沿岸術研究センター論文集 No.7（2007）

低頻度メガリスク型沿岸域災害における港湾施設の減災性能評価手法に関する検討
石川健二*・小谷野喜二**・小田勝也***・岡本修***** （財）沿岸技術研究センター

調査部 研究員** 前（財）沿岸技術研究センター*** 国土交通省**** 国土交通省

国土技術政策総合研究所

国土技術政策総合研究所

研究主幹

沿岸海洋研究部沿岸防災研究室長

沿岸海洋研究部沿岸防災研究室

主任研究官

本研究では，港湾施設や緑地・公園などの植生等を減災施設として位置付け，土地利用計画・施設配置計画を考慮した減災性能評価手法に関する基礎的な検討を行った．津波・高潮に対して抵抗となる建物等の３次元性を取り入れたシミュレーションモデルを採用し，従来の粗度モデル
では再現ができない建物等による津波・高潮の減災効果を確認した．さらに，地盤の嵩上げや植生と海岸保全施設との組み合わせによる減災効果について確認した．

キーワード :低頻度メガリスク沿岸域災害，港湾施設の減災性能，超過外力，津波・高潮予測シミュレーション

1. はじめに沿岸域に来襲する津波・高潮被害の想定は一定のシナリオに基づき検討される．しかし，被害想定においては，津波の原因となる想定地震の不確実性や地球温暖化による海面水位上昇や台風規模等への影響により，防護レベルを上回る外力による被害も想定される．従来から津波・高潮といった災害に対しては海岸保全施設による対策が行なわれているが，計画外力を上回る津波・高潮災
害に対してハード対策に頼るのでは莫大な投資が必要となる．そこで，平常時には港湾施設として利用され，巨大災害発生時には減災機能を発揮することが可能な港湾施設やその配置を提案することが港湾機能の有効活用として注目されつつある．すなわち，津波防波堤や防潮堤等の施設のほか，岸壁や上屋・倉庫等さらには臨海部の緑地や植生等による津波・高潮エネルギーの減衰効果や到達時間の遅延効果等を考慮した減災対策，あるいは再開発や土地利用転換等の際に減災対策を考慮した土地利用・配置計画を導入する等の対策が有効と考えられる．
本報告では，低頻度メガリスク型沿岸域災害に対する港湾施設等，第一線に整備されている各種施設による減災性能を数値シミュレーションによって評価する手法について検討した結果について述べる．

びその背後地を対象とした．東京湾では，伊勢湾台風級を想定外力として高潮の防護水準を設定している．このため，本検討での想定外力は低頻度メガリスク災害の発生という観点と近年の地球温暖化に伴う台風の強大化を考慮し，伊勢湾台風級より強い勢力の室戸台風級とした．
伊勢湾台風級による東京港の高潮の偏差は，東京湾の観測値による極値統計解析結果から，135 年規模であることが既往調査で報告されている．本調査で対象とする室戸台風級は伊勢湾台風級よりも台風勢力が強く，再現期間は 150 年以上となることが考えられる．また，IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）報告 1)によると，21 世紀末には海面水位が最大 38～59cm 上昇すると予測されており，想定台風の来襲と海面水位上昇との同時発生を想定する．海面水位上昇のシナリオは，表-1 に示す IPCC 報告の中から，予測値が他と比較して大きく異なる B1 及び A1FI シナリオを除き，A1T～A2 シナリオのうち最大となる0.5m程度の海面水位上昇が起こると想定し，地球温暖化による海面水位上昇分を潮位として考慮した．
表-1 昇温予測及び海面水位上昇予測結果

2. 港湾施設の減災性能に関する検討
2.1 低頻度メガリスク型沿岸域災害シナリオ想定（1）高潮災害のシナリオ想定
モデル港は，臨海部に都市機能が集中し，災害の発生によって大規模な被害が発生する可能性が高い東京港及出典： IPCC 第 4 次評価報告書第１作業部会報告書政策決
定者向け要約(SPM)※オリジナル資料を気象庁が翻訳（2）津波災害のシナリオ想定
モデル港は，津波により大規模な被害発生の可能性が－ 13 －

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高い徳島県の橘港を対象とした．現在の橘港の防護施設
では，中央防災会議で検討されている「東南海・南海地震津波」によって大規模な被害が発生することが考えられるため，「東南海・南海地震津波規模」を想定津波とした．なお，地球温暖化に伴う海面水位上昇は考慮しないものとした．

2.2 数値シミュレーションモデル
現在の津波・高潮予測モデルは非線形長波理論に基づ
く平面 2 次元の計算モデルが主であり，マニングの粗度を土地の利用状況に合わせて設定し，津波や高潮のエネルギーを減衰させる方法が一般的に用いられている．また，建物の影響を考慮した合成等価粗度モデルの研究 2)，
STOC モデル等の研究 3)がある．これらの研究では臨海部における港湾構造物や建物の影響を３次元的に考慮することで，構造物周辺の水位や流速を予測することが可能なモデルが構築されている．
本研究では，1/2,500 程度の地盤高情報や住宅地図データをもとに，図-1 に示すように構造物を地盤高として考慮した地形モデルを構築し，建物周りの水位や流速を予測することが可能な合成地盤高モデルと従来モデルである粗度モデルの予測結果を比較することによって構造物の減災性能を評価した．

粗度モデル

ーションの最小格子である 2.5m メッシュデータは，国土地理院の５ｍメッシュデータをもとにスプライン補間によって作成した．橘港の計算領域は，波源域を含む広領域から最小格子領域（2.5m 格子）までを７領域に分割し，最小格子領域のみ構造物の形状及び高さを格子単位で再現し地盤高とした．地盤高は 1/2,500 の都市計画図などをもとにデータ化を行った．東京湾の計算領域を図-2 に，橘港の計算領域を図-3 に示す．構造物の形状及び高さのモデル化は，住宅地図データから建物等の形状を表す線データを抽出し，線データで囲まれる格子について建物の種類を住宅地図によって特定し，１階建てや２階建てなどの高さを与えることによって行った．ここで得られた建物の高さ情報を地盤高と重ね合わせることで個々の建物の幅，奥行，高さなどの形状を地盤高として表現したものを合成地盤高とし，図-1 に示す地形モデルを作成した．従来の粗度モデルが「津波の遡上抵抗が粗度のみ」と定義されるのに対して，合成地盤高モデルにおいては「津波の遡上抵抗が建物の形状・高さ及び粗度」と定義することができる．
表-2 計算領域と格子サイズ
格子サイズ
東京湾臨海部
32,400ｍ格子
16,200ｍ格子5,400ｍ格子
1,800ｍ格子
600ｍ格子200ｍ格子100ｍ格子50ｍ格子
10ｍ格子
2.5ｍ格子

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
第７領域
第８領域
第９領域
第 10 領域

橘港
1,350ｍ格子
450ｍ格子150ｍ格子50ｍ格子25ｍ格子12.5ｍ格子2.5ｍ格子‐‐‐200m 領域

合成地盤高モデル

600m 領域

5400m 領域

16200m 領域
32400m 領域
1800m 領域

5400m 領域

50m 領域100m 領域

図-1 地盤高(上図)と３次元表示例(下図)

2.3 地形モデル

200m 領域

東京港においては，台風に伴う風や波浪を予測する領域を，広領域から狭領域までの 10 領域に分割し，最小格子領域（2.5m 格子）で構造物の形状及び高さを格子単位で再現し地盤高として作成した．東京港の地盤高は，国土地理院による５m メッシュ数値地図を用いた．シミュレ－ 14 －2.5m 領域
10m 領域

50m 領域

図-2 東京湾臨海部の計算領域

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50m 領域
50m 領域450m 領域150m 領域12.5m 領域
25m 領域
橘港
1350m 領域2.5m 領域

図-3 橘港の計算領域

2.4 高潮被害予測（1）計算条件
高潮予測シミュレーションの計算条件を表-3 に示す．
表には現在の東京湾の防護水準の検討条件と想定シナリオを併記しており，想定シナリオでは防護水準に比べ設定潮位が 0.50m 高くなる．これは IPCC の報告による海面水位の上昇分である．
また，台風コースは伊勢湾台風やキティ台風等のコースを平行移動させ，モデル地区の偏差が最も高くなるコース（図-4）を設定した．
表-3 高潮予測シミュレーション計算条件
想定台風規模
台風コース
静水面（潮位）

東京港の防護水準
伊勢湾台風級
偏差が最大となるコース
H.W.L.=T.P.+0.97m（3）計算結果
シミュレーションの結果，室戸台風級の場合，伊勢湾台風級よりも芝浦付近の偏差が 0.57m 高くなる．最大浸水深分布及び最大流速分布を図-5，図-6 に示す．それぞれ，左図はマニングの粗度モデルによる予測結果，右図は合成地盤高モデルによる予測結果を示したものである．
図-7 には図-5 及び図-6 の差分図を示す．粗度モデルに比べて合成地盤高モデルでは浸水深が小さくなる結果となり，また，最大流速は低下する結果となった．また，図-8 は測線№6 における粗度モデルと合成地盤高モデルの縦断方向に対する水位を示したものであり，合成地盤高モデルでは防潮ライン背後で水位が低下することがわかる．これは防潮ライン背後に位置する建物による減災機能効果であるといえる．
高潮は津波と比較すると緩やかな水位変化であり，陸上の建物などによる減災機能効果は小さいものと想定されたが，ある程度の減災機能があるものと判断される．

想定シナリオ
室戸台風級
偏差が最大となるコース
H.W.L.+0.5m=T.P.+1.47m

粗度モデル

東京港芝浦付近で偏差が最大となるコース

合成地盤高モデル

図-5 最大浸水深

太平洋

粗度モデル

合成地盤高モデル

図-6 最大流速分布

粗度モデル

合成地盤高モデル

最大浸水深

最大流速

図-4 台風コース（2）検討ケース
高潮被害予測の検討ケースは，津波被害の被害予測と同様に合成地盤高モデルと粗度モデルの２ケースとし，さらに港湾施設背後の防潮堤がある場合とない場合の合計４ケースとした．この４ケースによって建物と防潮堤の複合的な減災効果や建物のみの減災効果などを評価した．

－ 15 －

図-7 最大浸水深と最大流速の差分図

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防潮ライン

図-10 初期水位分布

水位・地盤高(T.P.:m)8（2）検討ケース

地盤高
粗度モデル
合成地盤高モデル6

津波被害予測の検討ケースは，合成地盤高モデルと粗度モデルの２ケースとし，さらに港湾施設背後の防潮堤がある場合とない場合の合計４ケースとした．

4防潮ライン

2護岸法線

0500

400300

200

100

0

距離(m)

（3）計算結果

図-8 水位断面分布（高潮）2.5 津波被害予測（1）計算条件
津波予測シミュレーションの計算条件を表-4 に，想定地震の震源域を図-9 に，初期水位分布を図-10 に示す．
潮位条件は，橘港における朔望平均満潮位とした．
表-4 津波予測シミュレーション計算条件一覧
領
範

域
囲

計算格子間隔

12

外洋領域

波源領域

1350m

450m

3～45

橘港

接続補助周辺領域

領域

150～50m

25m

計算時間間隔Δt=0.10(s)基礎方程式

非線形長波理論式

沖側境界条件
陸側境界条件海底摩擦

外洋水位入射最大浸水深分布及び最大流速分布を図-11，図-12 に示す．左図はマニングの粗度モデルによる予測結果，右図は合成地盤高モデルによる予測結果を示したものである．
図-11 及び図-12 の差分図を図-13 に示す．差分図及び図-14 に示す水位断面図より，粗度モデルに比べて合成地盤高モデルでは，浸水範囲および浸水深が小さくなり，最大流速も減衰する結果となった．

6～7
橘港
12.5～2.5m

粗度モデル

他領域と水位・流量を結合

自由透過
完全反射（100m 格子以上）

合成地盤高モデル

浸水計算（150m 格子以下）考慮（n=0.025）

土地利用に図-11 最大浸水深分布

合わせて設定潮位条件

H.W.L. =T.P.+1.130m（=D.L.+2.074m）

初期条件

中央防災会議による東南海・南海地震同時発生モデルによる海底地盤変位

計算時間

津波発生後 180 分（3 時間）

粗度モデル

合成地盤高モデル

図-12 最大流速分布
図-9 想定東南海・南海地震の震源域
出典：内閣府中央防災会議 HP－ 16 －

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水位減少

防潮堤

最大流速

最大浸水深

地盤高嵩上げ
＋植栽

最大水位

流速減少

最大流速

図-15 最大水位と最大流速の差分図
図-13 最大浸水深と最大流速の差分図

4. おわりに

水位・地盤高(T.P.:m)864地盤高粗度モデル
合成地盤高モデル

20護岸法線

防潮堤–20100200300400500600

距離(m)図-14 水位断面分布（津波）3. 地盤の嵩上げと植栽の効果
地盤の嵩上げや植栽の津波減災効果を検討した．その際，緑地や公園等の植栽の減災効果をマニングの粗度係数で評価した．防波堤や防潮堤及び建物の減災機能の評
価方法は各施設の高さや幅がそのまま抵抗として作用することとした．図-15 は埠頭と背後の防潮堤との間の空間において地盤の嵩上げと建物の間に植栽を配置したケースと現況地形の場合のケースのシミュレーション結果の差を示すものである．なお，地盤の嵩上げ高は平均 50cmとし，植栽の効果は，河川氾濫解析における高水敷の粗度を参考に，マニングの粗度係数を 0.08 とした．
結果より，地盤の嵩上げ及び植栽を配置した港湾地区の背後で水位が低減するが，その低減量は非常に小さい．
しかし，流速については，地盤高嵩上げ及び植栽配置箇所において流速が低減することが確認された．

本研究では，従来から用いられているマニングの粗度モデルによる予測結果と構造物を地盤高として考慮した合成地盤高モデルによる予測結果を比較することにより，構造物による津波・高潮のエネルギー減衰効果を確認した．しかし，建物や植栽による津波や高潮のエネルギー減衰効果の程度については実現象との整合をとる必要があるため，水理実験等による検証を行い，モデルの改善を図る必要がある．また，本検討では計算範囲が広く建物が多くなる場合には繁雑な作業が多くなり実用的ではないことや，どの程度のエネルギー損失があるのかがシミュレーションだけでは確認できないことから建物間の縮流・拡流によるエネルギー損失は考慮しないものとしたが，実験結果とモデル地形によるシミュレーション結果を検証することによってより精度の高いシミュレーションを行うことが可能であると考えられる．
本研究で開発した手法は，今後，メガリスク型沿岸域対策の効果の体系化，減災効果の評価手法の開発等に活用することが期待される．

参考文献
1) IPCC 第４次評価報告書第１作業部会報告書 政策決定者向け要約，気象庁ホームページ
http://www.data.kishou.go.jp/climate/cpdinfo/ipcc/ar4/index.html
2) 油屋貴子・今村文彦：合成等価粗度モデルを用いた津波氾濫
シミュレーションの提案，海岸工学論文集，第 49 巻，pp.276-280, 2002.
3) 富田孝史・柿沼太郎・島田昭男：３次元流動モデルによる津－ 17 －

波防波堤の防護効果に関する数値計算，海岸工学論文集，第51 巻，pp.296-300, 2004.