初年次セミナー／市民工学概論

2017年4月14日2限＠LR302

フロンティアとしての海洋，まもるべき海岸
市民工学科

内山雄介

自己紹介
内山雄介

本題に入る前に・・・

24,000/1,200,000= 1/501. 3 x 5 x 8 x 4 = 480
550,000/480 = 1,150 … (1)2. 55＋110＝165 [x 104]
1,650,000/480 = 3,440 … (2)3. 55＋110＋250＝415 [x 104]
4,150,000/480 = 8,650 … (3)コミュニケーションカード
Ø 講義を聴いて，「市民工学」と「海洋・海岸」の関係について，初めて知ったこと，あるいは特に興味を持った事例などを3点（以上）挙げて，それぞれに対する意見やコメントを書いて下さい．
Ø 最後に，この授業に対する感想を自由に記述して下さい（否定的な感想でも減点などはしませんので正直にどうぞ）．

講義資料について
Ø WebからのDL配布のみとします．
h<p://coast.dce.kobe-u.ac.jp/?Classes
Ø あるいは「神戸大，内山」で検索，研究室HP→「Classes」タブでアクセス可能．
Ø 資料PDFの解答パスワードは，「gairon17」です．

市民工学と「海岸・海洋」• 土質力学 ：地盤工学，斜面安定• 構造力学 ：鋼構造，コンクリート構造• 土木計画学：交通，都市，土木経済• 水理学：河川，水文，海岸

海岸工学とは？
• そもそもは：海岸侵食，港湾・航路• 沿岸防災（津波，高潮），沿岸・海洋環境，海洋開発・利用・保全

フロンティアとしての海洋

特記なき場合，出典は「国土交通」Vo. 118 (2012-2013)日本の国土面積
38万km3（世界61位）
領海12海里（22 km）

排他的経済水域（EEZ）
200海里（370 km）
領海とEEZの合計447万km3（世界6位）

各国のEEZ (＋領土) の広さを視覚化すると

図面：Theo DeuYnger作成

領海とEEZの合計面積ランキング

ß 6位！

出典：h<ps://sites.google.com/site/globaleconomicindicatorsjapan/shi-jie-quan-Y/eezto-ling-haiwo-hewaseta-guo-bie-shun-weitoeezto-linghaito-ling-tuwo-hewaseta-guo-bie-shun-weiwogurafu-huashite-ren-kou-mi-dutono-guake-hewasekara-fen-xishitemiru

領海＋EEZ＋領土の合計面積ランキング

ß 9位！

出典：h<ps://sites.google.com/site/globaleconomicindicatorsjapan/shi-jie-quan-Y/eezto-ling-haiwo-hewaseta-guo-bie-shun-weitoeezto-linghaito-ling-tuwo-hewaseta-guo-bie-shun-weiwogurafu-huashite-ren-kou-mi-dutono-guake-hewasekara-fen-xishitemiru

海洋開発・利用・保全に対する市民工学の役割

洋上風力発電

瀬戸内海で初の洋上風力発電ファーム誕生か。自然電力株式会社などが淡路島西岸沖で、発電所適地調査に乗り出す。最大20基建設案も（RIEF，2016年3月28日）
出典：一般社団法人環境金融研究機構HP

風力発電適地面積の割合à

世界の風力発電の累計導入量（1996-2015年，wikipediaより）
洋上風力発電の累積設備容量推移（wikipediaより）à

出典：h<p://sustainablejapan.jp/2014/07/16/
wind-power-market/11154

着床式洋上風力発電（茨城県鹿島港）

h<p://www.komatsuzaki.co.jp/windpower/kamisu3.php

約680haを「再生可能エネルギー源を利活用する区域」に指定．

護岸から50m沖側に7基設置済み

浮体式洋上風力発電（長崎県五島椛島）

環境省浮体式洋上風力発電検証事業
として2010年より稼働．現在は2000kW風車による検証実験中．

写真：h<p://www.city.goto.nagasaki.jp/contents/sightseeing/column_detail.php?colum_id=96

低炭素社会に向けて（海運）
国連のIMO（国際海事機関）
において日本は世界有数の海運・造船国として海運が排出するCO2削減を主導．
マルポール条約（2011）により2013年以降の新造船は一定の燃費基準に適合しなければならなくなった．
日本は世界に先駆けて2025年までに30%の削減目標．
燃料：重油から天然ガスへ．
à その他の技術？？

船舶工学的アプローチ：抵抗の低減
流体抵抗
船底を泡で覆うことで摩擦を低減，燃費を向上させる

h<p://www.kiesinc.jp/swim/stream/suiei1.htm

ß ゴルフボールのディンプル
武藤ら（2008）より引用

船舶の最適航路問題（weather rouYng）
外航船航路における低燃費かつ台風を回避する経路探査結果
台風を回避して移動した航路

リルーティングによる予測航路

台風を回避せずに移動した航路

Oct-4 , 09:00

Oct-4 , 17:00

Oct-5 , 01:00

Oct-5 , 09:00

Oct-5 , 17:00

Oct-6 , 01:00

Oct-6 , 09:00

Oct-6 , 17:00

0123456789 10

wave height (m)市民工学科H27卒論（黒澤賢太君，内山研）より

EEZの開発〜海洋国家日本のプレゼンス
エネルギー需要の高まり
海底の原油，天然ガス開発
海洋開発に必要なもの
海上生産プラント，掘削船など躍進する韓国，シンガポー
ル，中国，ブラジルなど．
日本のシェアはわずか1%

EEZの開発〜2020年に向けた各国の取り組み

国土交通省海事局取りまとめ資料より引用

メガフロートの可能性
メガフロート：超大型浮体式構造物，巨大人工浮島
ß 清水港の海釣り公園として使われていたメガフロート（写真：静岡市）↑ 三重県南伊勢町にある「マリンパー
クくまの灘」のメガフロート。実証実験に使った際の滑走路の表示が残っている（写真：日本造船技術センター）
ß 兵庫県南あわじ市の「うずしおメガフ
ロート海釣り公園」にあるメガフロート。
長さ150mの桟橋の先に係留されている（写真：名執一雄
出典：日経新聞

h<p://www.nikkei.com/arYcle/DGXNASFK0600I_W1A400C1000000/

羽田空港沖合展開（D滑走路）

埋立工法

桟橋工法

横須賀市沖に浮かべた全長1kmのメガフロートの滑走路。実験は2001年3月まで続いた（写真：国土交通省）

浮体工法

Ø 米空母艦載機NLP訓練代替施設（岩国飛行場沖合拡張案）
Ø 普天間飛行場代替地
出典：日経新聞

h<p://www.nikkei.com/arYcle/DGXNASFK0600I_W1A400C1000000/

羽田空港沖合展開（D滑走路）：桟橋工法

東京空港整備事務所HPより

鹿島建設HPより

延長1,100m，最大幅員524m延べ約52万m2。GPSによるIT施工で長さ約90m，杭径1.6m，約1,170本の鋼管杭を海底下約70mの支持地盤に打設。
その後，曳航してきた鋼製ジャケットを鋼管杭上に据付ける。ジャケットは全198基，1基の重さは最大1,600t。

北極海航路の開発

出典：h<p://www.toyo-keizai.co.jp/news/general/2013/post_5401.php

現在，日本ー欧州間の往来には南回り航路（マラッカ海峡，スエズ運河経由）を利用している．横浜からロッテルダムまで21,000 km．ソマリア沖での海賊襲撃リスク．

北回り航路：温暖化に伴う北極海海氷面積の縮小により航路として利用できる期間が増加．ただし現在は夏期の4ヶ月間のみ．ロシア砕氷船の先導が必要．低水温のため重油流出時にバクテリアによる分解が遅い．

海洋フロンティアの拠点：特定離島
南鳥島（日本最東端）
東京から約1,862 km，面積1.51 km3（リーフ内），亜熱帯気候（年平均気温26度）

沖ノ鳥島（日本最南端）
東京から約1,700 km，面積5.78 km3（リーフ内），熱帯気候（年平均気温27度）

沖ノ鳥島

沖ノ鳥島：40万km2に及ぶEEZを有する．2月と6月に職員2−3人，作業員約40人が3−4日かけて渡航し，維持管理を行う．

南鳥島南鳥島：1968年に返還．43万km2のEEZ．人間活動の影響を受けないため地球環境観測に適している．気象庁から常時10名程度が南鳥島気象観測所に渡り業務を実施．港湾整備中．

南鳥島

周辺海域海洋資源開発拠点としての港湾を2010年度から整備開
始．島の南に長さ160m，水深8mの岸壁．東京港湾事務所から3名の職員が常駐し，低潮線の保全を行っている．

まもるべき海岸〜温暖化の影響〜

地球温暖化と海岸
IPCC（気候変動に関する政府間パネル）第5次報告によると，1986〜2005
年平均 を基準とした海面水位は，21世紀中頃で0.17〜0.38m，21世紀末には0.26〜0.82m程度上昇すると予測されている．
全世界平均海面変動量の予測結果（IPCC-AR5, 2013）

à 海岸への影響？

気候変動に伴う沿岸への影響要因とその影響

IPCC第5次評価報告書によれば、気候変動により「気温・海水温の上昇」、「海面水位の上昇」 が予測されている。沿岸部(海岸)においては、それぞれ「強い台風の増加」(すなわち「高潮偏差の増加」、「波浪の増大」)及び「海面水位の上昇」等の影響要因が懸念される。（国土交通省，2015）

温暖化の直接影響〜海岸の喪失防護に対する被害
Ø 水位上昇による汀線の後退，海岸侵食Ø 海岸保全施設に作用する外力や洗掘の増加．
Ø 海面上昇が生じると，上昇そのものに加えてそれに伴う海岸侵食の2つの要因によって砂浜が消失する．
ß 図面：三村（1993）より海面水位の上昇による東京湾の干潟・浅場の変化

ß 出典：第2回沿岸部(港湾)における気候変動の影
響及び適応の方向性検討
委員会資料

CMIP5に基づく海浜侵食量の将来予測

Bruun則による砂浜消失率の予測結果によると，20cmの海面上昇で36%，60cmの海面上昇で83%，80cmの海面上昇で91%の砂浜が消失する（有働ら，2013, 2014）

海岸環境変化の将来予測↑ IPCC-AR5各シナリオ時の海面上昇に伴う全国平均海浜侵食面積の予測（有働ら，2013）
水産庁（2008）による藻場面積（上），干潟面積と浄化能力（下）の推移と予測 à
u 水温変化による生態系変化（例えば捕食者の増加à磯焼け）な
どその原因は複雑．

気候変動と想定される海岸構造物への影響
Ø 海面水位の上昇による堤体前面水位の上昇
Ø 強い台風の増加による高潮水位の上昇
Ø 強い台風の増加による波高の増大Ø 汀線の後退による堤防・護岸等への影響
出典：国土交通省資料

Ø 堤体の滑動，転倒，倒壊 • 被覆工，上部工の被災想定される被害：Ø 越波・越流に伴う洗掘による堤体の被災、破堤Ø 汀線の後退による防護機能の低下

まもるべき海岸〜巨大災害〜

シンポジウム：神戸における自然災害の防止・減災を目指して（2016）講演資料より

津波とは？
主に地震，火山活動，地滑りなどによる海底地形の急変が引き金となって，圧力を通じて海面が隆起し，それが自由長波として海洋を伝播する現象．
この自由長波は同心円状に広がり，そのうち主に海岸に到達したものが災害を生む．
津波の波長は数10km〜数100kmであり，その速度（波速c, m/s）は，水深をh (m)，重力加速度をg (m/s2)として!=!ℎ!

で表される．沖合（h = 5000 m）ではcは毎時約800km程度．津波の周期T (s)は，𝑇 = ! !!
から，数分から数10分のオーダーである．

41

図：Wikipediaより

津波が海岸に近づくと？
波のエネルギー保存則は，波のエネルギーをE (=ρgH2/8, H: 波高)，群速度をcg (長波の場案，cg=c)とすると∇ !!! = !"#$%.!
沖合での波高Hと水深hをHo, ho，海岸近くでHb, hbとして代入・整理すると，!!
ℎ! !!/!
=!
!!
ℎ!
を得る．この式から，水深が半分になるたびに津波の波高Hは約20％ずつ増加することが分かる．
湾や河口など沖から岸に向かって幅が狭くなる地形でも増幅され，幅が半分になるたびに波高は約40%ずつ増加する．

42

図：Wikipediaより

今村文彦教授 (東北大)
提供

43
43

高潮とは？
主に台風などの低気圧による海面の吸い上げに伴う水位上昇と，向岸風による海水の吹き寄せによって海水位が著しく高まる現象．満潮と重なると特に被害が大きくなる．
高潮も長波であり，その波長は台風の暴風半径（100 km程度）に規定される．したがってその周期!=! !=!

!ℎ!

は津波とほぼ同程度である．ただし，台風とともに移動する強制波としての性質が強く，自由波は前駆波として遠方まで伝播し得る．
沿岸域では波浪（風波）の影響でさらに平均海面が上昇することがある．

図：気象庁HPより

44

吸い上げ: inverse
barometerΔη = ΔP/ρg
1 hPaあたり約1cm

吹き寄せ: wind set-up

Δη = Lτs/ρgh
図：気象庁HPより

45

その他に考慮しなければならない物理機構
l セイシュl エッジ波
l プラウドマン共鳴

46

高潮災害

47記録に残る台風・高潮災害
台風

時期

最低気圧

最大風速

高潮
偏差

死者

全壊家屋

室戸台風

1934年9月

911.6 hPa

60 m/s

4.5 m

2,702 人不明

ジェーン台風

1950年9月

940 hPa

50 m/s

2.1 m

398 人

19,131

第2室戸台風

1961年9月

888 hPa

75 m/s4.12 m

194 人

15,238伊勢湾台風

1959年9月

895 hPa

75 m/s3.45 m4,697 人36,135枕崎台風

1945年9月

910 hPa

51 m/s

不明

2,473 人不明

Haiyan (比)2013年11月 896 hPa

65 m/s6-7 m

6,201 人

114万戸

Katrina (米)2005年8月

72 m/s3.53 m

1,836 人16万戸

902 hPaジェーン台風

室戸台風

第2室戸台風第2室戸台風(1961年9月) による高潮偏差 (m)台風経路
H27創造思考ゼミIIよりà

室戸台風に関する報道室戸台風の被害

1934年9月25日。室戸台風で倒壊した花園尋常小学校。(山本六彦氏所蔵)

Haiyan (H25年30号) による高潮・台風被害

Paciﬁc Disaster Center (2013)
Typhoon Haiyan attacked the Philippines on Nov.
13, 2013, causing inundation to sweep many houses. 896 hPa, Max 175 kt, 6,200 casualYes津波災害（主に2011年東北地方太平洋沖地震）

東北太平洋沿岸における歴史津波••••

主に三陸海岸に襲来
宮城・福島沿岸では被害例が少ない
日本海溝沿いの地震で大津波を発生
宮城県沖の地震による津波は小さい
西暦

発生年月日

マグニチュード

和暦

地震
8.6

津波
48.1

3

8.25

27.4

2

1861年 10月21 日 文 久 1年 9月 18日7.4129年

6.8

48年

8.3

353年

7.4

0_869 年 7 月 13 日 貞観11 年 5月26日

1611 年 12 月 2 日 慶長16年10 月28日

1793 年 2 月 17 日 寛 政 5 年 1 月 7日

1835 年 7 月 20 日 天 保 6年 6月 25日
1896 年 6 月 15 日
1933 年 3 月 3 日

1978 年 6 月 12 日

明昭昭治

和和

上：東北日本太平洋沿岸に襲来した主な歴史津波．
右：歴史津波の波源位置．渡邊（1985）をもとに作成．

Historical tsunamis in Tohoku for 400 years and the 2011 Tohoku Eq.

40m in slip

releasingStressaccumulating•

400 years

T.Hatori，Distributions of Seismic Intensity and Tsunami of the 1793 Miyagi Oki Earthquake, Northeastern
56�
Japan, Bulletin of Earthquake Research Institute, University of Tokyo, 62, 297-309 (1987).

文理連携による歴史地震津波の研究（1611年慶長奥州地震津波）
十万年
前

一万年
前

千年
前

百年
前

現将

在

来

歴史記録の再検証
同時代史料の精査

地震学
歴史学（古文書）
地質学（津波堆積物）
堆積学，地質学，変動地形学

津波工学

地震
津
波の周
期
性・
規
模の予測

来襲する津波（仙台平野）
Tsunami First arrival at Sendai
3月11日午後3時56分（毎日新聞）http://www.boston.com/bigpicture/2011/03/massive_earthquake_hits_japan.html
58

来襲する津波（仙台平野）
Tsunami First arrival at Sendai
3月11日午後3時56分（毎日新聞）http://www.boston.com/bigpicture/2011/03/massive_earthquake_hits_japan.html

来襲する津波（仙台平野）
Tsunami First arrival at Sendai（毎日新聞）http://www.boston.com/bigpicture/2011/03/massive_earthquake_hits_japan.html

来襲する津波（仙台平野）
Tsunami First arrival at Sendai（毎日新聞）http://www.boston.com/bigpicture/2011/03/massive_earthquake_hits_japan.html

津波による被害と対応

津波災害の特徴• 広域浸水被害（443 km2）＋大破壊力，河川遡上• 人的，物的（家屋, 施設, 学校, 交通, インフラ, 水産），間接被害• 漂流物（瓦礫，船舶，植生，車両，タンクなど）– 被災車両14万6千台（宮城県の登録台数の1割）• 津波火災，長期浸水，沿岸地形変化（浸食＋堆積）• 施設被害：防災機能の評価（施設，体制，土地利用）• 人的被害：避難体制（情報，避難経路・場所，避難ビル被害）

影響(拡大要因)

素因

誘因

被害

浸水(泥水)

海水 (塩分)，土砂移動，火災発生

溺死 (呼吸困 地域崩壊，難，津波肺)， 火災，農業
延焼，海水被害植物枯流れ

漂流物・船舶，土砂，可燃物

破壊，浸食
堆積，火災
延焼，土砂移動

波力浸水ｘ流れ2

破壊力 (破壊 家屋・施設増)被害，インフラ被害

家屋・施設被害，インフラ被害，環境破壊64

ハード対応【海岸構造物】過去，現在，将来今後整備する海岸堤防高さ（岩手県）

津波の水理（波力にも着目）• 浸水：津波（水塊）などが陸上域に浸入している状態．水が入り込む状況．ここでは，静水圧に加えて動水圧もある．
• 没水：水塊が浸入し水位が上昇し，施設や構造物が完全に没して，水面下になる状況（水中に隠れてしまう）．ここでは静水圧が支配的になる．
• 冠水：没水まではいかないが，少しでも水につかる状況．ここでは静水圧が支配的になる．
• 被水：水塊により少しでも機能を喪失した状態

浸水（静水圧＋動圧）
圧力
衝撃波圧
静水圧＋動圧（砕波前）＋漂流物による衝撃力
段波波圧
（砕波後）
時間

津波段波作用状況（秋田県能代市）

ケーソン倒壊状況（秋田県能代市）
67

津波による影響と損傷モード
外力
荷重因子

フラジリティ
津波の高さ（浮力），浸水時間，津波の流速，衝撃波力，水平力，転倒モーメント

各施設・設備 漏電 (浸水・漏水)，破壊・亀裂，滑の構造・機能 動，転倒，建物の傾斜・倒壊 (洗掘)，損傷モード
取水困難 (漂流物・土砂の堆積）
工学的な対応 防水 (超えない)，耐水 (水に耐える)，
避水 (とどかない)耐津波性の機能
防水

重要な安全機能を有する施設等の設置された敷地において、基準津波による遡上波を直接到達、流入させな
いこと。また、取水路、排水路等の経路から直接流入させないこと

耐水

あらゆる経路から取水・放水施設、地下部等へ漏水する可能性を考慮の上、漏水による浸水範囲を限定して、水密性 重要な安全機能への影響を防止すること。の維持 また，津波の波力・モーメントを評価し，施設・設備に損傷が生じないようにする
避水

重要な安全機能を有する施設等については、浸水防護をすることにより津波による影響等から隔離すること
水位下降に伴う取水性低下による重要な安全機能への影響を防止すること東日本大震災後の基本的考え• 今次津波を受けて，考え得る最大クラスの地震・津波を想定対象に加える「津波防災まちづくりの考え方」が提言された（国土交通省，オンライン）．
• 津波災害に対しては，東日本大震災のような大規模な災害を想定し，「なんとしても人命を守る」という考え方に基づき，ハード，ソフト施策の適切な組み合わせにより，人命を守りつつ，被害をできる限り軽減する「減災」のための対策を実施する．（レベル２）• 海岸保全施設などの構造物による防災対策については，社会経済的な観点を十分に考慮し，比較的頻度の高い一定程度レベルの津波あるいは高潮を想定して，人命・財産や種々の産業・経済活動を守り，国土を保全することを目標とする．（レベル１）

津波防災・減災に向けて• 多重防御の推進– 施設，システム，人材の多重化• 地域で持続可能な防災活動– カケアガレ日本！津波避難（当時60万人，車移動・渋滞）– みんなの防災手帳（意識・知識から判断力向上へ）• 津波防災意識向上へ国内外の普及– 11月5日 津波防災の日（啓発，メモリアル）– 国際津波の日に(World Tsunami Awareness Day)

多重防御の提案（仙台市）
津波の来襲(Kyodo, 2011)

伊達政宗の復興
1611年慶長地震津波から

防潮林

貞山堀
ここは津波被害も小さかった

水田（かつて塩田）

貞山堀
Cyranoski (Nature,Vol.483, 2011)

波（浪）分け神社

72

基本事項の整理
Ø レベル１，２の基本事項の確認
Ø レベル１（設計津波水位または整備可能性堤防高さ ）と施設設計（高さ）との関係の明確化
Ø レベル１と２との混乱，過去の実績とレベル１の混乱
Ø 各種施設（防潮堤など）の多重制御での役割分担と評価（総合）Ø 防災・利用・環境のバランス ＝＞施設高さへの考慮
Ø 持続可能な防潮堤とは何か？
Ø 整備の基準は，設計津波，維持管理費，費用対効果，環境配慮Ø 海岸保全施設の対象は，津波だけでなく，波浪，高潮，浸食おわり