沿岸技術研究センター論文集 No.6（2006）

津波被害予測モデルの構築について
Numerical Modeling of Damage Estimation by Tsunami Disaster爲廣 哲也*・小谷野 喜二**
TAMEHIRO Tetsuya, KOYANO Yoshiji* 前（財）沿岸技術研究センター** （財）沿岸技術研究センター

調査部 主任研究員

研究主幹兼第一調査部長

Tsunami damage is generally estimated by calculating inundation area. However, it is obvious that evenoutflow of the vehicles, drift of ships, collision to buildings by drfting obstacles and destruction ofbuildings by the flow pressure of tsunami cause serious damage. It is useful for making an appropriate
damage reduction plan to estimate the various tsunami damages by numerical simulations. This reportshows the tsunami simulation models considering tsunami energy by adding water level and the speedof running fluid, and the results of numerical simulations calculated for Sendai port and Kesennuma
Bay.
Key Words: tsunami simulation, tsunami energy, outflow damage, drift damage, building destruction damage

1. はじめに3. 地形モデルの作成

従来，津波による被害想定を行う際は，津波の伝搬及び遡上シミュレーションにより浸水域を求め，浸水による被害を想定することが一般的であった．しかし，これまでの津波被害事例をみると，津波による被害としては，浸水被害のみならず，陸上にある車両や貨物等の流出被害，海域にある船舶の漂流被害，これらの流出物や漂流物の住宅等への衝突被害，津波の流圧力による建物の破壊被害等が想定される．このため，津波被害軽減方策の検討に際しては，より実態に則した被害想定を行うことが不可欠であると考えられる．
本稿では，流出・漂流被害や建物破壊被害を想定するためのシミュレーションモデルを構築し，モデル地域を対象としたケーススタディの結果を報告する．

仙台港と気仙沼湾の計算領域は，格子サイズ別に表-1に示す第１領域から第６領域の６つの領域から構成される．それぞれの計算領域は，図-2 と図-3 に示すとおりである．地形モデルは，表-2 に示す水深データと地盤高データを用いて計算領域毎に作成した．
表-1 計算領域と格子サイズ
計算領域
第１領域
第２領域
第３領域
第４領域
第５領域
第６領域

格子サイズ
1,350ｍ格子
450ｍ格子150ｍ格子
50ｍ格子
10ｍ格子
2ｍ格子

2. 検討フロー
検討フローを図-1 に示す．
地形モデルの作成（最小格子間隔２ｍ）

シミュレーションモデルの構築（遡上，流出・漂流，油拡散，建物破壊の４モデル）

モデル地域におけるシミュレーションの実施（仙台港，気仙沼湾）

シミュレーション結果を基に津波被害の予測

図-2 仙台港（左図）と気仙沼湾（右図）の計算領域(1,350ｍ，450ｍ，150ｍ，50ｍ格子)

図-1 検討フロー－ 43 －

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2m格子領域
10m 格子領域
2m 格子領域

10m格子領域

図-3 仙台港（左図）と気仙沼湾（右図）の計算領域(10ｍ，２ｍ格子)

図-5 仙台港の地表面データ（２ｍ格子）

4. シミュレーションモデルの構築
表-2 水深データと地盤高データの概要
項 目水深データ

地盤高データ概 要
・第１～４領域：中央防災会議の水深データ
・第５～６領域：中央防災会議データ，海図，港湾計画図及び深浅測量データ
・第１～３領域：中央防災会議の地盤高データ
・第４領域：航空測量データ，都市計画図，国土地理院 50m データ
・第５領域：航空測量データ，都市計画図及び国土地理院 50m データ
・第６領域：航空測量データ遡上シミュレーションを行う第６領域（２ｍ格子）の陸域については，建物は航空測量データを基に高さ情報を評価し，建物以外（道路や空き地等）は従来通り土地利用状況に応じてマニングの粗度係数により底面粗度を評価した．航空測量で得られた２ｍ格子の気仙沼湾と仙台港の地表面データをそれぞれ図-4，図-5 に示す．

4.1 遡上シミュレーションモデル
遡上シミュレーションの概要を表-3 に示す．数値モデルは，２次元非線形長波モデルとし，時間差分スキームはリープフロッグ法を用いた．想定地震は，明治三陸地震と宮城県沖（連動型）地震の２地震を対象として，事前に仙台港と気仙沼湾のそれぞれについて 10ｍ格子領域迄の遡上シミュレーションを行い，浸水域と流速に着目して津波被害がより大きいと予想される地震を選定した．
その結果，仙台港は宮城県沖（連動型）地震，気仙沼湾は明治三陸沖地震を選定した．想定地震の震源位置を図-6，初期水位分布を図-7 に示す．再現計算時間は，別途実施した 50ｍ格子領域における津波伝搬シミュレーショ
ン（再現計算時間 24 時間）の結果を基に少なくとも津波水位のピークが現れるまでの時間を設定した．
表-3 遡上シミュレーションの概要
項 目
数値モデル
想定地震
初期水位分布時間ステップ

潮位条件
再現時間

概 要
２次元非線形長波モデル
明治三陸地震，宮城県沖（連動型）地震
中央防災会議より提供された海底地盤変動量を基に水位分布を設定
・50m 格子領域：Δt=0.5s
・10m 格子領域：Δt=0.2s
・ 2m 格子領域：Δt=0.05s
・仙台港 ：H.W.L.（T.P.+0.76m）
・気仙沼湾：H.W.L.（T.P.+1.09m）
・仙台港 ：地震発生から６時間
・気仙沼湾：地震発生から５時間

図-4 気仙沼湾の地表面データ（２ｍ格子）
図-6 想定地震の震源位置（参考：中央防災会議ＨＰ）－ 44 －

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表-5 コンテナの流出開始条件（浸水深）
段積み数

空コンテナ

実入りコンテナ(国際)平積み

0.43m 以上

1.20m 以上

３段積み

0.74m 以上

2.08m 以上

(4)船舶
船舶の係留力は，船舶の規模や係留方法により異なる．
係留方法は，「横付け」と「船尾付け」に大別されるが，船尾付けは，漁船を対象とした．
（写真-1）
船舶の漂流条件は，「日本海北部海域における津波発生時の港湾在泊船舶の安全対策に関する調査研究，(社)日本海難防止協会」等を基に係留方法や船舶の規模に応じて表
図-7 初期水位分布-6，表-7のとおり設定した．船尾付けの場合，漂流開始条（左：明治三陸地震，右：宮城県沖(連動型)地震）
件は，船尾の係留索による係留力及び船舶の岸壁へ乗り揚げ限界を考慮し，漂流停止条件は，流速が小さい場合に錨
4.2 流出・漂流シミュレーションモデルの抵抗が有効になることから把駐力を考慮して設定した．
1)
なお，船首の錨・錨鎖による把駐力は，流速が大きい場合
流出・漂流シミュレーションモデルは，後藤(1983)
による木材の流出に関する研究成果を基に構築しており， の流圧力に比べて小さいため無視した．
流出・漂流物の流水抵抗及び付加質量を考慮した移流・拡散モデルとした．遡上シミュレーション結果から得られる浸水深，流速，流向の時系列データを入力データとして，２ｍ格子領域において計算を行った．なお，流出・漂流シミュレーションの対象物は，表-4 のとおりとした．
表-4 流出・漂流シミュレーションの対象物
流出
漂流

仙台港
車両，木材，コンテナ船舶

気仙沼湾
車両
船舶，養殖資機材

写真-1 係留状況（左：横付け，右：船尾付け）
表-6 横付けの場合の漂流条件

また，各対象物の流出・漂流開始及び停止条件は，既往研究成果等を基に以下のとおり設定した．
(1)車両
・普通自動車，トラック「利根川の洪水（須賀尭三監修・利根川研究会編，1995 年）」を参考に浸水深 0.5ｍ以上になれば流出するとした．
・トレーラー，シャーシ台車までの高さを１ｍと仮定し，台車の高さにコンテナの流出条件（空コンテナ１段積 0.43ｍ）を加えた浸水深 1.43ｍ以上になれば流出するとした．
(2)木材
仙台港で実施した現地調査結果を基に梱包材（製材）を対象とし，浸水深が梱包材の高さ（0.72ｍ）以上になれば流出するとした．
(3)コンテナ
コンテナの種類は，空コンテナと実入りコンテナを対象とした．実入りコンテナは，仙台港における利用状況を基に全取扱量の約６割を占める国際コンテナとした．
また，コンテナの段積み数は，空コンテナと実入りともに３段積みとした．コンテナの流出条件は，水谷ら(2005)2)を参考に津波外力とコンテナ重量との関係から
表-5 に示す浸水深とした．

船舶の規模

漂流開始条件500トン未満水位上昇２m以上 あるいは
流速4.0m/s以上

500トン～１万トン未満

水位上昇３m以上 あるいは流速3.5m/s以上

１万トン以上水位上昇４m以上 あるいは流速3.0m/s以上

表-7 船尾付けの場合の漂流条件
船舶の規模

漂流開始条件漂流停止条件379トン級水位上昇３m以上あるいは流速0.4m/s以下

漁船

流速2.0m/s以上

119トン級

水位上昇２m以上あるいは漁船

流速1.7m/s以上

流速0.3m/s以下(5)養殖資機材
養殖資機材（筏等）
は，永野ら(1989)3)を基に流速が 1m/s以上になれば漂流するとした．

4.3 油拡散シミュレーションモデル
油の流出初期条件としては，地震動により石油タンクが破損したものと仮定し，石油タンクから流出した油は防油堤内に滞油しているものとした．油拡散シミュレー
ションモデルは，後藤(1985)4)の研究成果を基に数値モデルを構築しており，現地条件に合わせて防油堤を設置し－ 45 －

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た 10ｍ格子の地形モデル（遡上抵抗は粗度係数で考慮）において，遡上シミュレーションを行い，計算ステップ毎に防油堤を越流した場合に防油堤内の油が流出するとした．なお，すべての油が流出した場合はそれ以後の油の流出は生じないものとした．

4.4 建物破壊シミュレーションモデル
建物破壊シミュレーションは，２ｍ格子領域の遡上シ
ミュレーション結果から得られた１分毎の浸水深を用いて建物が津波から受ける流体力（抗力 FD）を求め，１分毎に抗力 FD と建物の耐力を比べて破壊の有無と程度を判断した．なお，ある計算ステップで破壊すると判断された２ｍ格子の浸水深は，粗度係数により減衰させた上で次の計算ステップの破壊判定に用いた．建物の区分は，木造とＲＣ造の２種類とし，基本的には住宅地図を基に２階建て以下を木造，３階建て以上をＲＣ造と設定した．
建物に作用する抗力 FD は式(1)で求められる．式(2)は，飯塚ら(2000) 5)より u≒1.1√(g ･hf)として抗力 FD を浸水
深 hf のみで表したものである．
FD＝0.5ρCDu2A(1)
2＝0.5γwCDu hfB/g≒0.61γwCDhf2B(2)
ここで，ρは海水の密度,CD は抗力係数，u は陸上流速，Aは投影面積，γwは海水の単位重量(10.09kN/m3),CD は1.1～2.0 とされているうちの危険側の 2.0 を採用，B は浸水部分の幅，g は重力加速度である．また，建物の被害判断基準は，同じく飯塚ら(2000)より表-8 のとおりとした．
表-8 建物の造り別被害判断基準
建物の種類

hf (m)FD (kN/m)

hf (m)FD (kN/m)

ＲＣ造－－

7.0 以上603 以上

木造

1.5

27.4

2.0

49.0

被害
程度

中破

図-9 最大浸水深分布図（気仙沼湾）

5.2 流出・漂流シミュレーションの結果
仙台港における地震発生から６時間経過までの船舶の漂流軌跡を図-10 に示す．陸域では，浸水深が小さいことからコンテナや木材は流出せず，車両が若干流出する結果となったが，海域については，多くの船舶が漂流する結果となった．
・ ：船舶の位置：船舶の漂流軌跡

大破

柱は残っているが壁の一部が破壊される

壁と柱のかなりの部分が折れるか失われる

図-10 仙台港における船舶の漂流軌跡
気仙沼湾では，図-11 に示したとおり車両が流出する結果となり，図-12 及び図-13 に示すとおり船舶と養殖資機材が漂流する結果となった．
津波発生前

５時間後

5. シミュレーション結果
5.1 遡上シミュレーションの結果
仙台港と気仙沼湾の最大浸水深の分布を図-8 及び図-9 に示
す．２ｍ格子という建物も反映した詳細な計算であるため，浸水が道路を通って広がっていくことが分かる．

図-11 気仙沼湾における車両の流出予測結果
津波発生前

図-8 最大浸水深分布図（仙台港）－ 46 －

５時間後

図-12 気仙沼湾における船舶の漂流予測結果

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津波発生前：木造（破壊しない）：鉄筋コンクリート造（破壊しない）：木造（中破）：木造（大破）：鉄筋コンクリート（大破）

５時間後

図-13 気仙沼湾における養殖資機材の漂流

5.3 油拡散シミュレーションの結果

図-15 建物破壊シミュレーション結果

仙台港では，遡上した津波が防油堤を越流しなかったため防油堤内に滞油している油の拡散は生じない結果となった．一方，気仙沼湾では，遡上した津波が防油堤を越流したため油が防油堤外に流出する結果となった．地
震発生前及び地震発生後１時間から５時間までの１時間毎の油の拡がりを図-14 に示す．
津波発生前

１時間後

石油タンク

２時間後

３時間後

４時間後

５時間後

6. おわりに本研究では，浸水深（陸域），水位（海域）及び流速を用いることにより津波エネルギーを考慮した流出・漂流シミュレーション，油拡散シミュレーション及び建物破壊シミュレーションモデルを構築した上で，仙台港と気仙沼湾をモデル地域とした最小格子間隔２ｍの地形モデ
ルに対してケーススタディを行った．その結果，これまでの浸水被害だけではなく，陸域の車両や海域の船舶，養殖資機材の流出・漂流被害，石油タンクから流出した油の拡散被害，家屋の破壊被害を予測することができた．
津波によるさまざまな被害をシミュレーションによって再現することは，より実態に則した被害想定を可能とし，有効かつ効率的な被害軽減方策の検討に役立つものと考えられる．今後，これらのシミュレーションモデルの再現性を検証することや今回の検討対象以外の被害（漂流物が建物や防護施設に衝突する被害等）についても考慮していくことが必要であると考えられる．
最後に，本稿は，国土交通省東北地方整備局より受託した「平成 17 年度 沿岸部と背後地の連携による総合的な津波災害軽減方策検討調査」の成果の一部を取りまとめたものであり，ここに記して関係各位に厚く御礼申し上げます．

参考文献
1) 後藤智明：津波による木材の流出に関する計算，海岸工学講演会論文集，vol.30，pp.594-597，1983.

図-14 油拡散シミュレーション結果（気仙沼湾）

2) 水谷法実・高木祐介・白石和睦・宮島正悟・富田孝史：エプロン上のコンテナに作用する津波力と漂流物衝突に関する

5.4 建物破壊シミュレーションの結果

研究，海岸工学論文集，vol.52,pp.741-745，2005.

仙台港では，浸水した範囲内の建物はＲＣ造であること，浸水深が小さいことから，建物の破壊被害は生じないものと予測される．一方，気仙沼湾については，計算結果の一部として図-9 内の丸囲みエリアの結果を図-15に示したが，木造の建物が多く存在する住宅地において最大３ｍ程度の浸水深となっていることから，建物の破壊被害が生じる結果となった．

3) 永野修美・今村文彦・首藤伸夫：数値計算による沿岸域でのチリ津波の再現性，海岸工学論文集，vol.36，pp.183-187，1989.
4) 後藤智明：津波による油の拡がりに関する数値計算，土木学
会論文集，vol.357/Ⅱ-3,pp.217-223，1985.
5) 飯塚秀則･松冨英夫：津波氾濫流の被害想定，海岸工学論文－ 47 －集，vol.47，pp.381-385，2000.