沿岸技術研究センター論文集

No.20(2020)

係留中の大型貨物船の船体動揺について
細井 晶弘*・高山 知司**・中野渡 秀一***・藤井 寿輝*****（一財）沿岸技術研究センター 調査部 主任研究員
**

***
****

（一財）沿岸技術研究センター 上席客員研究員

国土交通省 東北地方整備局 小名浜港湾事務所 企画調整課長

前 国土交通省 東北地方整備局 小名浜港湾事務所 企画調整係長

小名浜港では，これまで-14m 岸壁で主にパナマックス船（70,000DWT）を受け入れてきたが，ケープサイズ船（175,000DWT）を受け入れるために東港地区(水深 18m 岸壁)の整備を進めてきた．本検討は，この大型貨物船が小名浜港東港地区岸壁に接岸した際に，どのような船体動揺が発生するか浮体動揺解析システムを用い検討した．
キーワード :大型貨物船，船体動揺，波浪特性

1. はじめに

過の去
収事
集例

船体動揺事
例の再現検討条件の設
定

東港
船地体区
動に
揺おシけミるュレー

小名浜港は，東港地区における国際バルク戦略港湾（石炭）整備が進み，東日本のエネルギー供給拠点を担う重要港湾として注目されている．
小名浜港では，石炭などの貨物取扱量の増加とこれらを輸送する船舶の大型化が進む中，大型船が接岸できる水深の深い岸壁が不足しており，積載量を減らしての入港や，船舶の沖待ち（滞船）が発生し，効率が悪い状況にあった．東港地区の整備は，これらの問題を解決し，小名浜港を東北の火力発電所などに送る石炭の集荷拠点へと位置付け，石炭を大型船で一括輸入し輸送コストを大幅に減らす狙いがある（図－1）．
本検討は，今後利用が本格化する東港地区岸壁における大型貨物船の船体動揺を検討するものである．

気の象
整・
理海象

ショ
ン

過去事
例との比較
評
価

図-2 検討フロー図
小名浜港平面図

図-3 検討対象岸壁位置平面図
図-1 小名浜港位置図

3. 気象・海象の整理

2. 検討内容と手順
これまで，小名浜港で主に石炭の荷役に使用されてきた 7 号ふ頭-13m 岸壁において発生した過去の貨物船に関する船体動揺の記録から，船体動揺の再現シミュレーシ
ョンを行い，小名浜港内で船体動揺に影響を与える波浪の特定とシミュレーションの精度を確認した上で，特定された波浪条件を用いて，東港地区岸壁での利用が想定される大型船舶の発生動揺量を船舶動揺シミュレーショ
ンにより確認し，荷役障害発生の可能性について検討した．

気象・海象特性を把握するため，アメダス小名浜および
NOWPHAS 小名浜の時系列データ（2007 年～2017 年）の整理を行い，波浪に関する出現頻度図（図-4）を作成した．
NOWPHAS 小名浜から以下の特徴が見られた．
・波高・周期別頻度
波高 0.51m～1.0ｍ
周期 7.1s～8.0s の波浪が最も多かった．
・波高・波向別頻度
波高 0.51m～1.0ｍ
波向 ESE の波浪が最も多かった．

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No.20(2020)（２）障害発生時の気象・海象の整理
荷役障害発生期間（2002 年 11 月 25 日～26 日）の港外
波浪（NOWPHAS 小名浜）について整理した（図-6）．
11 月 26 日 4 時に最大波高（波高 5.71m，周期 14.1s，波向 SE）となっており，係留索の切断が記録されおり，この時の船体動揺はサージ 5.1m となっている (図-7)．

・周期・波向別頻度
周期 8.1s～9.0s
波向 ESE の波浪が最も多かった．
波高

周期(m)(s)図-4 小名浜の波向別波高・周期出現頻度図（2007～2017）
また，NOWPHAS 小名浜の観測データを用いて年数回高波浪をもたらした擾乱（下限値 1.5m，上限値 3.0m）を抽出し整理したところ，11 年間で 120 擾乱を抽出した（図-5）．
・高波浪時の最高波高の波向は E，ESE，SE，SSE の４波向きであり，発生回数は，SSE，SE，ESE，E の順に多い．
・波向 E は発生回数が小さく最大波も他の波向に比べて小さい．

図-6 係留索切断時の有義波波高および有義波周期

各波向別擾乱上位 10 波の比較
波向有義波⾼(m)E

5.07〜6.50

ESE

5.22〜7.64

SE

5.82〜7.55

SSE

5.62〜7.45

6.9m

1.8m

図-5 波向別擾乱発生回数（全 120 擾乱）

4. 過去に発生した船体動揺の事例

動揺量（サージ）=6.9m-1.8m=5.1m

小名浜港内で過去に発生した船体動揺事例について情報を収集したところ， 2002 年 11 月 25 日に 7 号ふ頭で発生した係留索の切断事例が詳細な情報として記録されていた（表-1）.
表-1 2002 年 11 月 25 日の係留索切断時の時系列

図-7 係留索切断時の船体動揺状況

5. 過去の船体動揺事例の再現
5.1 再現シミュレーションの条件
再現シミュレーションは 4．過去に発生した船体動揺の事例で述べた事例の船体動揺（サージ 5.1m）と係留索の切断を再現の対象として行う．
（１）風波による岸壁前面の波高算定
シミュレーションに用いる対象岸壁前面の波高を
表-2 の条件のもとエネルギー平衡方程式を用いた波浪変形計算により算定した．
表-2 再現計算の沖波条件（１）対象船舶名
前 ：Full Strong
貨
物 ：石炭総トン数 ：36,586GT
排水重量 ：72,495DT
船
長 ：225ｍ
船
幅 ：32.26ｍ

再現対象（7 号ふ頭水深 13ｍ岸壁 1 バース）前面の平均有義波高，周期，岸壁前面の波向を表-3 及び図-8に示す．なお，有義波周期は沖波と同様とする．

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沿岸技術研究センター論文集

表-3 風波による岸壁前面の有義波算定結果

No.20(2020)

表-4 長周期波による再現計算結果（動揺量）
⽇時（2002年11⽉）

⻑周期波
SURGE
SWAY

25⽇22時

26⽇00時26⽇02時最⼤値(m)

3.60

3.67

4.78

26⽇04時6.32

最⼩値(m)-2.43-2.61-3.84-5.33

最⼤値(m)

0.14

0.24

0.41

0.69

最⼩値(m)-1.21-1.29-2.46-4.17

SURGE
７号ふ頭

図-8 風波による波高・波向分布図（２）長周期波による岸壁前面の波高算定
長周期波（30～300s）については平山・加島により提案された近似式を基に風波より長周期波を推定し，ブシネスク方程式を用いた波浪変形計算により算定した．また，7 号ふ頭水深 13ｍ岸壁の前面で長周期波のスペクトル解析を行い，周波数帯（30s～300s）に副振動を起こすような周波数（周期）があるか調べたとこ
ろ，周期 220ｓ付近でスペクトルの共振が見られた（図-9）．振幅の増幅率が 5 倍強となっているため，長周期波による船体動揺計算では波浪外力は規則波として与えることにした．

SWAY

図-10 長周期波による再現計算結果（動揺量）

表-5 長周期波による再現計算結果（係留索応力最大値）
係留索位置

再現計算結果（最⼤張⼒:kN/本）

切断本数

⽇時（2002年11⽉）

実績

係留索種類
25⽇22時

26⽇00時 26⽇02時 26⽇04時 26⽇早朝

スターライン

ナイロン

54.2

55.3

73.7

109.1

1本/6

ブレストライン

ナイロン

84.4

87.5

153.0

776.9

1本/1

スプリングライン

ポリプロピレン

384.3

765.2

869.1

1653.7 ② 1本/2

スプリングライン

ポリプロピレン

516.6

535.4

656.9

1364.4 ① 1本/2

ブレストライン

ナイロン

264.3

287.5

601.6

1844.5 ③ 2本/2

バウライン

ナイロン

18.7

23.1

35.4

55.0 １本/6※赤字は係留索の切断荷重を超えたもの

6. 東港地区 船体動揺シミュレーション
6.1 東港地区における検討条件の設定（１）検討対象岸壁
検討対象岸壁（東港地区岸壁）を図-11 に示す．

図-9 7 号ふ頭岸壁 1 バース付近の増幅率

5.2 再現シミュレーション結果
再現対象船舶の動揺計算を 5.1 で求めた風波と長周期波の条件でそれぞれ計算した．ただし，風については,7m/s 以下であり，船体の動揺には大きな影響を与えないとして無視した．
風波については，船体動揺量は小さく，荷役障害が生じるような動揺は発生しなかった．特定の周期での増幅が大きかった長周期波については，動揺量（サージ）は表-4，図-10 に示す通り，最大で±5ｍ強に達した．また，係留索の応力も破断強度に達しており，港外波高が 4.4m になる 25 日 22：00 には係留索の破断が生じ，外洋波浪が大きくなるにつれて，係留索の破断本数が増えている（表-5）．再現計算の破断係留索の場所と破断した時刻は実際の記録と似ており，動揺計算法の精度が確認されたといえる．

図-11 東港地区岸壁(-18ｍ)(耐震)，東港地区護岸（２）検討対象船舶
検討対象船舶は，ケープサイズ：180,000DWT とパナマ
ックス：90,000DWT の２種類の石炭船を想定した．
表-6 対象船舶の代表寸法
載荷重量トン

垂線間⻑

型幅型深さ

満載喫⽔

半載喫⽔

DWT

Lpp(m)

B(m)

D(m)

D(m)

Dʼ(m)

90,000

238.5

38.1

23.9

14.7

11.3

180,000

293.4

46.2

29.8

18.2

14.1

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No.20(2020)

SURGE（３）波浪条件
7 号岸壁で荷役障害が起きたときの港外波浪条件で東港岸壁前面における波浪を 7 号岸壁に用いた方法で算定した．
風波については，大きな違いはない．一方，長周期波については，7 号岸壁で発生したような特定の周期帯のエネルギーが卓越している状況はなく港外入射波の条件とほとんど変わらない（図-12）．そのため，表-7 に示す通り，全てのピークを抽出し，12 個の不規則波の成分波に分解し入射波浪条件とした．

SWAY

図-13 長周期波による計算結果（動揺量）
表-9 長周期波による計算結果（係留索の応力の最大値）
12364578119 10 12

図-12 東港岸壁前面の周波数スペクトル計算結果と成分波分割(長周期波,11/26 4:00 )7. 過去事例との比較による評価
本検討は，過去に 7 号ふ頭で発生した障害が起きた時刻（2002 年 11 月 26 日 4 時）の波浪を対象としたもので，このような高波浪の条件であっても，東港岸壁でパナマックス船が係留した際でもサージ±1ｍ強，スウェイ 50ｃｍ強と，荷役限界動揺量程度であること（図-13），係留索応力が破断荷重には至らない（表-9）ことにより，荷役障害の可能性は低いと考えられる．

表-7 東港岸壁前面の長周期成分波の諸元(船体動揺シミュレーション入力条件）

8. おわりに6.2 船体動揺シミュレーション結果
再現計算で対象とした高波浪（長周期波）が来襲した場
合，表-8 及び図-13 に示すように 90,000DWT は係留索 8本ではサージ，スウェイともに±1m を大きく超えている．
しかし，係留索 2 本（ブレストライン）増し取りすることにより，サージは±１ｍ強，スウェイは 57ｃｍ（4 分の 1）になることが分かった．
180,000DWT については，サージは±1ｍ程度，スウェイ1.2ｍと若干大きいが，増し取りすることで，パナマックスと同様に小さくすることが期待できる．
係留索の応力については，破断強度には至らなかった．
表-8 長周期波による計算結果（動揺量）

本検討では，NOWPHAS 小名浜の時系列データ（2007 年～2017 年）の確定値を使用した．しかし，近年（2018～2019 年）の速報値を見ると今回使用したデータにはない，南寄りの波の発生が見られ，波向S の出現率が 2.4％であった．今まで発生しなかった南寄りの波浪が発生すると小名浜港の地形では，風波でも港内への影響も考えられる．本検討は過去のデータを使用した検討であったが，今後予想される波浪の変化に留意する必要がある．

謝辞
本稿は，国土交通省東北地方整備局小名浜港湾事務所発注の「令和元年度 小名浜港船体動揺検討業務」の成果の一部をまとめたものである．関係各位には，記して厚くお礼申し上げます．

参考文献
1)

2)

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佐藤平和・白石悟・米山治男：コンテナ船およびフェリーの荷役許容動揺量の検討,港湾空港技術研究所資料,No.1055，
2003 年.9 月
国土交通省東北地方整備局小名浜港湾事務所：令和元年度
小名浜港船体動揺検討業務報告書，令和 2 年 3 月