土木技術資料 54-6(2012)

特集：津波防災地域づくりを支える技術の展開

津波来襲時の河川堤防の被災の程度を分けた要因
福島雅紀 ＊ 佐野岳生 ＊＊ 成田秋義 ＊ ＊＊ 服部
1．はじめに 1

敦 ＊ ＊＊＊

2．踏査結果から見た河川堤防の被災状況

平成23年 3月 11日に発生 した東北地方太平洋沖

写真-1は、被災直後に撮影された阿武隈川河口

地震津波による激甚かつ広域の被害を受けて、付近の航空写真に、痕跡水位と堤防天端高との関「 河 川 へ の 津波 遡 上 対策に 関 す る 緊急 提 言 」が 取係、河川堤防裏のりの被災状況について、以下にりまとめられ（河川津波 対策検討会、 平成23年 8

従ってそれぞれの区間を示す。痕跡水位と堤防天月 ）、 河 川 管理 に お ける津 波 外 力 の扱 い 、 施設 計

端高との関係については、現地踏査や津波痕跡調画における堤防高の考え方等について提言された査結果を参考にして、水没区間、越流区間、堤防

1) 。 これに 基づいて 、海岸 堤防と一 連の堤 防シス

高 以 下遡 上区 間の 3区 間に 分 けた 。水 没区 間は 、テムとして河川堤防も所定の機能を果たすことが河川側水位と堤内側水位が両方とも堤防天端高よ求められることとなった。

り高くなった区間である。越流区間は、河川側水そのような堤防システムを具体化する上で、河位のみが堤防天端高よりも高く、堤内側への越流川堤防は、その構造から越流に対して極めて脆弱が生じた区間である。その上流では、河川側水位であることを考慮する必要がある。例えば、施設もさらに減衰し堤防天端高以下で遡上した区間で計画上の津波をやや越える規模の津波が作用した

あ る 。 被 災 状 況 に つ い て は 、 表 -1の 通 り 4つ の 被

場合には河川堤防区間でも一時的な越流の発生が災レベルに分類した。被災レベルが記入されてい想定されるが、それに対する河川堤防の挙動を知ない区間は特筆すべき被災が生じていない。なお、ることが重要である。

裏のり面はコンクリート等で覆われておらず、草前 報 2) で は 、 阿 武 隈 川 な ど 直 轄 4河 川 を 対 象 に本植物が繁茂していた。

発災直後に実施した現地踏査や痕跡調査結果、遡水没区間は河口部周辺に限られ、上流に向かう上津波の水位記録や映像等から、河川堤防周辺にに従って、越流区間、堤防高以下遡上区間が現れおける津波水位や流況、及びそれらと関連付けてることから、遡上に伴い津波水位が減衰したこと堤防等の被災の形態や程度に関して整理した。津を確認できる。ただし、越流区間の延長は左右岸波水位が上流に向かい部分的に増加することがあで 大 き く 異 な り 、 左 岸 で は 0.5㎞ 程 度 の 延 長 で あるものの、全体としては徐々に減衰するのに対しる の に対 して 、右 岸で は2㎞ 程 度と 長 い。 河口 部て、堤防の被災の程度は単純に減少する状況では右 岸 を 除 く と 、 亘 理 大 橋 右 岸 で 堤 防 高 を 5m近 くなく、被災がほとんど生じていない区間の上流に超える津波痕跡水位が確認されており、津波の遡大きな被災を確認できる場合があった。

上に対して湾曲部外岸側となった右岸側で津波水

本報では、区間ごとの被災の程度の違いが顕著位が高かったことを推定できる。に見られた阿武隈川の越流による被災を対象とし河口部付近の水没区間では、河川堤防と海岸堤て、その程度を分けた要因について考察する。津

防との接続部において左右岸とも堤防が決壊して波遡上時の越流に対する河川堤防の挙動とその機い る 。 そ の 地 点 を 除 く と 、 左 岸 で は 0.55km地 点構について実態に基づいて整理・分析することで、の水門周辺で被災レベルⅢとなったが、大半が被堤防システムについて考えを深めるものである。

災レベルⅠであるのに対して、右岸ではⅢ～Ⅳと被災レベルが高くなっていた。
越流区間でも同様に、左右岸の被災の程度が大────────────────────────
Factors to govern damage severity of river levees after thetsunami attack of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku
Earthquake

きく異なり、左岸側では被災レベルⅠであるのに
対 し て、 右岸 側で は約 2㎞ に わた る広 い範 囲で 被災レベルⅡやⅢとなっていた。

－ 16 －

土木技術資料 54-6(2012)

堤防高以下遡上区間

凡例-3

312水位(m)

Ⅰ
ⅡⅢ
Ⅱ
DⅢ

（１）海岸堤防越流直後（２）海岸堤防越流1分後（３）海岸堤防越流2分後（４）海岸堤防越流3分後

Ⅰ
ⅠFⅢCⅠ
E ⅡⅡ

図-1

ⅠB
Ⅲ A

津波の伝播状況の関係

3．津波の伝播状況と堤内地の湛水状況

Ⅳ

再現計算から得た津波の伝播状況を図-1に示す。
海岸堤防を越えた津波は、左右岸とも同程度の伝

写真-1

表-1

ⅡⅢ
Ⅳ

河川堤防によって津波の遡上が止まり、右岸側で被災状況の分類

被災レベル
Ⅰ

播 速 度で 遡上 し、 海岸 堤防 越 流 3分 後 には 左岸 側

津波痕跡水位と堤防高との関係及び被災状況はさらに遡上を続けている。左岸側堤防際では、裏のり面津波が河川を遡上するのとほぼ同時に、水位が草本植物が流れの作用で倒伏しているが、剥離はほとんど見られない。
ガリ状の部分的なのり面植生の剥離・堤体の侵食が生じた状態。落堀の形成はない、または軽微。
全面的にのり面が侵食･崩壊し、鉛直に切り立った状態。落堀の形成を伴う場合がある。
のり面が流失し、さらに天端まで侵食･崩壊が及んだ状態。落堀の形成を伴う場合がある。

6m程 度 （ 凡 例 の 緑 系 ） ま で 上 昇 し て い る 。 一 方 、右岸側堤防際では、津波が河川を遡上した後に水位 3m以 下 （ 凡 例 が 青 系 ） の 低 水 位 領 域 が 確 認 される。この堤防法線が津波遡上に対して離れていく配置となっていた右岸側では、区間によって継さらに、越流区間の右岸では、被災レベルⅠで続時間に差があるものの、堤内地の湛水深が小さ

あ っ た 0.8～ 1.2km区 間 の 上 流 で 被 災 レ ベ ル Ⅱ やい状態で越流が生じていたこととなる。その顕著Ⅲの区間が生じている。

な 例 が、 海岸 堤防 越流 3分 後 の状 況で あり 、赤 い

亘理大橋右岸側において、その下流に比較して点線で囲んだ箇所では、堤内地を遡上する津波が高い痕跡水位が確認されていたことを踏まえると、堤防際に到達する数分前に越流が生じている。

被災レベルは越流水深とある程度対応しているとこの状況を詳細に確認するため、写真-1の地点推察されるが、それのみで左右岸での被災レベル

A～ Fで 河 川 側 水 位 と 堤 内 側 水 位 の 時 間 変 化 を 再の差異を全て説明できるとは考えにくい。この点

現計算から抽出し、越流時間や被災レベルと合わに ついて前 報 2) では 、堤内 地が河川 側から の越流せて図-2に示した。越流時間等に付した括弧内のに先んじて湛水することで、もしくは越流後短時

数字は、単位を秒とする越流時間及び初期越流時間で堤内地が湛水することで、ウォータークッ間である。ここで、越流時間は河川側水位が堤防ションの効果が働き、裏のり面及び法尻の侵食が高を超えている時間であり、地点Eのように堤内抑制されたとする考え方を提示した。以下では、側水位が河川側水位を上回った場合には、その時今次津波を対象とした津波遡上シミュレーション間までを越流時間とした。初期越流時間は、河川結 果 3) （以 下、再現 計算） から、被 災の程 度を分側水位が堤防高を超えた時点から、越流量と堤防けた要因を定量的に検討する。

高から堤防のり尻における共役水深を算定し、そ－ 17 －

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越流時間（400）

越流時間（450）

被災レベルⅡ

被災レベルⅣ

初期越流時間（400）
初期越流時間（355）

越流時間（430）

越流時間（425）

被災レベルⅠ

被災レベルⅢ

初期越流時間（0）初期越流時間（340）

越流時間（480）

越流時間（355）

被災レベルⅠ

被災レベルⅠ

初期越流時間（115）

図-2

初期越流時間（0）堤防のり尻における河川側水位及び堤内側水位の時間変化の水深以上に堤防際が湛水するまでの時間とした。

裏のり基準断面

なお、これをウォータークッションの効果が働く湛水位と考えた。
水 没 区 間 の 地 点 Aと 地 点 Eで は 、 被 災 レ ベ ル がそれぞれⅣ、Ⅰと大きく異なり、河川堤防の越流に対する脆弱性を考えると、数十㎝程度を超える
越流水深はともに大きく、越流時間も同程度であ図-3

堤防の欠損割合と被災レベルの関係る 。 し か し な が ら 、 初 期 越 流 時 間 は 地 点 Aが 6分

見たように、堤内地の湛水状況によって説明でき

程 度 に 対 し て 、 地 点 Eで は ゼ ロ で あ る 。 地 点 Dをるようである。

見 る と 、 越 流 水 深 が 最 大 で 2m程 度 で あ る に も かか わ らず 、初 期越 流時 間が 7分 程度 と 長く 、被 災

4．越流条件と堤防欠損状況との比較レベルがⅡとなっている。これらのことから、地前 節 で 6断 面に つい て 確認 し た結 果 を水 没 区間

点Eの被災の程度はウォータークッションによっ及び越流区間の全断面で比較し、堤防の被災の程て低減されたと考えられる。

度を分けた要因として初期越流時間が重要である越流区間の左右岸で比較すると、右岸側の地点ことを示す。

B、C、Dでは最大の越流水深が左岸側の地点 Fに被災の程度を評価するにあたって、現地調査か

比 べ 大 き め で あ る が 、 越 流 時 間 は 6～ 8分 程 度 とら大まかに分けた区間設定でなく、より客観的な左右岸で大きな差はない。初期越流時間で比較す指標で堤防の被災の程度を表現することを考える。

る と 、 地 点 Fで ゼ ロ で あ る の に 対 し て 、 地 点 B、堤防を堤内地盤も含めて10m間隔で輪切りにしたC、 Dでは 2～ 7分程 度と差 がある 。こ れらの 越流断面を作成し、裏のり面及び堤内地盤について侵

区 間 の 4断 面 の結 果を 見る と 、初 期越 流時 間が 長食された面積を欠損面積とする。欠損面積を、図

いほど、またその間の越流水深が大きいほど、被-3の中央付近に示す裏のり基準断面積で割り、欠災レベルが大きくなる。右岸で見られた区間ごと損割合とする。堤防の欠損割合を算定するにあたの被災レベルの違いは、地点B、C、Dの3断面でり、地震の影響で生じた地盤の水平・鉛直変位を－ 18 －

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補正した、地震発生前後の航空測量データ及び定期横断測量成果を用いた。堤防欠損量を踏査結果に代えて用いるにあたり、両者の関係を比較した（図-3参照）。被災レベルⅠのほとんどが欠損割合0-2%であり、被災レベル Ⅳは全て欠損割合100%
以 上 と な って い る 。 被 災レ ベ ル Ⅱ とⅢ は 異 なる欠損割合に分散しているが、Ⅱは小さい欠損割合に多く、Ⅲは大きい欠損割合に多くなっており、
図-4

越流状況と堤防欠損割合との関係

図-5

越流状況と堤防欠損割合との関係（堤内地の湛水状況を考慮）

欠損割合は被災の程度と整合する。
図-4は、越流時間を横軸に、平均越流水深を縦軸とし、欠損割合ごとにプロットの形状を変え、越流条件に応じてプロットした結果である。また、プロットの色を分けている。ここで、平均越流水深は越流時間で生じた越流水深の平均値である。
図では右上に行くほど越流条件が激しくなり堤防の欠損割合も大きくなると考えられるが、欠損割合ごとのプロットの境界が曖昧である。図-5は、
図-4の縦軸を初期越流時間における越流水深の平均値とし、横軸も初期越流時間で整理し直した結果である。赤い点線で囲んだ一部の範囲を除き、は、規模の小さな津波でも河川堤防区間において欠損割合ごとの境界が明確となる。

被災の程度が大きくなることが予想された。

以上の結果から、同程度の越流条件でありながら被災の程度が異なった理由は堤内地の湛水状況であり、湛水せずに越流を受けていた時間が長い断面ほど、大きな侵食を受けたと考えられた。

ウォータークッションとして機能する堤内湛水の水深が小さくなると、ある一定時間以上越流が継続する場合には、より小さな越流水深に対して破堤に繋がる、程度の大きな被災が生じる可能性があることが示唆された。このことを堤防システ
ムに引き寄せて考えると、堤防整備状況や来襲する津波の波高や継続時間等の組み合わせによって国土交通省国土技術政策
総合研究所河川研究部河川研究室 主任研究官、博(工)Dr.Masaki FUKUSHIMA

辞検討に際し、宮城県の「宮城県沿岸部航空計測データ」を使用した。ここに記して謝意を表する。
参考文献

5．おわりに

福島雅紀 *謝1) 河 川 津 波 対 策 検 討 会 ： 河 川 へ の 遡 上 津 波 対 策 に 関する緊急提言、
http://www.mlit.go.jp/river/shinngikai_blog/kasen
tsunamitaisaku/teigen/teigen.pdf、2011．
2) 服 部 敦、 福島 雅紀 ：津 波によ る 堤防 等河 川管 理 施
設の被害、土木技術資料、第53巻、第8号、pp.22～27、2011．
3) 河 川 津波 対策 検討 会： 河川遡 上 津波 のシ ミュ レ ーション結果、第2回配布資料、
http://www.mlit.go.jp/river/shinngikai_blog/kasen
tsunamitaisaku/index.html、2011．

佐野岳生**

成田秋義***

共和コンクリート工業
株式会社（前国土交通省国土技術政策総合研究所河川研究部河川研究室部外研究員）
Takeo SANO

国土交通省東北地方整
備局河川部河川計画課
課長補佐
Akiyoshi NARITA－ 19 －

服部敦****

国土交通省国土技術政策
総合研究所河川研究部河川研究室長、博(工)Dr.Atsushi HATTORI