自然災害科学 J. JSNDS 34 -1 15 -21（2015 ）京都大学防災研究所津波再現装置の特性
平石 哲也 1 ・森 信人 1 ・安田 誠宏 1 ・東 良慶 1 ・間瀬 肇 1

Characteristics of Tsunami Generator Newly Implemented inDisaster Prevention Research Institute, Kyoto University
Tetsuya HIRAISHI1, Nobuhito MORI1, Tomohiro YASUDA1,Ryokei AZUMA1 and Hajime MASE1
Abstract
A middle size experiental wave generator has been implemented is the Ujikawa Open
Laboratory, Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University. The generator iscomposed of a pistontype wave maker, a head strage water tank and a current generator
to mainly reproduce long waves like tsunami and storm surge.The paper desribes several
experimental series to predict the applicability of the generator to model tests. The threeoperating sysemes are capable to be controlled in one operating sysytem and start time iscontorolled separately according with the target tsunami and storm surge profiles. A sharp
tsunami profile is reproduced in adjusting the start timing of piston type wave maker andopening gates of head storage tunk. Any type of tsunami waves are reproduced in the generator
and it becomes a storong tool to predict the effective of „resiliency of hardwares.
キーワード：津波再現装置，津波，造波装置，流れ発生装置
Key words:

tsunami generator, tsunami, wave generator, current generator

1 ．はじめにと呼ばれることになった。今後は東日本だけでな

2011年 3 月11日の東北太平洋沖地震津波は，最く，西日本においても，これまでの想定を上回る

高遡上高40 m 以上，最大浸水高20 m を記録し，巨大津波の発生が危惧されており1），レジリエン

沿岸の防波堤，防潮堤，建物に壊滅的な被害を与シイ（粘り強さ）を有するハード・ソフト対策がえた 1 ）。この地震津波はこれまでの想定をはるか緊急に必要になっている。そこで，巨大津波に対に上回り，千年に 1 回起こるようなレベル 2 津波する減災対策として，効果的なハードウエア防御

1

京都大学防災研究所
Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University

本技術速報に対する討論は平成 27 年 11 月末日まで受け付ける。

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平石・森・安田・東・間瀬：京都大学防災研究所津波再現装置の特性システムの開発を行う必要がある。そのために，る2）。これは，レベル 2 津波と呼ばれる千年に 1

レベル 2 津波の流動・波力特性を把握し，減災効回の巨大な津波に対して，完全に抑止することは果を発揮できる各種構造物の提案と評価を水理実できなくても被害を軽減することができた例（津験で行い，将来の数値計算の検証データも取得可

波の減災効果）であり，レジリエンシイが重要な能な装置として，長さ45 m の津波再現装置を開減災要素になることを示唆している。巨大津波の発した。この装置は 3 つの機能で津波波形を再現

発生は，西日本でも南海トラフ巨大地震津波の発できる最新鋭大型水槽であり，これまで再現がで生として危惧されており，内閣府で想定する断層きなかった津波先端の切り立った水塊と後に続く域は南海道から東海道にかけて非常に広大であ越流を再現でき，実際の津波波形を水槽内で再現る。このような断層域から起こされる津波の規模可能である。本水槽の使用により，新たな津波影を想定しておくことは最悪のシナリオを作ってお響評価の成果と研究展開が期待できる。

くことになるが，いかに被害を軽減できるかについても，詳細な検討が必要である。そのため数値

2 ．目標とする津波波形計算だけでは不十分であり，大型津波水槽を用いた

2011年東北地方太平洋沖地震津波の特徴の一つ

実験的な研究によっても津波の特性を明らかにし，はこれまでの計画津波高をはるかに超えて，多く正確な津波波形を再現しておくことが重要である。の沿岸構造物を破壊したことである。特に，防潮図 2 に釜石港沖20 km の GPS 波高計で観測さ堤が破壊されると大きな水塊がすさまじい勢いをれた津波波形を示す3）。第 1 波は非常に急峻な段持って沿岸の家屋に衝突するため，大槌町や陸前波上の波として伝わり，そのあとに周期の長い変

高田市では役場などの公共的な構造物までも破壊動の小さい津波波形が続いている。したがって，された。津波は非常に長い波であり，最初の衝撃

このような波形を再現するためには，最初に鋭い的な急峻な水の壁（段波）の後も越流が続き，堤ピークを有する津波を造波し，その後，流れによ防の多くは背後すなわち陸地側の地盤洗掘によりる津波を持続させることが必要である。

倒壊している。港口を護る津波防波堤も被害をそこで， 3 種類の手法で津波を起こすことがで受け，深さ60 m の海底から立ち上がる長さ1660

きる長さ45 m のわが国唯一の大型津波水槽を新m の世界最大の釜石湾口防波堤も被災した（写真設した。図 3 に水路のイメージ図を示す。

1 ）。しかし，完全に破壊されることはなく釜石湾内の津波高を減少させるとともに（図 1 ），津波到達時間を遅らせたことが明らかになってい写真 1

津波で破壊された釜石湾口防波堤

3 ．津波発生機構
本装置は， 3 つの津波発生機能を有し，それら

図1

湾口防波堤内外の平均津波高の比較

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自然災害科学 J. JSNDS 34 -1（2015 ）を連携させて津波波形を再現できる。始動タイミ
ングの時間的な調整も可能であり，組み合わせに（1）よって津波高を極端に大きくすることも可能である。図 4 に 3 種の造波方法のイメージ図を示す。
3. 1 ピストンタイプ造波装置
写真 2 にピストンタイプ造波装置の外観を示す。ピストン全高は1.2 m であり，反射波吸収制

where

御機能を有しており，通常の造波装置として機能

a: wave height, h: water depth, t: time

できる。モーターのパワーは60 kW で , ストロー
クは2.5 m である。津波の近似波形は孤立波とし

3. 2 流れ発生装置て造波する。孤立波の理論式は以下の式（ 1 ）で流れ発生装置は，スラスター型ポンプ 2 台である。これをピストンタイプの造波効率 で除しなっており，それぞれ独立の発生口を有している。て孤立波を造波している。

ポンプの出力は200kW であり，逆回転も可能で）

正転と逆転により，それぞれ押し波と引き波を造波できる。写真 3 にスラスター付ポンプの外観を示す。

図2GPS 波浪系で観測された津波波形

図3

図4

津波の造波方法（A）ピストンタイプ造波機による発生，（B）オーバーヘッドタンクによる津波造波，（C）流れ発生装置による津波流の発生

津波再現水漕の鳥瞰図18

平石・森・安田・東・間瀬：京都大学防災研究所津波再現装置の特性

3. 3 水塊落下タンク
落下タンクは 4 m3の容量を有しており，ゲートを開くことで水塊を落下させ，津波を発生させる。ゲートは 3 分割されているが制御は同時に行われる。タンクの高さや水塊の容量を変化させることにより津波の高さや波形を調整する。写真 4にゲートの外観を示す。

4 ．発生した津波の特性
図 5 に津波波形の観測点を示す。観測には，容写真 2ピストンタイプ造波機の駆動部

写真 3

流れ発生装置のポンプ部

図5量式波高計を 8 本用いた。図 6 は孤立波の理論式

写真 4落下式津波発生装置の外観

計測波高計（WG1〜 WG8）の配置図

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自然災害科学 J. JSNDS 34 -1（2015 ）と造波された波形を WG1で比較したもので，理OUTPUT ＝0.9688＊ INPUT(m3/s)-0.0659 （ 2 ）論値と観測値はよく一致し，ソリトン波が正確に再現されていることが分かる。図 7 は各波高計でとして，線形で近似できる。の値の変化を示しており，斜面上になると波高は

表 2 は，スラスターポンプへのインプット値と大きくなり，最も離れた点では砕波によりソリトアウトプット地の関係を示す。インプットは流量ンが崩れ波高は小さくなる。

値で与え，流れ発生装置の制御を行う。INPUT

表 1 はインプットした津波高の一覧を示し，同じ作用を 3 回行った。測定値のばらつきは小さく，No.1波高計における計測値は次式で示された。

値と比例して発生する津波高は大きくなり，その関係は次式で示される。
OUTPUT(cm) ＝92.666INPUT(m3/s) −1.2701（3）
次に，表 3 に示すオーバーヘッドタンクからの水塊落下であるが，これも水塊量がらの落下水量が発生する津波の高さを決めることになり，その関係は以下のようになった。
OUTPUT(cm) ＝0.9688INPUT(m3) −0.0659（4）
水塊落下方式はダムブレイクによる津波上の水流を再現するだけでなく，本装置の特色である時

図6

理論上のソリトンと造波されたソリトン波形の比較

図7

各波高計での最大津波高の変化

表2

流れ発生装置による津波流の発生テスト
ケース

EXP. NO

Constant Flow (m3/min)

Time duration (sec)Trial 60.1

120

Trial 70.2120

Trial 80.3120

Trial 90.35120

Trial 100.1240

Trial 110.2240

Trial 120.3240

Trial 130.35240

表3EXP.NO

落下式水槽による津波発生に関する実験
ケース
Tank Height (cm) Tank Volume (m3) Open height (cm)

実験で用いた孤立波の諸元

Trial 14500.550

Trial 1550

1.050EXP.NO

Wave height (cm)

Water depth (cm)Trial 1650

1.550

Trial 11080

Trial 1750

2.050

Trial 22080

Trial 1850

2.550

Trial 33080

Trial 1950

3.050

Trial 44080

Trial 2050

3.550

Trial 55080

Trial 2150

4.050

表120平石・森・安田・東・間瀬：京都大学防災研究所津波再現装置の特性

図8

時間制御法による波形鋭敏化の効果

間をずらせて三つの機能を制御できる連動制御手

分かり，開閉時間を調整すると，初期の鋭い波形法を活用して，最初のピーク値を極端に大きく合をより鋭くできることが分かった。今後は可動式うることができる。図 8 は， 3 つの連動をおこな防波堤の安定性実験や，ビルに作用する津波波力

い，最初に流れ操作によって非常に長い波を作っ分布等について模型実験を実施し，減災プロジェたのちに落下装置と（a）ピストンによる津波発生クトに貢献していく所存である。

同時に発生させた場合である。（b）は落下汐層のタイミングを2 s ずらして造波したもので，ピー参考文献クが得られている。このように，落下水槽を使う

1 ）中島孝志・田口正行：東南海地震は必ず起こる！，ゴマブックス，2014，82p．
2 ）高 橋 重 雄 他28名：2011年 東 日 本 大 震 災 に よる港湾・海岸・空港の地震・津波被害に関する調査速報，港湾空港技術研究所資料，2011，200p．
3 ）河 合 弘 泰・ 佐 藤 真・ 川 口 浩 二・ 関 克 己：
GPS 波浪計で捉えた平成23年東北地方太平洋沖地震津波，土木学会論文集 B2（海岸工学），
2011，pp.I_1291-I_1295．

ことにより，ピストン型で増波された鋭い波形の津波をさらに鋭くできる。

5 ．まとめ本研究では， 3 つの手法で津波造波ができる装置を開発し，その特性を調べた。その結果，津波の初期の段波を形成するソリトンが精度よく再現されており，鋭い初期波形が形成できた。また，流れ発生装置は制御流量に比例して流れが再現できることが分かった。つぎに，水塊落下タンクは落下する水塊量に比較して波高が上昇することが（投 稿 受 理：平成26年11月13日
訂正稿受理：平成27年 2 月25日）

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自然災害科学 J. JSNDS 34 -1（2015 ）要旨

巨大津波に対する減災対策として，効果的なハードウエア防御システムの開発を行う必要がある。そのために，レベル 2 津波の流動・波力特性を把握し，減災効果を発揮できる各種構造物の提案と評価を水理実験で行い，将来の数値計算の検証データも取得可能な装置として，長さ45m の津波再現装置を開発した。この装置は，ピストンタイプによる津波の造波，流れ発生装置による津波流の発生および落下水槽によるダムブレイク状の津波の造波の 3 つの機能で津波波形を再現できる最新鋭大型水槽である。したがって，これまで再現ができなかった津波先端の切り立った水塊と後に続く越流を再現でき，実際の津波波形を水槽内で再現可能である。
本水槽の使用により，新たな津波影響評価の成果と研究展開が期待できる。