技術研究開発の最前線 特集

大規模広域型地震被害の即時推測技術に関する研究
国土交通省 国土技術政策総合研究所 防災・メンテナンス基盤研究センター 国土防災研究室
主任研究官

なが や

長屋

かずひろ

和宏

では，これまでの研究およびシステムなどの開発

1.

状況について紹介する。

はじめに国土交通省の所管施設の管理では，地震発生時

2.

即時震害推測システムに大きな震度が観測されたエリアで点検を実施している。しかしながら，被害が甚大でその分布が地震発生直後に得られる情報としては，気象庁広範にわたる場合や地震が夜間に発生した場合にが発表する震度階級が一般的であるが，震度階級は，被害状況の把握に数時間以上を要することがだけでは多様な振動特性を有する各種施設の被害ある。2011年 3 月に発生した東日本大震災では，を推測するのは難しいことが指摘されている2）。

中部地方以東の全域で所管施設の点検を実施した

土木構造物の被害程度と比較的相関のある地震動が，特に被害が甚大であった東北・関東地方では指標としては，SI値（スペクトル強度）が知られ点検終了まで多大な時間を要した。同様に広域でており，耐震設計における地盤の液状化判定などの多様な被害が想定される首都直下地震や東海・では，最大加速度が用いられている。

東南海・南海地震では，被害状況の概略の把握にまた，地震の揺れによる施設被害を推測するにさえ難しくなることが懸念される。このような所当たっては，その施設の直近で観測された地震動

管施設の被害が把握できない状況が続くと，災害強さが必要となる。しかしながら，所管施設のう対策本部等では迅速な初動対応のための的確な意

ち，施設近傍で強震観測が行われているものは少思決定が困難になる。

なく，複数の観測点での記録をもとに地震動強さ

そこで，国土技術政策総合研究所（以下，「国の空間分布を推定する必要がある。

総研」という）では，地震発生直後に各種観測網一方，地震動強さから，施設被害を推測するにより得られる強震記録から地震動分布を推定する

あたっては，施設が経験した地震動強さの他に，手法，および地震動分布と所管施設の基礎情報を構造形式やその構造物の耐震設計レベル（一般的もとに被害状況を精度良く推測する手法，の開発には設計された年代）が大きな影響を及ぼす。

を目的とした「大規模広域型地震被害の即時推測「即時震害推測システム」は，これらを踏まえ，技術に関する研究」を平成23〜26年度の 4 ヵ年

地震観測記録を用いて所管施設などの被害推測をのプロジェクト研究として実施している 。本稿行なうものであり，被害推測のフローを図― 1 に1）

建設マネジメント技術

2014 年 8 月号 11

特集 技術研究開発の最前線

震源位置とマグニチュードが地震発生後に一般財
各種地震観測網から地震発生および地震動強さを観測

団法人日本気象協会（JWA）から送信され，こ地震動強さの空間的分布を推定

動分布が演算される。

施設位置での地震動強さより地震による構造物被害を推測

れらのデータをもとに，4.で示す手法により地震

4.

地震動分布の推定⑴

地震動分布の推定手順

地震による施設被害を表示

図― 1

被害推測のフロー

地表面で観測される地震動強さは，地点ごとに示す。

異なっている表層地盤の特性に大きく影響を受け

本システムを構成するそれぞれの仕組みは以下ることから，地表面の地震計で得られた地震動強に示すとおりであり，現在模擬データを使用したさをそのまま空間補間すると適切に補間することプロトタイプシステムを構築し，試験運用していができない。一方，地下の硬い基盤面での地震動る。現時点では地震動分布の演算時間の短縮を図

強さには，震源からの距離に応じて小さくなる減るとともに，本システムを災害対応現場で実践的衰特性があることが知られている。このため，図に活用するための検討を行っている。

― 3 のように，表層地盤によって基盤面の地震動強さが何倍に増幅されるかを表す増幅倍率DBを3.

強震記録活用の仕組み作成し，地表面で観測された地震動強さを増幅倍率で除して基盤面での地震動強さに変換し（図中①），基盤面で空間補間する（図中②）方法が一

施設被害の推測に用いる地震観測記録は，全国般的である。気象庁でも震度 5 弱以上を観測した

約1,000箇所に設置された強震計からなる独立行

地震については，震度階の面的分布を推計した結政法人防災科学技術研究所（以下「防災科研」と果を推計震度分布4）として公表しており，これもいう）K―NET3）の強震記録を活用しており，地震同様に基盤面で地震動強さを空間補間している5）。

動分布をより精度良く推定するため，適宜国総研

地表面で地震観測がされていない位置での地震動の観測記録などを統合している。

強さは，空間補間で得られた基盤面における地震

なお，本研究は，国総研と防災科研との共同研究としても位置づけている。

動強さにそれぞれの位置での増幅倍率を乗ずることで得られる（図中③）。

現時点では，地震発生後，自動的にK―NETの観測データ（強震記録から算出された計測震度，⑵

表層地盤の増幅倍率最大加速度，最大速度，SI値）が国総研に送信さ表層地盤の増幅倍率は，地震ハザードステーシれ，関係するサーバの構成および機能とデータのョン6）で公開されている250mメッシュの表層30m

流れは図― 2 の通りである。

平均S波速度をもとに，既往の研究成果7）,8）により防災科研からのK―NETデータは，通信品質と算出している。

セキュリティ確保のためインターネットを介さな表層30m平均S波速度は全国の地形・地盤分類

いIP―VPN（IP通信網を経由して構築した閉域通メッシュマップ9）をもとに，同じ地形分類であっ信網）により国総研の地震情報管理サーバに送信ても標高や地盤の傾斜によって堆積物の粒度が異されている。

なること等を考慮して推定されたものであり，地これとは別に，地震動分布の推定に必要となる

12

建設マネジメント技術

2014 年 8 月号

震動増幅倍率と相関が高く，地震被害想定に用い技術研究開発の最前線 特集①地震データの送信（FTP-PUT）（主に計算値情報）

国土技術政策総合研究所 DMZ

防災科学技術研究所

IP-VPN

VPNルータ

K-NETサーバ

VPNルータ

地震動分布表示システム（グローバルIPアドレスなし）①地震データの受信（FTP-PUT）①地震データの送信（FTP-PUT）（主に震源情報）

日本気象協会

インターネット②1秒ごとなどでファイルチェック

L2-SW

ファイアウォール

JWAサーバ

防災関係気象情報集約装置（グローバルIPアドレスあり）⑥各キャリアを経由してユーザにメールを配信①地震データの送信（FTP-PUT）（主に観測値情報）③条件にあう地震データがあればファイルを転送し，メール配信管理サーバのプログラムを起動

メールサーバ（国総研管理）（グローバルIPアドレスあり）⑤メール送信（SMTP)④１秒ごとなどでファイルチェックし，データがあればメールを作成

利用者（職員）地震情報管理サーバ（グローバルIPアドレスなし）②地震データの送信（FTP-PUT）（主に観測値情報）

JWAデータ
内部ネットワーク
K-NETデータ

NWDBサーバ

国交省データ
処理済みデータ④推計地震動分布の閲覧

地震情報管理サーバ関係の処理
地震動分布表示システム関係の処理
防災関係気象情報集約装置関係の処理
NWDBサーバ関係の処理

利用者（職員）

国土技術政策総合研究所
内部LAN

図― 2 「即時震害推測システム」関係サーバの構成および機能とデータの流れ
最大加速度・ＳＩ値 地震計
地表面の地震動分布
地表面
地震計

予測地点

増幅
①×１／応答倍率③ 増幅倍率③×応答倍率

各地点ごとに事前計算

増幅倍率ＤＢ×××

②補間××

格子点×

工学的基盤面

地震動は基盤面までは均質に伝播
震源×

図― 3

地震動分布の推定手順

建設マネジメント技術

2014 年 8 月号 13

特集 技術研究開発の最前線

る広域震度分布の予測などにも地盤の揺れやすさ

震央地名・地震名，発生時刻，震央位置，マグニを表す指標としてよく用いられている10）。

チュード，震源の深さを表示するとともに，システム内で共有している強震記録の最大震度，デー⑶

基盤面での地震動強さの補間

タソースの共有状況を示している。図では近畿・基盤面での地震動強さの補間にあたっては，他中国・四国地方を表示しているが，他の地域や全機関の地震被害推定システムなどで用いられた実国の表示，震度階，最大加速度，SI値のタブによ績のある三つの手法（Inverse Distance Weight­

る切り替え表示，強震記録を追加し再表示するこ

ed法，Minimumとができる。

Curvature法，Kriging法 ） を整理し，既往地震の地震動分布を推定して適用性を比較検討した。その結果，震源情報が必要となるものの，補間精度が高く演算量も比較的少ない5.

参照地震情報Kriging法を採用した。
国総研では，1968年十勝沖地震以降に発生した⑷

地震動分布表示プログラム
システム内の実際の演算では，公開されている比較的最大震度の大きい38地震（表― 1 ）を「被害地震情報カタログ」としてデータベース化して最大地動分布の推定シミュレータRASMO11）のプいる。

ログラムを用いている。

「被害地震情報カタログ」ではそれぞれの地震例として，2013年 4 月13日に発生した淡路島付特性として，震源のタイプ（海溝型，活断層型），近の地震（気象庁マグニチュード6.3，最大震度地震動の強さとその広がり，地震の発生地域（都6 弱）の際の計測震度の分布を推定した結果を図

市域，山間地，沿岸地域など）をまとめている。

― 4 に示す。

また，併せてそれぞれの地震の人的被害，住宅被画面には，地震に関する基本的な情報として，害，施設被害（土砂災害，道路被害，河川被害，図― 4 地震動分布表示の画面イメージ（△：K―NET観測点，○：国土交通省観測点）14

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2014 年 8 月号

技術研究開発の最前線 特集

表−1

データベース化した「被害地震情報カタログ」対象地震一覧

地震名

日付

発生時刻

1 十勝沖地震
1968年 5月16日 9時48分頃
2 宮城県沖地震
1978年 6月12日 17時14分頃
3 日本海中部地震
1983年 5月26日 11時59分頃
4 釧路沖地震
1993年 1月15日 20時06分頃
5 北海道南西沖地震
1993年 7月12日 22時17分頃
6 北海道東方沖地震
1994年10月 4日 22時22分頃
7 三陸はるか沖地震
1994年12月28日 21時19分頃
8 兵庫県南部地震
1995年 1月17日 5時46分頃
9 愛知県東部
1997年 3月16日 14時51分頃
10 鹿児島県北西部を震源とする地震 1997年 3月26日 17時31分頃
11 鹿児島県北西部を震源とする地震 1997年 5月13日 14時38分頃
12 山口県北部
1997年 6月25日 18時50分頃
13 岩手県内陸北部を震源とする地震 1998年 9月 3日 16時58分頃
14 新島神津島近海
2000年 7月 1日 16時01分頃
15 新島神津島近海
2000年 7月15日 10時30分頃
16 三宅島近海
2000年 7月30日 21時25分頃
17 鳥取県西部地震
2000年10月 6日 13時30分頃
18 芸予地震
2001年 3月24日 15時27分頃
19 静岡県中部
2001年 4月 3日 23時57分頃
20 宮城県沖を震源とする地震
2003年 5月26日 18時24分頃
21 宮城県北部を震源とする地震
2003年 7月26日 7時13分頃
22 十勝沖地震
2003年 9月26日 4時50分頃
23 新潟県中越地震
2004年10月23日 17時56分頃
24 釧路沖
2004年11月29日 3時32分頃
25 釧路沖
2004年12月 6日 23時15分頃
26 留萌支庁南部
2004年12月14日 14時56分頃
27 釧路沖
2005年 1月18日 23時09分頃
28 福岡県西方沖を震源とする地震 2005年 3月20日 10時53分頃
29 千葉県北東部
2005年 4月11日 7時22分頃
30 千葉県北西部を震源とする地震 2005年 7月23日 16時34分頃
31 宮城県沖を震源とする地震
2005年 8月16日 11時46分頃
32 能登半島地震
2007年 3月25日 9時41分頃
33 三重県中部
2007年 4月15日 19時29分頃
34 新潟県中越沖地震
2007年 7月16日 10時13分頃
35 神奈川県西部
2007年10月 1日 2時21分頃
36 岩手・宮城内陸地震
2008年 6月14日 8時43分頃
37 岩手県沿岸北部を震源とする地震 2008年 7月24日 0時26分頃
38 駿河湾を震源とする地震
2009年 8月11日 5時07分頃

港湾被害）を整理している。

マグニ
チュード
7.9
7.4
7.7
7.5
7.8
8.2
7.6
7.3
5.9
6.6
6.4
6.6
6.2
6.5
6.36.5
7.3
6.7
5.3
7.1
6.4
8.0
6.8
7.1
6.9
6.1
6.4
7.0
6.1
6.0
7.2
6.9
5.4
6.8
4.9
7.2
6.8
6.5

震央

震源
最大 人的被害 住宅被害
深さ
震度（死者数）（全壊家屋数）（km）

40°44.0′N 143°35.0′E038° 9.0′N 142°10.0′E 4040°21.6′N 139° 4.4′E 1442°55.2′N 144°21.2′E 101
42°46.9′N 139°10.8′E 3543°22.5′N 147°40.4′E 2840°25.8′N 143°44.7′E034°35.9′N 135° 2.1′E 1634°55.6′N 137°31.5′E 3931°58.3′N 130°21.5′E 1231°56.9′N 130°18.1′E934°26.4′N 131°39.9′E
839°48.3′N 140°54.0′E
834°11.4′N 139°11.6′E 1634°25.4′N 139°14.5′E 1033°58.2′N 139°24.6′E 1735°16.4′N 133°20.9′E934° 7.9′N 132°41.6′E 4635° 1.4′N 138° 5.6′E 3038°49.2′N 141°39.0′E 7238°24.3′N 141°10.2′E 1241°46.7′N 144° 4.7′E 4537°17.5′N 138°52.0′E 1342°56.7′N 145°16.5′E 4842°50.8′N 145°20.5′E 4644° 4.6′N 141°41.9′E
942°52.5′N 145° 0.4′E 5033°44.3′N 130°10.5′E935°43.6′N 140°37.2′E 5235°34.9′N 140° 8.3′E 7338° 8.9′N 142°16.6′E 4237°13.2′N 136°41.1′E 1134°47.4′N 136°24.4′E 1637°33.4′N 138°36.5′E 1735°13.5′N 139° 7.1′E 1439° 1.7′N 140°52.8′E
839°43.9′N 141°38.1′E 10834°47.1′N 138°29.9′E 23

555656675強
5強
6弱
5強
6弱
6弱
6弱
6弱
6弱
6弱
5強
6弱
6強
6弱
75強
5強
5強
5強
6弱
5強
5強
6弱
6強
5強
6強
5強
6強
6弱
6弱

52281042202036,434673
1,18393453601
3972104,906

0―

4―
1―
15―

02435
70000682
1,276116
3,175

1144―
―
1――
638

11

1,086

17―
130―0

併せて「参照地震」についても同様の情報を表示

地震が発生した際（その時発生した地震を「発する。また，地震動分布の表示に当たっては，地生地震」という），「被害地震情報カタログ」に収図の縮尺を同一とすることでそれぞれの地震動の録されている地震の中から，地震特性が類似する広がりが比較できるようにするとともに，「参照地震（これを「参照地震」という）を抽出し，現地震」の被害状況を表示している。

場などの災害対応の参考となるよう「発生地震」「参照地震情報」は，「発生地震」の被害状況をと「参照地震」の情報を「参照地震情報」として直接推測するものではないが，「参照地震」の被12）。
とりまとめることができる（図― 5 ）害概況および当時の災害対応を踏まえることで，「参照地震情報」には，「発生地震」の情報とし災害対応にあたる支援要員の派遣や復旧に要するてマグニチュード，震源の深さなどの地震諸元，資機材の手配などの災害対応の意思決定を支援す

観測記録の最大値とともに地震動分布を表示し，る。
建設マネジメント技術

2014 年 8 月号 15

特集 技術研究開発の最前線

図― 5参照地震情報（2008年 6 月14日岩手宮城内陸地震。地震発生直後をイメージしたサンプル）

なお，地震動分布表示プログラムでは，「参照地震情報」の作成を支援する機能を有しており，の液状化についても，設計に用いられる値を推定する手法15）で推測を実施している。

地震動強さの分布が近似する既往地震の抽出を自地震動強さからの構造物の被災度の関係につい動で行なっている。既往地震の抽出は，250mメては，本研究としてもその精度向上を図っておッシュのSI値の分布からのSI値の大きさに応じたり，その一例として，道路盛土の例を示す。2004

メッシュ数を用いた近似性の評価を行なってお年新潟県中越地震および2011年東北地方太平洋沖

り，メッシュ数の近似性に応じて三つの「参照地地震で発生した多数の道路盛土の被災事例をもと震」の候補を示し（図― 4 右下），地震の発生地に，被災しやすい構造的要因を抽出するととも域などを踏まえた選択により「参照地震情報」をに，地震動強さと道路盛土の被災度の関係を分析作成する。

した。平地と傾斜地では盛土の被災パターンが異なる16）ため，平野・台地部と丘陵部の二つに分類

6.

構造物被害の推測し，被災データを整理した。
表― 2 は，平野・台地部の道路盛土の被災パターンを示したもので，各地震の被災件数と被災パ地表面の地震動強さからの構造物の被害推定

ターンの被災度別の関係を検討した。その結果，は，道路橋，盛土を対象に実施しており，既往地

基礎地盤条件，盛土構造（盛りこぼしか擁壁か）震の被災データに基づいて提案された手法13）,14）をおよび盛土高さと被災度との関連が強いことがわ用いている。また，施設被害に影響が大きい地盤かったため，これらの条件で被災事例を分類した

16

建設マネジメント技術

2014 年 8 月号

技術研究開発の最前線 特集

表−2
被災パターン

平野・台地部の道路盛土の被災パターン・被災区分16）に加筆
被災模式図

被災度

被災度の説明B

亀裂幅15cm以上または段差量20cm以上

C

亀裂幅15cm未満または段差量20cm未満

A

亀裂幅30cmをこえ，かつ段差量50cm未満をこえたもの

B

亀裂幅30cmを以下または段差量50cm以下

A

沈下量50cm以上

B

沈下量20cm以上，50cm未満

C

沈下量20cm未満

Ⅰ型

Ⅱ型

Ⅴ型

表― 3

地震動強さと道路盛土の被災度の関係

道路構造タイプ
地盤条件

盛土構造

震度
盛土高さ

4

5弱

5強

6弱

5 m未満

―

―

―

―

5 m以上

―

―

（V―C）

5 m未満

―

―

―

5 m以上

―

―

―

5 m未満

―

――

盛りこぼし形状

軟弱粘性土地盤
積み擁壁ブロック
腰積み擁壁

擁壁高さ
3 m未満擁壁高さ
3 m以上

5 m以上

7Ⅱ―A
Ⅱ―B
（V―C） （V―B）

Ⅱ―A
Ⅱ―A
Ⅱ―B
（V―B） （V―B） （V―A）
―

Ⅱ―B

Ⅱ―B
（V―C）

Ⅱ―B
Ⅱ―B
Ⅱ―B
（V―B） （V―B） （V―B）
――――

5 m未満

―――

Ⅱ―B
Ⅱ―A
Ⅱ―B
（V―C） （V―C） （V―B）

5 m以上

―――

Ⅱ―A
Ⅱ―A
Ⅰ―B
（V―C） （V―B） （V―A）

5 m未満

―――

Ⅰ―C
Ⅱ―B
Ⅰ―C
（V―B） （V―B） （V―B）

5 m以上

―――

Ⅰ―B
Ⅱ―B
Ⅰ―C
（V―C） （V―B） （V―B）

5 m未満

―――

5 m以上

―――

7.

まとめ

擁壁高さ3 m未満
積み擁壁ブロック
腰積み擁壁
擁壁高さ
3 m以上

――

Ⅱ―B
Ⅱ―B
（V―C） （V―B）―

盛りこぼし形状（砂質土・礫質土）
液状化地盤

6強

Ⅰ―B

Ⅱ―B

Ⅱ―B
（V―B）

Ⅰ―B
Ⅱ―A
Ⅰ―B
（V―B） （V―B） （V―B）

上で，被災した盛土位置での地震動強さと被災パ
ターン・被災度との関係を表― 3 のように整理した。
本表を用いることで，盛土構造等と地震発生直後に推定した地震動強さから，道路盛土の被災度

本研究は，地震観測記録から被災状況を推測すを迅速に推測することができる。今後，他の施設る手法を開発し，即時震害推測情報として提供すについても同様の分析を進めるとともに，地震ごることで，地震発生直後の情報の少ない段階におとの被害の特徴を考慮する等の高精度化を図る。

いて施設管理者の意思決定をサポートすることを目的にしている。
建設マネジメント技術

2014 年 8 月号 17

特集 技術研究開発の最前線

本研究の成果は，今後，地方整備局等の災害対

8） 末冨岩雄，石田栄介，磯山龍二：「空間補間による応の現場に普及させていく予定であり，さらに，地震動分布推定の高精度化のための一検討」，第28回

被害推測情報を起点として，地震発生後に得ることができるさまざまな情報と組み合わせることで地震工学研究発表会報告集，p.8（2005）
9） 若松加寿江，松岡昌志，久保純子，長谷川浩一，
杉浦正美：「日本全国地形・地盤分類メッシュマップより確度の高い情報を提供する仕組みについてのの構築」，土木学会論文集，No.759/I―67，pp.213―232

研究・開発を進めていく。

（2004）
形・地盤分類250mメッシュマップの構築とその利【参考文献】
1） 運上茂樹，金子正洋，片岡正次郎，長屋和宏：「大規模広域型地震被害の即時推測技術に関する研究」，土木技術資料，Vol.54，No.1，pp.64―65（2012）2） 例えば，境有紀，纐纈一起，神野達夫：「建物被害率の予測を目的とした地震動の破壊力指標の提案」，
日本建築学会構造系論文集，No.555，pp.85―91（2002.05）
3） 防災科研ウェブサイト：強震観測網（K―NET，KiK―net），http://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/4） 気象庁ウェブサイト：推計震度分布図，http://www.seisvol.kishou.go.jp/eq/suikei/index.html
5） 柿下毅：「気象庁の新しい震度情報―推計震度分布―」，震災予防，No.186，（2002）
6） 地震ハザードステーションJ―SHISウェブサイト：
http://www.j-shis.bosai.go.jp/
7） 藤本一雄，翠川三郎：「近接観測点ペアの強震記録に基づく地盤増幅度と地盤の平均S波速度の関係」日
本地震工学会論文集，Vol.6，pp.11〜22（2006）18

建設マネジメント技術

10） 若松加寿江，松岡昌志：「全国統一基準による地2014 年 8 月号

用」
，日本地震工学会誌，No.18，pp.33―38（2013）11） 防災科研川崎ラボラトリーウェブサイト：http://www.kedm.bosai.go.jp/japanese/daidaitoku/software.html
12） 運上茂樹，高宮進，片岡正次郎，長屋和宏：「地震発生直後の概略被害状況の推測」，国総研レポート
2011，p47（2011.03）
13） 小林寛，運上茂樹：「大地震時における道路橋の被災度推定手法」，土木技術資料，Vol.47，No.12，pp.48―53（2005）
14） 土木研究所：道路盛土の簡易耐震性評価法（案），（2003）
15） 長屋和宏，日下部毅明，真田晃宏：「東北地方整備局における即時震害予測システム（SATURN）の開発」，土木技術資料，Vol.47，No.9，pp.155―160（2005）16） 日本道路協会：「道路震災対策便覧（震災復旧編）
平成18年度改訂版」（2007）