FORUM8 Design Festival 2011
Day-3 5th Design Conference 水工セッション xpswmmユーザー会

xpswmmを用いた津波解析と可視化

フォーラムエイト UC-1開発第一Group 羽田 誠

0. Contents

リスク認知モデルのコンセプト

本研究の背景と目的
リスク認知モデルの構造

数値シミュレーションの実施

xpswmmを用いた津波防波堤の決壊及び家屋の倒壊を顧慮した津波解析
規則ベース行動モデルに基づいたマルチエージェン
トモデルでの津波避難解析



リスク認知及びリスクコミュニケーション



津波解析及び避難解析結果を連携させた三次元バーチャルリアリティ空間の構築
VR空間の仮想避難訓練としての適用
防災計画における合意形成ツールとしてのVR空間の適用

Ⅰ. Introduction

3.11震災から提示される今後の防災計画に活かすべき課題◆ 想定外の津波規模のみでなく、津波防波堤の決壊等が更なる被害の拡大につながった。
◆ 生存者のコメントから日頃の防災意識や緊急時における避難に対する姿勢が明らかになった。
◆ 技術者の責務として解析を行うのみでなく、如何に実際の減災に繋げていくことができるか？

防波堤の決壊等想定外の事象を考慮していな従来の津波ハザードマップ

自分の家までは津波浸水が来ることは無いという過信ハザードマップがかえって安心マップとして機能し、避難の遅れを誘発

これらを教訓として、今後の減災に向けて津波対策の考えたかはその転換期を迎え、その高度化が急務となる。

年齢や避難に対する意識を反映させた避難解析
様々な事象を考慮した
津波解析

リスク認知モデル

三次元バーチャルリ
アリティによる可視化

Ⅰ. Introduction
津波防波堤の決壊

家屋の倒壊

押波もしくはマウンドの洗掘によるケーソ
ンのマウンドからの転倒

津波押波もしくは引波による低層木造家屋の倒壊

GPS波浪計
地震発生からの海面潮位の経時変化実測値

河川遡上

次世代津波ハザードマップ
三次元バーチャルリアリティ空間に津波解析

津波の河川遡上による上流部での被害の拡大

結果及び避難解析結果を連携させた構築により、あらゆるリスクを内包したリス
ク認知空間の構築

xpswmmによる津波解析
さまざまな要因を考慮した津波解析の実施による津波被災要因の分析

仮想避難訓練への参加

仮想避難訓練この三次元空間内で再現された高齢者目線での避難挙動から、避難における様々な問題点の把握が可能となる。

津波浸水挙動

津波解析
結果の出力

EXODUSによる避難解析
規則ベース行動モデルに基づいたマルチエージェン
トモデルによる避難解析の実施による避難状況の再現

防災計画マスタープラン

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

このリスク認知モデルを実際に被災した地域に適用し、津波及び避難の状況を再現を試みる。

釜石港の概要地形データ

Kamaishi Port

国土交通省東北地方建設局釜石港事務所ホームページより

釜石港は東北地方岩手県の南東部に位置する有数の漁港，商港であり，過去にも明治29年，昭和8年，昭和35年と3回大きな津波被害を経験している．
そのため，国の直轄事業として大規模な湾口防波堤の建設が昭和53年から着工し，平成20年に完成している．

区分
陸域出展
国土地理院 基盤地図情報 数値標
高モデル 10mメッシュ

海域(財)日本水路協会 海底地形デジタ
ルデータ M7000シリーズ

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

湾口津波防波堤の概要
小船通

開口部 300

北堤 99050

南堤 670小船通50

LWL ±0.0m

-9.5m

19.0m

矩形ケーソン

台形ケーソンハイブリッド 台 形 ケ ーケーソン
ソン

矩形ケーソン

釜石港湾口防波堤は，平成２２年７月２７日に「世界最大水深（-63m）の防波堤（Ｄｅｅｐｅｓｔ ｂｒｅａｋｗａｔｅｒ）」としてギネス世界記録に認定された世界最大規模の防波堤である．

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

湾口津波防波堤の被災状況
地震発生46 分後 (15:30) : 津波第一波の引き波後の北堤のケーソンが転倒している被災状況
開口部 300

北堤 990小船通
50

南堤 670LWL ±0.0m-9.5m

矩形ケーソン

台形ケーソンハイブリッドケーソン 台形ケーソン

地盤沈下はあったもののケーソンは安定が保たれた範囲
マウンドの洗掘により１/４程度のケーソンが転倒した範囲
津波の引き波によりケーソンの大部分がながされた範囲

矩形ケーソン

小船通50

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

湾口津波防波堤の被災状況
ナローマルチビーム測量による被災状況調査結果

SeaLand

港湾空港技術研究所より

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

市街地の被災状況

Google earth より

陸域での津波浸水では，津波の押波または引波により，多くの低層木造家屋が倒壊，流されたことにより，市街地が壊滅的な様相となった。

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)
9

津波データ

(1) 15:11:35
6.33m

87

astronomical tide level
observed sea level6

GPS 波浪計

5(2) 15:44:10
1.77m

tidal level (m)43(4) 17:56:15 (6) 19:41:30
2.16m
1.54m

21時刻歴図

date

7

地震発生

6

astronomical tide level
observed sea level5

港湾技術研究所より

3

引き波
11分25秒

2
1
0
-1

date

時刻歴図

15:27:30

15:25:00

15:22:30

15:20:00

15:17:30

15:15:00

15:12:30

15:10:00

15:05:00

15:02:30

14:55:00

14:52:30

14:50:00

14:47:30

14:45:00

14:42:30-4

15:00:00

押し波
9分35秒

-3
14:40:00

3.11地震発生後のGPS波浪計の観測値を境界条件として設定して、津波伝播をシミュレー
ト

急激な上昇
6分50秒
15:07:30-2

14:57:30

津波解析に用いる津波時刻歴波形は，国
土交通省港湾局が2007年に釜石港沖約20kmに設置したGPS波浪計による観測値を採用

tidal level (m)

4

22:00

(7)
20:37:201.20m
21:30

20:00

19:30

19:00

18:30

18:00

16:29:55
1.13m
17:30

16:30

16:00

15:30

15:00

-4
14:30

(2007年3月設置)

(3)

-3
14:00

釜石沖

17:00

-2

(5)
18:46:05
1.80m

21:00

-1

20:30

0津波モデルの影響因子

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

GPS 波浪計(1) 海面上昇過程

海面上昇

GPS 波浪計(2) 津波伝播

引き波

押し波

過程

(3) 防波堤決壊

家屋倒壊に伴う津波浸水の変化のシミュレート

過程
防波堤の決壊に伴う津波伝播の変化のシミュレート

Tsunami inundation

GPS 波浪計(4) 家屋倒壊
過程

家屋倒壊

防波堤決壊

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

津波解析モデル
影響因子
コリオリ力を考慮した浅水流方程式

地震発生 34分後にケーソン倒壊
地震発生 51分後にケーソン倒壊

土地利用

河道

倒壊せず津波が越波もない鉄筋高層構造物
倒壊しないが津波越波する低層構造物
倒壊した低層構造物

家屋は地震発生39分後及び 44分後に倒壊するシナリオ.

解析結果の時刻歴検証
実現象

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

解析結果
地震発生26分後 :(15:12)

津波第一波は防波堤天端を越波せず。

地震発生26分後 (15:12) :津波第一波はケーソン目地から湾内に流入し始める。
この時点では防波堤天端からの越波はしていない。

地震発生32 分後:(15:18)

津波第一波は防波堤を越波する。

地震発生31分後 (15:17) :津波第一波は北堤を越波し始める。

地震発生34 分後:(15:20)沿岸部での津波浸水が始まる.

地震発生34分後 (15:20) :津波第一波は防潮堤を越波する.
国土交通省東北地方建設局釜石港事務所撮影

釜石沖約20kmの潮位15：17：0015：18：00
15：19：00
15：20：00

Breakwater began to collapse

15：21：00
15：22：00
15：23：00
15：24：00
15：25：00
15：26：00
15：27：00
15：28：00
15：29：00

This
is the time series of Tsunami propagation
防波堤決壊に伴う湾内への津波伝播の変化
The caisson was collapsed after 34 mindue toafter
thethebreakwatercollapse.
earthquake occurred.

15：30：00
15：31：00
15：32：00
15：33：00

Breakwater began to collapse

15：34：00
15：35：00
15：36：00
15：37：00
15：38：00
15：39：00
15：40：00
The
breakwater
gradually
reduces due
二段階目の防波堤決壊により、防波効果が失われた状
Thecaisson waseffectcollapsed
after 51 min
況のシミュレート
tothebreakwatercollapse.
afterfirstthe earthquake
occurred.

Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)
国土地理院調査
結果I

津波浸水範囲目視判読結果

9.3m
10.2m
9.8m

5.8m

8.7m
7.9m

国土地理院による航空写真の目視判読に基づく。

7.61m
国総研究調査

8.8m
7.6m
8.0m
11.7m

津波遡上高調査結果

土木学会調査

7.32m

9.2m

国土地理院公開の浸水範囲に津波遡上高調査結果をプロット

津波解析結果

防波堤が決壊しないケース

防波堤を完全に決壊さ

これら2ケースのシナリオの相違から防波堤の効果がわかる。

せたケース.
遡上高Ⅱ. Numerical analysis (Tsunami)

津波解析結果の実測比較

防波堤が決壊しないケースでの最大津波遡上高
防波堤を完全に決壊させたケースでの最大津波遡上高
防波堤が完全に決壊したケースでの最大浸水深防波堤が決壊しないケースでの最大浸水深

シナリオ間での相違は防波堤の効果を示す
9.3m
10.2m
9.8m

8.7m
7.9m

5.8m

7.61m
8.8m

7.6m
8.0m
11.7m

遡上高 7-8m はほぼ再現できている

国土地理院調査浸水範囲

防波堤は一部決壊しながらも、完全に防波効果を失うことなく、津波浸水を抑制していたことがわかる

国総研調査遡上高7.32m

土木学会調査遡上高

青葉通り (Point A)における浸水高

15：23：00

釜石沖20 km での潮位

15：23：30
15：24：00
15：24：30
15：25：00
15：25：30
15：26：00
15：26：30
15：27：00
15：27：30
15：28：00
15：28：30
15：29：00
15：29：30

Housesbegan
to collapse
TallbuildingCollapsed
houses
LowRoadbuilding

15：55：00
15：55：30
15：56：00
15：56：30
15：57：00
15：57：30
15：58：00
15：58：30
15：59：00
15：59：30
16：00：00

15：23：00
15：23：30
15：24：00
15：24：30
15：25：00
15：25：30
15：26：00
15：26：30
15：27：00
15：27：30
15：28：00
15：28：30
15：29：00

Velocity vector

Houses began to collapse

Ⅱ. Numerical analysis (Evacuation)

避難解析対象領域
死亡リスクの定義

避難者 1,000人道路上に配置vu

You n g
Male
8%

Age d
Fe male13%
Age d Male
22%

DFMilldeFe male20%

流れの抗力と摩擦抵抗との比 を歩行に対する安全率として定義

避難所 46.0β=2β=1
β=0.5
β=47.8βVelocity (m/s)

5.0

4.0

避難所 3

3.0

Cell#172
2.0

避難所 1

避難所 2

1.0
0.0
0.0

0.2

0.4

0.6

You n gFe male
7%

0.8

1.0

De pth (m)歩行に対する安全性は、浸水高及び流速との双方により評価

Cell#425

MiddleMale30%

Ⅱ. Numerical analysis (Evacuation)

避難経路におけるハザード
6

43
21

Safe t y Fac t o r

Cell#172
Cell#425

5Ve lo c it y (m / s)5

De pt h (m )500

6T0=4800s

Cell#172
Cell#425

T0=4800s

43
2

Cell#172
Cell#425

400

T0=4800s
300
200
100100300

600900T im e (s)000300T im e (s)600900

0300

600

900

T im e _s

避難高台４地点ごとの避難曲線
ハザードのあるケース

ハザードの無いケース

PeoplePeopleT0=4800s

300

T0=4800s

300

200200Refuge 1
Refuge 2
Refuge 3
Refuge 4100

10000-100-1000200

400

600 Time (s)Refuge 1
Refuge 2
Refuge 3
Refuge 4
Mortuary

赤線は55名が死亡したことを示す。

0200

400

600 Time (s)Ⅱ. Numerical analysis (Evacuation)

津波解析結果道路上の避難者1,000名の内訳
Age dFe male13%

You n gMale8%You n gFe male7%

Age d Male
22%

MiddleMale30%MilldeFe male20%

The people who was able to evacuate
避難所3

避難所 1

避難所 2

The people who was dead
避難所 4

避難所 3

避難所 1

避難所 2

避難所 4

Ⅲ. Risk awareness & Risk communication

リスク認知モデルのコンセプト

津波解析

陸域における津波浸水

津波災害に関する様々なリスクを内包

避難解析

避難挙動に関する様々なリスクを内包

津波挙動
避難挙動

三次元バーチャル
リアリティ空間

津波に関する様々なリスクの取り扱いが可能な共通プラットフォーム
津波解析結果及び解析結果となる津波をハザードとして解析した避難解析との双方を三次元バーチャルリアリティ空間で表現

Ⅲ. Risk awareness & Risk communication

バーチャルリアリティでの可視化

解析結果の三次元空間へのインポート

これら解析結果を内包した三次元空間では、津波及び住民の被災時の避難を再現しているため、被災時における物的被害や人的被害の要因分析が可能

Ⅲ. Risk awareness & Risk communication

リスクコミュニケーション手法
近年、公共事業全般にそのあり方の変換期を迎えており、その一つに住民参画が挙げられる。

合意形成
参加

自治体での防災計画マス
タープラン

様々なリスクを内包した仮想三次元空間

住民

Experience

三次元空間での仮想避難訓練
行政と地域住民との合意形成に際しては、情報の質、量の向上が求められてくる。
このようなリスク認知及びリスクコミュニケーション手法により、地域に密着したより効果的な防災計画の立案が可能となる。

Summary

Ⅳ. Conclusion

3月11日に発生した東日本大震災での津波による未曾有の被害は、日本国民に防災対策の在り方について、改めて考え直させる機会になった。
土木技術を結集した防波堤や港湾施設が津波により破壊されてった状況から、ハード対策のみでの防災というのは不可能であり、生命の確保には、地域住民の自助意識によるソフト対策が不可欠となる。
本論では、従来考慮していない因子を考慮した津波解析、津波解析と連携した避難解析、それらの可視化によるリスク認知手法の提案を行った。
今後、これらの新たな技術の運用が実用化され、減災に繋がることを期待したい。

Ⅳ. Conclusion

ご清聴ありがとうございました。