（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部
第56回（令和5年度）研究発表会 論集№060（一般論文発表 河川系）

人工リーフの被災要因の分析と対策工法の検討（株）建設技術研究所 ○ 大泉

洸井太（株）建設技術研究所

今聡（株）建設技術研究所

松本享之（株）建設技術研究所

亀田知沙論 文 要 旨
富山県下新川郡朝日町・境海岸に整備されている人工リーフでは，近年，冬季風浪時の高波浪による被覆ブロックの飛散が度々確認されている．本検討では，施設の健全度評価においても対策が必要と指摘されている４号人工リーフを対象に被災要因を分析し，最適な対策工法を選定するとともに，施設の実施設計を行った．被災要因分析
では，ブシネスク方程式による波浪変形計算により，高波浪時における人工リーフ周辺の波浪場・流れ場を分析した．その結果，人工リーフ天端における波の砕波の発生状況や隣接する３号人工リーフとの開口部において高速の沖向き流速が発生することがわかった．これらの結果を踏まえて，人工リーフの断面改良，ブロック形式の変更，開口部対策に関する改良方針の検討を実施した．
キーワード：人工リーフ，被災要因分析，改良方針検討，ブシネスク方程式

ま え が き図－２に，被災時の気象状況を示す．3 事例とも，最大波

人工リーフは，海岸景観に配慮したうえで波浪低減効果が1)

浪は N 方向から来襲した波浪であった．一方で，令和元年 10ある海岸保全施設として，「人工リーフの設計の手引き」 等

月の被災は台風が起因しており，平成 16 年 2 月と平成 20 年に基づき全国的に整備が進められてきた．しかしながら，近2 月の被災は低気圧が起因している．特に，低気圧による被年では台風や爆弾低気圧などの突発的な極端外力に伴い被覆

災時は，有義波周期が 13 秒以上となっており，うねり性の波ブロックの飛散やリーフ周辺の洗堀などの被災する事例が見浪（寄り回り波）であったことが考えられる．

られる．これらの被災は，施設の機能低下を引き起こし，本来の機能を失う懸念がある．

図－３に，被災箇所の位置図を示す．これより，4 号人工リーフは，境海岸における海岸保全施設の中でも，特に被災

境海岸の 4 号人工リーフ（図－１）においても，近年，ブ回数が多いことがわかる．具体的な 4 号人工リーフ被災状況

ロックの飛散などの施設の変状が確認されており，改良の必として，平成 16 年 2 月に東側のブロックが岸側へ飛散，平成要がある．そこで本研究では，4 号人工リーフの被災要因を

20 年 2 月に西側の先端法肩部や天端部のブロックが飛散，令把握し，これを踏まえて最適な対策工法を検討した．また，背後の緩傾斜護岸が被災した人工リーフ開口部の洗堀対策を被災要因

2004(H16)年2月【低気圧】

2008(H20)年2月【低気圧】

2019(R1)年10月【台風】

波高6.62m、周期13.9s、波向N
潮位 欠測

波高4.63m、周期10.8s、波向N
潮位T.P.+0.38m

検討した．

１．被災要因の分析（1）施設の被災履歴と地形変化状況の把握

天気図

4 号人工リーフの被災要因を分析にあたり，周辺の海岸保外力条件全施設の被災履歴を整理した．

波高4.6m、周期13.0s、波向N
潮位T.P.+0.3m～0.48m

図－２ 被災時の天気図と海象（波浪，潮位）の状況

4 号人工リーフ

離岸堤 6 基（H1～）

人工リーフ 4 基（H5～）

人工リーフ整備
人工リーフ復旧
離岸堤整備

検討対象

緩傾斜護岸（第二工区）

緩傾斜護岸（第一工区）

離岸堤復旧
護岸整備
護岸復旧

2021(R3)事務所撮影

図－１ 研究対象となる境海岸 4 号人工リーフ－ 189 －（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部
第56回（令和5年度）研究発表会 論集№060（一般論文発表 河川系）

平成16年2月被災 平成20年2月被災 令和元年10月被災
人工リーフ4基（H5～）

No.0

No.8

No.16

離岸堤6基（H1～）

No.40

No.32

No.24

No.80

No.72

No.64

No.56No.48

図－３ 被災箇所の位置図
汀線位置10080

汀線位置（m）

3号

4号

1号

2号

3号

4号

5号

6号

1号

2号

60
40
200No.0

H14H24
No.4

No.8

No.12

No.16

No.20

No.24

No.28

No.32

H15
H25
No.36

H16
H26
No.40

No.44

H17
H27
No.48

H18
H28
No.52

H19
H29

No.56

No.60

H20
H30
No.64

H21
R1No.68

No.72

H22
R2No.76

H23
R3No.80

No.84

汀線変化傾向（H14～R3）
汀線変化傾向（m/年）

32.2

2
1

1.3

1.1

人工リーフ区間は安定・侵食傾向
0.2

0.1

0.1

0.2

1.4

0.5

0-0.1-1-2-1.1-0.9

No.4

No.8-0.9-1.3-1.6-0.9-0.7-0.6-0.4-0.10.0

離岸堤区間は安定・堆積傾向-1.4-3No.0

No.12 No.16 No.20 No.24 No.28 No.32 No.36 No.40 No.44 No.48 No.52 No.56 No.60 No.64 No.68 No.72 No.76 No.80 No.84

図－４ 境海岸の汀線変化および汀線変化傾向（H14~R3）
和元年 10 月に天端中央部の沖側のブロックが岸側へ飛散し表－１ ブシネスク方程式による計算条件たことが確認されている．加えて，令和元年 10 月には 4 号人工リーフ開口部背後の緩傾斜護岸が被災している.
図－４に，既往の深浅測量結果から境海岸周辺の地形変化状況を把握した．当海岸は東側に位置する境川からの供給土砂によって形成された海岸であるため，最も漂砂の下手側にあたる 4 号人工リーフ背後の汀線は，経年的に大きく後退しており，これが施設の変状の要因となったと推定できる．

（2）ブシネスク方程式による波浪場・流れ場の分析
高波浪時の人工リーフ周辺の波浪場および流れ場を把握するため，ブシネスク方程式（NOWT-PARI）による平面二次元波浪計算を実施した．
対象外力は，過去の被災事例から波高，周期が最大の平成 20 年 2 月被災時波浪と，一般に高波浪時の地形変化の評価に用いる年数回来襲波とした．

1）計算条件
表－１に計算条件，図－５に計算領域を示す．入射波条件
は，対象波ごとにエネルギー平衡方程式による広域計算を実ブシネスクモデル

入射境界施し，入射境界における波高の最大値と，波向の平均値とした．潮位条件は，朔望平均満潮位（T.P.+0.50m）とした．構造物条件について，人工リーフは地形データとして設定した．
緩傾斜護岸は，汀線付近に設置されており，反射率 0.5 のエ

1.2km

４号人工リーフ

３号人工リーフ

離岸堤

ネルギー減衰係数を設定した．離岸堤は，4 号人工リーフの西側で整備中であるため，技術基準に基づいて透過率が 50％2.7kmとなるようにモデルのエネルギー吸収帯を設定した．
本研究では，入射波条件が被災時の波浪をケース①，年数回来襲波をケース②として，計算を実施した．

図－５ 計算領域－ 190 －

（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部
第56回（令和5年度）研究発表会 論集№060（一般論文発表 河川系）

生した砕波帯内でブロックが岸側に飛散し，被災が拡大した

2）計算結果図－６に，各ケースの計算結果を示す．

ことが考えられる．中村ら 3)は人工リーフを対象とした模型

これより，人工リーフの天端上では，想定した２つの波浪実験により，砕波帯内で沖側から岸側へむけて順次ブロック条件ともに波が砕波し，堤体背後で波浪が低減することが分が飛散する変状連鎖を確認している．本研究のブシネスク方かった．一方，これに伴って堤体背後の平均水位が上昇する

程式による計算結果においても，天端沖側肩で波が砕波してことにより，波が引く際に開口部から沖に向けた高流速が発いることがわかる（図－６）．したがって，天端上の砕波と押生することが分かった．この高流速の発生位置は，深浅測量

し波によりブロックが沖側から岸側に飛散したことが考えら

結果の整理で見られた開口部の局所的な洗堀位置と概ね一致れる．

していることが分かった．

最後に，リーフの左右両側の被災に着目すると，計算結果（3）被災要因分析の総括

よりリーフの左右両側は，高流速が発生しやすい箇所である

前述のように，高波浪の際に天端中央部の沖側と，リーフことがわかる（図－６）．このような高流速は，ブロックの飛の左右両側の被覆ブロックや 3 号人工リーフとの開口部背後散だけでなく，人工リーフ周辺の洗堀にも影響を与えることの緩傾斜護岸が被災している（図－３）．

が考えられる．例えば，岩佐ら 4)は模型実験から岸側から沖リーフ背後の緩傾斜護岸の被災では，既存ブロックの沈下側への戻り流れにより，人工リーフ沖側基部で洗堀が発生すが確認された．この緩傾斜護岸周辺における地形変化形状にることを示している．したがって，高流速が発生する地点で着目すると，漂砂の最も下手側であることから，経年的に侵は，被覆ブロックの飛散と洗堀による沈下が複合的に発生す食傾向であることがわかる（図－４）．

ることで，被災したことが考えられる．

また，高波浪を対象とした波浪場・流れ場の解析結果では，沖向きの高流速が算定された（図－６）．二階堂ら 2)の研究では，ブシネスク方程式の計算から人工リーフの岸側に循環流が形成された際，前浜が堆積傾向となることを推察している．

２．対策工法の検討（1）人工リーフの基本諸元の見直し
1）現状施設の機能評価手法

一方で，本研究のような高波浪時は，沖向きの高流速に伴うまず，現況の人工リーフにおける機能を評価するため，計漂砂から，砂が補足されないことで侵食することが推察され画外力から，リーフに作用する換算沖波波高を算定した．富た．したがって，漂砂の下手側であることによる経年的な侵山県内の建設海岸における計画外力は，計画波浪が波高 7.5m，食傾向の中，突発的な高波浪が作用することで，さらなる侵周期 12.2s，計画高潮位が T.P.+1.06m となっている．これらを食が発生したと考えられる．最終的に，これらの侵食が洗堀入力条件として，エネルギー平衡方程式による波浪変形計算を引き起こし，ブロックが沈下したことが考えられる．

を実施した結果，リーフ沖側に来襲する換算沖波波高は 6.9m

次に，天端中央部の沖側におけるブロックの被災では，沖側から岸側にブロックが飛散していた．これは，天端上に発となった．これより，得られた結果から，波のうちあげ高および被覆材質量を算定した．

ケース①平成20年災害時被災時波浪

有義
波高（m）
波高が低減

平均
水位(m)
水位が上昇

平均流速(m/s)
左右と開口部で高流速

図－６ 各ケースの計算結果－ 191 －

ケース②年数回波浪（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部
第56回（令和5年度）研究発表会 論集№060（一般論文発表 河川系）

表－２ 波のうちあげ高の計算条件
ケース
人工リーフ堤体背後
開口部

波高
2.38m
5.77m

周期潮位

9.76sec

T.P.+1.68m

波のうちあげ高の算定は，人工リーフ堤体部および開口部の 2 断面を対象とした．計算条件を，表－２に示す．人工リーフ堤体背後の波高は，波高伝達率と浅水係数を考慮して，

図－７ 波のうちあげ高の算定結果

リーフ透過後の換算沖波波高を求めた．開口部の波高は，方向分散法によって人工リーフの平面配置に基づく波浪低減を

表－３ 既設ブロックの被覆材質量の算定結果考慮した．なお，周期と潮位は，2 ケースとも人工リーフのブレブナー・ドネリー式

効果・影響を見込んだ同一値を用いた．

土研式

被覆質量材の算定は，現況の被覆ブロックに対象に，ブレハドソン式

L.W.L
7.90t
（8t型）20.63t－
11.84t（12t型）

H.W.L
5.32t（6t型）
15.64t（16t型）
12.66t（16t型）

H.H.W.L
3.68t（4t型）
11.93t（12t型）
14.43t（16t型）

ブナー・ドネリー式，土研式，ハドソン式を用いて算定した．
その際の潮位条件は，
手引き 1)に基づき設計高潮位（H.H.W.L），朔望平均満潮位（H.W.L），朔望平均干潮位（L.W.L）とした．
ブレブナー・ドネリー式を，式（1）に示す．
M=

ρr Hi33 (SNs r − 1)3(1)

ここで，Mが被覆材の安定質量，ρr が被覆材の密度，Sr が被覆材の比重，Nsが安定定数，Hi が提前波高（人工リーフすぐ沖の波高）である．
土研式を，式（2），式（3）に示す．
M = 𝐾𝐿ρs (R + η̅𝑡 )3𝑠 3 cos3 𝜙

𝐾𝐿 = 𝑆𝑛3 𝑓𝑢6 𝐾𝑉

図－８ 要求性能の整理結果

(2)
(3)

3）人工リーフの基本諸元見直しのまとめ

ここで，ρs が被覆材の密度，𝑠が被覆材の水中比重，𝜙が提体

4 号人工リーフにおける被災要因分析結果および機能評価

表面上の最大流速発生地点の堤体表面と水平面のなす角度，結果から，要求性能の整理を行った（図－８）．これらの要求η̅𝑡 が平均水面からの高さ，𝑆𝑛 が安定定数，𝑓𝑢 が堤体表面上の性能を踏まえ，本研究では主に 3 つの観点から対策工法を検最大流速の無次元係数，𝐾𝑉 が被覆材形状に関する係数である．

討した．

ハドソン式を，式（4）に示す．
W=

ρr Hi3K D (Sr − 1)3 cosα

1 つ目は，人工リーフの断面改良である．ここでは，要求(4)性能である護岸法先の洗堀対策（②），人工リーフ背後の波浪，流速の低減（③），人工リーフ堤体の安定性向上（⑥）を満た

ここで，Wがのり面における表面捨石などの重量，KD が捨石すことを目標とした．したがって，波のうちあげ高の観点かなどの種類によって決まる係数，αが斜面が水平面となす角らは十分に要求性能は満たしているが（図－７），4 号人工リである．

ーフ背後の波浪がより静穏となる形状を目標に検討すること

2）機能評価結果とした．

図－７に，波のうちあげ高の算定結果を示す．これより，

2 つ目は，ブロックの形式変更である．ここでは，要求性人工リーフ背後の波のうちあげ高は T.P.+4.3m，開口部背後は能である人工リーフ堤体の安定性向上（⑥）を満たすことをT.P.+7.3m となった．両ケースとも当海岸の計画堤防高目標とした．特に，既設の被覆ブロック 16t 型は，土研式のT.P.+8.0m 未満であり，現状の施設諸元で計画外力に対する防算定結果より質量の不足が確認されている（表－３）．したが護機能は満足していることが確認された．って，被覆ブロック質量の増量により，堤体の安定性向上を

表－３に，被覆材質量の算定結果を示す．既設のセッカブ図った．

ロック（A 型）では，土研式の L.W.L 時の質量が最大の 20.63t

3 つ目は，開口部対策である．ここでは，要求性能であるとなった．これより，既設ブロックの質量 16t 型では不足す

開口部の洗堀対策（①），開口部の沖向流速低減（⑤）を満たるため，既設リーフのブロック質量を増量する必要があるこすことを目標とした．したがって，開口部における洗堀およとが確認された．

び被覆ブロック飛散の発生軽減を促す工法を検討した．

－ 192 －

（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部
第56回（令和5年度）研究発表会 論集№060（一般論文発表 河川系）

（2）断面改良方針の整理（4）開口部対策

表－４に，人工リーフの断面改良方法の比較結果を示す．

表－７に，開口部対策の比較結果を示す．

ここでは，要求性能への対応，施工面，環境面の影響を中

ここでは，要求性能への対応，施工面，環境面の影響を中心に整理を行った．改良案は，人工リーフの効果に寄与する心に整理を行った．
改良案は，消波機能を有する連続提化（①），天端幅の拡幅（①），天端嵩上げ（②）と，抜本的な施設変更

県内で実績が多い副離岸堤（沖側②，岸側③），洗堀防止用アとして離岸堤化（③）を想定した．その結果，要求性能へのスファルトマットによる根固工（④）を想定した．その結果，対応として波浪の静穏効果を促し，施工面として他の工法よ要求性能への対応として確実に洗堀を防止し，施工面としてりも勝り，環境面の影響として懸念事項が水質低下のみであ既設ブロックを堤体本体に転用可能で，環境面の影響としてる天端嵩上げ（②）を最適案として選定した．

懸念が最小限となる根固工（④）を最適案として選定した．

（3）ブロック形式の検討（5）対策工法の総括

ブロックの一次選定では，既設の被覆ブロックの質量が最図－９に，対策工法の整理結果を示す．

大で 20.63t であったことから（表－３），その質量を十分に満

人工リーフの天端嵩上げは，現況と比較して人工リーフ背たすように 25t，30t 型のブロック 10 種類を選定した（表－後の静穏域の発生が期待できる．一方で，天端嵩上げにより５）．

開口部の高流速から洗堀した事例 5)も存在するが，同時に開ブロックの二次選定では，基本諸元と経済性の観点を中心口部の根固工を行うため，洗堀の懸念は少ないと考えられる．に選定した．基本諸元としては，漁業への支障が最小限とな

表－５ 25t，30t 型の規格のある平型ブロック

るよう表面上に突起がないこと，中詰材が流出しにくいことを踏まえ，No.1 アレートエイトおよび No.8 ホロースケヤー
を最終候補とした．このうちホロースケアーは突起があるが，既設部分で使用されており，漁業への影響がこれまで見られないことから候補とした．最終的に，両者の比較から，概算工事費が安価となる，アレートエイトを選定した．

ブロック

規格（t）

25t型

30t型

面積a)ブロックの孔b)配列時の最大間隙2（m ）

直径(m)or辺(m)辺×辺 or 径（ｍ）

アレートエイト2～ 30－

1.46

無1.1

短辺0.58×長辺1.75

1.74×0.62

2エックスブロック

0.5 ～ 30－

1.34

無2.5

無1.58×1.58

3

オルサーブロックⅠ型

1～ 50

2.04

2.24

有4.2

１辺 0.78

4

サーフブロック

1～ 30

1.49

1.75

有1.2

１辺 1.1072.176×0.6

5

三脚Ｂブロック

0.5 ～ 50－

2.06

有不明

直径 0.86三角形のブロックで

6

スタビック

11.85

1.96

有1.5

直径 0.91

1.83×0.84

7ストーンブロック平型

0.5 ～ 40－

1.37

無1.6

直径 0.72

2.442×0.666

8

ホロースケヤー0.5 ～ 50

1.992.11

有1.0

１辺1.460×0.664

9マリノベース

1～ 30－

1.56

有1.0

直径 1.13

1～ 50－

1.23

無1.9

無1.386×1.386

2.11

有0.844

1.548×0.704

既設

既設ブロック（ホロースケアー30t型）

～ 60

1.1

１辺0.7962.04×2.04

直径0.62※赤文字は、間隙の大きい部分（面積算定に使用）を示す。

レブナー・ドネリー式，土研式，ハドソン式を用いて算定した．表－６に，被覆材質量の算定結果を示す．これより，ブレブナー・ドネリー式の H.H.W.L 時の質量が最大となり

突起

110 ラティス

最終的なアレートエイトの必要質量は，前述と同様に，ブ間隙の大小ブロック高さH(m)No

表－６ 新設ブロックの被覆材質量の算定結果
ブレブナー・ドネリー式

26.40t となるため，アレートエイト 30t 型を選定した．

土研式
ハドソン式

表－４ 断面改良方法の比較検討－ 193 －

L.W.L
25.40t（30t型）
14.03t（20t型）
9.66t（12t型）

H.W.L
25.35t（30t型）
10.50t（12t型）
10.34t（12t型）

H.H.W.L
26.40t（30t型）
7.38t（8t型）
11.78t（12t型）

（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部
第56回（令和5年度）研究発表会 論集№060（一般論文発表 河川系）

表－７ 開口部対策の比較検討

ブロック形式の変更は，要求性能が満たなかった現況のブ
人工リーフ断面改良

ロックよりも質量を増量したアレートエイト 30t 型ブロックの設置しており，漁業への支障や経済性にも配慮している．
開口部対策は根固工を採用しており，既存被覆ブロックを開口部対策天端嵩上げ

根固工

天端幅40m(天端上での計測)転用できるメリットがある．また，洗堀防止用にアスファルトマットを使用することで，開口部の洗堀を抑制ができる 4)．
総じて対策工法は，人工リーフの天端嵩上げ，アレートエ
イト 30t 型ブロックの設置，開口部の根固工を最適案とした．

16t型被覆ブロック（既設ブロック転用）▽0.0

30t型被覆ブロック
洗堀防止マット

あ と が き人工リーフ断面改良 天端嵩上げ

本研究では人工リーフに関して，施設の被災履歴および地洗堀防止マット

形変化状況の把握や，ブシネスク方程式による波浪場・流れ16t型被覆ブロック（既設ブロック転用）▽0.0

場の算定など，多角的な観点から被災要因を分析した．
また，開口部対策 根固工要求性能を満たすだけでなく，施工面，環境面にも配慮した対策工法を掲示した．

図－９ 対策工法の整理結果

今後の展開として，本研究では改良方針に基づき実施設計
関係，土木学会論文集 B2（海岸工学），2015，Vol.71，も行っており，施工完了後のモニタリングを行うことで，改No.2，I_1147-I_1152．

良方針の有用性を明示的に示すことできると考える．

４）岩佐隆広，二階堂竜司，平間史泰，田所壮也，長町侑，

参 考 文 献（または引 用 文 献）白戸暢彦，中村洋祐，入交泰文，三浦剛志，高野池僚，

１）国土交通省河川局海岸室，国土交通省政策総合研究所海水野雄三，山下俊彦，木村克俊，加藤史訓，矢部浩規：

岸研究室：人工リーフの設計の手引き（改訂版）．

高天端人工リーフの洗堀に対する安定性の実験的検討，

２）二階堂竜司，亀田知沙，五十嵐雄介，大塚健太，松井博

土木学会論文集 B2（海岸工学），2022，Vol.78，No.2，
I_721-I_726．

幸，天野直哉：人工リーフ背後の堆砂機構に関する分析－胆振海岸白老工区の例－，土木学会論文集 B2（海岸工５）黒岩正光，松原雄平，丸毛裕治，中野伸太郎，市原康，

学），2019，Vol.75，No.2，I_661-I_666．

間瀬肇：鳥取県浦富海岸における人工リーフ改変による

３）中村英輔，野口賢二，岩佐隆広，二瓶功，伊藤幸義，諏

開口部の洗堀と港口部堆砂の対策について，土木学会論

訪義雄：人工リーフ変状連鎖に及ぼす砕波と設置位置の

文集 B2（海岸工学），2013，Vol.69，No.2，I_850-I_855．

－ 194 －