技術資料

XBeachによる波の遡上を考慮した砂浜背後地の浸水計算について
大塚淳一

岩㟢慎介

１．はじめに北海道の多くの砂浜海岸では、砂浜背後の集落や道路などを高波・高潮から防護すること、また、陸域の侵食を防ぐことを目的として護岸や堤防が設置されている。一方、オホーツク海沿岸や太平洋沿岸の一部の砂浜海岸では、砂浜の幅が広く、護岸や堤防が設置されていない区間（無堤区間）が残されている。大きな台風や低気圧が接近した場合、無堤区間の砂浜海岸では、高潮による潮位上昇に加えて、砂浜を遡上する波が背後地の浸水に影響を及ぼすことが懸念される。
波の遡上を考慮した浸水の範囲や深さを再現・予測することは実験や現地観測では難しく、現状では数値計算の力に頼らざるを得ない。砂浜で波が遡上・流下

図－1

2016年台風10号の経路図2)を繰り返す運動は一見単純そうに見えるが、その運動を数値計算で表現する場合、遡上波先端の自由境界の高度な処理や遡上前の砕波や戻り流れなどの浅海域に

２．2016年台風10号の概要

おける複雑な波・流れの計算が必要となり、膨大な計算時間を要することが実務上問題となる。オランダ

2016年8月19日に八丈島付近で発生した台風10号はDeltaresとデルフト工科大学などの研究機関で開発さ南西に進んだ後、南大東島付近で急に進路を変えて北れた数値計算モデルXBeach は波の遡上域を含む浅東に進み、30日9時頃に関東の東の海上から北に進ん海域の波・流れに加えて漂砂と地形変化も計算するこだ。30日17時頃には岩手県大船渡市付近に上陸し、青とができる。XBeachは波の遡上運動に強く影響する

森県を通過した後、31日午前0時に日本海で温帯低気波群の包絡波と長周期波を抽出して計算するSurfbeat

圧に変わった（図－1参照）。道南の沿岸域では30日のmodeを選択することにより、従来、波の遡上計算で18時頃から波高が急速に高まり、国土交通省港湾局の多く用いられていた個々の入射波を解像する計算手法

波浪観測地点（ナウファス苫小牧）では、30日の23時よりも計算時間を大幅に減らすことができるため、実に観測史上最大となる有義波高7.22mが観測された。

務で適用可能な波の遡上計算モデルとして期待でき（※本章は寒地土木研究所月報10月号36ページの記載る。

内容の一部を再掲したものである。）

1)

本技術資料では、2016年台風10号接近時に鵡川漁港周辺の無堤区間で生じた波の遡上による浸水被害の再３．鵡川漁港周辺の浸水被害の概要

現計算をXBeachで行い、計算精度や計算時間などの観点から実務におけるXBeachの適用性を評価した結果を報告する。

図－2に鵡川漁港の位置図と台風10号通過後の漁港周辺地域（汐見地区）における浸水状況を示す。ナウ
ファス苫小牧で最大波高が観測されてから約4時間経過した31日午前3時過ぎに、鵡川右岸に位置するコンクリート製品工場が冠水しているとの情報がむかわ町役場に入った。その後、午前5時頃に鵡川漁港周辺の30

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図－3

図－2

波浪推算の計算領域

 川漁港の位置図と台風10号通過後の漁港周辺地
鵡
域（汐見地区）における浸水状況（写真A～Dはむかわ町から提供されたもの）

汐見地区で道路の冠水と床下浸水（5件）が確認され、ポンプによる排水作業が行われた。冠水・浸水（以下、浸水で統一）の過程が写真や動画で撮影されていない
ため、浸水過程の詳細は不明であるが、住民の目撃情報によると、漁港東側の砂浜（護岸・堤防無し）を遡上した高波が砂浜背後の平地を経由して汐見地区まで流れ込んできたようである。なお、むかわ町を除いて、北海道内で台風10号による高潮・高波の浸水被害の発図－4

 ウファス苫小牧の波浪観測値（青）と観測点のナ
波浪推算値（赤）（推算値はDomain4で得られた値）

生は報告されていない。
４．台風10号接近時の波浪推算であり、CFL条件を満たすように各計算領域のタイ
本章では、台風接近時の波浪状況を把握するため、ムステップを設定した。計算期間は2016年8月1日9時

第3世代波浪推算モデルWAVEWATCH3 (WW3) と～9月1日9時（JST）とした。境界条件として与えた

Simulating WAves Nearshore (SWAN) を使用して風データはDomain1では気象庁全球モデル（気象庁波浪推算を行う。

GSM）、Domain2～Domain4では気象庁メソ数値予報3)4)モデル（気象庁MSM）の海面上10m風速を使用した。
４．１

海底地形はすべての計算領域でGEBCO20205)のデー

波浪推算方法波浪推算では図－3に示すように、110°E～180°E、タを使用した。Domain1とDomain2の波浪推算では20°S～50°Nを最も広域の計算領域Domain1に設定

WW3を使用し、Domain3とDomain4ではSWANを使し、この領域から3段階のネスティングを経由して用した。WW3とSWANの入力パラメータはすべてデDomain4まで計算を行った。Domain1～Domain4のメフォルト値を採用した。

ッシュサイズはそれぞれ0.5°、0.1°、0.0333°、0.0167°
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図－5

４．２

台風10号が北上し津軽海峡付近を通過するまでの風場（気象庁MSM）と有義波高（カラーコンター、Domain2）

波浪推算結果図－4はナウファス苫小牧の波浪観測値（青）と観測点の波浪推算値（赤）を示している。有義波高、有義波周期、平均波向きの推算値は波浪の発達から減衰に至るすべての過程において観測値を高い精度で再現しているといえる。
図－5は台風10号が北上して津軽海峡付近を通過するまでの風場（気象庁MSM）と有義波高（Domain2の推算値）を示している。台風が北上して津軽海峡付近を通過する際、強風域となる台風中心（図－1参照）の右側領域が胆振海岸から鵡川漁港周辺海域と重なったことにより、この海域で高波が発生した様子が再現

図－6

浸水計算の計算領域と海底地形（水深）されている。
５．XBeachによる波の遡上を考慮した浸水再現計算

ら遡上域直前まではメッシュ間隔が20mから1mになるように線形的に小さくし、遡上域の計算メッシュはXBeachでは個々の入射波を計算するNon-hydrostatic

遡上域の地形変化に関する研究事例6)を参考として0.5modeと入射波から長周期波と波群の包絡波を抽出し、mに設定した。遡上域背後の陸域では0.7m～0.8mに設

これらを波の遡上計算の代表波として扱うSurfbeat

定した。XBeachで必要となる各種入力パラメータはmodeを選択することができる。Non-hydrostatic

すべてデフォルト値を使用した。

modeは入射する個々の波の影響がすべて考慮される

沖側境界のB点とC点には全球潮位モデルTPXO97)ため計算精度が高い一方、膨大な計算時間を要する。

で計算した天文潮位に気圧低下による海面の吸い上本検討では実務への適用の観点から、Non-hydrostaticげ効果と風による吹き寄せ効果を考慮した潮位デー

modeよりも計算負荷が小さいSurfbeat modeを適用すタ 8)を20分間隔で与えた。また、沖側境界のB点、Cる。以下に計算方法と計算結果を示す。

点とその間2点に波浪推算（Domain4）で計算された波浪の方向スペクトルを60分間隔で与えた。XBeach

５．１

計算方法

では波浪推算モデルSWANで計算された波浪の方向

計算領域は図－6に示す沿岸方向2,975m×岸沖方向スペクトル（SP2データ）を境界条件として直接与え2,600mの範囲に設定した。計算領域には漁港東側の砂ることができる。側方境界条件（AB、CD区間）は浜区間がすべて含まれる。波の遡上域の勾配は1/10、Neumannとした。海底地形は北海道総務部危機対策

遡上域より沖の勾配は1/60、沖側境界の水深は11.5m

局から提供された北海道沿岸における津波浸水被害予である。沿岸方向のメッシュ間隔は全て5mとした。

測業務成果品の地形データを使用し、陸上部の地形デ

岸沖方向のメッシュ間隔は非一様であり、沖側境界かータは国土地理院が公開している基盤地図情報の5m32

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図－7(a)～(k)XBeachによる浸水再現計算の結果と(l)計算で使用した地盤高メッシュのDEM10)を使用した。XBeachの各種入力パラメータはすべてデフォルト値を使用した。計算期間は2016年8月30日AM9時から8月31日AM9時までの24時間とし、1時間ごとに各計算グリッドの水深を出力した。
５．２

計算結果

図－7にXBeachによる浸水計算の結果と計算で使用した地盤高を示す。また、図－8に鵡川漁港沖の水深10m地点における有義波高の推算値（Domain4）と沖側境界に与えた潮位データを示す。これらの図をもと
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図－8

(a)鵡川漁港沖水深10ｍ地点の有義波高の推算値（Domain4）と(b)沖側境界に与えた潮位データ

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に当時の浸水状況を推察した結果を以下に示す。鵡川

表－1

漁港東側の砂浜海岸では、台風が北海道に接近する前の8月30日13時から地盤が低いところで浸水が始まり、30日15時に砂浜背後の窪地（各図のほぼ中央部）に浸水深の計算値と推定値

地点

計算値

推定値

計算値－推定値（図－2 参照）

(cm)

(cm)

(cm)

A

2530-5B

2030-10C

915-6D

010-101m程度海水がたまった。その後、潮位が低下したた
め、しばらくの間、浸水範囲・浸水深ともに大きな変化は見られなかったが、30日21時から波高、潮位の増加に伴い再び浸水範囲が広がり始めた。鵡川漁港沖ではナウファス苫小牧（図－4参照）と同様に30日23時頃に波高が最大となった。ナウファス苫小牧では30日23時以降、波高が低下したが、鵡川漁港沖では波高がさい結果となったが、計算値と推定値の差は10cm以4mを超える高波の来襲が継続したため、潮位が最大下であり、XBeachの入力パラメータをすべてデフォとなる31日1時まで浸水範囲・浸水深ともに増加を続ルト値としたプロトタイプの計算としては、比較的良け、汐見地区の東側が浸水した。その後も波高が4m好な結果が得られたといえる。今後、入力パラメータを超える状態は続いたが、潮位の急速な低下に伴い、やメッシュサイズの修正などによって計算精度の向上

浸水範囲・浸水深ともに減少した。

が十分見込まれる。

図－2に示す浸水状況の写真(D)では、漁港背後の地域まで浸水していたことを確認できるが、本計算結果ではこの地域まで浸水するには至らなかった。

５．４

XBeachの計算時間について本計算で使用したXBeachのバージョンはv1.23.5527_mpi_netcdf (2018)である。本計算のように計算メッ

５．３

浸水範囲・浸水深の精度評価

シュ数が多いケースではMPIによる並列計算は不可欠

この浸水被害では、浸水範囲と浸水深の調査は行わといえる。使用した計算機のCPUはXeon E5-2630 v4

れていない。そこで、計算結果の妥当性を評価するた

2.2GHz 10core 2CPU、メモリは32GBである。計算でめ、むかわ町役場から提供された浸水状況の写真をもは16コアを使用し、計算を終えるまで約6日間を要しとに、浸水範囲と浸水深の調査・推定を行った。そのた。LinuxとWindowsで計算時間に大きな違いはなか結果、浸水範囲を推定することはできなかったが、図った。計算負荷がやや大きいため、再現計算など、計－2の写真（A）～（D）に示す4地点の浸水深を推定す

算ケース数が比較的少ない条件において実務への適用ることができた。以下に浸水深の調査・推定方法を説が可能といえる。一方、将来予測など、多くの計算ケ明する。

ースを必要とする条件では、計算処理速度の速いCPU調査は2022年8月19日に実施した。調査では、図－2の写真（A）～（D）に撮影されている家屋や電柱などとより多くのコアを使用できる高性能計算機の導入が必要といえる。の構造物が現在も当時と状況が変わっていないことを確認し、各構造物前面の水面位置を写真から読み取り、６．まとめ現地においてその位置から地盤までの高さ（＝浸水深の推定値）を計測した。また、浸水深の読み取り位置

本技術資料では2016年台風10号接近時に鵡川漁港近傍においてGNSS測量を行い、座標を取得した。本周辺で生じた波の遡上による浸水被害の再現計算を調査では、地元住民から提供された浸水位置や深さにXBeach (Surfbeat mode)で行い、計算精度や計算時関する情報も参考にした。浸水被害が生じてから約6間などの観点から実務におけるXBeachの適用性を評

年が経過していたが、多くの地元住民が浸水時の状況価した。XBeachの各種入力パラメータをデフォルトを詳細に記憶していた。

値に設定して計算を行った結果、浸水深の計算値は現表－1に浸水深の計算値と推定値を示す。計算値は地調査によって推定された値よりも全体的に過小評価

推定値の座標に最も近い計算グリッドにおける写真となったが、その差は10cm以下であり、入力パラメ（A）～（D）の撮影時刻（図－2参照）に最も近い時刻ータやメッシュサイズの修正等によって計算精度の向の計算結果を示している。各地点の計算値と推定値を上が見込まれる。また、本計算に要した時間は約6日

比較すると、すべての地点で計算値が推定値よりも小間であった。XBeach (Surfbeat mode)は計算負荷が34

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やや大きいものの、再現計算など計算ケースが少ない

https://www.data.jma.go.jp/obd/stats/

条件において実務への適用が可能といえる。

data/bosai/report/2016/20160906/jyun_

XBeachは波の遡上域を含む浅海域の漂砂や海浜変

sokuji20160816-31.pdf（2022年8月3日閲覧）

形も計算することができる。今後、漂砂や海浜変形に

3） T o l m a n , H . L.: U s e r ma nu al a n d system

関しても再現計算等を行い、XBeachの適用性を評価

documentation of WAVEWATCH-Ⅲ Versionする予定である。

5.16, NOAA/NWS/NCEP/MMAB, p.326, 2016.
4） THE SWAN Team, USER MANUAL SWAN

謝辞：本技術資料では、北海道総務部危機管理対策局から提供された海底地形と国土交通省港湾局によってCycle Ⅲ version 41.31, 2019.
5） General Bathymetric Chart of the Oceans

観測され、港湾空港技術研究所で処理されたナウファ(GEBCO), GEBCO_20 Grid

ス苫小牧のデータを使用した。また、本技術資料を作https://www.gebco.net（2022年9月30日閲覧）

成するにあたり、むかわ町役場総務企画課から浸水状

6） 楳 田 真 也 、 山 本 拓 之 、 由 比 政 年 、 間 瀬 肇 ：況に関する多くの写真・資料など貴重な情報をご提供

XBeachモデルを用いた砂州海岸の波浪と長周期いただいた。浸水深の調査では、むかわ町汐見地区の波の伝播・遡上特性に関する研究、土木学会論

住民の方々に浸水時の状況を親切・丁寧にご説明いた

文集B2（海岸工学）、Vol.74、No.2、pp.775-780、

だいた。ここに記して謝意を表します。

2018.
7） Egbert, Gary D., and Svetlana Y. Erofeeva.:
Efficient inverse modeling of barotropic

参考文献

ocean tides, Journal of Atmospheric and Oceanic
1） Roelvink, D., Reniers, A., van Dongeren, A., vanTechnology, 19.2, pp.183-204, 2002.

Thiel de Vries, J., McCall, R. and Lescinski, J.:8） 大塚淳一、岩㟢慎介：2016年台風10号接近時にModelling storm impacts on beaches, dunes and太平洋沿岸の港湾で生じたWave setupについて、

barrier islands, Coastal Engineering., 56(11-12),

寒地土木研究所月報、No.836、pp.36-41、2022.

pp.1133-1152, 2009.

9） 国土交通省国土地理院：基盤地図情報サイト、

2） 気象庁：台風第7号、第11号、第9号、第10号及び（2022年9月30日閲覧）

前線による大雨・暴風

寒地土木研究所月報№838

2022年12月

2018. https://www.gsi.go.jp/kiban/index.html

大塚 淳一
OTSUKA Junichi

岩㟢 慎介
IWASAKI Shinsuke

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
寒冷沿岸域チーム
主任研究員
博士（工学）

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
寒冷沿岸域チーム
研究員
博士（理学）

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