シリーズ「新・強震観測の最新情報」（第 7 回）港湾地域強震観測
港湾空港技術研究所
はじめに

野津厚・長坂陽介

観測機器とデータ伝送方式

港湾地域強震観測は，港湾空港技術研究所（以下，当所2019 年末の時点では，160 の観測地点のうち 28 地点にと言う）の前身である運輸省港湾技術研究所が中心となりERS 型強震計が，79 地点に SMAC-MDU 型強震計が，33

1962 年に開始され，国の機関や地方自治体が参画して実地点に Omni 型強震計が，6 地点に Basalt 型強震計が，6施されてきた．観測の目的は多岐にわたるが，代表的な目地点に CV-374 型強震計が，8 地点に SAMTAC 型強震計的として以下のようなものが挙げられる．

が設置されている．これらはいずれもサーボ型加速度計

1．被害を伴う地震が発生した場合，構造物被害のメカニ（フォースバランス型または速度帰還型）5） である．A/D

ズム解明や復旧工法選定の参考資料として用いるための強変換は ERS 型以外は 24 bit である．各強震計の仕様につ震記録を取得すること．

いて詳しくは強震観測年報4）の付録 DVD もしくは港湾地

2．港湾毎に異なる地震動特性を解明すること．

域強震観測のホームページ1）を参照していただきたい．

3．将来の大地震による揺れの予測に役立つような中小地

強震計の大半は通信機能を有しており，観測点から当所震の観測記録を得ること．

へのデータ転送が可能である（160 地点のうち 153 地点）．

4．地盤の地震応答特性を解明すること．

通信方式は比較的最近までダイアルアップ方式であった

5．港湾構造物の地震応答特性を解明すること．

が，地震直後に強震計から当所サーバまで波形データを自

港湾地域強震観測の初期の歴史については，1965 年か動で転送できる新しいシステム（地震動情報即時伝達シス

ら 1980 年まで運輸省港湾技術研究所で強震観測を担当さテムと呼んでいる）が 2011 年に開発され，2019 年末の時れていた土田肇さんが「港湾地域強震観測物語（I）-（V）」点では 138 地点に導入されている．この新しいシステムのを残されている．記録紙の回収に苦労した様子など，当時詳細については文献6）を参照していただきたい．の興味深いエピソードが語られている．港湾地域強震観測のホームページ1）でも見ることができるので例えば 2）一読をデータの公開お勧めしたい．

港湾地域強震観測で得られた記録は，1963 年の分から強震観測年報として公表されてきた．初期の年報例えば 7）で観測網は「港湾地域強震観測物語（IV）」でも紹介されているよ

観測網は日本全国の海岸線をカバーしており，2019 年

うに，0.01 秒間隔で読み取った数字がびっしりと印刷され末の時点では全国 61 港湾の 160 地点で観測が行われていている．しかし，本稿の第 1 著者が担当した 1999 年以降る（図 1）．160 という数は，地表と地中に設置されているの年報では，電子媒体が比較的気軽に利用できるように場合を 2 つと数えた数である．このうち 3 地点が当所の所なったことを受け，CSV 形式のデータを収録した CD ま有する強震計であり，残りは国や自治体が所有する強震計

たは DVD を添付している．したがって，ユーザーはこれである．

らの CD または DVD からデータを入手できる．

観測網には 3 種類の観測地点がある．1 つ目は地表面のまた，これに加え，2002 年から港湾地域強震観測のホー加速度を記録するもの，2 つ目はボアホールを使用し地中

ムページ1） が運営されており，1960 年代から今日までのの加速度を記録するもの，3 つ目は構造物の地震応答を記

強震記録（数値化されているものはすべて）の波形データ録するものである．地表と地中で観測を行っているいわゆをダウンロードすることができる．こちらのデータも CSVる鉛直アレーは 43 箇所に存在する3）．観測地点の地盤条形式である．

4）

データの利用にあたってのお願い事項として，港湾地域

1）

録 DVD もしくは港湾地域強震観測のホームページ で確

強震観測は最初に述べたように港湾関係諸機関が共同で実認できる．

施しているものであり，当所はリーダーシップをとっては件は当所から定期的に刊行されている強震観測年報 の付いるものの，当所が観測の実施主体であるとは言い難い．
したがって，論文等では，当所のデータとしてではなく，

NL-2-22図 1

港湾地域強震観測の実施地点

図 2 1 968 年十勝沖地震（上）と 1994 年三陸はるか沖地震（下）による八戸港における加速度記録（NS 成分）を積分して速度波形（0.2-2 Hz）にしたもの（黒線）．赤線（モノクロの場合は破線）は，これら大地震の記録において，フーリエ振幅はそのままにし，フーリエ位相を同じ地点の中小地震記録のフーリエ位相に置き換えた位相入替波であり，1968 年十勝沖地震の場合は 2003 年 12 月 8 日の地震の位相に，1994 年三陸はるか沖地震の場合は 2004
年 8 月 10 日の地震の位相に，それぞれ置き換えた．これらの地震の震央を図 3 に示す．

NL-2-23

大地震と中小地震の規模は全く異なっており，フーリエ振幅は当然ながら全く異なっている．それにも関わらず，フーリエ位相特性が類似していることは興味深い．フーリ
エ位相特性の類似は，ここに示す周波数帯域（0.2-2 Hz）において，大地震の震源断層の破壊過程が位相特性に対して決定的な影響を及ぼしていないことを意味する．海溝型大地震による強震動予測のための震源のモデル化においてはこのような特性を考慮すべきである．一方，上述のフーリエ位相特性の類似は，大地震と中小地震が伝播経路特性とサイト特性を共有していることを意味するだろう．2003
年 12 月 8 日の地震は八戸港よりも北で，2004 年 8 月 10日の地震は八戸港よりも南で発生している（図 3）．したがって，1968 年と 1994 年の地震は，震源域は重なってい図 3

1 968 年十勝沖地震と 1994 年三陸はるか沖地震の震源域8） および 2003 年 12 月 8 日の地震と 2004 年 8月 10 日の地震の震央

港湾地域強震観測のデータとして紹介していただければ幸ても，強震動を生成した領域は異なっていたとも考えられる．
いずれにしても，港湾地域強震観測のデータを活用する
ことで，このような様々な検討が可能となる．
おわりにいである．

1968 年十勝沖地震による八戸港の記録は何度か数値化が行われており，最も新しいものとしては翠川・三浦10）

印象的な強震記録によるものがある．なお，紙幅の関係で紹介できなかった

港湾地域強震観測では長期にわたり同一地点で観測をが，1983 年日本海中部地震による秋田港の記録は，液状行っているため，再来大地震の記録が（ほぼ）同一地点で化予測・判定手法の開発と検証に用いられ11），その後の設得られている．ここではその一例として，1968 年十勝沖計実務に大きな影響のあった記録であった．また，1993

地震（M7.9）と 1994 年三陸はるか沖地震（M7.5）による年釧路沖地震による釧路港の記録は，サイクリックモビリ

八戸港の記録を紹介する．これらの地震は震源域の一部をティーが実験室だけでなく実地盤でも生じる現象であるこ8）

共有していたとされる ．1968 年の記録が得られた「八戸とを印象づけた記録であった12）．

-S」は 1994 年の記録が得られた「八戸事 -S」よりも 250

強震観測データは地震時の行政機関による対応，被災原

m ほど南であるがサイト特性の観点からはほぼ同一地点

因の究明，施設整備の際の設計地震動の設定などに必要不と考えて差し支えない．1968 年の記録と 1994 年の記録の可欠であることから，今後も，いつ発生するかわからないフーリエ振幅スペクトルが別な地震の記録とは思えないほ

大地震に備えて，観測網を適切に維持していくことを心がど似ていることはこれまで色々な所で紹介してきた例えば 9）．

けたい．

しかし，波形の形状（位相特性）は図 2 上下に黒線で示す

参考文献

ように異なっており，1968 年の記録の方が後続位相が発達している．興味深いのは，これら大地震の記録において，

1）港湾地域強震観測ホームページ，https://www.mlit.go.

フーリエ振幅はそのままにし，フーリエ位相を同じ地点の中小地震記録のフーリエ位相に置き換えた波形を作成する

jp/kowan/kyosin/eq.htm
2）土田肇，港湾地域強震観測物語（I），https://www.と，大地震の記録とそっくりの波形が得られることである

eq.pari.go.jp/kyosin/doc/story/story1.pdf．

（図 2 の赤線（モノクロでは破線））．これは大地震と中小

3）Nozu, A. and Y. Nagasaka, 2018, Borehole vertical

地震がフーリエ位相特性を共有していることを意味する．

arrays in Japanese ports, Proc. 16th European Con-

ただし，どのような中小地震記録でも良いわけではなく，

ference on Earthquake Engineering, Paper No. 12175.

1968 年十勝沖地震の場合は 2003 年 12 月 8 日（M4.9）の4） 長 坂 陽 介・ 野 津 厚，2019， 港 湾 地 域 強 震 観 測 年 報

地震の位相に，1994 年三陸はるか沖地震の場合は 2004 年
8 月 10 日（M5.8）の地震の位相に，それぞれ置き換えた（2017），港湾空港技術研究所資料，No. 1356．
5）木下繁夫，1998，サーボ型地震計，地震 2，50，471-

場合にそっくりな波形となることが確認できた．

483, https://doi.org/10.4294/zisin1948.50.4_471．

NL-2-24

6）若井淳・野津厚・菅野高弘・長坂陽介，2015，港特にサイト波について，第 47 回地盤震動シンポジウ

湾地域強震観測におけるデータ伝送方法の改良─地震動情報即時伝達システムの開発─，港湾空港技術研究

ム，日本建築学会，65-74．
10）翠川三郎・三浦弘之，2010，1968 年十勝沖地震の八所資料 No. 1310．
7）土田

戸港湾での強震記録の再数値化，日本地震工学会論文

肇・山田逓一郎・倉田栄一・須藤克子，1968，

港湾地域強震観測年報（1963 ･ 1964），港湾技研資料，集，10，12-21, https://doi.org/10.5610/jaee.10.2_12．
11）井合No. 55．

進・小泉勝彦・土田肇，1986，粒度と N 値による新しい液状化予測法，港湾技術研究所報告，25，

8）永井理子・菊地正幸・山中佳子，2001，三陸沖におけ

125-234．

る再来大地震の震源過程の比較研究─ 1968 年十勝沖12）Iai, S., T. Morita, T. Kameoka, Y. Matsunaga and K.

地震と 1994 年三陸はるか沖地震の比較─，地震 2，Abiko, 1995, Response of a dense sand deposit during

54，267-280, https://doi.org/10.4294/zisin1948.54.2_267．

1993 Kushiro-oki earthquake, Soils and Foundations,

9）野津厚，2019，土木分野における設計入力地震動─

35, 115-131, https://doi.org/10.3208/sandf1972.35.115.

（第 8 回）国土技術政策総合研究所の土木構造物の強震観測
国土交通省国土技術政策総合研究所
はじめに石井洋輔・片岡正次郎

所，道路構造物 24 箇所で強震観測が実施されている．現

国土交通省国土技術政策総合研究所（旧建設省土木研究

在は，機器の保守・管理を継続するとともに，道路橋全体所）による土木構造物の強震観測は，昭和 33 年（1958 年）の挙動データの取得が可能なモニタリングシステムを開発

1）に開始された ．その後，建設省土木研究所（以下，土研）

し，従来観測をしていた地点で更新を順次進めているとこは強震観測網の整備拡充のため，昭和 35 年（1960 年）にろである．

「構造物と地盤に対する強震計配置計画」を立案のもと観

また，土木構造物の強震観測の他，地震の発生機構，伝測が拡大した2）．そして，昭和 39 年（1964 年）新潟地震

播経路，局所的条件が地震動特性に及ぼす影響の解明を目が発生し，地震被害の解明に強震記録が大きく貢献したこ的とした，高密度強震観測6）も行っている．現在は相良，とが契機となり，土研を中心として建設省で強震計の配置

焼津，沼津，松崎，幕張・習志野，館山，小田原，神戸の2）計画を策定し ，土研が強震記録を蓄積する体制を構築し8 地区の全 76 地点で観測している．

た．土研の強震計設置に対する技術指導の下，地方建設局のほか北海道開発局，建設省関係公団及び地方自治体で土河川・道路構造物の強震観測と高密度強震観測の観測点
分布図を図 1 に示す．

2）

木構造物の強震観測網の拡充が行われた ．
国土技術政策総合研究所（以下，国総研）では，その施強震観測機器および収集方法策を引き継ぎ，公共土木施設の耐震設計技術の向上などを河川構造物の強震観測は，一つの構造物に対し，構造物目的とし，全国の堤防，堰などの河川構造物および橋などの複数箇所および耐震設計において基盤層とみなす地盤の道路構造物において強震観測を行ってきた．これまでに（Vs＝300 m/s 程度以上）で一体観測している．観測は，実際に発生した地震の際に多くの観測記録が得られてい地震によるトリガ方式で，100 Hz サンプリングで 3 成分る．これらの観測記録は，土木構造物の耐震性能照査指針（構造物の軸方向，軸直角方向，鉛直方向）の加速度を記などをはじめとした各種設計基準に反映され，土木構造物録している．また，液状化層に間隙水圧計を合わせて設置

3）の耐震設計技術の向上に寄与 するとともに，ウェブサイしているのが特徴である．観測された記録は，現地にあるトなどを通じて情報提供がなされてきた．

収録装置の CF カード等に保存され，観測記録の回収を現

土木構造物ではダム4），港湾地域5），砂防施設等でも強地で実施している．時刻校正は GPS を用いている．

震観測が行われているが，以下では筆者らが観測計画に関道路構造物の強震観測は，構造物の複数箇所にバッテわってきた河川・道路構造物の強震観測を中心に述べる．

リー駆動の小型センサを設置し，無線通信で記録の収集を行うことで全体系の挙動を観測している（図 2）．観測は，現在の観測状況

100 Hz サンプリングで 3 成分（構造物の軸方向，軸直角

令和 2 年（2020 年）3 月 31 日時点で，河川構造物 51 箇方向，鉛直方向）の加速度を記録している．観測した記録

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図 1

国土技術政策総合研究所の河川・道路構造物等の強震観測点分布図（令和 2 年 3 月 31 日時点）

は，リアルタイムの連続記録として現地の受信機に無線通信で集約され，受信機からクラウドサーバに送信される．
なお，観測記録は，リアルタイム記録と地震によるトリガ方式の 2 パターンで保存される．時刻校正は GPS を用いている．
高密度強震観測は，1 箇所あたり 3 つ程度の深度で同時観測している．観測は，地震によるトリガ方式で，200 Hzサンプリングで 3 成分（NS, EW, UD）の加速度を記録している．観測された記録は，現地にある収録装置の CF カード等に保存され，観測記録の回収を現地で実施している．
時刻校正は GPS および NHK の時報を用いている．
回収した観測記録は，国総研のデータベースに保存し管理している．

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図 2

道路構造物全体系の地震時挙動の観測（図は道路橋の例）図 3

東北地方太平洋沖地震の際に鳴瀬川の河川堤防で得られた観測記録（上段 堤防天端の加速度，中段 基盤層の加速度，下段 液状化層の過剰間隙水圧比）

データ公開

形のピーク時と対応していることが分かり，過剰間隙水圧
7）観測記録は国土技術政策総合研究所資料 でデータを公については 1 回目のピークで生じた水圧が完全に消散する開している他，一部は国総研道路地震防災研究室のウェブ

前に 2 回目のピークを迎えたことで，計測範囲を超える領

8）

サイト にアップロードしている．また，その他の観測記

域まで数値が上昇している9）．この観測記録は，東北地方録については，メールアドレス（nil-jisin@mlit.go.jp）に太平洋沖地震の際の過剰間隙水圧の再現検証ができる貴重問合せをいただき，非営利として活用すると判断できる場な記録であり，河川堤防の液状化対策の基準策定に貢献し合にデータの提供を実施している．ている．

顕著な記録の例

えており，見るたびに計測範囲の設定を反省させられるもなお，間隙水圧の記録が初期に設定された計測範囲を超
ここでは，平成 23 年（2011 年）東北地方太平洋沖地震のでもある．この観測施設は津波の浸水で観測不能になり，の際，鳴瀬川の河口より約 800 m 上流に位置する河川堤防堤防の復旧工事の影響で機器が撤去され，現在はもともと（宮城県東松島市）で得られた加速度記録および間隙水圧の設置位置の対岸に移設されている．

記録を紹介する．観測された記録を図 3 に示す．図 3 は堤

平成 23 年（2011 年）東北地方太平洋沖地震では，この防天端，基盤層の加速度記録（NS 方向）および液状化層記録の他，約 10 箇所の土木構造物で強震観測記録が得らで観測された間隙水圧記録より過剰間隙水圧比を計算した

れている7）．開北橋（宮城県石巻市）周辺地盤では 1978結果である．

年宮城県沖地震の強震観測記録も得られており，これら 2加速度波形は，基盤層に対して，堤防天端での観測記録が大きくなっている．また，過剰間隙水圧比は，加速度波つの地震の揺れが同一地点で得られた貴重な記録となっている．

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おわりに省所管ダムの地震動計測装置，国土技術政策総合研究

国総研の土木構造物の強震観測は，全国の地方整備局等の施設担当者によって支えられている．土木構造物の観測所資料，No. 733.
5）国土交通省港湾局ウェブサイト，港湾地域強震観測，データは，構造物の耐震設計基準の高度化に貢献してきた．
引き続き観測を行うとともに，観測方法も新技術を踏まえ

https://www.mlit.go.jp/kowan/kyosin/eq.htm
6）建設省土木研究所，1998，土木研究所における新しいて見直していきたいと考えている．

高密度強震観測施設，土木研究所資料，No. 3567.
7）国土交通省国土技術政策総合研究所，2013，平成 23

参考文献

年（2011 年）東北地方太平洋沖地震による強震記録，

1）川島一彦，2014，地震との戦い なぜ橋は地震に弱かったのか，鹿島出版会．

国土技術政策総合研究所資料，No. 726.
8）道路地震防災研究室ウェブサイト，http://www.nilim.

2）建設省土木研究所，1982，土木構造物に対する強震観
測，土木研究所資料，第 1734 号．

go.jp/lab/rdg/index.htm9）Unjoh, S., M. Kaneko, S. Kataoka, K. Nagaya, and K.

3）石井洋輔・片岡正次郎，2017，道路橋における強震観

Matsuoka., 2012, Effect of earthquake ground motions

測の耐震設計基準への貢献と今後の展望，第 20 回性on soil liquefaction, Soils and Foundations, Vol. 52,

能に基づく橋梁等の耐震設計に関するシンポジウム講

No. 5, pp. 830-841, https://doi.org/10.1016/j.sandf.2012.

演論文集，pp. 263-270.

11.006.

4）国土交通省国土技術政策総合研究所，2013，国土交通

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