Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
のシールが切れたため、最も危険なタンクとして注意が払われた。これら4基のタンクは、許可容量約10万klの原油タンク2基、同約4万klのスロップタンク1基と地震発生直後に出火した原油タンクである。前述のナフサタンクにおける火災が全面火災となったのも、浮屋根沈没によるナフサ油面の露出が背景にあるものと見られている。この他、釧路市、石狩市の事業所でも、石油タンクのスロッシングとそれに起因する被害が発生したことがわかっている。

今回被害を受けた石油タンクの大きさからすると、スロッシングの原因となる揺れは周期数秒から十数秒程度の長周期の地震動である。本稿の目的は、2003年十勝沖地震の際の長周期地震動について観測事実を中心に述べ、その特徴を浮き彫りにすることである。今回の地震では、近年発生した大地震同様、非常に多数の地点で地震動波形記録が得られている。これは、1995年兵庫県南部地震を契機として、全国規模かつ稠密な強震観測網の整備が国により進められ、現在では独立行政法人防災科学技術研究所のK-NETとKiK-netを合わせると1,694地点に一様な仕様の強震計が設置されていることによる。また、消防庁の補助事業として各市町村に少なくとも1台設置された震度計（自治体震度計）では、その大部分が地動加速度波形を記録できるようになっている。気象庁はこれまで気象庁95型震度計等が設置されている震度観測点（全国610地点）により記録された波形データの一部を公開してきたが、今回はじめて自治体震度計の波形データの一部も公開した。以上述べた地震動波形記録を用いることにより、今回の地震では長周期地震動の空間分布を詳細に議論することが可能である。本稿ではまず甚大な被害を被った北海道製油所が立地する苫小牧西港付近での揺れについて述べた後、苫小牧市が位置する勇払平野とその北方にある石狩平野での揺れについて論じ、最後に北海道南部と東北北部における長周期地震動を概観する。本稿では、観測地震動から推測されるスロッシング最大波高については言及するが、実際に発生したスロッシングまでは踏み込まない。

### 2. 苦小牧西港付近の長周期地震動

図1に北海道製油所付近の地図を示す。北海道製油所付近では製油所敷地内を含め4つの地点で2003年十勝沖地震の本震波形記録が得られている。北海道製油所敷地内の記録は現時点では公開されていない。これを除くと北海道製油所直近の地点は港湾地域強震観測の苫小牧-G観測点（Tomakomai Western Port）で、北海道製油所の西方約3kmにある北海道開発局苫小牧港湾建設事務所敷地内にある。次に近いのは独立行政法人防災科学技術研究所の強震観測網K-NETの苫小牧観測点（K-Tomakomai）で、これは苫小牧-G観測点から北西約1km離れた苫小牧市役所付近に設置されている。もう1つの地点は気象庁苫小牧測候所（JMA Tomakomai）で、これは北海道製油所からほぼ西方に約9km離れたJR糸井駅付近にある。

港湾地域強震観測は長い歴史を持ち、苦小牧西港においては最も古いもので1973年の記録が公開されている。よって、苦小牧-G観測点においては、今回の2003年十勝沖地震の際の揺れと過去の大きな地震の際の揺れを比較することができる。図2に1982年浦河沖地震以降の大きな地震の波形記録を並べた。最下段の記録は2003年十勝沖地震本震の発生から約1時間20分後に起きたこれまでの最大余震である。苦小牧-G観測点に設置されている地震計は加速度計であるが、図に示した地震波形は元々の地動加速度記録を1回積分して地動速度に変換し、通過帯域0.05から5 Hzのバンドパスフィルターをかけたものである。これは長周期成分を目立たせ、それについての議論をしやすくするための操作である。この図から、同一地点であっても、地震によって揺れ方が大きく異なることがよくわかる。今回の地震の揺れの特徴は、長周期地震動が非常に大きかったという一言に尽きる。過去においても、1993年北海道南西沖地震や1994年北海道東方

図１ 苦小牧西港付近の地図。
沖地震のように大きな長周期地震動が観測されたことがあったが、今回の地震は最大振幅においてこれら2つの地震を大きく上回っている。即ち、苫小牧西港付近は、長周期地震動の観点からすると過去約20年間で最大の揺れに見舞われたと言うことができる。

次に、速度応答スペクトルにより地震動の周期成分について論ずるが、その前に本稿で着目する周期を述べる。石油タンクのスロッシングは地震動との共振現象であるので、地震動においてまず着目すべきはスロッシングの1次固有周期における成分である。スロッシングの1次固有周期は次の式で計算される $ ^{6} $ 。

$$ T s=2\pi\sqrt{\frac{D}{3.68g}\cdot\coth\left(\frac{3.68H}{D}\right)} $$

ここに、Tsはスロッシングの1次固有周期（s）、Dは内径（m）、Hは液面高さ（m）、gは重力加速度（m/s²）である。これは、円筒形の剛体容器に非圧縮性完全流体が入っており、渦なしの場を考えた場合の1次モードに対するものである。つまり、浮屋根と内容液の粘性は考えていない。今回の地震で火災が発生したナフサタンク（許可容量約3万kl）の場合、1次モードのスロッシング固有周期は約7秒である（D=40m、H=20mと仮定）。また、苫小牧東部の石油備蓄基地にある国内最大級の地上式石油タンク（許可容量約11万kl、D=82m）の場合、スロッシングの1次固有周期は約11秒である（H=20mと仮定）。よって、本稿における地震動の周期成分の議論においては、周期7秒前後と周期11秒前後の成分に着目することにする。

図3は図2に示した7つの地震について、苫小牧-G観測点における元々の加速度記録から計算した速度応答スペクトル（減衰定数1%）である。今回の地震の際の東西方向の揺れは、周期4から10秒の帯域で速度応答が1m/sを上回り、特に周期5から8秒の帯域では速度応答が1.7m/s前後のレベルを維持するなど非常に大きいことがわかる。南北方向の揺れについても、所々スペクトルの落ち込みが見られるが周期4から10秒の帯域で速度応答が1m/s以上という高いレベルに達している。スペクトルの形状からわかるように、今回の長周期地震動についてはある特定の周期成分が卓越したという言い方は適切ではない。おおかたの大型石油タンク貯液の1次固有

図2 苫小牧西港(Tomakomai Western Port)における過去の地震の地震動記録。通過帯域0.05から5Hzのバンドパスフィルターをかけた地動速度波形。波形末尾の数字は最大値(cm/s)。(左)ほぼ南北成分（北向き正）。(右)ほぼ東西成分（東向き正）。
1982 Off Urakawa(M7.1)

1993 Off Kushiro(M7.5)

1993 SW Off Hokkaido(M7.8)

1994 E Off Hokkaido(M8.2)

1994 Far Off Sanriku(M7.6)

2003 Off Tokachi(M8.0)

2003 Off Tokachi Aftershock(M7.1)

図3 苫小牧西港（Tomakomai Western Port）における過去の地震記録から計算した速度応答スペクトル（減衰定数1%）。（左）ほぼ南北成分。（右）ほぼ東西成分。

周期が入る周期数秒から十数秒の帯域を通して大きかったと言うのがより適切であろう。この周期数秒から十数秒の帯域における地震動のパワーの大きさは、一部例外を除き、苫小牧港における過去20年の記録の中で前例を見ない。一部例外とは、1993年北海道南西沖地震において周期10秒弱の成分が卓越し、南北成分では今回の十勝沖地震を上回っているという観測事例である。この特徴は速度波形にも現れている。図2の速度波形からわかるように、1993年北海道南西沖地震の波形は、今回の十勝沖地震の波形よりも長い周期の成分が卓越している様相を呈している。本例は、苫小牧西港付近における長周期地震動の卓越周期は、直下の地下構造を考慮するだけでは評価不可能であることを示唆している。

苦小牧市内の長周期地震動特性の決定要因において、地下構造のみが支配的ではないという見方は、苦小牧測候所における気象庁1倍強震記録による過去の地震時の揺れの解析からすでに示されている $ ^{7} $ 。文献7）によれば、苦小牧における長周期地震動の増幅特性は震源により異なり、日本海東縁部で発生する地震については周期約10秒の成分が特に大きくなる傾向を示す一方で、北海道東方沖、北海道南東沖で発生する地震については、他の周期に比べて特別に大きくなる周期成分は見当たらないという結果が得られている。なおこの研究結果は、1952年の十勝沖地震のデータには拘束されていない。

ところで、速度応答スペクトル法 $ ^{8)} $ によれば、下式によりスロッシングの最大波高のおおよその値を速度応答から計算することができる。

$$ Wh=\frac{D}{2g}\cdot0.837\cdot\frac{2\pi}{Ts}\cdot Sv $$

ここに、Whはスロッシング最大波高（m）、Svは周期Ts（s）における速度応答（m/s）である。2003年十勝沖地震の際の苦小牧-G観測点における東西方向の速度応答を用いると、火炎が発生したナフサタンクの場合、計算されるスロッシング最大波高は約2.6m、許可容量約11万klの国内最大級の石油タンクの場合は約1.7mと計算される。なお、より正確な推測には、南北方向の地震動も加味した水平2方向の加振に対する応答を計算する必要がある。

### 3. 勇払平野・石狩平野東部における長周期地震動

本節では、苫小牧市が位置する勇払平野とその北方の石狩平野における長周期地震動を見渡すことにより、苫小牧西港付近の揺れの特徴を見出すことにする。前述の通り、今回の地震では多数の地点で地震動波形記録が得られており、これを利用すれば長周期地震動の空間分布を見ることができる。図4と図5はそれぞれ周期7秒と周期11秒における速度応答（減衰定数1%）をコンターマップで表したものである。この図は、観測点間の補間を単に幾何的に行うことにより作成したもので、地下構造の影響は考慮していない。この図から、速度応答が大きい地域は苫小牧西港付近のみならず、勇払平野と石狩平野東部の広い範囲に及んでいることが一目でわかる。特に勇払平野中央部から石狩平野東部の中央部にのびる南北の軸に沿った地域が、長周期の大きな揺れに見舞われたことがうかがえる。その中でも苫小牧西港付近（K-Tomakomai, Tomakomai Western Port）と石狩平野東部
北端の新篠津（Shinshinotsu Village，KiK-Shinshinotsu）ではとりわけ揺れが大きい。また、千歳（K-Chitose，KiK-Chitose）や南幌（Nanporo Town）における周期7秒の東西方向の揺れは苫小牧西港付近と同程度に大きい。さらにこの図からは、苫小牧市内の3つの地点、苫小牧西港付近、苫小牧測候所（JMA-Tomakomai）、苫小牧東部の石油備蓄基地（Tomakomai Oil Storage Yard）でも揺れの程度が異なっており、これらの中でも苫小牧西港付近の揺れが最も大きかったことがわかる。

図6に勇払平野内とその周辺の地点で得られた加速度波形を積分して速度波形に変換したものをならべた。これらの波形には通過帯域0.05から0.5 Hzのバンドパスフィルターがかけられている。波形の特徴からこれらの記録はおおまかには二つに分類できよう。一つは短周期成分が卓越し主要動が30から40秒程度で収まるものであり、もう一つは長周期成分が卓越し主要動継続時間が1分以上

図4 勇払平野と石狩平野についての周期7秒における速度応答（減衰定数1%）のコンターマップ。観測点間の補間を単に幾何的に行うことにより作成したもので、地下構造の影響は考慮していない。▲はK-NET、■はKiK-net、●は気象庁あるいは自治体、▼は港湾地域強震観測、◆はその他の観測点。（左）南北成分。（右）東西成分。

図 5 図 4 に同じ。ただし周期11秒に対するもの。
にも及ぶものである。前者には平野端部や平野の外に位置するK-Mukawa、Tomakomai Oil Storage Yard、Atsuma Town、K-Hayakita、K-Oiwake、K-Shikotsukohanが入る（図4、図5参照）。K-Hayakita、K-Oiwake、K-Shikotsukohanの3地点はそもそも揺れが小さい。後者には平野内部のK-Tomakomai、JMA-Tomakomai、K-Shiraoi、K-Chitoseが入り、これらの地点では速度応答が大きい（図4、図5参照）。このことから、速度応答が大きくなる長周期で継続時間の長い地震動は勇払平野の影響によるものであると言うことができる。

この長周期地震動が勇払平野内で励起されたものであることを確認するため、図7に示した日高支庁沿岸と胆振支庁東部の観測点における加速度波形を積分変換して得た速度波形を、震央距離と絶対時刻を考慮して図8にならべた。これらの波形には通過帯域0.05から0.5 Hzのバンドパスフィルターがかけられている。K-Tomakomaiで見られるような長周期かつ継続時間の長い地震動が観測されたのは勇払平野内部であって、K-Mukawaより東の勇払平野の端部と震源側の平野手前では発生していないことがわかる。

堆積層が厚く積もった平野や盆地に地震波が入射すると、堆積層内を伝播する大震幅かつ長周期の表面波が励起され、そのような地震波が平野や盆地内部で観測される長周期地震動の主成分であることは、関東平野、大阪平野等におけるこれまでの数多くの研究から明らかにされており（例えば文献9）、10）など）、そのような表面波の励起特性は、平野の平面的な広がり、堆積層の厚さとその柔らかさ、堆積層とそれを乗せる岩盤との境界面形状等に支配されるものと考えられている。勇払平野には、関東平野、大阪平野と比較して厚い堆積層が存在するとされており、今回勇払平野で観測された長周期地震動もこの例にもれないものと考えられる。勇払平野における地震防災を目的とした地下構造探査は、関東平野や大阪平野など大都市を抱える平野ほど精力的には行われておらず、人工地震や常時微動アレイ観測による探査が行われた事例がいくつかある程度である。人工地震による反射法探査は、1986年に平野北部の長沼と平野東部の苫小牧市街地東方のTomakomai Oil Storage Yard付近で実施され、P波速度構造の推定が行われている。それによれば、P波速度が4.2km/s以下の堆積層と考えられる地層は、長沼付近では最も厚い場所で約5km堆積しており、苫小牧市街地東方では約5から8kmの厚さであると報告され

図6 勇払平野内とその周辺の地点で得られた2003年十勝沖地震の地震動記録。通過帯域0.05から0.5Hzのバンドパスフィルターかけた速度波形。波形末尾の数字は最大値(cm/s)。(左)南北成分（北向き正）。(右)東西成分（東向き正）。
図7 震源から勇払平野までの波動伝播の様子を見るために地震動記録を用いる日高支庁沿岸と胆振支庁東部のKNET観測点。図8にこれらの地点で得られた地震動波形をならべる。

図8 日高支庁沿岸と胆振支庁東部のK-NET観測点（図7参照）で得られた2003年十勝沖地震の地震動記録。通過帯域0.05から0.5Hzのバンドパスフィルターかけた速度波形。震央距離と絶対時刻を考慮して波形をならべた。末尾の数字は最大値(cm/s)。(左）南北成分（北向き正)。(右）東西成分（東向き正)。

ている $ ^{11)} $ 。また、北海道製油所近傍のK-Tomakomaiでは、同地点で得られた中小地震記録に見られるPS変換波に着目した解析が実施され、S波速度1.66km/s以下の堆積層とS波速度3km/sの岩盤との境界が地表からの深さ2.36kmの位置にあるとの推定結果が得られている $ ^{12)} $ 。

### 4. 北海道南部と東北北部における長周期地震動

図9と図10はそれぞれ北海道南部における周期7秒と周
期11秒における速度応答（減衰定数1%）をコンターマップで表したものである。図の作成方法は、図4、図5と同じである。周期7秒の成分を見ると、速度応答は勇払平野、石狩平野のみならず、十勝平野、釧路平野など平野部で軒並み大きな値を示しているが、その中でも勇払平野、石狩平野における東西方向の揺れは、道東部の平野よりも震源から遠く離れているにもかかわらず最も大きい。また、南北方向についても、苫小牧西港や新篠津付近の揺れの大きさは、十勝平野、釧路平野における最大値に匹敵している。周期7秒の揺れについて言えば、勇払平野、石狩平野、とりわけその南端と北東端が他のどこよりも大きかったと言えそうである。この理由を明らかにするには、震源からの長周期地震波の放射特性、各平野までの伝播経路の特性、各平野の長周期地震動の増幅特性を総合的に検討する必要があろう。周期11秒の揺れについては、勇払平野、石狩平野は他の平野と同程度に揺れたかあるいは震源に近い道東の平野部のほうが大きく揺れたという傾向が見られる。周期11秒の成分には、周期7秒の成分に比べて、震源の特性の影響がより強く見えるようになっているということであろう。

図11は北海道南部と東北北部各地における地動加速度記録から計算した速度応答スペクトル（減衰定数1％）であり、これらの観測点は大型石油貯蔵施設が存在する場所の近くにある。周期5秒以上の帯域で見ると、苦小牧、石狩、釧路の揺れが大きい。特に石狩での揺れは苫小牧に迫る勢いで、南北動の周期5から6秒の成分は苦小牧を上回っている。前述したように、石油タンクの被害は苫小牧市のみならず、石狩、釧路でも発生しており、この被害状況は長周期地震動の強さと調和的である。

図12には図11の各地点における加速度記録を積分変換して得た速度波形をならべた。これらの波形には通過帯域0.05から0.5Hzのバンドパスフィルターがかけられている。また表1には各地点の震央距離を掲げた。石狩の波形は苦小牧同様に大振幅かつ長周期で継続時間の長い地震動になっている。北海道内では他に函館で継続時間が長い地震動が観測されているが、苦小枚、石狩に比べて

図9 北海道南部についての周期7秒における速度応答（減衰定数1%）のコンターマップ。観測点間の補間を単に幾何的に行うことにより作成したもので、地下構造の影響は考慮していない。▲はK-NET、■はKiK-net、●は気象庁あるいは自治体、▼は港湾地域強震観測、◆はその他の観測点。（左）南北成分。（右）東西成分。

図10 図9に同じ。ただし周期11秒に対するもの。
短周期の揺れが主成分でありまた振幅も小さい。釧路では、苫小牧、石狩に比べ短周期成分が支配的で継続時間が短い地震動が観測されており、震源に近いため最大振幅が大きい。室蘭では震央距離が石狩、函館と同程度であるにもかかわらず、いずれの地点よりも振幅が小さい。室蘭での揺れは短周期が卓越し継続時間が短いものになっている。東北地方北部に行くと振幅はもっと小さくなる。六ヶ所では室蘭、石狩、函館よりも震央距離が小さいにもかかわらず、いずれの地点よりも振幅が小さい。この原因として震源における長周期地震波の放射特性が考えられる。久慈、男鹿では20から30秒程度の長周期成分が卓越しているが、これも震源特性の反映と思われる。

図11 北海道南部と東北北部各地における2003年十勝沖地震の地震動記録から計算した速度応答スペクトル（減衰定数1％）。（左）南北成分。（右）東西成分。

図12 北海道南部と東北北部各地における2003年十勝沖地震の地震動記録。通過帯域0.05から0.5Hzのバンドパスフィルターかけた速度波形。末尾の数字は最大値(cm/s)。(左)南北成分（北向き正）。(右)東西成分（東向き正）。
表 1 大型石油貯蔵施設に近い観測点の震央距離

観測地点	震央距離(km)
K-NET 苦小牧	225
K-NET 釧路	136
K-NET 室蘭	260
K-NET 石狩	275
K-NET 函館	277
K-NET 六分所	243
K-NET 久慈	263
KiK-net 男鹿	416
仙台市にある製油所	467

### 5. まとめ

2003年十勝沖地震（ $ M_{JMA8.0} $ ，暫定）では、苫小牧市をはじめ石狩市、釧路市に立地する大型石油タンクにスロッシングが発生し、浮屋根が破損して沈没するなど甚大な被害が発生した。スロッシングの原因となるのは周期数秒から十数秒程度の長周期地震動である。全国に稠密に点在する強震観測点で得られた地震波形記録から見出される2003年十勝沖地震の際の長周期地震動の特徴は以下の通りである。

(1) 苫小牧西港付近は、周期数秒から十数秒程度の長周期地震動の観点からすると過去約20年間で最大の揺れに見舞われた。

(2) 周期 7 秒及び11秒の長周期地震動が大きい地域は、苦小牧西港付近のみならず、勇払平野と石狩平野東部の広い範囲に及んでいた。特に勇払平野中央部から石狩平野東部の中央部にのびる南北の軸に沿った地域が、長周期の大きな揺れに見舞われた。

(3) 勇払平野、石狩平野で観測された長周期地震動は、平野の地下構造により励起されたものであると考えられる。

(4) 勇払平野、石狩平野における周期7秒の揺れは、震源に近い道東部の平野よりも大きかった。特に勇払平野南端の苫小牧西港付近と石狩平野北東端の新篠津付近の揺れが最も大きかった。

## 謝辞

本稿執筆にあたり、防災科学技術研究所K-NETならびにKiK-net、港湾地域強震観測、気象庁とそのホームページで公開されている自治体震度計の波形データのデータを使用させて頂きました。記して感謝致します。勇払平野までの波動伝播の図の作成には、京都大学防災研究所地震災害研究部門強震動地震学分野のホームページが参考となりました。消防研究所の吉原浩氏と山田實氏の査読意見は、本稿を改善する上で大変役立ちました。

## 参考文献

1）山中佳子，菊地正幸：2003年9月26日十勝沖地震（M8.0），EIC地震学ノート，No.139，東京大学地震研究所ホームページhttp://www.eic.eri.u-tokyo.ac.jp/EIC/EIC_News/030926.html（2003）

2）地震調査研究推進本部地震調査委員会：千島海溝沿いの地震活動の長期評価，2003年3月24日

3）消防厅：平成15年（2003年）十勝沖地震（第34報），2003年11月10日

4）日本地震工学会・他：2003年（平成15年）十勝沖地震被害調査報告会概要集，P.98（2003）

5）危険物保安技術協会・他：平成15年（2003年）十勝沖地震調査報告（概要）——苫小牧市及び胆振東部地区における屋外タンク貯蔵所の被害状況——，2003年11月25日

6) Senda K. and Nakagawa K.: On the vibration of an elevated water-tank - I, Technical Report of the Osaka University 4, 170, 247-264 (1954)

7）座間信作：苦小牧におけるやや長周期地震動特性，消防研究所報告，86，11-21（1998）

8）曽我部潔，重田達也，柴田碧：液体貯槽の耐震設計に関する基礎的研究，東京大学生産技術研究所報告，26，7，P.30（1977）

9) Hatayama, K., Matsunami, K., Iwata, T. and Irikura, K.: Basin-induced Love waves in the eastern part of the Osaka basin, Journal of Physics of the Earth, 43, 131-155 (1995)

10) Koketsu, K and Kikuchi, M.: Propagation of seismic ground motion in the Kanto basin, Japan, Science, 288, 1237-1239 (2000)

11）浅野周三・他：地震動予測精密化のための地下深部構造の研究，文部省科学研究費自然災害特別研究研究成果，No.A-63-3，P.163（1989）

12）小林喜久二・小林啓美：K-NET苦小牧観測点における2003年十勝沖地震の地震動特性と堆積地盤構造の関係，地震工学研究レポート，No.88,41-50（2003）
# Characteristics of Long-Period Ground Motion during the Tokachi-oki, Japan, Earthquake in 2003

(Abstract)

Ken Hatayama and Shinsaku Zama

(Accepted January 21, 2004)

The Tokachi-oki, Japan, earthquake in 2003 ( $ M_{JMA}=8.0 $ , provisional) caused sloshing in many large oil storage tanks in the cities of Tomakomai, Ishikari and Kushiro, Hokkaido and some of them have been so seriously damaged that their floating roofs were broken and sank in the oil. It is long-period strong ground motion with periods from several seconds to around 10 s that generates sloshing in large tanks. We found the following characteristics of the long-period ground motion during the Tokachi-oki earthquake in 2003 from the seismic waveform data observed at a lot of strong ground motion stations distributed densely in the whole Japan:

(1) The vicinity of the Tomakomai Western Port was hit by the largest shaking for the last two decades in terms of long-period ground motion with periods from several seconds to around 10 s;

(2) The long-period strong ground motion with periods of 7 and 11 s was not confined to the vicinity of the Tomakomai Western Port but extended in the Yufutsu plain and the eastern part of the Ishikari plain with the strongest motion visiting the area along the north-to-south axis connecting from the center of the Yufutsu plain to the center of the eastern part of the Ishikari plain;

(3) The long-period strong ground motion inside the plains of Yufutsu and Ishikari is presumed to be excited by the subsurface structure of the plains consisting of thick sediments and surrounding hard basement rocks;

(4) The shaking with a period of 7 s was stronger in the plains of Yufutsu and Ishikari than in the plains in the eastern part of Hokkaido even though the latter were closer to the seismic source region and of all the observation stations the 7-s-shaking was the strongest around the Tomakomai Western Port, the southern edge of the Yufutsu plain and around the village of Shinshinotsu, the north-eastern edge of the Ishikari plain.
技術報告

# 地方自治体の災害対策本部のための 地震災害応急対応支援システムの開発構想

胡 哲新、遠藤 真、座間 信作、関沢 愛

新井場 公徳、鄭 炳表、久保田 勝明

(平成16年2月2日受理)

### 1. 応急対応支援システム開発の背景及び目的

平成14年度、文部科学省は、総合科学技術会議の戦略構想に沿って、「新世紀重点研究創生プラン(Research renaissance 2002)」として、「ライフサイエンス」をはじめ、「情報通信」、「環境」、「ナノテクノロジー・材料」、「防災」の5つの分野を対象とした新規の大型研究プロジェクトを開始した。防災分野では「大都市大震災被害軽減化」（以下「大大特」と略称）を目標とした研究プロジェクトが5年にわたって展開することになり、社会全体が大震災による大都市の被害軽減を行うための技術開発を強く求めていることを明示した $ ^{1} $ 。一般に、地震防災は大きく分けて、事前防災、応急対応、復旧復興の3つに分類できる。兵庫県南部地震のような、地震発生の場所の特定が難しく、被災地域が限定される都市直下型地震については、事前の準備もさりながら発災後の対応の重要性がよりいっそう認識させられた。本研究はこのような背景から、地震発生後の被害を最小化するための迅速かつ適切な応急対応を支援することを目的としている。「大大特」の中では、「地震防災統合化研究」のサブ研究の一環として位置づけられている。

## 2 ．災害対策本部における災害対応のプロセスと業務内容

発災後の災害対応は、被害に対する「問題解決プロセス」として捉えるべきである。一般的に、問題解決のプロセスは図1に示されるように、状況把握（Information）－意思決定（Decision）－対策実施（Action）という3つのフェーズから構成されるサイクルと見ることができる $ ^{2} $ 。各フェーズは発災後の状況変化に応じて修正されていくため、災害対策本部の応急対応のプロセスは、時間軸における「状況把握」－「意思決定」－「対策実施」の繰り返しとなると考えられる。

図2に示されるように、災害現象は「1次被害」から「2次被害」、「3次被害」まで時間とともに拡大していくにつれ、「初動期」、「緊急対応期」、「応急対応期」、「早期復旧期」に区分される要対応事項も増えていく。このことに対して、災害対策本部の業務内容は以下のとおりとなる：

1）「状況把握」：断片的情報から、被害様相（津波、崖崩れ、建物倒壊、火災など）と全体の被害量（死傷者数や生き埋め件数など）、対応需要量（要員、資器材など）を推測、把握する。

2）「意思決定」：1）の“状況把握”に基づき、遂行すべき応急対策事項、実施タイミング、優先順位などを決定する。

3）「対策実施」：2）の意思決定を踏まえて、遂行すべき各々の対策事項に対して、関連資料を参照しながら、マニュアルに記載された規約に基づいて実施していく。

### 3. 災害対策本部が応急対応を実施する上での問題点

災害時、災害対策本部の職員が上述した災害対応プロセスを踏まえて、応急対応の業務を実施していくときに、次のような問題の発生が考えられる。

## 1 ）「状況把握」における過大な分析、計算負荷

災害直後、全体の被害状況を把握することなくしては、迅速、的確な対応活動が考えられない。しかし、被災時

図１問題解決（災害対応）のプロセス
に災害対策本部の限られた人員と時間で、地震災害の連鎖、波及特性を見極めて、全体の被害様相を分析し、さらに被害量、対応需要量などを計算することは難しい。また地震直後における被害情報などが極めて少ないこともあって、災害対策本部の職員が分析・計算するには、時間がかかり過ぎ、初動は遅れてしまう。

## 2 ）「意思決定」における過大な判断負荷

災害対応の意思決定においては、実施すべき対策項目は非常に多いだけでなく、防災担当者の経験の有無、対策実施の判断条件、優先順位、対応力の限界なども複雑に絡み合って、どのような対策を、いつ、どのように実施できるのかを判断するには、たとえ熟練した防災担当者であっても極めて困難であり、初動を一層遅らせてしまう原因となる。

## 3 ）「対策実施」における過大な情報検索負荷

応急対策の実施に当たって、参照すべきデータ、ファイル、書類、ガイダンスなどは時空間的に散在しており、災害対策本部の職員はどの場合、どのタイミングで、どのデータを見るべきか、を自主的に判断しなければならず、大きな負担となる。また情報検索の操作に忙殺され、対策を実施していくという本来の業務に専念することができなくなる問題が考えられる。

4）「修正」における過大なリアルタイム的情報処理負荷

発災後、ある程度時間が経過すると、極めて多くの関連情報が入手できてくることが予想される。適切な応急対応を行うには、これらの実情報を即時に処理することによって、被害予測や、意思決定に関する判断をリアルタイムに修正、更新していく必要がある。しかし、複雑な情報処理が要求されるため、迅速な対応活動に迫られる災害対策本部の職員にとっては、一層の負荷増の原因となる。

## 5 ）非熟練者で対応せざるを得ない状況の発生

震災のような複雑でめったに発生しない事態に適切に対処するには、地方自治体毎に相当熟練した防災担当者が必要である。しかし、多くの自治体では、数年毎に人事異動が行われるのが慣例であるため、熟練者を常に配置することは難しい。このような状況の下で、非熟練者が対応せざるを得ず、1）～4）の問題はいっそう深刻になることが考えられる。

以上の問題点から、複雑な災害環境のなかで、迅速かつ適切な応急対応対策を行うためには、少数の防災担当者に課せられる過大な業務負荷を軽減し、応急対応業務の全過程に必要な情報を提供できる情報支援システムの構築が求められることは自明である。

### 4. 従来の防災情報システム

阪神・淡路大震災では、災害対応の初動体制の確立が大幅に遅れたとの問題が指摘され、発災直後に防災担当機関が迅速に被害情報を把握し、即時的に初動体制を確立できるように支援する防災情報システムが数多く構築されてきている（表1）。これらのシステムの殆どが情報把握に主眼を置き、状況把握さえできれば、防災担当者

注）一次被害：地盤の液状化や崖崩れなどの地盤災害、建物やライフラインの被害など揺れによって直接生ずる1次災害；二次被害：1次災害によって引き起こされる人的被害や地震火災、生活支障などの2次災害

三次災害：都市機能全体がマヒし、経済活動の低下・停止によって社会・経済システムが破壊され、他の地域へ波及・拡大する

図２ 災害対策本部における災害対応の業務内容
表1 既存の防災情報支援システム

機能分類	システム名	開発主体	機能対象
「状況把握」支援	震度予測システム	地方公共団体、民間	震度
建物被害予測システム	地方公共団体、民間	建物被害
人的被害予測システム	地方公共団体、民間	死傷者
避難システムレーション	地方公共団体、民間	避難時間
EES（地震被害早期推計システム）	内閣府	震度分布、建物被害、人的被害
地震津波監視システム	気象庁	津波の高さ、到達時間
地震被害想定支援マニュアル	内閣府	震度、建物被害、人的被害
簡易型地震被害想定システム6)	総務省消防庁	震度、木造家屋被害、出火件数、死傷者、避難者
延焼システムレーションシステム	地方公共団体	火災
「意思決定」支援	兵庫県災害対応総合情報ネットワークシステム3)	地方公共団体、民間	対応需要量の予測
EMS（地震対策支援システム）	内閣府	最適ルート
災害対策ナビゲーションシステム4)	地方公共団体、民間	遂行すべき対策の抽出
「対策実施」支援	地震災害応急対応マニュアルシステム5)	総務省消防庁	電子マニュアル

などが行う意思決定は自動的にできるものと考えられている。しかし、災害対応の現場で要求される様々な意思決定を迅速かつ的確に行うには、状況把握はあくまでも必要条件であり、それだけでは、適切な意思決定ができない。このことに対して、被害量に基づき、対応需要量、応援需要量を推定できるフェニックス防災システム $ ^{3)} $ が構築されてきた。しかし、このシステムは、少なくとも、災害対策本部に求める業務内容の一部しか対応できない問題点が挙げられる。即ち、「状況把握」（被害量、需要量など）に基づき、ユーザが災害対策本部の設置、広域応援の必要性についての判断、要請準備などに使うことはできるが、それ以上のこと、例えば災害対応の時系列的大局的目標設定や、時々刻々と変化する状況を取り込んだ応急活動の更新、修正などの支援を求めることが難しいのである。

また、「意思決定」支援に着目し、入力される実被害情報に基づき、関連する対策項目や具体的実施手順などを提供できるイベント駆動型の情報処理システム $ ^{4} $ が開発されてきたが、基本的に、このシステムは「実情報の入力」を前提としており、発災直後必ずといっていいほど発生する情報空白期に対応できないことや、災害対策本部に特に求められる対応対策全体の目標像や応援計画などに対応しにくいという問題点が挙げられる。

また、表1に示す「対策実施」支援システムに関しては、災害対策の実施手順を電子化した応急対応マニュアルシステム $ ^{5)} $ が開発されている。このシステムは、事前に優先順位を考慮した応急対応マニュアルを時系列的に整理しておき、災害時にそれをそのまま参照しながら実施していくという考え方を前提としている。しかし、災害の起こり方や被害の様相は一つ一つ異なるものであり、事前に予測できない状況の発生による優先順位の変更は必ず生じると考えられるため、即興性の低い問題点が挙げられる。

### 5. 応急対応支援システムの開発コンセプト

上述した応急対応を実施する上での問題点及び防災情報システムの現状を踏まえて、本研究では、災害対応プロセスの全フェーズに対応でき、「状況把握」のみならず、「意思決定」、「対策実施」までの支援を含めた統合型応急対応支援システムの構築手法を提案する（図3参照）。具体的には、

1）「状況把握」の支援に関しては、地震直後、地震データ（震源、深さ、規模など）を入力するだけで、被害の連鎖・波及様相や概略的全体被害量（死傷者数や生き埋め件数など）、時間的変化量などが瞬時的に提示される。また、予測した被害項目と同じフォーマットにおいて、実情報を入力することにより、実情報による全体被害量が瞬時に計算される。

2）「意思決定」の支援に関しては、災害対策本部の職員が被害予測を参照するか、または実情報を参照するかによって、それぞれの要員、資器材、物資などの対応需要量、外部応援需要量が瞬時的計算され、災害状況に応じた「時系列的応急対応目標像」が自動的に設定される。また、応急対応の各事項の処理状況を入力す
図3 災害対策本部応急対応業務の流れと応急対応支援システムの概念図

ることにより、対応活動の進捗状況がリアルタイムに表示される。

3）「対策実施」の支援に関しては、ユーザが各々の対策事項に対して、画面上でクリックするだけで、事前に整理、作成した活動ガイダンス、関連データ、ファイル、資料等のリンク情報が提示される。また、発災後においても、関連資料（写真、画像、表、テキストなど）のハイパーリンクを作成することにより、これらの情報がリアルタイムに表示される。

このようなシステムを用いて、災害対策本部は発災直後の情報空白期においても、被害の全体像を瞬時に把握できるだけでなく、システムが提供する“時系列的応急対応目標”に応じて、対応活動マニュアルを参照しながら、迅速に緊急度の高い対策を実施することができる。また、発災後の情報混乱期においても、本システムによって、時々刻々と変化する状況情報を即時的に処理することにより、適切な応急対策を講じていくことが可能となる。

### 6. システムの機能概要

ここでは、上述したコンセプトに基づいたシステムの主な機能用件及び具体的な実現方法を説明する。なお、このような防災情報システムは、実際に活用されなくては、その価値を持たないとの認識から、システムの機能設計及び開発を行う際には、以下のことを基本方針とする。

1）全国への拡張性を持つこと。

2）地方自治体が、容易に導入できること。

従って、提案する本システムの機能は汎用性のあるパラメータや簡単に入手できるデータセットが存在することを前提とする。また、地震による大規模災害はめったに発生しないことや、事前、事中、事後の防災対策の一貫性などを考え、平常時においても本システムが利用できるように配慮する。システムの機能概要を表2にまとめる。以下では、システムの主要機能を具体的に述べていく。

### 6.1 災害時機能

## 1 ）「状況把握」の支援機能

発災直後においては、少ない情報しか得られない状況の中で、「何が起こっているか」を知る必要がある。ここでは、災害対策本部にとって、応急対応を行うための最も基本的な情報である「応援需要量」を得るための機能について説明する。一般に、応援需要量推定の流れは、図3の左側に示すように、1）全体の被害状況を推定した上で、2）必要な対応需要量を推定し、3）被災地域内で対応できる限界を推定し、4）不足分を応援需要量として、警察、非被災市町村などへの応援分担を決める、というプロセスの繰り返しである。このような複雑な計算を行うには、以下のような基本機能が必要である。

## (a) 被害予測機能

地震直後に、地震の諸元（位置、深さ、規模）を入力するだけで、任意に指定した地域の震度分布を表示し、おおよその被害を瞬時に推定する機能である。「国土数値情報」、「国勢調査データ」という日本全国を対象とする数値データを用いて、行政界にとらわれず広域な被害を推定できる「簡易型地震被害想定システム」 $ ^{6)} $ がすでに構築されている。本研究におけるシステム開発の基本方針に従い、提案するシステムはこれに準拠する仕組みを取り込むことにする。

## (b) 対応需要量の推定機能

過去のそれぞれの大規模地震について、各々の応急対策（消火、救出、搬送、医療、物資の供給・調達など）における要員、物資の需要量に関する体系化・数量化研究 $ ^{7} $ . $ ^{8} $ は従来から行われてきているが、本研究は、そ
表2 提案する応急対応支援システムの機能一覧

区分	機能	概要
災害時	○被害予測	地震直後の震源、深さ、規模を入力するだけで、被害の全体像が瞬時的に提示される
○意思決定支援	①応援需要量
②応急対応の時系列的目標像
が自動的に提示される
○応急対策のガイダンス	各々の応急対応対策の実施手順、関連資料を提示する
○リアルタイム情報更新	①発災後の時間経過の表示機能
②実被害情報の入力、自動合計機能
③応急対応対策項目の追加、更新、進捗状況の表示機能
④対策実施のための関連情報のハイパーリンクの作成機能
平常時	○地震災害危険度評価	任意の場所、規模、発生時期の地震を設定するだけで、当該地区の地震被害想定結果が得られる
○地域防災資源の管理	①地域の防災組織
②防災施設
③防災資器材
に関する情報の入力
○電子マニュアル及び関連情報のハイパーリンクの作成	①応急対応対策の項目、各項目別の活動ガイダンスの整備、作成
②活動ガイダンスに表示される活動項目と関連する書類、ファイル、データがある場合、ハイパーリンクの作成
○意思決定の防災訓練	想定した地震が発生した場合、
①応援需要の判断
②遂行すべき対策の想起
の防災訓練

れらの予測モデルやアルゴリズムなどを参考に、全国ベースへ拡張できるように整理、収集、開発することにより、(a)で予測した被害量に対する需要量を推定することを考えている。ただし、「国土数値情報」、「国勢調査」のような従来から全国約39万の約1km×1kmのメッシュ毎に整備されてきたデータを用いたシステムによる自動処理は比較的に容易であるのに対し、救助率、搬送率、地域対応能力などの需要量推定における多くのパラメータは、「地域特性」に大きく依存するため、データより推定式そのものをデータベース化するほうが有用と考えられるため、需要量推定のためのパラメータの初期値を予め設定してはおくが、当然ながらユーザ（本論では、災害対策本部の職員）が「地域」に応じた変更を行える仕組みづくりも重要である。

## (c) 対応可能量の推定機能

基本的に、“被災地域内の対応可能量＝平常時の対応力×減少率”という計算フローに基づいて、対応可能量の推定機能を実現できると考えている。ここで“平常時の対応力”とは、地域が平常時において保有する人的物的防災資源である。ユーザは平常時において、必要事項を所定のフォーマットで入力することによって、防災資源データベースを構築することができる。“減少率”とは、発災時間、震度分布、被害規模また防災要員、施設の被災状況により、平常時における防災力が減少する割合である。本システムの被害予測機能及び実情報の入力機能により、“予測減少率”と“実減少率”の両方を求めることが可能である。

## (d) 応援需要量の推定機能

以上の(b)、(c)の推定値により、被災地域の応急対応の不足分を応援需要量として推定する。このように、地震の諸元を入力するだけで、被害予測から応援需要量までの一連の推測が自動的に行われ、自衛隊や警察、非被災市町村などへの応援分担、連携を調整するための目安を提供することができる。(図4参照)

## 2 ）「意思決定」の支援機能

以上の被害量、需要量の推定結果や入手したいくつかの実情報などを参照した上で、ユーザがいくつかの状況判断を入力するだけで（図5参照）、実施すべき応急対応全業務の時系列的展開図を自動的に提示されることは、これからなすべき全業務を概観できることから、効率的応急対応が可能となることが期待され、極めて重要な機能である。

このような機能を実現するためには、以下で述べる種々のルールに基づいて動作する電子マニュアルの整備が必要となる。

## (a) 対策項目の実施基準ルール

地震災害の規模、様相などによって、実施すべき応急対策が異なるため、一般に応急対応マニュアルに記載された規約は「～の場合には～をする」といった形式をとっている。例えば、初動期の行動規約としては、「地域内で震度5の地震が発生した場合には、責任部署の判断に
図4 被害量～応援需要量予測

図 5 「時系列的応急対応目標」の自動設定機能

より、災害対策本部を設置する」といった震度情報の判断に関する規約や、「被害世帯数が当該地域の人口に応じて、一定以上の数であると、災害救助法が適用される」といった被害情報の判断による規約などがある。また、消火、救助、医療救護、被災者救援、保健衛生などの対策については、対策需要量、対応可能量などの推定結果によって、応援対策の行動規約が定められている $ ^{11} $ 。従って、既存の紙ベースの「応急対応マニュアル」をIF-THEN型のルールで表現して、電子化することで、入力した状況判断に応じて実施すべき応急対策事項が瞬時に提示される機能の実現が可能である。

(b) 対策を実施すべきタイミングの決定ルール

本来ならば、災害発生直後から緊急対策、応急対策、復旧・復興対策を同時に着手すべきであるが、いわゆる発災後の “Golden 72 hours” という言葉が存在するように、災害発生から最初の72時間が生存者救出の限界であ
り、限られている人的、物的資源のなかで、緊急度の高い対策を優先順位によって実施すべき場合がある。本研究では、以下のルールのもとで優先順位を変更する機能を提案する。

① ロジック上の優先順位ルール：一般的には、災害対策本部が設置してからはじめて、情報収集や、応援要請などの活動を開始する。このような影響関係を、事前にIF-THEN型のルールで記述する。

② 規約上の優先順位ルール：基本的に「人命を守ること」を目的とした対策が災害直後に最優先されるべき対策であり、その中で、消防機関は消火、救出、救助、搬送などの活動主体として期待されるが、最優先すべき事項は消火であるといった規約を定める。

③ 対応ニーズ上の優先順位ルール：大規模震災が発生した場合、複数の対策項目（救出、搬送、医療など）の業務が並列する形で求められることが予想される。そのとき、本システムで提供する対応需要量と被災地内対応可能量から求められる応援需要量、即ち応援需要のニーズによって、応急対策の優先順位を決める。

④ 人的資源に配慮した優先ルール：災害対策本部の要員が限られている場合、いくつかの活動内容の開始時間を繰り下げることによって、職員参集率が低い場合でも、重要な対策を優先的に実施できるような仕組みが必要である。そのため、事前に応急対策毎の担当者、人数を明確化しておき、発災後参集できる職員数に基づき、優先的に実施できる応急対策や、繰り下げなければならない対策項目を自動的に提示する。

本システムは以上(a)、(b)で述べたようなルールに基づいて動作する。すなわち、システムはユーザにいくつかの入力を求め（例えば：○予測した災害が発生；○実情報通りの被害が発生）、こうした入力内容によって、関連するルールのIF部が成立した場合、そのルールのTHEN部に記述された対策項目や、優先順位などが瞬時に提示される機能の実現が可能となる。

## 3 ）「対策実施」の支援機能

対応対策の実施に当たって、参照すべきデータ、書類、関連情報などをハイパーリンクによって、必要に応じて参照できる機能が必要である。すなわち、対応マニュアルに記述されるガイダンスや、文中に現れたキーワードや、関連する条件設定などに対して、予めリンク設定を定義しておき、ユーザが必要なときに応じて、画面上でクリックすることによって、ファイルの内容表示や関連情報、書類、データなどが表示される機能である。これによって、ユーザはデータベースやファイルの検索などの操作を行わなくても、関連する情報を並列的にタイミング良く参照でき、必要な情報へ容易にアクセスできるようになる。(図6参照)

基本活動項目	職員の動員✓
主体名	防災対策課 課長 ✓
対策名	初動体制 ✓
経過時間	開始: 0min ✓ 終了: 1.0h ✓
対応状況	○ ほぼ終了 ✓ ○ 对策中 ○ 未着手 ○ 保留 更新
一覧	項目名	職員の動員
職員の動員	ガイダンス	○ 災害対策本部会議での指示事項を関係各部局長に指示する〈各部局長からの指示は本部連格員を通じて各所管課へ〉○ 災害対策本部会議での指示事項を関係各部局長に指示する〈各部局長からの指示は本部連格員を通じて各所管課へ〉
職員指令を発令する
職員の安否状況の確認	編集 登録 クリア
参考資料	職員連絡名簿	メモ
職員配備基準	動員配備基準	動員配備基準
動員時間外に地震が発生した場合の心得	動員配備基準	動員配備基準
動員対策本部の組織体制基準	追加 登録	書き込み 登録 クリア

図6 ハイパーリンクによる情報参照機能 $ ^{(5)} $
## 4 ）リアルタイム情報提供システム機能

これまでの機能用件は主に平常時の設定によるものである、ここでいう「リアルタイムシステム機能」とは、発災してから早い応答が求められ、実情報の入力と共に、処理結果が更新されていくシステム機能である。本システムの以下の機能においてはリアルタイム性が求められる。

## ① 被害予測（被害予測結果の更新機能）

応急対応対策が危機的状況を切り開くか、より混乱した状況を招くかは、「情報が正しいかどうか」が鍵となる。そのため、できるだけ「精度良い」、「真」の情報を取得することが望まれる。本システムにおける被害予測は、基本的に過去の災害に基づいた経験式を用いているため、必ずしも常に新しい顔を持つ現場の被害を再現できるとは限らない。従って、次々に実際の被害情報を取り込み、予測結果やそれに基づく応急対応活動の展開方法を修正していく仕組みが不可欠となる。これまで、実被害情報の逐次処理による被害のリアルタイム推定モデルに関する先行的研究 $ ^{9} $ が行われてきているが、汎用モデルまで拡張するには、まだいくつかの重要な検討課題が残されていて、実用化できるまでは少し時間がかかりそうな現状にある。そのため、本研究はこの種の機能を持つシステムが開発されることを考慮し、それらの処理結果を本システムに速やかに統合できるように、また、単純な手入力によって（図7参照）、必要な情報を書き換えることで、予測情報から実際の被害情報への更新作業を容易にするためのインタフェースを整備することにする。

## ② 対応可能量（防災資源のリアルタイム管理機能）

一般的に、地震被害情報はStock被害を中心とした把握に留まるが、震災対応の支援においてはFlowの被害管理の重要性を忘れてはならない。ここで、Stockとは被災地域内の建物、施設、人的被害を指し、Flowとは消防、警察、医師などの要員の参集、ライフラインや防災拠点、医療施設、避難所などの人的・物的資源の被害を示す。即ち、StockとFlowの両者の被害状況を把握しなければ、適切な応急対応はできないと考える。そのため、本システムでは、平常時に作成した防災に関する資源データベースを災害時にそのまま参照できるようにする（図8参照）。常に最新情報を入力、参照できるほか、これらの情報を「応援需要計画」や「時系列的応急対応目標設定」へリアルタイムに反映させる。

## ② 対応活動の進捗状況の登録・更新・リアルタイムの表示機能

本システムは、意思決定に関する判断そのものを提示

図7 実情報の入力とリアルタイムの提示画面

図8 防災資源の管理機能例