個別要素型避難モデルを用いた漁港・漁村の津波被害リスク評価手法の開発
Development on Risk assessment of Tsunami Damage in Fishery Port and Village
by Using Discrete Element Type Evacuation Model
岡安章夫*・宇野喜之**・池谷毅*
Akio OKAYASU, Yoshiyuki UNO and Tsuyoshi IKEYA* 国立大学法人 東京海洋大学

学術研究院** 株式会社 エコー 防災系事業本部 環境解析部教授
主任技師

Present evacuation model which is conducted with distinct element model and potential model wasapplied to tsunami risk assessment. Landscape change around tsunami protection device was confirmedby the photomontage of water gate installing.
Key Words : Evacuation Model, Risk Assessment, coastal landscape1．はじめに不確定要素が多く存在する津波被害ついては，リスクマネジメントの観点からリスク評価を行い事前対策や事後対応を論じるべきである．藤間・樋渡 1) は津波被害リスク評価の結果から，リスクを最小とする防潮堤の最適高さを求める手法を提案するとともに，防潮堤を設置した際にも残余リスクが存在することの重要性を示した．津波被害には大きく資産被害と人的被害に分けることができ，津波浸水解析結果に基づき推定される資産被害に比べ，人的被害は避難行動によって大きく変化するため推定が難しい．
2011 年に発生した東日本大震災では津波到達時刻や避難行動の取り方によって，被害が大きく変化することが報告されており，津波浸水と避難行動を合わせて解析することの重要性が明らかになった．
本研究では，街路状況や避難開始時刻や津波発生時刻における不確定要素を取り込んだ避難モデルを開発し，500～4,000 人程度の漁港・漁村における津波被害評価を行う手法を提案する．ており，避難者が集中し避難が難しくなる状況を表現する．

2.1 個別要素型避難モデル
避難者個々の挙動を取り扱う個別要素モデルでは，避難開始時刻や避難速度等の避難者個々が持つ避難行動特性と，衝突回避行動のように周辺の避難者の影響を評価し時々刻々の移動ベクトルを算出する．
本モデルでは，避難者の衝突回避のための挙動を鈴
木ら 1)を参考に(1)の運動方程式により表現する．

m

ここに，m は要素質量(kg)，vi(m/s)は移動速度ベクトル(m/s)，Fwall(N)は壁などの避難路境界線からの斥力ベクトル，Fcol(N)は要素間作用力ベクトル，Fdash(N)は要素間の抗力ベクトルである．vpi (m/s)は，この外力ベクトルに加えてポテンシャルマップによる移動ベクトルを補正した移動速度ベクトルである．
衝突回避ベクトルは(2)式で算出した．

𝐅
2．津波避難モデル
本研究では，複雑な形状の街路内を表すポテンシャルマップ上を，避難者個々が持つ歩行速度や避難開始時刻などの個別プロパティを持って移動する個別要素型避難モデルを用いる．図-1 には 2 つのモデルの模式図を示す．避難解析では避難経路をノード・リンクモデルで表すモデルが多用され，街路形状表す格子状のポテンシャルマップを用いる例は少ない．本研究で用いる個別要素型モデルは，衝突回避モデルが組み込まれdv t
dvi t m pi  Fiwallt  Ficolt  Fidasht (1)dtdt∑∈𝑘 ∙ 𝑙𝒅∙𝒅│𝒅 │(2)

ここに，dij は要素 i からみた要素 j の距離ベクトルである．ki j はばね定数であり，本研究では加藤ら 1)の提案する要素 i の移動方向と要素 j との距離ベクトルのなす角度の他，要素密度 p を考慮する係数α=max(0.3p/pc+0.8,0.5)の導入を提案する．品川駅山手線ホームの平日の混雑状況を現地実験結果や，フルーインの式(v=1.0-3.41k,k:群集密度[人/m2])を参考にした．その詳細は鈴木ら 3)を参照されたい．
図-1(a)中の要素間作用力の発現領域については，1.5m とした．

(a)個別要素型モデル
要素どうしや壁要素との接触回避を考慮し移動方向を決定する．避難者個々の持つ特性(移動速度や避難開始時刻を考慮する．

避難場所からの距離(m) (b)ポテンシャルモデル

各格子におけるポテンシャル値から避難方向を決定す
る．本研究では，避難場所までの距離をデータ化し用いた．また，街区にいる避難者は避難路に向かい移動する．

図-1 避難者の移動方向を決定する 2 つのモデル

M 海岸は扇状地の海岸線にあり，南側に河口がある．
低地が広がる扇状地内は，自然の高台はなく，海岸線近くにあるホテルや，300m 程度内陸にある学校や町役場が避難場所として指定されている．現在も，避難タワー建設や RC 構造 3 階以上の建物は避難場所として避難場所を増やす取り組みをしている．

2.3 避難行動条件
東京海洋大が行った全戸調査では，海岸背後に敷地間の歩道がブロックで仕切られた，2 階建ての住宅密集地域があることが分かった．そのほとんどは木造で地震の揺れによって倒壊する可能性があり，さらにブロック塀に囲まれた歩道も多く有事の際に避難路として使用不可能となる可能性がある．
避難開始条件は，宇野ら 2)のヒアリング調査に基づき，平均避難開始時間を日中 5.9 分および夜間 10.2 分，バラつきを 2.0 分の正規分布で避難者個々にランダムに与えた．歩行速度は，日中条件では 1.0m/s，夜間条件
では 0.8m/s とした．これは異常時の走行や高齢者などの遅行ではなく，健常者の通常時の歩行速度程度であると考えて頂きたい．

2.2 避難路ポテンシャルマップ作成
避難モデルにおける避難路への移動は，宇野ら 2)の手法を用いた本避難モデルにおいて，避難者は，GIS 街区境界線や道路縁のデータを用いて設定される避難路格子内を挙動する．避難者は自宅などを出発点として動き始め，避難路格子内を逃げて避難場所までたどり着く．数値モデル内では，避難場所までの距離を各避難路格子に与え，数値を減ずる方向に動くことで，最終的に避難場所に到達する．

図-2 避難解析に用いたポテンシャルマップ

3．津波モデル3.1 異なる波源モデル
東海地方を過去に襲った津波として明応，慶長，宝永，安政東海地震が挙げられる(例えば羽鳥 3))．次なる発生
津波を正確に予測することは不可能であり，津波被害リスク評価には発生頻度および規模の異なる地震・津波を発生させ，地域の津波被害の可能性を示す必要がある．
本研究では，過去に発表された 4 つの波源モデルを用いて津波浸水計算を行い，地震規模や波源位置の違いによってどの程度浸水域が変化し，人的被害に影響を及ぼすか把握することとした．
(a)東海地震 Mw8.0(b)安政東海地震 Mw8.4(c)南海トラフ地震①Mw9.0(d)南海トラフ地震⑥Mw9.1

図-3 津波伝播・浸水計算に用いた波源モデル

3.2 津波防護施設による浸水低減効果(a)安政東海地震 Mw8.4

最大浸水深(m)(b)南海トラフ地震⑥Mw9.1

最大浸水深(m)M 海岸では，現在標高 6m の防潮堤が建設されているが，東日本大地震以降の検討によって，L2 津波に対応するため標高 11m の防潮堤建設が検討されている．防潮堤の嵩上げによる津波浸水低減の効果は，住民説明などにより一定の理解はあると考えられるが，景観や利用面の課題もあり合意には至っていない．ここでは，表に整理する防護レベルを設定し，津波浸水計算を行った．
表-1 津波防護施設の条件
施設，特性
防潮堤天端高防潮堤の強靭度
水門設置

設定値
標高 6.0m，7.5m，8.5m，9.5m
破壊しない
有無(高さは，その時の防潮堤の高さと同じ)各ケースにおける浸水面積の整理結果を図-5 に示す．
防潮堤が高くなるほど，津波浸水面積は減少する．
南海トラフ地震のケースで比較すると，防潮堤が粘り強くない場合(越流水深 2m で破壊)に防潮堤を 8.5mまで高くしないと防潮堤の効果は表れない．防潮堤を天端高 9.5m まで嵩上したケースでは水門を設置した場合には現状天端高 6m ケースの 5 割まで津波浸水面積は低減する．水門設置と粘り強い化の比較では，水門を設置した場合の方が浸水エリア低減の効果は高い．
東日本大震災では，建物の構造によって倒壊状況が大きく異なり，木造構造は鉄筋コンクリートに比べて深水深 2m で倒壊率が高くなる報告がされている．本研
究で行った M 海岸の背後地域の全戸調査結果ではほとんどの住宅が木造家屋であった．したがって，浸水深が大きくなる場合には，町全体が壊滅的ダメージを受ける可能性がある．一方で，M 海岸のように山や丘の自然の高台への避難が困難な地域では，高台移転が難しい地域では鉄筋コンクリート建物を適当な間隔で配置し避難リードタイムの延長を図れば人命をより守ることができる可能性がある．

4．津波被害リスク評価と津波対策
人的被害は，各計算ステップ時刻における避難シミュレーションを浸水予測計算の 10 秒間隔の浸水深分布
図と比較して検討した．

図-4 地震規模による津波による浸水深の違い

図-5 地震規模，津波防護施設規模および施設粘り強さの有無による津波浸水面積の違い避難者
避難場所

4.1 津波による人的被害推定
人的被害予測には，図-6 に示す浸水予測結果と避難解析に重ね合わせ図によって行った．浸水による避難被害者の判定は，浸水箇所での浸水深 0.5m で身動きが取れないものと判定した．

図-6 津波浸水計算と避難解析の重ね合わせによる人的被害予測4.2 水門設置の効果と影響評価
東日本大震災の復興地域では，以前より高い防潮堤が建設された地域も少なくない．本研究で行った視察調査(図-7)では高い防潮堤によって，背後から海を見渡すことができなくなった現状を確認した．防潮堤に(a) 現状の風景窓を設置し，海を望めるようにしているのは，人々が海の眺望を求めている表れと解釈できる．
図-8(a)に示す通り，M 海岸でも，海岸南側の河口には駿河湾を望める素晴らしい漁港の原風景がみられる．
これは，街の価値の一種と考えられる．一方で，3 章の津波浸水計算結果では，水門設置による効果が確認でき，河口から津波が遡上する可能性が示唆された．津波による浸水低減させる方策として，水門の設置案の検討が避けられない．今後は，水門設置については，原風(b)ローラーゲート
景保全，汽水域という特殊な環境保護の観点や，のり養殖などの漁業活動への影響も考えられ，防災機能だけで設置有無の議論ができない．機能や効果をコスト化し，費用や維持管理のコストと比較してその利便性を判断材料として，建設の是非や材料の選択を行う必要がある．
ドローンで河口部の現状風景を撮影し，高さ 9m の水門を設置した場合のフォトモンタージュを作成した．
モンタージュは 2 つの形式，背が高く視界を遮られる(c)セクターゲートが漁船のアンテナ高さを考慮して漁船の航行を可能に
図-8 那賀川河口からの風景(水門による変化)している(b)ローラーゲート方式と，背は低いものの漁船航行が難しい(c)セクターゲート方式で作成した．
(b)および(c)いずれも水平線付近の防波堤や防潮堤
5．まとめ上の標識，水平線を見ることはできないが，セクターゲートはローラーゲートに比べて構造物による圧迫感は
本研究では，提案する個別要素型避難シミュレーシ
小さい．セクターゲートで注意が必要なのは，回転式のゲートになっており，水底の土砂や流木・ゴミ等の堆積 ョンを，L1 津波以上の規模の異なる津波浸水との重ね状況によって有事の際の稼働に影響がないように維持 合わせた津波被害リスク評価手法の検討を行った．現地視察などによって海岸景観に関する問題意識から，管理を行う必要がある．
フォトモンタージュを用いて，水門により風景中で変化する景観要素を確認した．
(a)(a) 建設中の田老防潮壁(b) 宮古防潮壁内の窓(c) 南三陸町地盤嵩上げ

参考文献

撮影：2017 年 9 月 4～6 日

1) 加藤周平・下園武範・岡安章夫(1995)：個体行動特性を考慮したハイブリッド型群衆避難シミュレーション，土木学
会論文集 B2(海岸工学)，Vol.65，No.1，pp.1316-1320，2009

(b)

(c)

2) 宇野喜之・鴫原康子・岡安章夫：津波人的被害リスク評価のための群衆避難モデルの開発，土木学会論文集 B2(海岸工学)，Vol.71，No.2，pp.I_1615- I_1620．
3) 鈴木章太郎・岡安章夫・宇野喜之・稲津大祐・池谷毅：津波群衆避難モデルにおける滞留時挙動の適正化と避難計
画への活用，土木学会論文集 B2(海岸工学)，(投稿中)．
4) 羽鳥徳太郎：東海地方の歴史津波，月間地球，1985

図-7 震災後の東北地方での津波対策