津波避難誘導デッキに作用する津波波力の研究
Research on tsunami wave force affecting a tsunami evacuation guiding deck
加藤 広之*・中村 隆･**八木 宏***・中山 哲嚴****Hiroyuki KATO,Takashi NAKMURA, Hiroshi YAGI and Akiyoshi NAKAYAMA* （一財）漁港漁場漁村総合研究所** 水産庁漁港漁場整備部

第 1 調査研究部 主席主任研究員
計画課*** (独法)水産総合センター水産工学研究所

課長補佐

水産土木工学部**** (独法)水産総合センター水産工学研究所

グループ長

水産土木工学部部長

In the fishing ports, marine equipment and fishery port facilities had greatly been damaged due to theTohoku Earthquake Tsunami occurred on March 11 in 2011.
Fishery operators and employees, tourists and so on, who use fishing ports, are required to ensureroutes to evacuate toward refuges rapidly and safely in case of being assailed by tsunami. In fishingports, artificial grounds have been utilized for the sites, inasmuch as such artificial grounds haveheights of 10 meters or more, it is presumed to be a facility utilizing as part of evacuation routes.
In order to utilize artificial ground as a part of evacuation routes, this investigation report has proposeda calculation method according to hydraulic model experiment and numerical simulation with regard towave force and aerodynamic lift as external powers affecting artificial ground by tsunami.
Key Words : tsunami,, hydraulic model experiment , wave force,

1．概要
2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖津波により，漁港では水産施設・漁港施設に甚大な被害が発生した．
漁業者や就労者，観光客などの漁港を利用する人々は，津波来襲時に避難場所へ迅速かつ安全に避難するためのルートを確保する必要がある．漁港においては，用地として人工地盤を活用しており,このような人工地盤は数メートルから十数メートルの高さを有することから，避難路の一部として利用する施設とすることが考えられる．
本調査研究は,人工地盤を避難路の一部として利用する津波避難誘導デッキにおいて，津波により作用する外力としての波力および揚力について，水理模型実験および数値シミュレーション（キャドマスサーフ）により算定方法を提案したものである．

水産総合研究センター水産工学研究所漁港水理実験棟
内の大型造波水路を用いた．
・水路外形寸法：幅 1.0m×深さ 2.0m×長さ 100m
・造波機 ：ピストン型 長周期波造波装置

写真-１ 大型造波水路

2．水理模型実験 による津波外力の研究
津波避難誘導デッキに作用する津波波力と揚力について，2 次元水理模型実験により計測し，既往の研究成果と比較，津波波力および揚力の算定方法を提案した．

2.1 水理模型実験
写真-2 避難誘導デッキ模型設置状況

ここでは，水理模型実験の概要について示す．

(1) 実験施設(2) 実験模型

実験に使用する施設は,写真-1 に示す独立行政法人

1) 実験縮尺

13

(4) 計測項目

実験縮尺は実験水路の規模,造波性能を勘案し，1/81 とした．
2) 海底床海底床の模型は陸域及び泊地を想定した水平床を設け,泊地水平床の前面（沖側）の海底勾配は1/30,1/20 及び 1/10 の 3 種とし,実験施設の水路長を勘案し,水路床とは勾配 1/10 で擦り付けた．
海底勾配 1/30 の模型形状を図-1 に示す．
3) 避難誘導デッキ模型
避難誘導デッキ模型は１スパン断面を切り出した床版と脚とし，脚は岸沖側端の各 1 本とした．
津波避難デッキの模型設置状況を写真-2 に示す．
4) 防潮堤模型
防潮堤模型は胸壁タイプとし,天端高は非越流（津波が越流しない高さ）とした．
例:海底勾配1/30

模型縮尺：1/81

2.0ch-2

ch-1

ch-6

2.2 実験結果の整理

地盤

実験水位

1.51) 水位
容量式波高計を用い，沖側 1 箇所，泊地 1 箇所，避難誘導デッキ前後 5 箇所，背後地 1 箇所とした．
2) 流速
電磁流速計を用い，泊地 1 箇所,避難誘導デッキ前後 3 箇所で計測を行った．
3) 津波波力（波圧）半導体型動歪み式波圧計により，脚部は鉛直方向に沖側と岸側の各 2 箇所，床版は縦断方向（海陸方向）に床上と床下の各 3 箇所を計測した．
4) 上揚力
床版に作用する上揚力は3 分力計を用い計測した．
5) 津波作用状況
ハイビジョンカメラにて側面から撮影を行い，津波の作用状況を記録した．

1.0

1:30

模型床1:10
0.0
45.0

55.0

60.0

65.0

70.0x(m)

75.0

80.0

85.0

90.0

1.7
ch-3 ch-4
ch-2

泊地

h(m)

1.5

陸域
避難誘導 防潮堤
デッキ

波高計
波高計＋流速計

83.0

84.0x(m)

85.0

86.0

87.0

2
波圧計
No.1

1.6

1.5
83.5

95.0(1) 脚に作用する水平波力

分力計
波圧計

ch-5
地盤

1.082.0

実験の計測結果として，防潮堤の有無における津波波力の時系列,津波水位と流速，揚力の主な結果を示す．

水路床

50.0

2.0h(m)

避難誘導 防潮堤デッキ

ガラス
張り

0.5

468357

避難誘導デッキ

83.7

実験周期30秒の前脚に作用する波力と水位の時系列
計測結果例を図-2～4 に示す．

防潮堤

83.9
84.1x(m)84.3

図-1 実験模型及び計測位置概要図2115(3) 実験ケース

長周期波（押し初動）
孤立波（参考）沖水位(cm) 周期(s)8.1225
6.68
30
5.06
40
7.87
6.89-

設定
ストローク(cm)初期位相(°)
148
270
148
270
148
270
72.81
78.35
-

9663

32129025

30354045-3時間[s]図-2 水平波力と水位の時系列（防潮堤無し）
2121

前脚沖側下(No.1)
前脚沖側上(No.2)
前脚岸側下(No.3)
前脚岸側上(No.4)
前面水位(ch-3)18作用波
床版高(cm) 越流状況 防潮堤の有無
模型
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ1 越流なし
脚無し
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ2中間
床（床＋脚）
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ3 越流あり
床長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ1 越流なし
脚有り
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ2中間
床（床＋脚）
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ3 越流あり
床長周期波（①,②,③）
高さ1 越流なし
脚無し
長周期波（①,②,③）
高さ2
中間
床（床＋脚）
長周期波（①,②,③）
高さ3 越流あり
床長周期波（①,②,③）
高さ1 越流なし
脚有り
長周期波（①,②,③）
高さ2
中間
床（床＋脚）
長周期波（①,②,③）
高さ3 越流あり
床長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ1 越流なし
脚無し
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ2中間
床（床＋脚）
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ3 越流あり
床長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ1 越流なし
脚有り
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ2中間
床（床＋脚）
長周期波（①,②,③）、孤立波（④,⑤） 高さ3 越流あり
床※孤立波は参考

種別

1512-3151815129966332120025-330354045

時間[s]図-3 水平波力と水位の時系列（防潮堤有り）
水平波力は防潮堤がある場合には，防潮堤の反射波により，水位が上昇している．また,波力が大きくなっているようであるが,反射による水位上昇による静水圧の増分と考えられる.
図-4，5 に前脚と後脚の水平波力の差分を示す.
図-4 と図-5 を比較すると，防潮堤有りは反射の影響が

表-2 実験波浪諸元
波浪No.
①②③④⑤180波圧[gf/cm ]海底勾配 Case
1/30 1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1/20 2-1
2-2
2-3
2-4
2-52-6
1/10 3-1
3-2
3-3
3-4
3-53-6波圧[gf/cm ]実験は海底勾配 3 種×床版高さ 3 種×防潮堤の有無
2 種の計 18 ケースと基本とし，床版高さは遡上津波が越流しない高さと大幅に越流する高さ及びその中間高さの 3 種とした．
実験に用いた実験ケースを表-1 に, 波浪諸元を表-2 示す．
表-1 実験ケース

21

前脚沖側下(No.1)
前脚沖側上(No.2)
前脚岸側下(No.3)
前脚岸側上(No.4)
前面水位(ch-3)

18

水位[cm]

波高計＋流速計

波数
0.75
0.75
0.75
1114-3

水位[cm]h(m)

波高計

(3) 揚力

見られるものの，最大水平力に優位な差が見られないことがわかる．

3 分力計の鉛直力合力を上揚力と定義する．上揚力は浮力と揚力の合力となる．
周期 30 秒の上揚力と水位の時系列の例を図-8，9に示す．

0.30
3分力計 水平波力0.25

波圧計 合力0.10
0.050.002530354045-0.05
-0.10

時間[s]

図-4 水平波力と波圧計合力の時系列（防潮堤無し）
0.30
3分力計 水平波力

0.253035

時間[s]

40

上揚力(Fz)浮力(=1.35kgf)
水位(人工地盤前面ch-3)
水位(人工地盤背面ch-4)
床上高(=5cm)
床下高(=3.5cm)

141210864
2045 -2-4-6-8-10-12-14-16

波圧計 合力0.20

図-8 上揚力と水位の時系列（防潮堤無し）
上揚力(Fz)浮力(=1.35kgf)
水位(人工地盤前面ch-3)
水位(人工地盤背面ch-4)
床上高(=13cm)
床下高(=11.5cm)

2.4

0.10

2.00.05

1.60.00
2530354045Fz[kgf]

-0.05
-0.10

時間[s]

2420
161.2

120.8

80.4

40.0

図-5 水平波力と波圧計合力の時系列（防潮堤有り）-0.4-0.8(2) 流速と水位の時系列
実験周期 30 秒の流速と津波避難誘導デッキ前面における水位とプロペラ流速計による流速の時系列計
測結果例を図-6，図-7 に示す．
流速(人工地盤前面ch-3)
水位(人工地盤前面ch-3)
床上高(=12cm)
床下高(=10.5cm)

100201660124082040025303540-4248060

流速[cm/s]

4020

40354045 -4-40-8-60-12-80-16-100-120(1) 津波波力算定法の検討
既往の津波波力の評価式としては，谷本らや朝倉の評価式が良く用いられている．
図-10，11 に水理模型実験結果と既存評価式を比較した図を示す．
図中に示す赤いラインで囲った実験結果が衝撃的な波力が作用したケースであり，ブルーの直線は谷本らの算定法（静水面上），赤い直線が朝倉らの算定法である．破線は静水圧を示す．
衝撃的な波力を考慮しても，実験結果は概ね谷本らの算定法範囲内に収まっている．
また,背面には，静水圧が作用していることがわかる.

8030-20時間[s]-81220-20 25-416

水位[cm]

流速(人工地盤前面ch-3)
水位(人工地盤前面ch-3)
床上高(=22cm)
床下高(=20.5cm)

時間[s]

45

ここでは，実験の計測結果を既往の津波波力,揚力の算定式と比較検討し，津波避難誘導デッキに作用する外力の算定法を検討する.

図-6 水位と流速の時系列（防潮堤無し）
100402.3 実験結果による外力算定法の検討-8時間[s]1203545-20-4030

防潮堤無しの場合は，浮力よりも大きな下向きの力が作用している．これは,床版上下の水位差，流速の違いや床版下部に剝離現象が発生していたためと考えられる．
防潮堤有りの場合には，下向きの力が作用するが，反射波の影響により，防潮堤無しほど大きな力は作用しないと考えられる．

2480025

図-9 上揚力と水位の時系列（防潮堤有り）

水位[cm]

120

水位[cm]

0.15

流速[cm/s]

水平波力[kgf]

1.4
1.2
10.80.6
0.4
0.2
0-0.2 25-0.4-0.6-0.8-1-1.2-1.4-1.6

水位[cm]

0.15

Fz[kgf]

水平波力[kgf]

0.20

-24

図-7 水位と流速の時系列（防潮堤有り）
図-6 より防潮堤が無い場合は，津波水位の減少とともに流速が下がっていることがわかる．一方，図-7より防潮堤が有る場合には，反射波により流速と水位の変化は一致せず，反射波と重なると流速が減少していき,逆向きの流れ（沖向き）の流れが発生していることがわかる．

15防潮堤距離標準（越流多）防潮堤距離標準（越流少）防潮堤距離1/2（越流多）防潮堤距離2倍（越流多）橋桁近似式（参考）1.2

以上のことから，津波避難誘導デッキの脚前面に作用する波力は次式となる．

脚背面に作用する波力
Pmax ＝ρｇηmax

0.8

0.6

0.60.4

0.4

0.2

0.2

0.0

0.00.0

ここに， Pmax ：最大津波波圧，ρ：流体の密度，

勾配1/30 防潮堤有り（越流多）勾配1/30 防潮堤有り（越流少）
勾配1/20 防潮堤有り（越流多）勾配1/20 防潮堤有り（越流少）
勾配1/10 防潮堤有り（越流多）勾配1/10 防潮堤有り（越流少）橋桁近似式（参考）1.0

床下高/水位

(1)

1.2

0.8
床下高/水位Pmax
Z 谷本式
 2.2 1 ρgηmax
 3ηmax 1.00.2

0.4
0.6
0.8
上揚力/床面積/静水圧

1.0-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

上揚力/床面積/静水圧（防潮堤無し）（防潮堤有り）
図-12 実験結果と既存算定法

g ：重力加速度,ηmax ：最大遡上水深

上揚力：

Z ：陸上地面を基準とした上向き正の座標z 2.18(qz /  gaH )  1.16 (2)aH

ここに，Z：桁中心位置 z：桁下高 a H ：津波高ga H ：津波高（ a H ）に対する静水圧
qx：水平波力／桁側面面積 qz：上揚力／桁下面積3．終わりに
本報告では，津波避難施設（人工地盤）に作用する津波による外力の算定法を水理模型実験により検討・整理し，水平力としては谷本式，上揚力としては，幸左らの方法を用いることができることが判明した．
最後に，本調査は岩手県発注による「平成 24 年度 津波避難施設実証モデル事業」の一部をとりまとめたものであり，本調査研究をとりまとめるのにあたり，有益なアドバイスをいただいた東北大学の首藤伸夫名誉教授，岩手大学の堺茂樹教授，防衛大学校の藤間功司教授，秋田大学の松冨英夫教授，はこだて未来大学の長野章名誉教授ならびに岩手県関係各位に謝意を表します．

図-10 実験結果と既存算定法（防潮堤無し）
4.0

勾配1/30 防波堤有り（前面）
勾配1/30 防波堤有り（背面）
勾配1/20 防波堤有り（前面）
勾配1/20 防波堤有り（背面）
勾配1/10 防波堤有り（前面）
勾配1/10 防波堤有り（背面）朝倉ら（非分裂波）(2000)
谷本ら（1984）

Z/ηmax（陸上からの高さ/最大遡上水深）

3.5

3.0

2.5

参考文献
2.01) 谷本勝利・鶴谷広一・中野晋：1983 年日本海中部地震津波に1.5

よる津波力と埋立護岸の被災原因の検討,第31 回海岸工学講演会論文集,pp.257-261.1984

1.02) 朝倉良介・岩瀬浩二・池谷毅・高尾誠・金戸俊道・藤井直樹・
0.5

大森政則：護岸を越流した津波による波力に関する実験的研
究，海岸工学論文集，第47 巻，pp.911-915.2000

0.00.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

3) ファウジ アフマド・鴫原良典・藤間功司・水谷法美：陸上構

Pmax/ρgηmax（最大波圧/流体密度/重力加速度/最大遡上水深）

造物に作用する津波波力の推定手法に関する考察，土木学会

図-11 実験結果と既存算定法（防潮堤有り）

論文集B2（海岸工学），Vol. 65，No.1，pp.321-325．20094) 幸左賢二･宮島昌克･藤間功司･庄司学･小野祐輔･重枝未玲･廣(2) 上揚力の算定法の検討
幸左らは橋脚に作用する上揚力の算定方法を提案しており，図-12 に実験結果と比較した結果を示す.
図より,実験結果は幸左らの算定方法とほぼ一致していることがわかる．
したがって，床版に作用する上揚力は次式となる．

岡明彦･木村吉郎：津波による道路構造物の被害予測とその軽減策に関する研究，道路政策の質の向上に資する技術研究開
発成果報告レポートNo19-2,平成22年6月 新道路技術会議

関連情報1) 平成 24 年度 津波避難施設実証モデル事業 岩手県

16