生育場 ( 藻場造成機能 ) としての効果が期待される本報告は苫小牧港西港区に整備された長周期波対策工において自然環境調和機能を創造するための基盤となる藻場造成機能について現地調査と流動場の数値計算から評価しその効果について考察するものである 2. 長周期波対策工の構造長周期波対策工は図

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えりかおおかわち
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平成 26 年度苫小牧港長周期波対策工が有する自然環境調和機能に関する一考察 ( 独 ) 土木研究所寒地土木研究所水産土木チーム岡元節雄佐藤仁室蘭開発建設部苫小牧港湾事務所計画課小葉松和也防波堤等の沿岸構造物は本来機能に加えて海藻繁茂や魚介類の生息場になるなど副次的機能を有していることが知られている苫小牧西港区では長周期波による荷役障害低減を目的として 28~212

1 平成 26 年度苫小牧港長周期波対策工が有する自然環境調和機能に関する一考察 ( 独 ) 土木研究所寒地土木研究所水産土木チーム岡元節雄佐藤仁室蘭開発建設部苫小牧港湾事務所計画課小葉松和也防波堤等の沿岸構造物は本来機能に加えて海藻繁茂や魚介類の生息場になるなど副次的機能を有していることが知られている苫小牧西港区では長周期波による荷役障害低減を目的として 28~212 年度に東防波堤背後に中割石と消波ブロックの 2 層構造となる長周期波対策工を整備した本報告は苫小牧港が位置する太平洋沿岸の生物環境条件を考慮し本対策工が持つ自然環境調和機能を現地調査結果と流動場の数値計算から評価するキーワード : 沿岸構造物環境調和自然共生 1. はじめに海草も海藻も読み方は同じかいそうであるが海草は根茎葉があり多くは砂浜域に生息する一方海藻は根茎葉の区別がなく岩などに付着して生息するため岩礁域が主な生息場となっている砂浜域に整備された沿岸構造物は消波耐波といった本来機能に加えて疑似岩礁効果を有しているため海藻が繁茂する場を提供し魚貝類の生息場になるとともに産卵場保育場となっている事例が報告されており水生生物の生活史の中でも重要な役割を果たす自然環境調和機能を有している 1) この自然環境調和機能は施設の設置場所や諸元によって自然環境や生物相が異なるため施設の副次的効果を把握するためには対象施設の設置環境に応じた機能の評価検討が必要である苫小牧港は札幌市の南約 6km の太平洋沿岸の砂浜域に位置しており 191 年度に世界初の本格的な掘り込み式の港湾として工事着手し現在では全道港湾貨物量の約半数を扱い北海道経済にとって重要な役割を担っている近年苫小牧港西港区では長周期波による荷役障害低減を目的として東防波堤背後の未利用水面に長周期波対策工の整備が行なわれた広範なブロック構造による擬似的な浅海岩礁構造を有しているため海藻の図 -1 長周期波対策工構造図および調査箇所図

2 生育場 ( 藻場造成機能 ) としての効果が期待される本報告は苫小牧港西港区に整備された長周期波対策工において自然環境調和機能を創造するための基盤となる藻場造成機能について現地調査と流動場の数値計算から評価しその効果について考察するものである 2. 長周期波対策工の構造長周期波対策工は図 -1 に示すように吸収層 ( 中割石 ) とその前面に設置した消波ブロックの 2 層構造である長周期波のエネルギーを確実に減衰させるために吸収層天端高は水面上の +2.1~+2.2m とされているまた前面水深は 2.~3.m であり消波ブロック下部は吸い出し防止対策として石かごが設置されている苫小牧港周辺海域は高栄養塩を特徴とする親潮の影響を受けておりさらに設置水深が浅いるため光量の低下も少ないと考えられるよって海藻が繁茂しやすい構造であり自然環境調和機能が有効に機能することが期待できる海藻被度 (%) 海藻現存量 (g/ m2 ) , 12, 1, 8, 6, 4, 2, チガイソワカメミツイシコンブウガノモクスジメマコンブ 3. 調査方法 9 同港の長周期波対策工において季節変動及び年変動を把握するため藻場調査 ( 目視観察枠取り ) を夏季 (213 年 7 月 29 日 214 年 8 月 16~17 日 ) と冬季 (214 年 2 月 4 日 ) にそれぞれ実施した (1) 目視観察目視観察は測線上の海藻の繁茂状況 ( 海藻の有無 ) を確認するため測線 1( 上層 :D.L.±.m 付近 ) 測線 2( 中層 :D.L.-.m 付近 ) 及び測線 3( 下層 :D.L.-1.m 付近 ) において 1m 間隔で 1 m2枠を設置しその範囲内に着生している大型海藻 ( コンブ類モク類等 ) の被度生息しているウニ類の個体数を目視により計測した (2) 枠取り調査枠取り調査は目視観察を実施した地点の内 213 年夏季 214 年冬季調査において上層は 2m 間隔で 11 地点中層及び下層は 4m 間隔で地点 214 年夏季調査では各測線とも 3m 間隔で 14 地点において 1 m2内で確認された大型海藻の現存量と有用動物 ( ウニ ) の殻径湿重量及び生殖腺重量を測定した 4. 結果と考察 (1) 海藻繁茂状況図 -2 に各調査時期の海藻被度海藻現存量海藻の平均本数を示す 213 年夏季に観測された大型海藻は海藻の平均本数 ( 本 / m2 ) 6 3 図 -2 上中下上中下上中下 213 夏 214 冬 214 夏各調査時期の海藻被度海藻現存量海藻の平均本数チガイソ (Alaria crassiforia Kjellman) ワカメ(Undaria pinnatifida) スジメ(Costaria costata) マコンブ(Laminaria japonica) ウガノモク(Cystoseira hakodatensis) の種類だった 214 年冬季および夏季は 213 年夏季で観測されたワカメスジメマコンブウガノモクにミツイシコンブ (Laminaria angustata) を加えた種類でチガイソは観測されなかったどの調査時期測線においてもマコンブが優先した水産有用種であるミツイシコンブは 213 年夏季には観測されず 214 年に上層にのみ新規に確認されたこれはミツイシコンブは波浪や潮流が激しい箇所に生育する傾向がある 2) ことに起因すると考えられるまた種は異なるが同じコンブ類のホソメコンブ遊走子の移流距離は 4 km以内との報告 3) があるよって長周期波対策工に着底した遊走子は苫小牧西港区港口付近の港

3 マコンブ現存量 (g/ m2 ) 12, 1, 8, 6, 4, 2, 2 年 1 年生殖腺指数 (%) 夏エゾバフン 214 冬エゾバフン 214 夏エゾバフン 214 夏キタムラサキ上層中層下層上層中層下層上層中層下層 2 18% 213 夏 214 冬 214 夏 1 図 -3 マコンブ年齢別現存量の推移外側に設置された消波ブロック等に繁茂しているミツイシコンブの遊走子が移流してきたものと推察できる図 -2 から海藻被度は夏季冬季に大きな違いがないが海藻現存量は夏季に多く冬季に少ないまた海藻の平均本数は冬季に多く夏季に少ないことがわかるこれは優占したマコンブは冬季に遊走子が着底するため冬季は多くの個体が発芽した直後であることから海藻の平均本数が多く夏季に向けて生長とともに個体はある程度淘汰されていったものと考えられる淘汰される原因として植食動物による食害各個体の生長速度の違いなどがあげられる図 -3 は長周期波対策工整備後におけるマコンブの年齢別現存量の推移を示したものである 2 年生のコンブに着目すると 213 年夏季には観測されず 214 年冬季には観測されたが夏季には 213 年と同様に観測されていない室蘭港周辺にはマコンブ群落には同形のヤヤンコンブ (Laminaria fragilis ) が生育している 4) ヤヤンコンブはマコンブと異種とされていたがマコンブの 1 年生葉体に非常に似ていているため後に同種とされたヤヤンコンブはマコンブ 1 年生葉体の中で生長が早く再生せずに流れる群であり一部の再生葉体だけがマコンブの 2 年生になるという説がある 4) これらのことから 2 年生が観測されない理由として長周期波対策工にはマコンブのうちヤヤンコンブが繁茂しているものと推察される (2) 海藻繁茂と植食動物枠取り調査によって採取したウニは 214 年夏季調査においてキタムラサキウニ (Strongylocentrotus nudus) が採取されたがそれ以外はエゾバフンウニ (Strongylocentrotus intermedius) のみだった図 -4 に採取したウニの殻径と生殖腺指数を示す各個体の平均生殖腺指数はエゾバフンウニが 213 年夏季 214 年夏季にそれぞれ 26.7% 26.3% であり最も大きいものは.9% だったしかし 214 年冬季は 4.2% と生殖腺は極めて少なかったキタムラサキウニは 214 年夏季で 28.8% だったウニの出荷の目安となる生殖腺指数は 18% ) であるよって夏季は十分に摂餌を行っているため海藻繁茂によるウニの蝟集効果が観察されたこのことから自然環境調和機能が機能していることが示唆された (3) 海藻繁茂と流動の関係図 -4 に 214 年夏季の各観測地点における海藻の累積被度とウニ個体数を示す海藻の優占種および種類については先に述べたとおりであるウニの個体数は上層では観測されないが中層下層と徐々に多くなっているまたウニが多い箇所の海藻被度は小さい傾向にありウニによる食害があることが示唆されたウニの摂餌活動と底面波浪流速については関連があることが知られておりここでは数値計算によって長周期波対策工の流動場状況を算出しウニの摂餌活動と海藻繁茂に関する考察を行う数値計算はまず港内における屈折回折多重反射の適用が可能な非定常緩勾配方程式不規則波動方程式を用いて波浪場計算を行ったそこから長周期波対策工前面の波高を算出し式 (1) に示す微小振幅波理論を用いて底面波浪流速を算出したここに殻径 (mm) 図 -4 ウニの殻径と生殖腺指数 H U max T 2 k L cosh k( h z) sinh kh U max : 底面波浪流速 (m/sec) H : 波高 (m) T : 周期 (sec) h : 水深 (m) z : 鉛直座標 (m) L : 波長 (m) (1)

海藻の累積被度 (%) 海藻の累積被度 (%) 海藻の累積被度 (%) 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 マコンブミツイシコンブスジメワカメウガノモクチガイソウニ類 214 夏季上層 A 部 B 部 C 部 D 部 E 部 214 夏季中層 214 夏季下層 -19-18 -17-16 -1-14 -13-12 -11-1 -9-8 -7-6 - -4-3

4 海藻の累積被度 (%) 海藻の累積被度 (%) 海藻の累積被度 (%) マコンブミツイシコンブスジメワカメウガノモクチガイソウニ類 214 夏季上層 A 部 B 部 C 部 D 部 E 部 214 夏季中層 214 夏季下層図 - 測点毎の海藻の累積被度とウニ個体数 (214 年夏季 ) ウニ個体数 ( 個 /m2) ウニ個体数 ( 個 /m 2 ) ウニ個体数 ( 個 /m 2 ) 出現率 (%) 波高 3.m~ 2.m~2.99m 1.m~1.99m 1.m~1.49m.m~.99m ~.49m E ESE SE SSE S SSW SW WSW W 波向 ( 通常波 ) 図 -6 波向き別波高出現率 (1999 年 ~23 年 ) 表 -1 代表波浪の諸元波向波高 H (m) 周期 T (sec) S max SE(+ESE) SSE S SSW SW WSW(+W) 対象波浪は苫小牧港西港沖 ( 観測点 : 勇払沖 ) で観測された 1999 年 1 月 1 日 ~23 年 12 月 31 日の波浪データである波向き別の出現率は図 -6 に示すように S 方向が最多で SSE 方向と合わせて全体の約 9% を占めるここではウニの摂餌活動を検討することから波高比算出に使用する代表波浪は通常時の波浪を考慮して波高頻度表から % 出現率の波高を設定した周期は現地観測における波高 ~ 周期の相関関係を用いて算出した算出結果を表 -1 に示す波浪場計算結果について図 -7 に出現頻度が高い S 方向と SSE 方向の波高比分布図を示すこの図から波高比は S 方向が SSE 方向よりも高いため長周期波対策工前面のウニの摂餌活動に大き図 -7 波高比分布図 ( 上段 SSE 下段 S) な影響を与える波向きは最も出現頻度が高い S 方向であることがわかる施設前面波高比を算出するにあたり長周期波対策工を図 -8 に示すとおり A~E 部に区分けしそれぞれの区間の施設前施設前面波高比を算定し表 -2 に示したこの結果を用いて式 (1) より算出した代表波入射時の水深.m( 中層 ) における底面波浪流速を表 -3 に示すウニによるコンブの摂餌については底面波浪流速が 2cm/s から摂餌が困難となり 4cm/s 以上では摂餌できなくなるとの報告がある 6) 水深.m の中層では頻度が高い S 方向の通常時の流速がどの区間においても 2cm/s より大きいためウニの摂餌に制限があると

5 水深.m 1% 4cm/s 以上 2~4cm/s 2cm/s 以下 8% 3.% 3.% 3.% 3.% 3.% 流速出現頻度 6% 4% 2%.% 46.% 34.% 33.% 33.% 4.1% 42.3% 12.% 12.9% 12.9% % A 部 B 部 C 部 D 部 E 部水深 1.m 1% 8% 波向図 -8 施設前面波高算定区間表 -2 施設前面波高比算定結果表 -3 代表波入射時の底面波浪流速 ( 水深.m) 波向入射波高前面波高比 (m) A 部 B 部 C 部 D 部 E 部 SE SSE S SSW SW WSW 流速 (m/s) A 部 B 部 C 部 D 部 E 部 SE SSE S SSW SW WSW 考えられるまた竹田ら (1999) 7) は底面波浪流速 2cm/s の発生頻度が 4% 以上で藻場が維持されると報告しているそこで図 -9 に底面波浪流速を 2cm 未満 2~ 4cm/s 4cm/s 以上に分類した底面波浪流速の出現頻度を整理した水深.m の中層では全ての区間におい流速出現頻度 6% 4% 2% % て底面波浪流速が 2cm/s 以上となる頻度が 4% を超過しておりウニによる食害は少なく藻場は良好に維持されると推察される水深 1.m の下層では全地点において出現頻度が 1~13% 程度でありウニによる食害が大きく藻場は良好に維持されないと推察されるよって長周期波対策工においては流動環境が海藻繁茂に影響を与えていると考えられる. まとめ 86.6% 88.% 89.6% 88.% 87.1% 9.8% 1.9% 7.7% 8.8% 1.2% 3.2% 1.% 2.7% 3.2% 3.2% A 部 B 部 C 部 D 部 E 部図 -9 底面波浪流速出現頻度日本海で多く発生している磯焼けの原因のひとつにウニ等の植食動物による食害がある今回の検討の結果磯焼けとまではいかないが太平洋に面した苫小牧港においてもウニによる食害が海藻の繁茂に影響を及ぼしていることが示唆された以下に要点を示す (1) 夏季冬季ともに海藻被度は高く夏季には蝟集したウニの実入りがよいことから自然環境調和機能は良好に機能していると示唆された (2) 214 年には 213 年に観測されなかったミツイシコンブが観測されたことから苫小牧西港港外側付近にミツイシコンブの群生箇所があると推察された (3) 本施設においては流動環境の違いによるウニの摂餌圧と海藻繁茂には関連があり下層では海藻の繁

6 茂か確認されたが流速が小さいためウニの食害により自然環境調和機能は良好に維持されない可能性があると考えられた自然環境調和機能は海藻が繁茂するだけでなく多くの生物が蝟集することで海の生態系が育まれ生物の生活史の一部となる場を提供する本報告では海藻繁茂について考察したが今後は生物の蝟集効果についても解明していくことが必要と考える参考文献 1) 明田定満山本泰司小野寺利治鳴海日出人斉藤二郎谷野賢二 : 複断面構造を有する港湾構造物への海藻群落形成について, 海岸工学論文集, 第 44 巻,pp ) 増殖場造成指針作成委員会編増殖場造成指針 ( 株 ) 地球者 ) 秋野秀樹川合唯史四ツ倉典滋河野時廣 : 北海道泊村沿岸におけるホソメコンブ遊走子の挙動解析の試み平成 17 年度日本水産工学会学術講演会 pp ) 川嶋昭二編著 : 日本産コンブ類図鑑 ( 株 ) 北日本海洋センター 1993 ) 京都府立海洋センター : 藻場の回復造成に向けて季報第 68 号 2. 6) 川俣茂 : 磯根漁場造成における物理的攪乱の重要性水産工学 Vol31 No.2 pp ) 竹田義則坪田幸雄永田晋一郎袖野宏樹 : 自然環境調和型構造物における藻場の流速とウニの食害に関する研究海岸工学論文集第 46 巻 pp

(3) 技術開発項目長周期波の解明と対策沿岸漁場の高度利用ライフサイクルコストに基づく施設整備と診断技術自然災害( 流氷地震津波など ) に強いみなとづくり等 30 項目技術開発項目として 30 項目の中から今後特に重点的積極的に取り組んでいく必要のある技術開発項目として 1

(3) 技術開発項目長周期波の解明と対策沿岸漁場の高度利用ライフサイクルコストに基づく施設整備と診断技術自然災害( 流氷地震津波など ) に強いみなとづくり等 30 項目技術開発項目として 30 項目の中から今後特に重点的積極的に取り組んでいく必要のある技術開発項目として 1 北海道のみなとと技術開発について ~ 効率化とコスト縮減をめざして ~ 港湾漁港に対する要請や社会経済情勢の変化を踏まえながら産学官が技術開発を効率的に推進するための資料として北海道のみなとと技術開発を体系的に取りまとめました 1. 目的背景北海道の港湾漁港では冬季の厳しい自然環境に立ち向かい長周期波や流氷などの海域特性にも適応すること施設の衛生管理や沿岸漁場の高度利用を図ること