2022.6.9

運河決壊による洪水流による鉄道被害椿 涼太1, 國立 翔愛2, Soroosh Sharifi3
1．名古屋大学大学院 准教授 工学研究科，2．名古屋大学大学院 工学研究科，3．University of Birmingham

研究背景
気候変動による集中豪雨
洪水氾濫による鉄道被害
運行再開まで数ヶ月を要した例も
https://www.railengineer.co.uk/the-day-the-railway-became-a-canal/

道路・鉄道などの交通インフラが損壊することは被災地域の多くの人に影響• 鉄道の被災過程• 鉄道被害の発生地点

氾濫流よる鉄道被害に対し対策が必要
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研究方法「運河の破堤氾濫に起因する鉄道流失被害に関する事例研究」→氾濫流による鉄道流失被害事例に対して評価を行う→評価を行う：

水文・水理解析（水深・流速）

実際の鉄道被害箇所・程度との関連付け

地形的な観点＋水理的な観点の両面から実際の被害について考察(※コロナや遠隔地ということもあり，リモートで資料収集)
類似事例の今後の発生を防ぐ知見・気づきを得ることを狙う．
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検討事例
被害の経緯
2020/8/11午後からスコットランド東部で豪雨が発生
運河に大量の水が流れ込み越流により運河堤防が決壊（8/12)
鉄道に氾濫流が流れこみ被害が発生

被害実例
・線路の基礎土やバラストの流出・浸食

・1kmにわたって鉄道が浸水した
基礎土やバラスト流出・浸食
https://www.railengineer.co.uk/the-day-the-railway-became-a-canal/

3運河・鉄道・被害箇所
凡例

・Union Canal(破堤運河）は等高線に沿って建設（1822)

Glasgow

鉄道
Union Canal

Polmont
station

Edingburgh

河川・水路

DEM 2mElevation
2000

・Edinburgh and Glasgow railway（被害鉄道）が開通(1842)

Linlithgow
station→
500,000

1,000
Esri, HERE, Garmin, USGS

meter(a) 英国全土

meter

Esri UK, Esri, HERE, Garmin, GeoTechnologies, Inc., USGS(c) Polmont-Linlithgow間

凡例

500

meter

鉄道

鉄道の冠水区

Glasgow
Edingburgh
運河破堤箇所間

湛水域↑鉄道の道のの大規模浸食
凡例
鉄道

50,000meter

Esri, HERE, Garmin, USGS(b) Glasgow-Edingburgh間

DEM 2mUnion Canal

Elevation

河川・水路

9030

Esri UK, Esri, HERE, Garmin, GeoTechnologies, Inc., USGS(d) 運河破堤・鉄道被害箇所の周辺地形と被害状況

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解析条件
iRIC Nays 2DFloodを用いて解析を行う。主に次の２つのデータが必要となる①地形データ：数値標高データ（x,y,z)・DEMデータ（道路標高など一部地点を手作業で補正したもの）②流量データ：運河からの水の流出量の時間変化

・3時間の越流（完全越流の式）＋破堤以降（比エネルギー式）より計算し算出
総流出量：75000㎥ 流出時間：12時間5

解析条件
凡例

１ 地形データ範囲:座標(294499.5,675999.5)~(297000.5,678500.5)の長方形範囲

道路
解析範囲
流入区間

２ 格子範囲：J方向1200ｍを350分割 I方向850ｍ横240分割で計算(下図の黒の範囲）＊格子幅は両方向ともに3.5ｍ程度

３ 流出量：12時間（43200秒）で75000㎥
化は前ページのグラフ

時間変４ 粗度係数：森林の箇所0.06で設定（黄緑の範囲）その他の箇所はすべて0.03で設定
５

計算時間：12時間（43200秒）

６

計算タイムステップ：0.02秒

森林範囲
運河

I
500 m

J

6

解析結果
最大水深

水深(計算終了時)

実際の被害箇所
実際の被害箇所と解析結果の比較
解析の浸食被害と被害箇所は一致
解析の線路に沿った浸水域は一致
解析の湛水箇所と被害箇所は一致

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地形的考察今回の鉄道被害の特徴
鉄道

Polmont station
Linlitihgow station

浸水域が鉄道に沿っており長距離浸食被害地点では基礎土の大規模な浸食被害
・運河と鉄道の物理的距離が近い地点がある
・鉄道の方が運河より標高が低い地点にある

運河

1.5km

→氾濫流があまり拡散しないまま鉄道へ流れ込む

・線路は窪地に敷かれているので北側に水がはけずに線路に沿って氾濫流が流れた・浸食被害地点では北に向かって急激に標高が下がる→浸食被害地点では氾濫流が集中した

8地形的考察
運河の破堤地点について

地形起伏と運河の関係
Legend

地表面等高線＋運河

運河中央断面

DEM 2mElevation
90a

30
Union Canal1

高盛土

Railwayb

浸水域
盛土（運河）
切土（運河）
峰地形

2

谷地形

32,500低Esri UK, Esri, HERE, Garmin,
GeoTechnologies, Inc., USGS

meter

図の左右で運河の標高が地表と同程度とすると，図の中央部分では地表よりも運河の標高が相対的に高くなる盛土をしたり，水路橋を建設して低地の上を水が流れることになる．盛土の地点は水が越流す
れば破堤する可能性がある
9水理的0mグラフの座標軸

2,000

600 m

氾濫流の1100 m
主な経路 Esri UK, Esri, HERE, Garmin,
meter

・鉄道は0.12%の勾配で東側に下っている・浸食地点では15%勾配

GeoTechnologies, Inc., USGS

鉄道に流れ込んだ洪水の流量が大きかったため，逆勾配となる西側にも洪水流の一部が広がっていった

支配断面が形成され，そこを越えた氾濫流は，急勾配となっている区間を射流状態で高速に流れ下った10

水理的考察（浸食被害地点）
浸食被害地点の通過流量と計算範囲への流入流量
・最大流量は約4.26㎥/s（t=17400s）であった
・浸食被害地点では12時間中で流量約49900㎥通過（計算範囲への総流入量75000㎥の67%）・グラフの概形が似ている

破堤氾濫流の多くが時間遅れの後に，浸食被害地点へそのまま流れ込んだ→通過流量の時間変化は解析範囲への流入の時間変化に大きな影響を受ける
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結論と今後の課題
本研究において得られた主たる結論を以下に述べる．
１）運河の破堤地点は，周辺地盤よりも運河の標高が高く盛土により運河を通している地点で発生しやすい
２）地形的に氾濫流が集中しやすい地点では，長時間にわたり氾濫流が流れるため地形の浸食が起き，さらに氾濫流の集中を引き起こした可能性がある
今後の課題
１）氾濫流の流出量の時間変化が氾濫解析結果に大きな影響を与えるため，運河内の水位変化などの実測値を用いて氾濫流の流出量時間変化を正確に推定する必要がある
２）氾濫流が集中して流れる地点で正確な流況を把握するためには，氾濫流による地形変化を考慮した解析を行う必要がある

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類似事例の今後の発生を防ぐために（運河）
運河管理者は，運河に越水・破堤のリスクがあることは理解し，点検を行うと共に、被災時の対応も検討していた．（事前のリスク認識と対応策検討）
Union Canal建設から200年ほど経過しているが，これまでこのような破堤は起きていなかった（未発生の災害の予見場
所や状況が異なる地点に展開していくことが重要本発表のモチベーション）
今回の破堤地点は，周囲にくらべ標高が若干低く，また本検討で行った地形的考察などから，危険箇所であることは認識できたが，具体的にこの地点の破堤発生を防ぐ事前対策をとっていなかった（危険箇所への事前対策）

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類似事例の今後の発生を防ぐために（鉄道）
鉄道事業者も，洪水・降雨による冠水などは警戒し，列車を停止させるなどの対応を取っていた．（事前のリスク認識と対応策検討）
洪水流による鉄道盛土の破壊については国内でも海外でもしばしば発生しており，気候変動による今後も発生が続くと予想される．今回の被害発生地点は，地形特性から氾濫流が集中し，また鉄道付近で高速流が発生する箇所であったが，具体的にこの地点の被害を防ぐ事前対策（排水設備設置など）をとっていなかった．（未発生の災害の予見・危険箇所への事前対策）
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謝辞
名古屋大学大学院・酒井崇之先生，中部大学・浅野憲雄先生には地形・地質について有益な情報をいただいきました．
名古屋大学大学院・戸田祐嗣先生，田代喬先生には，多角的な議論をいただきました．
ここに記して謝意を表します．

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