養殖施設の流れ環境に及ぼす影響
水産工学研究所水産土木工学部

鈴木誠治・足立久美子
山本正昭・高木儀昌・久保敏緒言
養殖施設の配置計画法の研究は遅れているため、これまで養殖に必要な静穏域を確保するための消波施設等の漁場造成事業が行われても、養殖施設の過密化、配置の不適正により漁場内の水質環境の悪化や魚の生理に悪影響を与えている漁場も見受けられる。内湾や養殖漁場内に小割り生簀や垂下施設などの養殖施設を置くと、施設自体が潮流や内部潮汐流に対して大きな流水抵抗となって、湾内の流況を変える。

しかし養殖施設の流れに及ぼす影響は筏または生簀1台の測定はあっても、群としての影響の研究は行われていない。そこで本研究は養殖施設の流れに及ぼす影響及びその最適な配置計画法を確立することを目的とする。

調査方法
水理模型実験

養殖筏と小割生簀で水理模型実験を行った。養殖筏としては瀬戸内海沿岸域などで使われているカキ筏（8．8m×24m）の1／25模型を12台作って水理実験（水路幅1．5mと8．8m）を行った。垂下連は一個の筏あたり、896本（16×56）で原型と同じ本数作った（図1）。連の長さは20cmであり、標準水深は同じ20cmである。

小割生簀（8m×8m）は1／25模型を13個作って水理実験を行った（図2）。この時は水深は25cmである。
実験水路の幅は8．8mで、そこに一様な流れを作り、色々と筏や生簀を配置して流速や施設の抵抗力を測定した。

調査結果

1）流速と抵抗力の関係
流速と1っの筏の抵抗力の関係は、大ざっぱには二乗に比例せず一乗比例であったが、これは垂下連が水路底にまで達しているせいである（図3）。筏の特徴として流速が速くなると連が傾いてきて、図4はその時の連の傾斜と流速の関係を示したもので、流速が6cm／sから連が目だって傾いてきて、50cm／sではθが100にもなる。連の傾きを考慮した射影面積で抵抗係数を計算した。抵抗係数C、は定義式

ωR＝CD−Aｕ22gからR：抵抗力、A：筏の連とフロートの水中部分の射影面積、g；重力加速度、ω：水の単位体積重量をいれて逆算した。

すると抵抗係数は流速6cm／s以上ではほぼ一定の0．35になった（図5）。その時円柱の値1．2の約30％になるのは射影面積として筏の最前列でなく後方の55列の連やフロートの全射影面積も加えたためで、後方の連になるにしたがって見かけの抵抗係数が減少した結果を平均しているせいである。

流速と生簀の抵抗力の関係（図6）では抵抗力は流速の1.7乗に比例していて2乗比例にまではならなかっ一82一くb）（【）

121』傭珊8磯熟
図２

図1

生簀の原型

養殖筏模型の概要図（1）平面図（2)A−B断面（3）垂下連拡大図

500

98575

4006550。

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匡蒼2。・

〆〆顕z∠
1。。 ！

連醤55D叩しh郵45

遽一15cm−20c回5525・40cm

グ00c回／s15ン／01020504050605流速V

図301020流速

筏の抵抗力と流速の関係

図4304050，cm／s

筏の連の傾斜と流速の関係

た。

2）筏に流れが斜めに当たるときの影響
筏の寸法は通常タテとヨコの比が大きいので、流れに斜めや真横に筏を係留したときの抵抗力の変化を測定した（図7）。抵抗力は斜めに係留するにつれて大きくなる。それは流れ方向の射影長さaの変化にほぼ従っているのが分かる。

3）流れ方向の相互干渉

流れ方向に筏を2台並べた時の相互の影響を調べると，筏を2台並べて、相互の間隔を変えながら抵抗力を計った。筏を2台連結して抵抗力（①）を計り、次に下流側の筏を固定して上流側の生簀の抵抗力（②）を計り、下流側の生簀の抵抗力は差引（②一①）で求めた。Ff／FO（Ff：上流側筏の抵抗力，FO：単独筏の抵抗力）は問隔Lが短いと0．97になるが60cm以上になるとほぼ1になり、上流側筏は下流側筏の影響はほとんどない（図8）。一方Fr／FO（Fr；下流側筏の抵抗力）は0．1から0．5と小さく，上流側筏の影響をかなり受けている。同様に生簀を流れ方向に2台並べて、相互の影響の実験ではFf／FOは間

一83一

3025δ

Depth

藁1・Ox20c凪

肇軌8懐〆20・42cm

顕0．6x

墓1、

▲10cm

鞘リの・・4・α義き＆・x▲

ユリ。ムxO．20．0

図50102030

4050

流速V（cm／s）

60連の傾斜を考慮したＣDと流速の関係

22082。。

震180

図6＿一一一一哨、、、100a／〆1R

468

生簀の抵抗力と流速の関係。．880〃2

流速u1・09・8、／0

封7・罵

藍0・6

夕

遷11：／尋題一ii婁薮lll〜調財◇12。ノol530詩・。．。ガ〜一・一・4一一一距一一一一4一ノ45756090050100

角度θ

図7150

筏問隔

筏を流れに角度をつけた時

図82αcロ筏を流れ方向に配置した時

Ff／愛01ロロコ；

2

齪o．6

曇R％％曇軌ξ→F，／F．、声．．．．．．．，一一，D→0．2ら
0一／50100
生箕間隔

図9

生簀を流れ方同に配置した時

一84一150cm

200

隔Lが短いと0．94になり、筏の0．97より小さくなったが、僅か8cm以上になるとほぼ1になり、上流側の生簀に及ぼす下流側の生簀の影響は少ない（図9）。一方Fr／FOは0．1からO．4（筏の時は0．5）と小さく、上流側生簀の影響をかなり受けている。

3）流れと直角に並べた時の相互干渉（1）幅8．8m水路内に筏を流れと直角方向に1，3，5，9，11台並べた。それを抵抗係数で整理した。

筏台数が増えるに従って図10で右から左に、中央の筏の抵抗係数は0．30から0．57まで変化する。中心間隔比S／D（S：筏間の中心距離、D：筏幅）が5以上ではほぼ一定になる。

Qロ、

勲3．o：＼瞳i＼煽

鞍2．O

三l＼、角柱、、〜一i』…一一．月蔭＿．，．．＿．＿．．．．．

1．01．5m水路
8．8m水路／0．00510

15202550

中心問隔比SID

U95
図103

筏台数

1筏を流れと直角方向に並べた時

0．60
＊11台

0．55

0．50

白台

30．45

δ0・40、5台。．353台
0．30

62

3選1台
蚕宰

●5亭9n13

11．賛

0．25
0．20
〇．00甲0．1

0．2

0．3

0．40．5横断面筏密度P

図11｝一一一一←一一0．10．20．3

横断面生簀密度筏のＣDと横断面密度の関係

図12

一85一

生簀のＣDと横断面密度の関係

水路内に生簀を流れと直角方向に1，3，5，7，9，11，13台並べたときの中央の生簀の抵抗係数は1．77から2．5まで変化した。1台から11台に変わった時の抵抗係数の変化は1，3倍で、筏の時の1．9倍より大部小さかった。

次に水路断面中に占める養殖施設の断面積の割合を横断面密度として、それを横軸にしたグラフは直線になった（図11、12）。横断面密度の0．1から0．3の時の変化は1．3であり、筏の時の1．4と殆ど同じになり、横断面密度を使えば生簀と筏間に統一がとれることがわかった。

（2）また3列の筏を間隔を変えながら1列と比較すると（図13），抵抗係数はS／Dが2付近で最大になり，3列は1列の，連結の時で約1．4倍，連結なしで約1．2倍になった。S／Dが6以上では両者とも約1、1倍になった。

3列の生簀を間隔を変えながら1列と比較すると（図14）、抵抗係数はS／D（S：中心間隔、D：生簀幅）が1．3付近で最大になり、それより近くても離れていても小さいが、その変化は小さく最大の時も単体1列の1．1倍であり、S／Dが7以上で殆ど単体1列の時と変わらなかった。すなわち流れ方向の相互干渉は筏より生簀の方が大きいが、流れと直角方向の相互干渉は生簀より筏の方が大きく、同じ筏の時は単体より連結の時が大きい。これは流れ方向に長い寸法をもった養殖施設ほど流れと直角方向の相互干渉は大きくなることを意味する。

4）海底摩擦との比較

流れのシミュレーションでは従来は養殖施設の抵抗力は考慮せず海底摩擦のみを考えてきたので、養殖施設の抵抗力を海底摩擦と比較してみる。

海底摩擦速度u*はu‡イ誓＝γｕから、τ＝ρ
筏1台の抵抗力

R＝ω

γ2

ｕ2

①単位面積あたりの力

CD・Ａu2＝丑CD・Ａu22g2

湾内面積S、そこにn台の筏があるとηRS単位面積あたりの筏の抵航力②÷①単位面積あたりの筏抵抗

海底摩擦応力ρ＝一CD加2η
2S

一②ｎＡCD2Sγ2

以上を岡山県虫明湾に適用すると、筏中心間隔は筏幅の2〜3倍のことが多く、S／D＝2．5にとり，したがってCD＝0．5、n：1894台、A：257㎡、S：4．9km2、γ2：0．0026を単位を合わせていれて、上記の比は約9．5になり、海底摩擦に比べて一桁大きく、筏の流れに対する影響が大きいことがわかった。この比をλとする。同様に養殖水面の面積に対して生簀が5％の面積でも海底摩擦の8．5倍になる。また1台の筏の抵抗力を海底に射影した部分の海底摩擦力（α）との正味の比は120で生簀の170よりも小さい（図15）。
5）流れに及ぼす影響

次にλは具体的な流れにどのような影響を与えるか計算してみる。

図16のように養殖施設群を通過して流速uがu1になったとする。運動量保存の法則から
ρＡu一ρＡ1ｕ1・ｕ1＝R十F＝λτS十τS
あまり断面変化がない短い区問を考えて一86一

30．6。．4単体3列

嘉2。、K雲砦黙匙、．．
瞳

単体1列8｝麟繭羅，ヨ1葡螢、憾扁翻・0．2
連結1列

0．002

46810・02

中心問隔比S／D

図13テ

筏を流れと直角方向に

図14→

ノ

生簀流れと直角方向に並べて間隔を変化させた時

P見！

lI→

l

1

踊積A

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O

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旧巨口『馴曜海鵬勧F
養殖施設の抵抗力と海底摩擦との比

断醜A・

周■

口じ

図158

養殖施設

ノ1一う

巳

中心間隔比S／D

並べて間隔を変化させた時

lと

4

ドー一一
図16u5調養殖施設群を通過する流れ

トー一一一一100m一一一→．三雪＆㎞
§→→口コ

毒ロニ→

サーラ［二二口Eニコロ；［ニコ［ニコ→口→
（1）

1→：→

（2）
図17

配置による流況への影響

一87一（3）

Ａ1≒Ａとして
ρ．4（ｕ2一Ｕ12）＝（λ十1）τＳ

ここに①式のτを代入して変形すると㍑ヂー1一（箸）二（λ＋1）γ・・募
水路幅をB，水深をｈ，この区間の長さをｌとすれば
Ｓ＝Ｂｌ，Ａ＝Ｂｈ，さらにγ2＝0.OO26を入れて1一（告）、鰯（λ＋1）畜
u l
一：＝uF
Z
1−0．〔㎜3（λ十1）一れ1が大きいときは1／nの区間を考えて、それをn回掛け合わせて、

箸一｛1一α脇（λ＋1）ずね｝万れ区間が水深の10倍の距離をとってｌ＝10h、養殖施設が無ければλ＝0、分割数nを10にとって
u1＝0．987u

養殖施設があった時は先ほどの例、λ＝9を入れてu1＝0．877u

この差はかなりあり、養殖施設の流れに対する影響は大きい。

6）配置による影響
図17のように現地の大きさで考えて、100m×100mの区域（水深5m）に8．8m×24mの筏4台の配置を（1）4並列の配置を（2）2台連結2並列の配置、（3）4台連結にした時の流速への影響を計算する。
（1）この時の断面密度は8．8＊5＊4／（100＊5）＝0．352、この時のCDは図11から0．523、4）で計算したように

ＣD＝0．5の時筏の抵抗力は直下に射影した部分の海底摩擦力αを単位として表わして120αだから、0．523では比例して120＊0．523／0．5＝126α、すると4台だから126＊4＝504α、一方100m＊100mの区域の海底摩擦力は100＊100／（8．8＊24）＝47．3α、故にλ＝504／47．3＝10．7

次にこの100m区間の速度減少比u1／uはL／h＝100／5＝20、nを20にとって，5）と同じように計算して0．734になる。

（2）は断面密度は0．176、図11からCD＝0．4、前方の筏は120＊0．4／0．5＝96α、後方の筏は2m間隔で連結されているとして，模型では1／25して8cmだから図8からFr／FO＝O．1、従って後方の筏の抵抗力は96＊0．1＝9．6α、4台では96＊2＋9．6＊2＝211α、故にλ＝211／47．3＝4．5で（1）の半分より更に小さい、これから計算した速度減

少比は表1に示した。
（3）は断面密度は0．088、前と同様の手順でCD＝0．33、4台連結した抵抗力は79．2＋79．2＊0．1＊3＝103α、λ＝2．2、但しこの時の連結した3台目、4台目のFr／FOは2台目と同じに0．1とした。

一88一表1配置

配置と流況
λu1／u

110．70．734

２３4．52．20．8660．920

このように配置の仕方で流況が大きく変わるのが分かる。

考察
多機能静穏域事業等で増養殖場の造成に関し、その施設の適正密度を決定するのに、従来施設の流れに対する影響を考慮してこなかったが、本研究で養殖施設群の流れに対する影響の大きさを、従来も考慮に入れていた海底摩擦力との比較で論じたので、シミュレーションヘの応用が容易である。また直接的に配置の仕方により、流況へ大きく影響することも明示した。

摘要
残された問題点としては①垂下養殖施設は養殖塊の生育段階で大きく流水抵抗が変化することが予想されるが、実際にはその調査は殆ど行われていない。そのため各生育時期別に垂下養殖施設の流れに及ぼす影響等の研究が必要である。

②小割生簀でも魚の収容密度や魚種の違いによる施設の流れに及ぼす影響の調査が必要である。

一89一