン性、景観性、快適性の評価
及びそれらを総合的に判断した総合性に関する評価（５４）ネイチャータイプ（自然環境保全・復元手法）
自然なイメージ、自然環境の保全・復元を緑化のポイントとしている発電所・工場である。敷地面積が大きく段階）と、21 対の形容詞によるイメージ（７段階）をアン
ケート用紙に回答する方法で行った。被験者は、性別、年齢等に配慮して、24 名を選定した。

かつ既存林面積が大きい原子力発電所では、自然環境のまず、最初に実験に使用したサンプルを総合評価値の保全を中心とした緑化デザインが多く採用されている。

平均値の高い順番に並べて、評価の傾向を分析した。

緑地の内容は、既存林の保全や、エコロジー緑化.（幼苗「どちらでもない」より高い評価を得た写真は 19 事例、植栽と呼ばれる植栽手法で、潜在自然植生による樹種選

低い評価の写真は 22 事例である。図 5-1-4 に評価の高定と密植により大規模な樹林を造成することができる）、

いサンプルを示す。芝生が広がり開放感の感じられる事

高木林の設置、ビオトープ（野生生物の生息・生育空間）例が最も総合評価が高く、次いで、ブロックの階段周囲の設定などであり、自然環境の保全を緑化の目標とするを低木の刈り込み及び高木で植栽が行われている事例、多くの発電所や工場が、ここに位置づけられる。

池の水面と芝生地が前面に広がり、池の対岸には芝で覆われている丘がある事例、白樺の林内にベンチがある事¹

緑化デザインのイメージ分析

例と続く。逆に総合評価が最も低いのは、構内道路沿い

次に、上記の４タイプで用いられている緑化デザインにクロマツの列植がある事例で、構内道路沿いの法面を手法の評価・効果を明らかにするために、スライドを用草本で覆った事例、金網のフェンス越しにクロマツの自いた評価実験を行い、人工島式原子力発電所で検討する

然林が見える事例、発電所施設の外壁の前面に高木が数

72

１番（4.13）

２番（3.67）

３番（3.58）

４番（3.54）

５番（3.5）６番（3.46）７番（3.46）８番（3.42）９番（3.33）

10番（3.36）

図5-1-4

サンプル画像（総合得点上位10番）

十本および芝生地となっている事例となっている。４つの天端から法尻までの法面にエコロジー緑化を行い、遮のタイプ別に順位をみてみると、上位３番までは、パー蔽効果を高めるとともに防潮、防風効果を持たせた。こクタイプで占められている。また各タイプに属するサン

れらと反対側の構内道路側法面には、整形的な低木の刈プル平均値は、パークタイプ、ネイチャータイプ、ラン

り込みをダイナミックに階段状に配置することにより、

ドスケープタイプの評価が高く、ガーデンタイプは「ど人工的で開放的なイメージを演出した。使用した樹種は、

ちらでもない」の値に近い結果となった。

耐潮風性の優れた低木性常緑広葉樹であるトベラ、シャ次に、緑化デザイン手法の異なるサンプル間のイメー

リンバイ、ナワシログミとした。事務本館、ＰＲ館周辺

ジの違いを明らかにするために、多変量解析手法であるでは高い修景性が求められるため、芝と低木性常緑広葉

因子分析を行い、イメージの軸を抽出するとともに、そ樹であるトベラ、ハマヒサカキとオカメザサを整形的にれぞれの緑化デザイン手法のイメージを明らかにした。

幾何学的にデザインし、人工的で開放的なイメージを演

因子分析の結果、第１〜４までの因子を抽出した。第１出した。また、アクセントとして耐潮風性の強い高木性

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

因子は、豊かな、雰囲気のある、親しみがある等の形容

常緑広葉樹のタブノキを単木状に配置した。

詞で表され、「雰囲気」の因子と言える。第２因子は、
b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

開放的な 、圧迫感のある 、軽快な 等の形容詞で表され、b「空間の評価」という因子と言える。第３因子は、整形
b

b

b

b

b

b

２）ランドスケープタイプ

b

外周部のマウンドおよび構内のマウンド上にエコロジb

的な、整然とした等で代表される緑化デザインの「様式」
b

b

b

b

ー緑化を行い、防潮、防風や遮蔽効果を高めるとともに、bという因子。第４因子は、にぎやかなに代表される「空敷地内にまとまった樹林を創出することにより、丘陵の間の活力」という因子といえる。

林のイメージを演出した。逆に、道路沿いの平坦部では、芝生を広い面積で配置することにより、来訪者など人がº 人工島式原子力発電所の緑化デザイン

散策に利用しやすい空間とし、明るく開放的なイメージ

事例調査結果および緑化デザインのイメージ調査の結を演出した。また、単調なイメージを避けるため、広い果から、人工島式原子力発電所の緑化タイプを「パーク

芝生地にリズミカルに芝山を配置した。さらに、エコロ

タイプ」、「ランドスケープタイプ」および「ネイチャー

ジー緑化の林縁部分には平坦部に樹林を付加し、林縁がタイプ」の３つとし、詳細な緑化デザインを検討した。

曲線的になるように配植することにより、柔らかなイメージを演出した。道路沿いでは潮風が吹き抜けるため、

１）パークタイプ
外周部のマウンド上にエコロジー緑化を行い、防潮、

単木植栽をせず、複数で植栽することにより、樹木が集団で潮風に抵抗できるように配慮した。このような高木

防風や遮蔽効果を高めるとともに、外周部緑化マウンドの疎植という手法は、密植よりも潮風害に弱いために、に高低差をつけることにより柔らかさを演出した。発電

潮風害に強い高木性常緑広葉樹のタブノキを採用した。

施設を遮蔽するために、視線方向にマウンドを設け、そ事務本館、PR 館周辺では、シバを主体とし、開放的な

電中研レビュー No.42 ● 73

イメージを演出した。さらにここでは、アクセントとし

工島全体では、高木で約４千〜６千本、低木で２千〜４てシバのピラミッドをデザインし、修景性を高めた。樹千本の樹木が植栽されている。そのためＣＧ樹木をすべ

木は森林にならないように２〜５本と少ない本数で小群て３次元データとして取り込むと、データが非常に重く状に植栽し、開放感を阻害しないように配慮した。樹種

なり処理にかなりの時間がかかるため、透明なボード上は、高木性常緑広葉樹では耐潮風性の強いタブノキと緑に CG 樹木のテクスチャーをマッピングする方法を用い陰樹として高木性落葉広葉樹のエノキを配置することとてデータ量を抑える工夫を行った。原子炉建屋等の施設した。

については、CAD ソフトにより作成したモデルを VR
シミュレーションに組み込んだ。
VR シミュレーションでは、緑化デザインを検討した

３）ネイチャータイプ
外周部のマウンド上にエコロジー緑化を行い、防潮、

人工島式原子力発電所の仮想空間をリアルタイムに体験

防風や遮蔽効果を高めた。構内のマウンド上にもエコロすることが可能となる。このシステムを用いて、視点をジー緑化を行い、防潮、防風や遮蔽効果を高めるととも

自由に変化させながら、外周マウンドの高さ・形状、植に、敷地内にまとまった樹林を創出することにより多様

栽場所、樹種等の変更を随時行いながら、最終的なデザ性があって、野生生物などが利用しやすい環境（ビオト

イン案を煮詰めていく作業を行った。また、各電力会社

ープ）を創造する。来訪者や、見学者など多数の人が通等の技術者を対象にシミュレーションを実施し、その評行する構内道路周辺にもエコロジー緑化により樹林を創

価結果もデザイン案に反映させた。

出し、「緑の中の発電所」を演出した。事務本館、PR 館

VR シミュレーションで検討し、修正した CG をその周辺では、来訪者や職員など人が滞留するため、人がゆまま静止画として出力し、成果物として扱うには、影がったりと歩ける程度に樹木の密度を低く抑えた樹林を創ないなどの点で精度が低すぎるといった問題がある。そ出し、散策などに利用できるように配慮した。樹林は自こでレンダリング機能を強化したシステムを用いること

然林の構成を参考とし、高木・低木、落葉・常緑の樹種によって、図 5-1-5 に示すフォトリアリスティック（写を混植した構成として自然林のイメージを演出した。樹真画質）な CG 画像を作成した。

種選定は、植栽試験結果を参考に、潮風に強く自然の林にみられる樹種から選定した。具体的には、高木性常緑

5-1-4

ま と め

広葉樹ではタブノキ、シロダモ、ヤブニッケイ、ネズミ
モチ、ヤブツバキ、低木性常緑広葉樹ではトベラ、マサ

耐潮風緑化技術として以下のような方法をとりまとめ

キ、シャリンバイ、高木性落葉広葉樹ではエノキ、カシ

た。

ワ、アカメガシワ、高木性常緑針葉樹のクロマツの 12

A

種を混植する計画とした。

防風ネット、支柱、敷き藁マルチを施したマウンド状植栽基盤の構成

B»

緑化デザインのビジュアル化

冬の潮風が強い日本海側と台風シーズンに短期的に上記の考え方に沿って図面上に作成した緑化デザイン

潮風が卓越する太平洋側それぞれの適性樹種
C

案を CG を用いて視覚表示させるとともに、VR 技術を海側に低木性樹種、後方に高木性樹種を配置したポ利用して緑化シミュレーションを作成した。まず、潮風ット苗による高密度植栽方法
D

害に強い特殊な樹木 CG を作成する必要があるため、樹

植栽後２、３年の周年的な監視とその後の経年的な監視木作成アプリケーションソフトを用いた。作成したのは、

E枯死害が出たときの補植法

高木性常緑広葉樹のタブノキ、シロダモ、スダジイ、ネF

根元伐採による適性密度の確保と枝選定による林冠

ズミモチ、カクレミノ、ウバメガシ、ヤブツバキ、の８の形成

種類、高木性落葉樹のエノキ、カシワ、アカメガシワのまた、人工島式原子力発電所の緑化デザインを以下の３種類、低木性常緑広葉樹のシャリンバイ、トベラ、ハ

手順でとりまとめた。

マヒサカキ、マサキの４種類、合計 15 種類である。人

A

74

工場緑化デザインの最新動向としてガーデンタイプ、

人工島式原子力発電所の鳥瞰3イメージ

ランドスケープタイプのイメージ

ネイチャータイプのイメージ

パークタイプのイメージ

ネイチャータイプのイメージ

外周部（防波護岸内側）緑化イメージ

図5-1-5

緑化デザインのイメージCG

パークタイプ、ランドスケープタイプ、ならびにネイ

C

プの人工島式原子力発電所の緑化デザインを作成した。

チャータイプを整理・分類した。
B

心理実験によってパークタイプが人工島式原子力発

上でまとめた耐潮風緑化技術に基づいて上記３タイ

D作成した緑化デザインを CG とバーチャルリアリテ

電所の緑化デザインとして最も優れており、ついでネィーシミュレーションを用いて立体的にビジュアル化

イチャータイプとランドスケープタイプが適しているした。

ことが分った。

５−２

藻場造成技術

人工島式原子力発電所の建設は、自然の海岸線を残し因のうち非生物的なものは、日射量、海水の濁り、水深、て、さらに新たな海岸線と静穏域を生み出す。こうした

水温、塩分、栄養塩、波浪、着生できる基質（岩盤、転発電所周辺海域に多様な生物が生息し、魚介類の産卵場、石）の有無、砂礫による着生基質の研磨、着生基質へのウニ・アワビなどの餌海藻の供給源、水質浄化などさま堆砂などが挙げられる。また、生物的要因として動物にざまな機能を持つ藻場を造成することができれば、水産よる摂食などが挙げられる∏（図 5-2-1）。

振興ならびに地域と発電所の共生に大いに役立つ。

藻場の現存量が小さくなり、ついには藻場が衰退・消当研究所ではアマモ場、アラメ、カジメ場などの造成

失する減少を磯焼け（コラム参照）と呼ぶ（図 5-2-2）。この技術の開発に取り組んできており、ここでは特に、藻場藻場衰退を引き起こす要因として、海況（主に水温）の変化、の永続性とコスト面を考慮し、できるだけ維持・管理を

栄養塩の欠乏、淡水の流入、天候の異変、藻食動物の摂行わないですむ、自然模倣の藻場造成技術について、そ

食、付着生物による海底基質の占有、堆積物による海底の研究成果を中心に紹介する。

基質の埋没などが考えられている。また、藻場の現存量
変化は、式∏に示すように、光合成、呼吸、葉の脱落、5-2-1 藻場形成を制限している主要な要因

死亡、加入で表され、光合成は水深、海の濁り、天候、
水温、栄養塩に影響される。動物による摂食は、葉の脱藻場、特に岩礁性藻場の生産力や現存量を左右する要落と死亡に影響を与える。再生産による新たな芽生えや

電中研レビュー No.42 ● 75

を衰退させる食害動物として、寒流域ではウニ類、暖流生産力に影響を及ぼす要因

域ではウニ類、巻貝類に加え藻食性魚類が知られている。

日射量
水温
海水の濁り

現存量に影響を及ぼす要因
栄養塩

現存量変化＝光合成−呼吸−葉の脱落−死亡＋加入∏

動物による摂食

水深

濁り、水深
日射、水温
栄養塩

蓄積結果
生産力

現存量
光合成組織の量

動物の摂食

再生産、
種苗移植

藻場

磯焼け状態の海底から藻食動物を継続的に取り除いた
塩分

波浪

基盤の有無

基盤の研磨

堆砂

藻場の有無を明確に規定する要因

り、藻食動物が侵入できないように枠などで囲うことによって、藻場が形成されることが報告されているπ、∫、ª

図5-2-1

藻場の生産力、現存量を左右する要因の模式図が、これは動物を取り除くことにより、葉の脱落や死亡の項が小さくなり、現存量が大きくなったことによる。

5-2-2
¸

自然模倣の藻場造成技術

自然模倣の藻場造成技術とは藻場造成では、できるだけ維持管理を必要としないものが望ましい。そのためには、自然模倣に基づく藻場造成を行うことが考えられる。この方法は、自然の状態で海藻草類が生育している場所と生育していない場所の環
境条件を調査し、それらを比較することにより、海藻草繁茂したコンブ場類の生育を制限している要因を見いだす。そして、その要因を人為的に海藻草類の生育に適したものに改善し、藻場を造成しようとするものである。しかし、人為的に改善できる環境要因は限られており、基本的には既存の土木技術を用いて、海藻草類の着生面が動かないよう安定化する、あるいは、海底面の嵩上げにより必要な光が得られるようにするなどの方法により、藻場造成を行う
ものであるº。これまでの藻場造成に関する知見および当研究所での研究成果を踏まえ、自然模倣の藻場造成法の手順を図 5-2-3 に示したΩ。

磯焼け

図5-2-2

コンブ場とそれが磯焼けした海底の状況

前提条件は、A海底地形や底質の改変により対象とす
る海藻草類の増殖を促進する、B対象とする海藻草類の種苗は移植しない、C設置または整備した基盤上での動人為的な種苗移植による加入と光合成が、呼吸、葉の脱植物の人為的な管理をしないの３つである。

落、死亡に比べて大きければ現存量は増え、逆に小さけ対象海域がこれらの前提条件を満足する可能性のあるれば、現存量は小さくなり、藻場の衰退や消失に向かう。

海域かどうかを判定する重要な情報は、海域の物理環境

藻食動物による摂食が藻場の生産力を上回る場合には、（海底地形や底質、波浪など）と対応した底生生物の分布

藻場の現存量が徐々に小さくなり、ついには藻場の消失である。特に、海藻草類が生育し、貝・ウニ類など藻食を引き起こすことが考えられる。過剰な摂食により藻場動物が少ないかどうか、海藻草類の生育水深帯に砂地が76

〈メンテナンスフリーの藻場造成技術の理論の根底とする情報〉
1．海底での海藻植生が、その場の総合環境を表現している。
2．海藻群落の遷移は、短命から長命の種類へ、数年間で完結する。

〈メンテナンスフリーの藻場造成技術の前提条件〉
1．海底での地形および底質の改変により対象の海藻種の増殖を促進する。
2．対象の海藻種の種苗移植は必要無い。
3．設置または整備した基盤上での動植物の人為的な管理が必要無い。

対象海域の選定〈海底の実態把握調査〉
1．人工構造物も含めた海底面状況（海底地形、底質分布、砂層厚分布、波浪、漂砂、砂面移動）
2．底生動植物の分布（海藻類、固着動物類、海、ウニ類）

NO［アラメ・カジメ場／
ホンダワラ類藻場］
NO［アマモ場］NO〈海藻胞子の供給調査〉
試験ロープ・
板の係留施設
の設置

幼体が
出現し
たか？

岩礁域に
藻場があ
るか？

YES
〈試験基盤による調査〉
1．水平・垂直的な範囲
2．形状・硬度面の条件

砂泥域に
藻場があ
るか？

NO

土木的に
制限要因を
緩和でき
るか？

YES

YES

YES

〈藻場の分布域の条件の模倣〉
1．水深
2．岩質〈藻場の分布域の条件の模倣〉
1．水深
2．静穏度

アマモ場に適した環境基準を満たす環境制御の
実施

NO

NO
群落が維持
されるか？

群落が維持
されるか？

YES

YES

〈基盤設計〉
1．基盤の施工適地の選定
2．施工性（材料、対波浪安定性）
3．経済性（上限金額、付加価値）事業の実施

図5-2-3

自然模倣の藻場造成手順

あるかどうかが重要なポイントになる。

置）とその後のモニタリングを行う。

フロー図の海底の実態把握調査と基盤設計との間の部
分では、対象とする海藻の種類を何にするか、また近くに自然の藻場があるかどうかによって、藻場造成適地の選定手法や調査項目が異なってくる。
基盤設計では、基盤の施工適地や施工性（材料や対波
浪安定性）、経済性（上限金額や付加価値）の観点から最適なものを選定した後、事業の実施（藻場造成基盤の設¹

自然模倣の藻場造成技術に関する実証試験例
砂地海底に安定な人工基盤を設置するのみで岩礁性の藻場がつくられ、維持されることを確認するため、自然模倣の藻場造成技術の実証試験を三浦半島西岸の横須賀
市秋谷地先海域で行ったæø。
まず、海底の地形（水深）と底質（砂と岩）の分布を、音

電中研レビュー No.42 ● 77

響測深機やサイドスキャンソナーを用いて、正確に調査

模型実験によって安定な最低重量を決定した。また、被した。次に、音響測深機や潜水観察などの調査から、岩覆材重量と基盤造成コストとの関係についても検討し、礁域で優先する海藻種が、アラメ、カジメであることがコンクリートブロックの場合は 4 トン、割石の場合は分かった。それらの分布域は、アラメが８ｍ以浅、カジ

500kg に決定した。

メが５〜 23m、また、現存量は、アラメが５ m 付近、基盤の高さは、砂面からの高さと海藻の生育状況との関係、砂面の年変動幅、砂層厚を考慮し（図 5-2-4）、余カジメが５〜 10 ｍで多かった。
通常、砂地海底に設置された構造物は、砂の層に覆わ裕を見て 1.5m とした。

れた岩盤に着岩するまで沈下するので、砂地海底に設置

砂地海底に設置された基盤を取りまく環境は、舞い上した藻場造成用の基盤は、砂層厚分以上の高さが必要でげられた底泥の沈降・堆積などにより、海藻の生育にとある。そこで、砂層厚が 50cm 以下の砂地域を音波探査っては厳しいものとなる。そこで、基盤の表面形状の工機で調査し、把握した。

夫から、より目的とする海藻の生残と成長に効果的な逆

また、自然の藻場から 500m 程離れた場所でもロープなどの着生基質を置けば、アラメ、カジメの幼体が出現

台形の突起物（ケルプノブ）を付けた（図 5-2-5）。
以上のようにして、基盤の設置場所や形状などを決め、するが、100 ｍ以内の場所の方が、その出現密度の高い基盤を造成した結果（図 5-2-6）、約２年後には濃密なアラメことが分かった。

とカジメの藻場が形成され（図 5-2-7）、自然模倣の造成技術

以上のことから、基盤の設置に適した場所は海藻の現が実証された。また、基盤の表面に取り付けたケルプノブ

存量から決めた水深の適地（アラメは３ m ※、カジメはの効果も、水深の浅いアラメ基盤で認められたæ（図 5-2-8）。

10 ｍ）と砂層厚および幼体の出現範囲から決めた平面的な適地の範囲の両方を満足するところとした。
また、基盤の設置時期は、目的とする海藻の幼体が多海藻の密生帯（大型の海藻）数出現し、速やかに成長する秋季から冬季とした。
基盤の設計に関しては、被覆材の重量、基盤の高さ、被覆材の表面形状について検討したº。
被覆材重量は、波浪観測結果から設計波を求め、水理

必 要 な
基盤の高さ
（130cm）

海藻の生育に必要な比高（20cm） 海藻の粗生帯（中、小型の海藻）
砂面の年変動幅×2*（60cm）
砂（50cm以下）
岩* 安全係数を2とした場合※：現存量から判断すると、水深 5m がアラメにとって適地であるが、カジメが混成するため、今回は 3m とした。

図5-2-4

アラメ・カジメの胞子（長さが1mmの5/1000位）

基盤の高さの決定例

糸状の体の時期
（砂や泥）

ケルプノブ
1．海中を流れてきたアラメ・カ
ジメの胞子が付着しやすい

2．糸状の体の時期に成長が砂や泥の堆積から守られる葉
茎
根
4．根が角の部分を握るように発達し、固着力が強くなる

図5-2-5

78

90゜
以下

葉状の幼体

3．幼体の成長も砂や泥の堆積から守られる基盤の上に取り付けるケルプノブの効果の模式図

ケルプノブシーサップブロッカ
（拡大図）

砂地

被覆石

図5-2-6海中林造成の実証試験用に設置した基盤の模式図

め、模倣すべき藻場が近くにない可能性が大きい。
しかし、外海に面した比較的単調な海岸線の場所であれば、模倣すべき藻場の調査対象範囲を拡大することができる。
本州中〜北部の日本海側と太平洋側の自然岩礁や消波堤などについて、そこにみられる底生生物と海底地形や波当たりなどとの関連性についての調査結果に基づき、そこの沖合に人工島を建設した場合、その護岸に形成さ
図5-2-7れる藻場の状況についての予想例を模式図として図 5-造成したコンクリートブロック基盤上に形成されたカジメ場の状況（２年後）

2-9 と図 5-2-10 に示したΩ。
なお、藻場の調査結果から、ブロックの傾斜によってº 人工島の護岸等を基盤とする藻場の形成状況の予想例示作り出される微小空間の環境条件の違いにより、生育す

人工島の建設が想定される海域の海底は、水深が 15mる海藻の種類が変わることも分かった（図 5-2-11）。こ前後と深く、基本的に砂が薄く被覆した岩礁域であるたのことは護岸に着生する海藻の種類を、ブロックの形状

a．ケルプノブを装着した
シーサップブロック表面

b．ケルプノブを装着しない
シーサップブロック表面

c．シーサップブロック自体の角の部分

d．天然石の部分●はアラメの付着位置

図5-2-8

ケルプノブの効果

電中研レビュー No.42 ● 79

沖側

岸側
イソモク
ヨレモク

0

0

ワカメ

2

クロメ

ヤツマタモク
ヤナギモク

5 水
深4
（m）

ノコギリモクアマモ
ノコギリモク4m

クロメ
ノコギリモク

6

クロメ

10
クロメ

8
15

図5-2-9日本海側中〜北部の人工島護岸で予想される藻場の模式図

岸側

沖側
ワカメ

0

アズマネジモク
アラメ

0

2 水

ホソメコンブキタムラサキウニ

深54（m)
キタムラサキウニ

6

無節サンゴモ10815

図5-2-10太平洋側中〜北部の人工島護岸で予想される藻場の模式図

100
凡例と傾斜角度（θ）
80
θ
被
度

トゲモク

60

（％）

ブロック
40
クロメ
20

0
0

20

40

60

80

100

120

140

160

傾斜角度（ °）

図5-2-1180

消波ブロック表面の傾斜角度と生育海藻との関係（富山県小境海岸の場合）

によりある程度選択できる可能性を示唆している。

食影響が大きくなり、コンブ現存量が抑えられる。この計算では、コンブ現存量が小さくなっても、ウニがコン

5-2-3

藻場造成の高度化

ブを見つけて摂食できる条件で計算した。しかし、海藻
現存量が小さくなるに従い、ウニが海藻を見つけられな

自然模倣の藻場造成技術では、近くに既存の藻場があい確率が高くなることが知られており¡、この計算では、

るか、あるいは試験基盤に藻場が形成される必要がある。

コンブ現存量が小さい場合にウニの摂食影響を過大に評藻場が存在しない場合、なぜ存在しないのかを見出せても、価していると考えられる。

それをどの程度改善すればよいかを知ることができない。
また、たとえ藻場を造成することができても、将来の環境

5-2-4

ま と め

変化に伴って、その藻場がどのように変化するのかを予測することもできない。そこで、海藻草類とその生長や生残以下のような自然模倣の藻場造成技術を提案・実証した。

などに影響する環境要因との関係を定量的に表現できる数値モデルを開発することにより、藻場造成技術がより確か
光量μmol m−2 s−1

なものになると考えられる。また、それは藻場への定量的

01.2

藻場が維持されるか衰退するかは、光合成、呼吸、葉1の脱落、死亡そして加入を合計した現存量変化が正とな

この現存量変化を予想するために、光合成や呼吸などそ

200

100

な環境影響評価にも使えるものである。

るか負となるかで決まることは先に記した通りである。

400
300

0.8
生産力
−2 −1 0.6
gC m h0.4
0.2

れぞれを定量的に見積もることが望まれる。

0

当研究所では、藻場生産力、現存量変化を定量的に予1216測、評価するための道具として藻場生産力モデルを開発

20

24

温度
℃

してきた¿。このモデルは、優占種が明瞭であり、通年、28

藻場を形成する海藻を対象とする場合、その種特有の生図5-2-12

物パラメータを入力することにより、藻場の生産力と現存量の変化を計算できる。なお、単一種が優先する藻場

カジメの光量・温度─生産力関係

計算条件：吸光係数0.4、単位葉面積あたりの重量400gm−2,
葉部現存量4kgm−2、茎部現存量2kgm−2を通年形成するのは、カジメ、アラメやクロメといった海中林を形成するコンブ類海藻である。ホンダワラ類では複数種が混在することが多く、これらに適用するモデルについては、今後開発する必要がある。

0.8

中部太平洋岸の藻場構成種カジメについて、光量と温0.6

度に対する生産力計算結果の一例を、図 5-2-12 に示し

0.4 生産力
gC m−2 h−1

た。藻場生産力が最大になる温度は、光量が小さい場合に低くなる特徴がある。
水深と現存量に対する生産力計算結果の一例を、図5-2-13 に示した。現存量が一定でも水深が深くなるに従い、生産力が低くなり、図 5-2-13 の条件では水深 22m

0.2
5

25

10

0

20
15

15
水深
m

10

20

5
25

0

現存量
Kgm−2

以深では生産力は０となることが分かる。
北海道の日本海側に繁茂するホソメコンブの現存量動態に対するキタムラサキウニの摂食影響の計算例を、図5-2-14 に示した。ウニの密度が高くなることにより摂

図5-2-13

カジメの現存量・水深─生産力関係

計算条件：吸光係数0.4、単位葉面積あたりの重量400gm−2,
葉部現存量：茎部現存量2：1、
海面での光量500μmol m−2s−1、海水の消散係数0.15m−1、温度20℃

電中研レビュー No.42 ● 81

A

5000

海藻草類の移植や管理をしなくても底質の改変だけ

ホソメコンブ現存量（gm−2)

で藻場を造成できる適地の選定法。
4000

ウニ0個体mB−2海藻の着生を助ける逆台形状の突起（ケルプノブ）をつけたコンクリートブロック等による基盤造成法。

3000

4個体m−2C

海岸構造物上に形成される藻場の予測手法。
また、藻場の現存量変化を予測するための以下の藻場

2000

生産力モデルを開発した。

摂食開始
8個体m−21000

A

光や温度などによって変化する藻場の生産力を評価するモデル。

12個体m−2
0
3.20

4.9

4.29

5.19

6.8

6.28

7.18

月日

図5-2-1482

ホソメコンブ現存量動態に与えるキタムラサキ
ウニの摂食影響の計算例

B

ウニなどによる摂食影響を考慮した現存量予測モデ
ル。
さらに、今後は動物の摂食行動を考慮した海藻生育限界評価法や、動物の生息密度制御法の開発が望まれる。

コラム３ 磯 焼 け
藻場（海藻の林）は藻食動物やそれを食べる肉食

量が低下することが知られている。水深が深くな動物からなる食物連鎖を支えるとともに、魚介類ると磯焼け状態にある海域でも水面際ではコンブの産卵場でもあり、沿岸生態系の重要な場所であの小群落が見られる場所があるが、このような場る。藻場が消失して何年も回復しないことを「磯所ではウニの分布が流速に影響されており、コン焼け」と呼ぶ。もともと伊豆東部地方の漁師が、ブが生育していると考えられている。これと同じ有用海藻が消失して、岩面を覆うピンク色の海藻ようなことが、福島県いわき市竜ヶ崎地先海域で（無節サンゴモ類）が目立ち、磯が焼けたような景も観察された∏（図１）。この地点はコンブではなく、観になるので、このように呼んだのが語源である。

アラメであるが、ウニの種類は同じキタムラサキ

磯焼けすると有用海藻が採取出来ないばかりでな

ウニである。キタムラサキウニのいるところの岩

く、海藻を餌としているアワビやサザエなどさまは、無節サンゴモでピンク色をしていた。浅いとざまな動物にも影響が現れ、沿岸漁業にも少なか

ころにもキタムラサキウニがいたが、これは凹地

らぬ影響を与える。磯焼けの原因としては藻食動があるからである。波の高いときには吹き飛ばさ

物による過剰な摂食、水温や濁りなどの海況変化

れないよう凹地に生息し、静穏になると凹地からなどさまざまな要因が考えられている。なかでも出て海藻などを食べると推察される。また、深い

近年注目されているのは、底生動物や魚類による方の砂地に露出した小さな岩にもアラメが生育し過剰な摂食影響による磯焼けである。海藻の体はていたが、これは波による流動でキタムラサキウ

光合成により生産される一方、死亡や葉の脱落にニが転がり、砂地を渡れないためであると考えらより減っている。生産される量が減る量より多けれる。

れば藻場の現存量は大きくなるが、動物による摂食が余りに多く、生産が追いつかなければ、やが

参考文献て藻場は衰退し磯焼けになってしまう。

１）寺脇利信、川崎保夫、山田貞夫、1989、海中

キタムラサキウニとコンブの磯焼け関係は近年

砂漠緑化技術の開発

第２報

アラメ・カジメ

研究が進んでいる。キタムラサキウニはコンブを類の生育制限要因に関する現地調査、電力中央

旺盛に食べるが、海底面の流速が速くなると摂食研究所研究報告 U89033

アラメ
（3m）
水深

キタムラサキウニ
（4m）

（5m）

図１

磯焼け海域の海底の模式図（いわき市竜ヶ埼地点）

電中研レビュー No.42 ● 83

お

わ

り

に

理事 我孫子研究所長 加藤 正進

原子力発電は、我が国のエネルギーを安定的に供給するとともに、エネルギー消費に伴う環境負荷を最小限に抑えることが可能な発電方式であり、21世紀においても我が国の基幹電源としての役割を担う有力な技術的選択肢の一つと考えられる。しかし一方で、原子力発電所の新規立地地点を確保することは次第に困難になりつつあり、原子力発電所の立地を円滑に推進するために多くの課題を解決しなければならない。このような情勢のなかで、当研究所では、立地の制約を緩和するための新しい
立地方式のひとつとして、人工島式海上立地の研究に取り組んできた。本研究では、電力共通研究の場などを通じて、海底地質・地盤調査技術、防波護岸の耐波・耐震安定性評価技術、周辺海域の波・海浜流・海浜変形の評価技術などハード面での技術開発に加え、広く社会に受け入れられやすい発電所の立地を目的とした立地支援技術といったソフ
ト面での技術開発にも挑戦してきた。これらの成果は、土木学会・原子力土木委員会の原子力発電所の立地多様化技術の体系化作業に活用されている。その間、ご指導、ご協力を賜った大学、研究機関、電力会社の関係各位に心より御礼申し上げます。
今後、これらの成果が、国、電気事業における指針化、基準化など多方面に活用されることはもとより、社会の理解を得た円滑な原子力発電所の立地に益々貢献できるよう研究を進めて参る所存ですので、関係各位のご指導、ご鞭撻をお願いする次第であります。

電中研レビュー No.42● 85引用文献・資料等Ω 山口正隆・畑田佳男・中村雄二・大木泰憲（1994）：わが国太平洋岸における超長期の台風発生波高の極値の推定、海岸工学論文集、第41巻、pp206〜210

第１章

æ 山口正隆・大木泰憲・畑田佳男・前川浩章（1996）：確率∏ õ土木学会 原子力土木委員会（1996）：原子力発電所の的低気圧モデルに関する研究、海岸工学論文集、第43巻、

立地多様化技術、第４編 人工島式海上立地技術

pp. 246-250
ø

第２章∏ õ土木学会 原子力土木委員会（1996）：原子力発電所の立地多様化技術、第４編 人工島式海上立地技術

11, pp. 219-239¿

π 阿部信太郎（1997）：浅海域における反射法地震探査記録

鹿島遼一・榊山勉・清水琢三・関本恒浩・京谷修（1993）：安定限界を越える不規則波に対する人工島防波の地質構造解釈とデータ処理法の検討、電力中央研究所

護岸の耐波安定性と越波特性、海岸工学論文集、第40巻、報告

pp. 686-690∫ 加藤進・秋葉文雄・守屋成博（1996）：相馬沖海域におけ¡ 鹿島遼一・榊山勉・清水琢三・関本恒浩・京谷修（1994）：

る上部白亜系・新生界の層序と地質構造、地質学雑誌、

消波工の変形量の時間変化の予測と変形に及ぼすコアの第102巻、第12号、p1039-1051ª õ土木学会 原子力土木委員会（1999）：原子力発電所の影響、海岸工学論文集、第41巻、pp. 771-775¬ 榊山勉・今井澄雄（1996）：消波護岸の越波に関する数値

立地多様化技術（追補版）、人工島式海上立地技術の高度化.

シミュレーション、海岸工学論文集、第43巻、pp.696-700√ 榊山勉（1998）：消波護岸の越波に関する数値計算モデルº 阿部信太郎（2000）：日本海沿岸・褶曲帯における反射法の開発と検証、電力中央研究所報告、研究報告：U97103、

地震探査、日本地震学会2000年秋季大会講演予稿集Ω 谷和夫・西好一・吉田保夫・岡本敏郎（1995）
：岩盤用セ

æ

Van der Meer, J. W.（1987）: Stability of breakwater
armour layers design formulae, Coastal Engineering, Vol.

27p
ƒ

Nichols, B.D., Hirt,C.W., Hotchkiss,R.S.（1980）: SOLA-

ルフ・ボーリング型プレッシャーメータの開発、電中研

VOF -A solutionalgorithm for transient fluid with multiple

研究報告、U95012

free boundaries, Report LA-8355, Los Alamos Scientific

池見元宣・谷和夫・岡田哲実・田中幸久（1998）：直径
35?500mmの軟岩供試体を用いた三軸圧縮試験、第10回岩の力学国内シンポジウム講演論文集

ø õ土木学会 原子力土木委員会（1999）：原子力発電所の立地多様化技術（追補版）、人工島式海上立地技術の高度化、pp. 70-84¿ 谷和夫（1998）：人工の泥質軟岩を用いた室内岩盤せん断試験、第10回岩の力学国内シンポジウム、pp. 767-772¡ 岡田哲実・谷和夫・田中幸久・百瀬和夫（1999）：堆積軟
岩上の平板載荷試験におけるポアソン比の検討、第29回
岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集、pp. 216-220

Laboratory, University of California≈ 合田良実・岸良安治・神山豊（1975）：不規則波による防波護岸の越波流量に関する実験的研究、港湾技術研究所
報告、第14巻、第4号、pp. 3-44
∆ 高山知司・永井紀彦・西田一彦（1982）：各種消波工による越波流量の減少効果、港湾技術研究所報告、第21巻、第２号、pp. 151-205« 福田伸男・宇野俊泰・入江功（1973）：防波護岸の越波に関する現地観測（第２報）、第20回海岸工学講演会論文集、
pp. 113-118» 榊山勉・鹿島遼一（1997）：消波護岸の越波に関する現地観測と水理実験との比較、海岸工学論文集、第44巻、pp.

第３章∏ õ日本港湾協会（1999）：港湾の施設の技術上の基準・同解説（上・下）π õ土木学会 原子力土木委員会（1996）：原子力発電所の736-741… 河井正・金谷守・栃木均（1999）：人工島防波護岸の耐震性に関する研究（その２）−遠心力載荷装置を用いた防波護岸の模型振動実験−、電中研研究報告U98023

立地多様化技術、第4編人工島式海上立地技術、396p

金谷守・栃木均・河井正（1999）：人工島防波護岸の耐震∫ õ土木学会 原子力土木委員会（1999）：原子力発電所の性に関する研究（その４）−DEM-FEMカップリング解

立地多様化技術（追補版）、人工島式海上立地技術の高度

析手法（SEAWALL-2D）による防波護岸の地震時変形解化、437pª 鹿島遼一・榊山勉（1999）：人工島式原子力発電所の防波
護岸の耐波設計法、電力土木、No.284、pp. 65-69º 山口正隆・畑田佳男・宇都宮好博（1987）：一地点を対象とした浅海波浪推算モデルとその適用性、土木学会論文集、第381号/Ⅱ-７、pp. 151〜16086析−、電中研研究報告U98025
À 栃木均・金谷守・河井正（1999）：人工島防波護岸の耐震性に関する研究（その３）−消波ブロックとの動的相互作用を考慮したケーソン式護岸の耐震性評価手法の開発−、電中研研究報告U98024
Ã 金谷守・西好一・当麻純一・大波正行（1994）：有効応力

に基づく地盤の非線形解析手法の開発とその検証、土木

suspended sediment

学会論文集、No. 505、Ⅲ-29、49-58

irregular waves and their reproduction by a cross-shoreÕ 金谷守・栃木均・河井正・榊山勉・工藤康二（1999）：人工transport in the surf zone ofbeach deformation model, Proc. 26th Int. Conf. on Coastal

島防波護岸の耐震性に関する研究（その５）−実規模防波護

Eng., pp.2317-2330

岸の地震時変形と機能維持検討−、電中研研究報告 U99011≈ 池野正明・清水隆夫（1997）：不規則波砕波帯内における

Œ 合田良実・岸良安治・神山豊（1975）：不規則波による防浮遊砂フラックスの特性とこれを考慮した２次元海浜変波護岸の越波流量に関する実験的研究、港湾技術研究所
報告、第14巻、第４号、pp. 3-44形モデルの提案、電力中央研究所報告、研究報告U96037∆

œ 高山知司・永井紀彦・西田一彦（1982）：各種消波工によswash zoneにおける波毎の岸沖漂砂量と前浜地形変化にる越波流量の減少効果、港湾技術研究所報告、第21巻、第２号、pp. 151-205

清水隆夫・池野正明・鹿島遼一・今井澄雄（1996b）：
ついて、海工論文集、第43巻、pp. 511-515．

« Shimizu, T. & M. Ikeno（1998）: Experimental study onsand transport and diffusion due to multi-directional

第４章

random waves, Book of Abstracts, the 26th Int. Conf. on∏ 堀川清司編（1985）：海岸環境工学 海岸過程の理論・観測・予測方法、東京大学出版会、582p

Coastal Eng., pp.154-155»

π 渡辺晃・丸山康樹・清水隆夫・榊山勉（1984）：構造物設（1986）：砂漣の形状特性と消滅限界、電力中央研究所、置に伴う三次元海浜変形の数値予測モデル、第31回海岸工学講演会論文集、pp.406-410

榊山勉・清水隆夫・斎藤昭三・鹿島遼一・丸山康樹
研究報告、No.385050、36p…

∫ 丸山康樹（1987）：海底地形変化予測モデルの現地適用性、

清水隆夫・斎藤昭三・丸山康樹・長谷川寛・鹿島遼一（1985）：大型造波水路実験による岸沖漂砂量分布のモデ

電力中央研究所報告、研究報告 U87012

ル化、電力中央研究所、研究報告、No.384028、60pª 清水琢三（1996）：海浜変形シミュレ−ション、水工学シ
リ−ズ96-B-5、土木学会、pp.1-26

第５章º õ土木学会 原子力土木委員会（1996）：原子力発電所の∏ õ土木学会 原子力土木委員会（1999）：原子力発電所の立地多様化技術、第４編人工島式海上立地技術、pp.163-

立地多様化技術（追補版）、人工島式海上立地技術の高度

191Ω õ土木学会 原子力土木委員会（1999）：原子力発電所の化
π 菊地省吾（1978）：海中造林とその理論、増殖技術の基礎

立地多様化技術（追補版）、人工島式海上立地技術の高度化、pp.284-379
æと理論、水産学シリーズ23、恒星社厚生閣∫

池野正明・清水隆夫（1998a）：波の多方向不規則性と浮遊漂砂を考慮した３次元海浜変形数値予測モデルの開発と人場・海中林、恒星者厚生閣ª 四井敏夫・前迫信彦（1993）：対馬東岸の磯焼け地帯にお工島周辺海域への適用、電力中央研究所報告、研究報告
U97091
øける藻場回復実験、水産増殖、41、67-70º

川崎保夫・寺脇利信・長谷川寛・平口博丸・後藤弘・荒池野正明・清水隆夫・久保道仁・定森良夫（1998b）：波木洋・飯塚貞二（1991）：海中林造成技術の実証、第３報の多方向不規則性と浮遊漂砂を考慮した３次元海浜変形

三浦半島西部でのアラメおよびカジメの生態と生育特性、

数値予測モデルの開発と検証、海岸工学論文集、第45巻、

電力中央研究所研究報告U91022

pp.531-535Ω õ土木学会 原子力土木委員会（1996）：原子力発電所の¿ Madsen, P. A., R. Murrary and O. R. Sorensen（1991）：A
new form of the Boussinesq equations with improved linear

立地多様化技術、付属編─2 立地支援技術
æ 電力中央研究所（1994）：海中林、新しい海域環境の創造、

dispersion characteristics, Coastal Eng., Vol. 15, pp. 371-388¡ 佐藤愼司・M.B.Kabiling（1994）：波打ち帯を含む三次元（パンフレット）ø

寺脇利信・川崎保夫・本多正樹・山田貞夫・丸山康樹・

海浜変形の数値モデル、海岸工学論文集、第41巻、pp.

五十嵐由雄（1991）：海中林造成技術の実証 第２報 三

401-405

浦半島西部でのアラメおよびカジメの生態と生育特性、¬ 岡安章夫・磯部雅彦・渡辺晃（1989）：砕波帯におけるエネルギ−収支と戻り流れのモデリング、海岸工学論文集、

電力中央研究所研究報告U91022¿ 本多正樹（1996）：海中林（カジメ群落）の生産速度モデ

第36巻、pp. 31-35

ルの開発−光・温度因子と生産速度の関係−、電中研研√ 柴山知也・W. Rattanapitikon（1995）：浮遊漂砂量予測を取り入れた二次元海浜変形モデル、海岸工学論文集、第ƒ

沢田満・三木文興・足助光久（1981）：コンブ藻場．藻究報告U95058¡

Hayakawa Y. and J. Kittaka（1984）：Simulation of

42巻、pp. 446-450

Feeding Behavior of Sea Urchin Strongylocentrotus

Ikeno, M. and T. Shimizu（1998）：Characteristics ofnudus. Bull. Japan Soc. Sci. Fish., 50: 2, 233-240

電中研レビュー No.42● 87

既刊「電中研レビュー」ご案内
NO. 32「人間と技術の調和に向けて―ヒューマンファクター研究―」1995. 3
NO. 33「放射線ホルミシス―研究の意義と取り組み―」1996. 3
NO. 34「ガスタービン研究―高効率発電の主役を担う―」1997. 1
NO. 35「地下の探査・可視化技術」1997. 5
NO. 36「送電線コンパクト化技術の開発―高分子材料の適用―」1998. 3
NO. 37「乾式リサイクル技術・金属燃料FBRの実現に向けて」2000. 1
NO. 38「大気拡散予測手法」2000. 3
NO. 39「新時代に向けた電力システム技術」2000. 6
NO. 40「原子燃料サイクルバックエンドの確立に向けて」2000. 11
NO. 41「需要家と電気事業のエネルギーをトータルで考える―需要家の特性解明と省エネ技術―」2000. 11

編 集 後 記電力中央研究所では、早くから原子力発電所の立地に流・海浜変形評価技術、およびD環境および地域の共生

対する制約条件の削減を目指して、海上空間を利用したを考慮した立地支援技術

人口島式海上立地技術に関する研究を実施してきました。

り纏めました。

これらの研究成果は、土木学会・原子力土木委員会により審議され、「原子力発電所の立地多様化技術」として取り纏められています。
本レビューでは、原子力発電所ばかりでなく、海上空について、その研究成果を取関連の技術者の方々にも、大いに参考となることと思います。
読者の皆様のご意見、ご叱責を賜れば、幸いです。
最後に、巻頭言に暖かいお言葉を頂戴するとともに、間を利用した大型重要構造物の建設にも適用可能な技術

本研究の推進等にご尽力をいただいた名古屋大学名誉課題として、A地質・地盤調査技術、B防波堤護岸の耐教授

波、耐震安定性評価技術、C人工島周辺海域の波・海浜

川本 月兆万先生に厚くお礼申し上げます。

● 編集兼発行・財団法人 電力中央研究所◯

電中研レビュー NO.42● 平成13年1月31日◯

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