土木学会論文集B3（海洋開発）, Vol. 78, No. 2, I_841‐I_846, 2022.

サンゴ礫州島形成促進対策工としての透過型礫捕捉工の現地実験
青木
1 正会員

健太1・小林 誠2・佐貫 宏3・片山 裕之4・
井手 陽一5・茅根 創6・田島 芳満7

五洋建設（株）九州支店（〒812-8614 福岡県福岡市博多区博多駅東 2-7-27（TERASOⅡ 6F））
E-mail: kenta.aoki@mail.penta-ocean.co.jp
2 正会員 五洋建設（株）技術研究所（〒329-2746 栃木県那須塩原市四区町 1534-1）
E-mail: makoto.kobayashi@mail.penta-ocean.co.jp (Corresponding Author)
3 正会員 五洋建設（株）技術研究所（〒329-2746 栃木県那須塩原市四区町 1534-1）
E-mail: hiroshi.sanuki@mail.penta-ocean.co.jp
4 正会員 五洋建設（株）技術研究所（〒329-2746 栃木県那須塩原市四区町 1534-1）
E-mail: hiroyuki.katayama@mail.penta-ocean.co.jp
5 海洋プランニング（株）九州事務所（〒819-0165 福岡市西区今津 6015－7）
E-mail: ide@op-spirit.co.jp
6 東京大学大学院理学系研究科教授（〒113-0033 東京都文京区本郷 7-3-1）
E-mail: kayanne@eps.s.u-tokyo.ac.jp
7 正会員 東京大学大学院工学系研究科教授（〒113-8656 東京都文京区本郷 7-3-1）
E-mail: yoshitaji@g.ecc.u-tokyo.ac.jp

サンゴ礫州島の形成・維持機構については，これまで現地観測や移動床実験，数値解析により検討されてきており，特定の自然条件下において集積されたサンゴ礫が干出し，サンゴ礫州島が形成されうるということが定性的に把握されている．しかし，実際のサンゴ礁海域においてこれらの条件に一致する場所は限られる．著者らは，サンゴ礫州島形成促進のための透過型礫捕捉工を提案し，2 次元断面水槽を用いた移動床実験によりその効果を定性的に検証したが，現地実証には至っていない．
本研究では，西表島北方に位置するバラス島を対象に同捕捉工を試験設置し，現地実証実験を行った．
その結果，透過型礫捕捉工の効果を確認するとともに，捕捉工形状を改良することにより，異なる方向に移動するサンゴ礫の捕捉効果を向上させることに成功した．また，数値計算モデルにより観測期間中の高波浪の検証解析を行い，サンゴ礫を移動させる主な外力について再現することができた．

Key Words : coral reef, offshore structure, wave observation, permeable gravel trap

1. はじめに維持形成していることを明らかにした例2)，リーフ上の外力場を検討し，サンゴ砂礫の移動特性の評価を行ったサンゴ礁州島はサンゴ礁上に形成された標高数 m の例3)，砂とサンゴ礫の大きさや形状の相違に着目した実低平な島であり静水面上に干出する．州島は主に環礁上験からサンゴ礫の限界シールズ数の検証を行った例4)なに分布するが，環礁自体は世界で 480 ほどあり，1 つの環礁に数十の州島が分布する．さらに環礁のみならず，どがある．また，サンゴ礫州島の形成を促進させること2次元断面水槽にを目的とした透過型礫捕捉工を提案し，パッチ礁に見られる孤立したリーフ上にも州島が形成さおける移動床実験によりその効果を検証5)した例もある

れることから，その数は数千以上にも達する．サンゴ礁が，現地実証までは至っていなかった．

州島の形成・維持メカニズムの解明は，我が国島嶼部の本研究では，2020年度と2021年度にバラス島近傍の保全に役立つだけでなく，温暖化により水没が危惧されリーフ上に透過型礫捕捉工を試験設置し，捕捉工の形状る太平洋島嶼国の保全にも資することが出来る 1）．に改良を加えながら現地におけるサンゴ礫集積効果の検サンゴ礁州島の形成・維持機構に関する研究は，西表証を試みた．また，確認された捕捉工の効果を報告する

島北方の孤立リーフ上に存在するサンゴ礫だけで構成さとともに，設置期間中の波浪観測結果から外力場とサンれるバラス島と呼ばれているサンゴ州島を対象に実施さゴ礫の移動の関係を整理し，数値解析により外力場の再れており，現地観測結果からバラス島が形を変えながら現を行った結果についても報告する．

14-1

土木学会論文集B3（海洋開発）, Vol. 78, No. 2, I_841‐I_846, 2022.

波浪観測
捕捉工A
捕捉工B

W600

鳩間島

W200

E600

E200

バラス島

西表島

図-1300m(a) 捕捉工 A

バラス島位置と調査地点

図-3
春期（3月~5月）
40 %40 %2020

40 Ｅ%20Ｗ

ＳＳ

秋期（9月~11月）

冬期（12月~2月）

Ｎ

Ｎ

40 %

40 %

202020Ｗ

2020/11/19

Ｎ20Ｗ

2020/06/25

夏期（6月~8月）

Ｎ(b) 捕足工 B

透過型礫捕捉工寸法および形状

40 Ｅ%(a) 設置時
図-4(b) 設置から 5 か月後
捕捉工 A の設置状況

少からリーフフラット上の南側端部に移動し急激に縮小
20Ｗ

40 Ｅ%

40 Ｅ%

している．
図-2 に外洋（鳩間島北方約 5km，123°48′00″E，24°0~1m

図-233′00″N）の GPV データから求めた波向別波高出現頻ＳＳ

1~2m

2~3m度を示す．秋期から春期にかけては NNE 方向の季節風3m~による高波が発生しているのに対し，夏期から秋期にか波向別波高頻度表（2008 年～2021 年）

けては，対象地点が台風通過点であることから，台風に起因したE~SW方向の高波が卓越していることがわかる．

表-1

調査概要

E200
W200
E600
W600
緯度 24°26'06.3" 24°26'10.7" 24°26'10.7" 24°26'17.9"
経度 123°49'09.4" 123°48'55.3" 123°49'21.5" 123°48'43.9"
水深3m
3m
10m
10m
計測
波高，流速波高，流速項目
対策工2020/06/25～2020/11/19（捕捉工A）
計測
期間2021/08/03～2022/03/10（捕捉工B）(2) 調査項目
図-1にバラス島における調査地点を，表-1に調査概要を示す．バラス島周辺リーフ上の波浪場，流速場を把握するため，波高波向計（Wave Hunter-14Σ：アイオーテクニック製）を4地点（図-1中のE200，W200，E600，W600）に設置した．観測は水圧，水位，流速2成分についてサンプリング周波数0.5s，観測間隔60分間中20分間

2. 現地調査の定点観測を行い，観測終了後に収録データの統計処理を行った．

(1) 調査地点
調査地点は沖縄県八重山地方の西表島北方に位置す(3) 透過型礫捕捉工るバラス島を対象とした．バラス島は楕円形リーフ（長本研究では透過型礫捕捉工として，異なる形状の2タイ軸約 1 km，短軸約 0.3 km，全周を急勾配斜面に囲まれる）

プの透過型礫捕捉工を検証した（図-3）．2020年に設置のリーフフラットの中央部南側に位置し，北を鳩間島，した捕捉工A（図-3左）は幅1.0m，奥行き1.0m，高さ0.5m

南を西表島に遮蔽されているため，東西からの波の作用が支配的な場所となっている（図-1）．既往の調査 2)から，の衝立形状であり，現地では，直径約15mm×長さ40～120mmの枝状のサンゴ礫が多く見られたことから，サンバラス島は季節性波浪や台風などの影響を受け島の標高

ゴ礫捕捉部分は目合い25mm程度のプラスチックネットの変化を伴いながら東西方向に数十 m 程度の移動が見を用いた透過メッシュとした．設置位置はバラス島からられ，高潮位の際には没水する場合があることが分かっ

東西に約200m離れた2地点（図-1中のW200およびE200，ている．また，バラス島はリーフ中央部に安定的に存在

水深3~4m）であり，サンゴ礫の移動方向としてリーフ長していたが，近年の台風の大型化やサンゴ礫供給量の減軸方向が卓越していると想定して，それぞれ2基ずつ向き

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堆積状況撮影計測終了

堆積状況撮影

3.5
W200

2.5

有義波高 (m)2.0
1.5

T9T14T121.0630

E600
W600
GPV(鳩間島北)

0.50.0有義波高(m)(GPV)

水深 (m)

計測開始
4.5

有義波高 (m)2.0
1.5
1.00.5

E200
W2000.0
平均変動流速 (m/s)

0.60.40.2

E600
W600
W2000.0

波向 (deg)

360270180E600
W600
W200

90036020
西表島アメダス15180

風速 (m/s)

風向 (deg)

27010
風向905

風速08/5

8/15

8/25

9/4

9/14

9/24

10/4
10/14
2021年

図-510/24

11/3

11/13

11/23

12/3

12/13

12/23

1/2

1/12

1/22

2/1
2/11
2022年

2/21

3/3

0

観測結果，GPV およびアメダスデータを変えて設置した．図-4 に設置時および 5 か月後の捕捉

礫捕捉部分については，捕捉工 A と同様に目合い 25mm

工 A の設置状況を示す．サンゴ礫は W200 地点で南北方程度の透過メッシュとした．設置位置は図-2 に示す 2 地

向に設置した捕捉工の南側隅角部にわずかに堆積する程点とし，それぞれ 1 基ずつ設置した．また，現地では水度であり，十分なサンゴ礫捕捉効果を確認することがで中カメラ撮影により定期的にサンゴ礫の堆積状況を観測きなかった．これはリーフ内では礫の移動方向がリーフした．

長軸方向だけでなく，複雑な地形に起因する多方向の外力によって移動していたため，リーフ長軸方向の作用の(4) 調査結果

みを想定した構造では十分に礫を捕捉できなかったこと

全観測期間における水深，波高，平均変動流速，波向の観測結果と，比較のために鳩間島北方の GPV の時系が原因と考えられる．
2021 年に設置した捕捉工 B（図-3 右）は幅 2.4m，奥列，および西表島アメダスで観測された 1 時間平均風速，行き 2.4m，高さ 0.3m の構造物であり，様々な方向に移風向の時系列も加えた（図-5）．なお，E200 地点の流速動する礫を補足できる形状に改良するとともに，礫が透データについては計測機故障のため欠測としている．

過性ネットを乗り越えて中央の閉空間に捕捉されること

8/7，8/22，9/12 に観測された高波浪はそれぞれ台風 9を想定して，天端高を低くする工夫をした．なおサンゴ号，12 号，14 号接近の影響であり（図-6），10 月以降に

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2021/08/03

14号
8/7 15:00
9号

8/22 12:00

9/12 12:00

2021/10/31

西表島

12号
200km

図-6

観測期間中の台風経路

2.0

E600
W600
E200
W200

有義波高 (m)

1.5
1.00

図-9

平均変動流速 (m/s)

0.0地点の波高が大きくなる傾向にあり，鳩間島南東方向に広がるリーフ地形の遮蔽効果が示唆された．また，外洋

0.2の波向が E 方向に近づくほど E600 地点の波高が大きくなる傾向にあった．E600，W600 地点ともに GPV データ0.0

波向 (deg)360

180

点は E600，W600 地点と比較して波高が減衰する傾向にあった．有義波高，平均変動流速の時系列に潮位変動に9/129/139/149/159/16追随するような傾向がみられることから，リーフ上での台風接近時の波浪状況

波高や流速は潮汐による水深変化に伴って，砕波や屈折2.0
有義波高 (m)間変動特性は概ね一致していた．また，E200，W200 地

90

図-7

平均変動流速 (m/s)と比較すると波高が減衰しているもののピーク近傍の時

E600
W600
W20027009/11

捕捉工 B の堆積状況（E200 地点）の波向が N 方向の際には，E600 地点と比較して W600

E600
W600
W2000.45~

地表面からの堆積厚(cm)0.50.60~5の影響を受けていることが推察された．さらに，台風接E600
W600
E200
W2001.51.0

近時には最大で 16m/s 程度の風速が観測されており，周辺波浪場に影響していることが考えられる．

0.5

次に，サンゴ礫を移動させる外力が発生したと想定さ0.0

れる台風接近時および季節風卓越時の 2 期間について，0.6

有義波高，平均変動流速，波向を整理した．

E600
W600
W2000.4

図-7 に台風 14 号接近時の波浪状況を示す．期間中の有義波高の最大値は，W600 地点で 1.07m，W200 地点で0.20.84m であった．最大波高発生時の波向は W600 地点がNW であったのに対し，W200 地点では最大波高発生前0.0

波向 (deg)360

後で SW～NW となっており，バラス島西側リーフ上で

E600
W600
W200270180は長軸方向だけでなく，短軸方向の外力も作用していたことが示された．

90010/16

季節風卓越期間中に外洋（鳩間島北方 GPV）で波高が10/17

図-810/18

10/1910/2010/21

最大となった期間の波浪状況を図-8 示す．期間中の波高の最大値は W600 地点で 1.84m，W200 地点で 1.21m で季節風卓越時の波浪状況あった．最大波高発生時の波向は E600 地点で NE，W600観測された高波浪は季節風が要因と考えられる．台風接地点で NNW，W200 地点で W となっており，鳩間島の近時の有義波高の最大値はリーフエッジ付近の E600 地

遮蔽を受けて東西から入射した波がバラス島付近に集点で 0.70m (9/13 2:50)，W600 地点で 1.07m (9/13 0:50)とまっていることを示す結果となった．

なった．季節風卓越時においては，外洋（鳩間島北方 GPV）

14-4

図-9 に期間中の E200 地点に設置した捕捉工のサンゴ土木学会論文集B3（海洋開発）, Vol. 78, No. 2, I_841‐I_846, 2022.
2021/08/03

2021/09/12 13:00

W200

E200

W600

E600

バラス島

2021/10/31H(m)図-11

波高・波向分布の計算結果（台風 14 号接近時）

2021/10/17 12:00

00~55~

地表面からの堆積厚(cm)

W200

E200

W600

2022/01/09

バラス島

E600H(m)00~5図-125~

地表面からの堆積厚(cm)

波高・波向分布の計算結果（季節風卓越時）

3. 数値計算

2022/03/08(1) 計算手法
サンゴ礫の移動を引き起こす外力として波の作用が支配的であり 6)，リーフ上の波浪場の把握が不可欠であることから数値計算によりリーフ地形を含んだ平面波浪
00~5場および流速場の再現計算を行った．波浪場の計算には

5~

第 3 世代波浪推算モデル SWAN7)を，流速場の計算には地表面からの堆積厚(cm)図-10Delft3D-FLOW モデル 8)を使用した．計算領域は鳩間島，西表島を包含する広領域（計算格子間隔 500m）と，鳩捕捉工 B の堆積状況（W200 地点）

間島のリーフ地形やバラス島周辺の孤立リーフを再現し礫堆積状況を示す．2021 年 10 月末時点では最大で 11cmた狭領域（計算格子間隔 40m）の 2 領域を接続して計算程度堆積が確認でき，捕捉工東側と北側に礫が捕捉されした．入射波条件は鳩間島北方の GPV データを基に再ていたことから，北東方向からの外力が作用し，礫が移現期間中のエネルギー平均波を設定した．また，潮位変動していることが示唆される結果となった．なお，これ動の影響を考慮するため，西表の天文潮位を与えるとと以降については 12 月 24 日の高波浪により捕捉工が損壊もに，西表島アメダスの観測データを用いて風の影響もしたため，効果を確認することができなかった．

考慮した．計算時間間隔は 3s とした．

図-10 に W200 地点の捕捉工の礫堆積状況を示す．
2021
年 10 月末では捕捉工南側と西側に礫が最大 16cm 程度堆(2) 計算結果積していた．これは，期間中に観測された波向とも一致

再現対象期間は台風 14 号接近時（2021 年 9 月 12 日～し，南西方向からの外力によって礫が移動していること

9 月 13 日）および季節風卓越時（2021 年 10 月 17 日～10が示唆される結果となった．一方，2022 年 1 月時点では月 18 日）の 2 期間とした．

堆積量が減少しており，捕捉方向とは逆向きの外力によ台風接近時の入射波はH0 = 4.20m，𝑇 = 8.9s，波向W，り礫が流出したと考えられる．2022 年 3 月時点では捕捉方向集中度 Smax=10 相当として計算した．図-11 に 9/12工が一部損壊したものの，西側で最大 25cm 程度礫が堆13:00 の計算結果を示す．
有義波高は W200 地点で 1.31m，積しており，西向きの外力の作用を示す結果となった．

E200 地点で 1.04m と過大だったものの，波向については，14-5

土木学会論文集B3（海洋開発）, Vol. 78, No. 2, I_841‐I_846, 2022.

W200 地点で WSW，W600 地点で NW，E200 地点で NE形状にすることで，サンゴ礫捕捉効果をさらに高める寄りとなり，観測結果および礫の堆積状況から推測されことができた．

る波向と一致していた．すなわち，サンゴ礫の移動方向(3)数値計算結果は観測による波高変化を妥当に再現しは波向に大きく依存するという既往研究 3)の考察を支持た．リーフ上の波向はリーフエッジにおける屈折によする結果となった．

り，複雑に変化し，その波向はサンゴ礫の捕捉状況か季節風卓越時の入射波はH0 = 4.41m，𝑇 = 9.3s，波向ら推定されるサンゴ礫の移動方向と一致した．

N，方向集中度 Smax=15 相当として計算した．図-12 に10/17 12:00 の計算結果を示す．W600，E600，W200，E200

参考文献

地点の有義波高はそれぞれ 1.60m，1.01m，0.84m，0.70m

1)と現地観測結果（それぞれ 1.21m，0.93m，0.58m，0.59m）をやや過大評価していたものの，波向は W600 地点でNW，W200 地点で W，E200 地点で N となり，観測結果

2)と礫の堆積状況から推測された波向と一致した．
なお，本計算で用いた地形ではバラス島を含む孤立リーフについて詳細な地形を再現しているものの，鳩間

3)

島および西表島周辺のリーフ地形については精緻なデータが不足している．そのため，西表島・鳩間島間のリーフ地形によって波が砕波して減衰する過程を計算では正4)確に再現できず，波高を過大評価する結果になったと考えられる．
5)

4. まとめ6)

サンゴ礫州島の形成促進を目的とした透過型礫捕捉工について，平面二次元的な礫捕捉効果の検証を行うため，バラス島を対象に，波高波向計を用いて波浪観測を行うとともに，形状の異なる 2 タイプの捕捉工の現地実7)8)証実験を行った．その結果，以下の結論が得られた．
(1)サンゴ礫集積促進のための捕捉工について，現地実証試験よりその効果を確認した．
(2)捕捉工を単一方向の衝立形状から全方位に開口する

茅根創：サンゴ礁・州島の生体工学的保全・創成―
生物が造る島の生体工学的保全・創成技術―，土木技術，66 巻，11 号，pp.53-58，2011.
鈴木拓也，茅根創，岩塚雄大，片山裕之，関本恒治，
磯部雅彦：サンゴ礫州島の地形変化メカニズムに関する研究，土木学会論文集 B3（海洋開発），Vol.69，
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佐貫宏，田島芳満，琴浦毅，前田勇司，茅根創：州島の形成とサンゴ砂礫の移動に関する現地調査，土木 学 会 論 文 集 B3 （ 海 洋 開 発 ）， Vol.72 ， No.2 ，pp.I_43-I_48，2016.
岩塚雄大，琴浦毅，片山裕之，田島芳満，茅根創：
サンゴ礫による地形変化の基礎的検討，土木学会論文集 B2（海岸工学），Vol.71，No.2，pp.I_517-I_522，2015.
前田勇司，琴浦毅，佐貫宏，田島芳満，茅根創：サンゴ礫州島形成促進のための対策工に関する研究，
土木学会論文集 B2（海岸工学），Vol.72，No.2，pp.I_823-I_828，2016.
竹森 涼，田島芳満，藤川大樹，茅根 創：孤立リー
フ上におけるサンゴ砂礫集積メカニズムの分析，土木 学 会 論 文 集 B2 （ 海 岸 工 学 ）， Vol.71 ， No.2 ，pp.I721-I_726，2015.
The SWAN team,：USER MANUAL SWAN – Cycle Ⅲ
version 41.20A, 2018
Deltares：Delft3D-FLOW User Manual, 672p, 2011.
(Received February 3, 2022)(Accepted May 9, 2022)FIELD TEST OF PERMEABLE GRAVEL TRAP AS A COUNTERMEASURE FOR
CORAL REEF ISLAND FORMATION
Kenta AOKI，Makoto KOBAYASHI，Hiroshi SANUKI，Hiroyuki KATAYAMA，Yoichi IDE，Hajime KAYANNE and Yoshimitsu TAJIMA
A number of studies have investigated the physical mechanisms of the formation of coral cays
through field surveys, laboratory experiments and numerical analysis. These studies show that coralgravels can be naturally accumulated and form coral cays under certain conditions while such naturalconditions are limited. To enhance accumulation of coral gravels, authors proposed a gravel trap andshowed its effective performance through laboratory experiments.
This study conducted a field survey to test the performance of the gravel trap in the actual field. The
trap was placed around Ballast island located in the north of Iriomote Island, Okinawa. Through the fieldsurvey, it was found that the trap with modified layout can effectively accumulate coral gravels transported from various directions. Dominant direction of gravel transport, inferred from accumulated gravels
around the trap, reasonably agree with the estimated dominant wave direction around the trap.

14-6