地下空間浸水解析シミュレーション
はじめに
我が国の都市では、人口や資産、各種の中枢機能が集中し、地下空間を含めて高度な土地利用が行われています。
近年、局地的豪雨が多発し都市部での水害が増加している中、地下街や地下鉄等の地下空間における浸水被害も増加しています。地下空間の浸水は、人命に関わる深刻な被害につながる可能性が高く、その対策は重要な課題となってきています。
本技術は、大都市部の地下に拡がる複雑な“地下空間”と“地上”の浸水状況を同時に解析し、地上から地下空間への氾濫水の流入、地下空間内の氾濫水の貯留、移動等（地下鉄路線を経由しての移動も考慮可能）を解析することができます。
また、河川からの氾濫やゲリラ豪雨等による浸水等、様々な水害を想定した浸水解析シミュレーションを実施することで、適切な浸水対策や避難計画の検討、BCP（事業継続計画）等の検討に有益な情報を得ることができます。

地下鉄出入口の浸水状況「国土交通省 より」

地下鉄駅ホームの浸水状況「国土交通省 より」

地下出入口の地上の浸水状況

地下空間の浸水イメージ必要とされる背景平成27年7月に水防法等の一部が改正されました。これにより、以下が義務付けられました。
・想定し得る最大規模の洪水、内水又は高潮に係る浸水想定区域ごとに、浸水する地下街等の名称、所在地、洪水予報等の伝達方法等を地域防災計画に記載
・地下街等の所有者等による避難確保・浸水防止計画の作成“安全で確実な避難確保”、“効果的な浸水防止計画”のための課題〇様々な水害（河川の氾濫、内水氾濫 、高潮・津波災害等）に対する地下空間の浸水状況の想定〇地下空間施設の浸水防止のための検討（避難を考慮した適切な止水板の設置等含む）〇上記とは別に、 （事業継続計画） の検討も必要：“ゲリラ豪雨”等の大雨が降り、道路側溝、下水道等で雨が排水できずに氾濫すること。
：浸水による業務中断に伴うリスクを最低限にするための事業継続について戦略的に検討を行う必要がある（どうやって、浸水した水を排水するか等の復旧対策）

地下空間の浸水解析シミュレーションによる検討が有効①様々な水害に対する ・様々水害が発生した場合に、浸水エリアや浸水深はどうなるのか
浸水状況を事前に精度 ・どの地上開口部、地下街等のどこから流入、浸水するのかよく想定できる・地下街等のどこに水がたまるのか・どれくらいの時間で浸水するのか、浸水が到達するのか・どれくらい浸水が継続するのか②浸水防止策の効果を ・止水板の効果的な配置検討
把握できる・地下街等の浸水開始・水没時期の遅延③地下空間からの排水 ・排水方法や排水ルート、排水時間、効果検討が可能

地下空間浸水解析シミュレーション
浸水解析モデルの特徴
地下空間の浸水状況を精度よく把握するためには、地下鉄、それに接続する地下街等の全ての地下空間をモデル化することが重要です。
また、地表と地下空間を同時に解析可能な浸水解析モデルによるシミュレーションにより、地下空間内の時々刻々の浸水状況、各種浸水対策の効果等の把握、様々な水害を想定した検討が可能となります。
【地表モデル】

・洪水ハザードマップで用いられている氾濫解析モデル
・外水氾濫・内水氾濫・高潮・津分類
地 上
地下街
地下駐車場
地下鉄

【地上と地下を同時に解析】【地下空間モデル】＋・地下空間（地下街、地下鉄、地下室、地下駐車場等）の浸水状況を解析するモデル・地上・地下空間の時々刻々の浸水状況を把握可能
・様々なシナリオによる浸水状況を想定可能＝

解析方法
平面二次元不定流解析モデルを採用
地下街等の店舗や通路を複数の箱と見立てて〜 （水深と容量）の関係で表現
地下鉄路線を管と見立てて、プライスマンスロットによる一次元不定流解析モデルを採用

地

上

地下空間 B ⑦

①

地

上
②

地下空間 A

１層の解析

１層の解析
③

⑥

地下鉄の解析

項目
地上

①②
③
④

地下空間

地下空間

地下空間

地下鉄路線

⑤

地下空間

⑥
⑦

④２層の解析
⑤

地下鉄の解析

解析の流れ
地上における氾濫水の移動
地上出入口から地下空間への氾濫水の流入出
地下空間の１層から 層への氾濫水の流入出
地下空間の１層から地下鉄への氾濫水の流入出
地下鉄路線を通じて、地下空間 から地下空間のへの氾濫水の移動
地下空間の１層から地下鉄への氾濫水の流入出
地上出入口から地下空間への氾濫水の流入出【解析の流れのイメージ】【解析モデルのイメージ】

浸水解析モデルの概要（地下街等のモデル化）
地下街等における氾濫水の流れを適切に表現するために、地下街の内部を分割して個々の箱と見立ててモデル化します。店舗を構成する壁面等を考慮することで実態の形状に応じた氾濫水の流れを再現します。また、階層間（上層と下層）では、スロットを設置することで地下街の各層の水位差に応じて氾濫水の流れを再現します（下層から上層、地下空間から地表への流出も表現）。
通路部・店舗のアクセス部のみ氾濫水が移動が通過する。
隔壁では浸水は通過しない。

上下接続

凡

例

：地下街店舗：通路

地下施設を分割した箱

：水平接続

スロット

：上下接続
：境界：地上出口
氾濫水の流入水平接続
階段等で浸水が上下層を移動する。

・ 〜 の関係をモデル化
・スロットによる地下施設の水没状態の表現

地下街内部を箱と見立てたもの
氾濫水の流入開口部諸元（上下接続諸元）

高さ

店舗等利用施設
地下施設通路【地下空間の階層構造のイメージ】

通路幅・高さ

床面積【地上流入口と地下空間の接続イメージ】

地下空間浸水解析シミュレーション
浸水解析モデルの概要（地下鉄のモデル化）
地下鉄駅は地下街と同様の考え方でモデル化を行います。地下鉄路線は、管と見立ててモデル化を行います。地下鉄路線では、氾濫水の量によって満杯状態（圧力状態）で流れる場合や開水路状態で流れる場合があります。また、地下鉄路線を経て地下街に氾濫水が逆流する等の現象が生じます。これらを適切に再現するために、プライスマンスロットによる一次元不定流解析を行います。
地下鉄駅
地上出入口

地下鉄駅ホーム

地下鉄路線
地下鉄駅A
地下鉄駅B

地下鉄駅
コンコース

地下鉄駅B

地下鉄駅A
地下鉄路線

路線の変化点毎に鉄道路線をパイプとしてモデル化
・地下鉄路線の勾配変化点

駅ホーム
標高

地下鉄路線

【地下鉄駅のモデル化イメージ】

断面代表高さ ・断面形状の変化点

プライスマンスロット

標高

区間延長

・地下鉄路線の分合流点

断面代表幅【地下鉄路線のモデル化イメージ】

地下空間浸水解析シミュレーション例
地表と地下空間（地下街、地下鉄）をモデル化した仮想空間に対して、地下空間浸水解析シミュレーションを実施した例を以降に示します。
堤防の決壊を想定

12

地下鉄 A 路線1

地下施設通路

B1F

1

B2F地下鉄 B 路線

223
地下鉄 D 路線

421533344 6

4 75B3F

65

地下鉄駅（D 路線）
810965B4F
地下鉄駅

76

店舗利用施設

78：地下鉄駅
低地盤高

地下鉄駅（A 路線）

8高9

地下鉄 C 路線
9

【地上の地形と地下鉄路線の状況（番号は駅を示す）】【地下街の平面的な配置状況】
地下鉄 路線に接続※上は駅 方向※下は駅 方向【地下街内部の状況】

地下鉄 路線に接続※左は駅 方向※右は駅 方向：地上から地下空間の接続：階層間の接続

地下鉄駅（D 路線）

路線が地上に接続※地下 階層の構造物の平面的な配置をずらして、各階層のモデル化の状況を一望できるように表示。

B1F
地下鉄駅
（A 路線）

地下鉄駅

B2F
B3F
B4F

※地下街、地下鉄駅、鉄道駅（地上から地下へ路線が接続）で構成される 階層構造の地下空間を想定※地上と、階層間は、アクセス路で接続される。鉄道駅は、鉄道路線で地上と接続されるものとした。

【地下空間の階層構造の状況】

路線が地上に接続【地下空間のモデル化状況】

地下空間浸水解析シミュレーション
地上と地下鉄の広域的な浸水状況の把握【堤防決壊から破堤地点

時間後】

凡

【堤防決壊から【堤防決壊から

凡

1.0m未満
2.0m未満
3.0m未満地下の浸水状態
水 没

50%以上

例

凡

50cm未満

2.0m未満

2.0m未満

1.0m未満
3.0m未満

4.0m未満

4.0m未満

5.0m未満

5.0m未満5.0m以上凡

例

例

50cm未満

3.0m未満5.0m以上地下の浸水状態

50cm未満地下の浸水状態

水 没

水 没

50%未満

50%未満

50%以上

1.0m未満地上の浸水

5.0m以上時間後】

1.0m未満路線

50cm未満

5.0m未満【堤防決壊から時間後】例

4.0m未満

時間後】

50%以上

浸水なし

浸水なし

2.0m未満
3.0m未満
4.0m未満

50%未満

5.0m未満浸水なし

5.0m以上地下の浸水状態
水 没

50%以上
50%未満

浸水なし

地下鉄路線が浸水
路線

路線
地下鉄路線が水没

地下鉄路線浸水状況図 (破堤後 1.50時間)〇地上の浸水と地下鉄路線の浸水状況の時系列変化を平面的に表示することができます。
〇時々刻々の浸水状況からは、地上で浸水した氾濫水が地下鉄駅の地上開口部から流入し、地下鉄路線を経由して、広がっていく状況時を確認することができます。と接続

地下鉄路線

凡

地上標

地下鉄路線

凡

1.0m未満
2.0m未満
3.0m未満
4.0m未満
5.0m未満5.0m以上地下の浸水状態
水 没

50%以上
50%未満

浸水なし

※地下鉄路線が赤色の場合は水没を示します。と接続

地下鉄路線浸水状況図 (破堤後12.00時間)※路線縦断図の赤色の四角は、地下鉄駅を示します。

【堤防決壊から地下鉄路線

時間後】

地下鉄路線

凡

【堤防決壊から例

地下鉄路線水位
地表面水位と接続

地下鉄路線

高を除き浸水地下鉄路線浸水状況図 (破堤後 3.00時間)

地下鉄路線と接続

時間後】

地下鉄路線

凡

【堤防決壊から例

地下鉄路線

地下鉄路線水位
地表面水位と接続と接続

標

標

高

高

地下鉄の浸水地下鉄路線 ：破堤

距離(Km)

地下鉄Ｃ路線縦断図(破堤後1.50時間）
地表からの氾濫水の流入により路線Cが浸水する

地下鉄路線

地下鉄路線 ：破堤

時間後距離(Km)

地下鉄Ｃ路線縦断図(破堤後3.00時間）

地下鉄路線 と接続と接続と接続

凡

例

地下鉄路線 と接続

地下鉄路線水位
地表面水位と接続

地下鉄路線

地下鉄路線 ：破堤

時間後距離(Km)

地下鉄Ｃ路線縦断図(破堤後4.00時間）

凡と接続

路線Cの氾濫水が路線Dに流入して、路線Dの浸水が拡がる

路線

地下鉄路線

例

地下鉄路線水位
地表面水位

路線Cがほぼ水没

地下鉄路線 ：破堤

時間後

凡

地下鉄路線

地下鉄の水位

地下鉄路線縦断時間後】と接続

標

地下鉄の浸水例

50cm未満路線と接続

高地下鉄路線浸水状況図 (破堤後 6.00時間)※地下鉄路線がグレーの場合は浸水していないことを示します。

路線

例

地表の浸水

時間後】が全区間浸水※地下鉄路線が青色の場合は浸水を示します。

地下鉄路線水位
地表面水位と接続【堤防決壊から地上は浸水していないが地下の浸水が広がる。
地下鉄路線が浸水

路線

距離(Km)

地下鉄Ｃ路線縦断図(破堤後6.00時間）

例

地下鉄路線 A と接続

地下鉄路線水位
地表面水位

時間後
凡

地下鉄路線 C と接続

例

地下鉄路線水位
地表面水位(TP.+m)15.0

路線Dがほぼ水没

10.0

標

0.0

高高-5.0

地下鉄路線 ：破堤路線

地下鉄路線と接続

時間後

地下鉄路線 ：破堤

距離(Km)

地下鉄Ｄ路線縦断図(破堤後3.00時間）と接続

地下鉄路線 と接続

路線位置図

〇地下鉄路線毎の縦断形状、地形、浸水状況の時々刻々の縦断的な変化を表示することができます。
〇どこから浸水が流入して、どのように地下鉄路線内を拡がるのか、地下鉄路線内でどこが最も浸水深が大きくなるのか、どこに氾濫水が溜まるのかを詳細に把握することができます。

地下鉄路線

時間後
凡と接続

地下鉄路線 B と接続-15.0

地下鉄路線 D：破堤 6 時間後

-20.0

-25.0
0.0

距離(Km)

地下鉄Ｄ路線縦断図(破堤後4.00時間）

D-03

路線

地下鉄路線

D-02

-10.0

D-01

D-04

路線

標

D-05

D-07

5.0

D-06

地下鉄路線時間後】が全区間浸水（水没）地下鉄路線浸水状況図 (破堤後 4.00時間)

地下鉄路線内の浸水状況の把握【堤防決壊から路線

1.0

2.0

3.0

4.0
距離(Km)

例凡

地下鉄路線水位
地表面水位標

地下鉄路線 と接続

地下鉄路線と接続

例

地下鉄路線水位
地表面水位

標

高

地下鉄路線と接続

高地下鉄路線

地表からの氾濫水の流入により路線Aが浸水する
地下鉄路線 ：破堤
地下鉄Ａ路線縦断図(破堤後4.00時間）と接続路線Dからの氾濫水が流入
地下鉄路線 ：破堤

時間後距離(Km)

時間後

地下鉄Ａ路線縦断図(破堤後6.00時間）

距離(Km)

地上と地下街等の浸水状況及び氾濫水の流入状況
堤防決壊から 時間後

堤防決壊から地上から鉄道駅への氾濫
水の流入箇所

時間後

鉄道駅浸水【地上の氾濫と地上の開口部の状況】【地下街等の浸水状況】

堤防決壊から 時間後部地下空間の階層構造の状況】

凡

例

50cm未満
1.0m未満路線造の状況】の地

凡

下鉄駅水没

1.0m未満

2.0m未満

2.0m未満

3.0m未満

3.0m未満
4.0m未満凡

凡

5.0m未満5.0m以上例

例

地表出入口（浸水深＜出入口敷高）

例

50cm未満

4.0m未満地表出入口部地下空間の階層構

地表出入口（浸水深≧出入口敷高）

地表出入口
地表出入口（浸水深＜出入口敷高）

5.0m未満5.0m以上地表出入口（浸水深≧出入口敷高）

堤防決壊から 時間後

堤防決壊から 時間後凡

例

50cm未満
1.0m未満
2.0m未満地下街で浸水が拡がる
鉄道駅水没

3.0m未満
4.0m未満凡
例

凡

例

50cm未満ほぼ水没

凡3.0m未満
4.0m未満凡

凡

5.0m未満例

例

地表出入口（浸水深＜出入口敷高）

地表出入口（浸水深≧出入口敷高）

2.0m未満

3.0m未満5.0m以上5.0m以上1.0m未満

2.0m未満地表出入口

地表出入口（浸水深＜出入口敷高）

5.0m未満50cm未満

1.0m未満

4.0m未満

例

地表出入口

地表出入口
地表出入口（浸水深＜出入口敷高）

5.0m未満5.0m以上地上が浸水してから僅かの時間で、地下街が浸水する。

地表出入口（浸水深≧出入口敷高）

地表出入口（浸水深≧出入口敷高）〇地上と地下街等の浸水状況の時々刻々の変化を平面的に表示することができます。また、地上から地下街等への氾濫水の流入状況を時々刻々に表示することができます。
〇どこから、地下街等に氾濫水が流入して、浸水が始まるのか、地下街等の内部での浸水の拡がり方を詳細に把握することができます。
〇地上出入口等の流入条件を変更することで、止水板などの浸水対策を実施した場合の浸水状況の変化を把握すことができます。

※左図の■は地上から氾濫水が地下空間に流入している地上開口部を示します。■は、地上で浸水しているが、氾濫水の流入がない地上開口部を示します。□は、地上で浸水していない地上開口部を示します。
※右図は、からまでの地下空間を一望できるように、平面的な位置をずらして表示しています。

地下空間浸水解析シミュレーション
地下空間の浸水状況の可視化
地下空間の浸水は、地上の氾濫水の拡がり方とは異なり、複雑な地下空間の形状、利用形態（地下街、地下駐車場、地下鉄等）や階層毎で浸水の拡がり方が変わります。得られた浸水解析シミュレーションの結果を、分かりやすく表示し、避難確保・浸水防止計画、復旧計画等の検討に活用できるようにするために、浸水状況の可視化の工夫を行っています。
次元表示
地下空間を立体的に表現し、それらの視点場の変更、拡大表示、アニメーション表示により、地下空間の階層構造、浸水状況を視覚的に把握できるようにします。

次元のアニメーション表示

施設毎の浸水状況の表示

地下空間内の詳細な浸水情報の表示

アニメーション表示により氾濫水の動き、浸水過程を視覚的に把握できるようにします。

施設毎に浸水状況を切り出して表示します。( 次元、 次元による表示)

地下空間内の浸水時の水位上昇速
度、流速等、避難計画に必要な詳細な情報を分かりやすく表示します。

凡例

10cm未満30cm未満50cm未満
1.0m未満
2.0m未満2.0m以上凡

例

0.5m/s未満
1.0m/s未満
2.0m/s未満
2.0m/s以上

水位上昇速度の表示例
地下施設水没まで270分
地下施設浸水開始まで150分

地上浸水開始地上浸水開始

水水 没
没

地下施設

堤防決壊
堤防決壊

地下浸水開始地下浸水開始タイムチャートによる浸水情報の整理
地下空間の浸水は、接続する施設（他の地下街や地下鉄等）を含めて、全体の浸水状況を把握することが重要です。このため、各地下空間、階層毎に浸水開始時間、浸水期間等をタイムチャートによる整理を行うことで、一望できるようにします。これらの情報は“タイムライン”の検討等にも活用できます。

タイムチャートを活用することで、止水板などの浸水対策による効果（浸水開始時期の遅延効果）、排水による復旧に要する時間等を、分かりやすく表示します。

堤防決壊からの経過時間

項目
降雨
計画高水位
氾濫危険水位河川水位

雨や河川水位、注意報・警報や避難情報の時期をみえるようにする。

避難判断水位
氾濫注意水位

注意報・警報浸水対策実施前
地下空間への流入量が変化するため、地上の浸水状況も変化する。

■大雨・洪水注意報

水位情報■氾濫危険情報■氾濫警戒情報■氾濫注意情報■避難指示■避難勧告■避難準備情報

洪水予報
避難情報

地表
浸水状
況
地下施設

地上の浸水状況（時間的変化）をみえるようにする。

地下施設の浸水状況（時間的変化）をみえるようにする。

膝上

止水板による浸水開始時期の遅延効果

水没膝上

浸水対策実施後