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論文

# 区画火災煙層挙動に関する実験研究

鶴田俊

(平成19年2月13日受理)

区画火災煙層の安定性を調べる目的で実験を行い、煙層挙動画像と区画内垂直温度分布を計測した。得られた画像からスリット画像を再構成し解析した。それぞれの画像の画素情報から煙層底部の位置を求め、区画内垂直温度分布から煙層底部温度を推定した。着火用燃料が消費された後の煙層底部温度は、ほぼ一定であった。区画内に形成された流れ場によって生じる混合作用を上回る速度で熱と煙が火源から供給されていることが分かった。

### 1. 绪言

区画火災の消火を行う場合、火源に注水することが必要となる。区画内に注水し消火を行った場合、中性帯下部の視界が急速に悪化する。これまでに横浜市安全管理局と共同研究を行い、水を効率的に火源に散布し消火する実験を行ってきた。共同実験では、視界悪化の影響を赤外線可視化装置の使用により軽減している。

注水前には、火源の作り出す強い流れ場の乱れの混合作用が存在する $ ^{1,2} $ にもかかわらず安定な高温層が形成される。密度成層の安定性に関しては、密度勾配と垂直方向の速度勾配による安定限界 $ ^{3)} $ が知られている。火炎直上の天井付近では、よどみ流れ領域となり局所的に垂直方向の速度勾配が大きいところが存在する。火源から離れると垂直方向の速度勾配が減少する。区画火炎の開口部近傍では再び速度勾配が、流れの縮流によって増加する。密度成層の形成される位置を明確にし、その近傍での温度勾配と速度勾配を検討する基礎となる資料を得る目的で、煙層底部の位置検出を行った。

本研究では、流れ場の乱れに対して安定な高温層が形成される過程と火源に対する注水が中性帯下部の視界の悪化を生じさせる過程を区画火災の消火実験のビデオ画像を用い解析した。

### 2 \. 実験

実験は、Fig.1に示す金属製の外枠に耐熱材料を内装材として取り付けた6000mm×6000mm×2300mmの区画内で行った。Fig.1平面図の上が西、下が東、右が北、左が南である。実験に用いた区画は、主実験場の南西角に設置した。

区画上部に注水残水を回収する溝がある。区画床面は西方向に2％の勾配で低くなっている。区画平面図北側（No.1）と東側（No.2）に開口部を設けた。今回の実験では、No.1開口部のみ開放しクリブを燃焼させた。No.1開口は、幅900mm、高さ1800mmである。No.1開口部に比べクリブ設置位置の床面は、およそ100mm低くなっている。区画の開口部、クリブ設置部、区画奥部に熱電対を設置した。温度は、一秒間隔で測定し、電子ファイルに保存した。No.1開口部近傍に、床上500mmの位置から200mmの間隔で1500mmの位置まで熱電対を設置した。

No.1 開口からビデオカメラで撮影を行った。ビデオカメラの設置高さは、煙層底部を下から観察できる実験区画床面高さ0.9mとした。この配置により火源近傍の煙層底部位置を計測している。

FIG.1 EXPERIMENTAL ENCLOSURE
撮影した画像は、電子ファイルに保存した。

区画内に消火器検定用2号クリブ（重量およそ25kg）を2個縦積に設置した。クリブの含水率は、7％～9％であった。

クリブは、床面から400mmの高さに設置した。クリブを2個縦積に設置すると高さはおよそ1400mmで、クリブ上面は床面からおよそ1800mmの高さとなった。

クリブ下面からおよそ300mm下にヘプタン1500mlを入れた730mm×730mmの火皿を設置した。

ヘプタンに着火後180秒間燃焼させ消火した。消火には、横浜市安全管理局との共同研究で用いた二流体ノズルを用いた。今回は、着火から消火開始までのビデオカメラ画像を解析した。

### 3 \. 実験結果

### 3.1 スリット画像解析

区画内の火炎と煙の挙動を調べる目的で、スリットを用い一連のビデオ画像からスリット画像を作成した。ビデオ画像は、30コマ／秒で記録されており、画像間の時間差は33msである。Fig.2にビデオカメラ画像からスリット画像を用いるために用いたスリット位置を示す。スリットは、区画開口部の中心付近に設定した。2次元の画像の中からスリット位置の一列の画素を抜き出すことによってスリットを構成した。スリット幅は、クリブの位置でおよそ0.005mである。

Fig.3にスリット画像の作成方法を示す。それぞれの画像からスリット位置の画素列を取り出し、時間順に水平方向に並べた。

Fig.4にスリット画像を示す。画像は、時間順に左から右へ並べてある。着火からの時間50秒ごとに白線を記入した。最初の白線は、着火時である。画像の垂直方向が、区画内の高さであり、200mmごとに白線を記入した。床から1mと2mの白線は太線とした。画像の左側には、実験番号を示した。

FIG.2 SLIT POSITION

最初の垂直白線左側部分は、着火前であり、輝部は見えない。

ヘプタンに着火すると床から200mm付近が白く見える。着火後数秒付近に見える暗い垂直方向の帯は、着火作業

FIG.3 FRAME IMAGES TO A SLIT PICTURE

TIME AFTER IGNITION, T, s

FIG.4 SLIT PICTURES (1)

TIME AFTER IGNITION, T, s

FIG.4 SLIT PICTURES (2)
後退出する実験担当者が区画を横切ったために生じている。着火から20秒程度までの期間、ヘプタンの火炎によりクリブが下から加熱され上部は暗くなっている。

着火から25秒程度経過すると煙層が形成され、クリプ上部から降下するのが分かる。

着火から50秒程度で煙層底部は床面から1m程度にまで降下する。ヘプタンが燃え尽きる着火から80秒程度までは、煙層底部は小さな変動を繰り返しながら床面から1m程度に定在している。

ヘプタンが燃え尽きる着火から110秒程度の期間で煙層底部は上昇し、床から1.3mの高さで上昇速度を緩め、消火まで緩やかに上昇した。着火から110秒以降の煙層の下部には薄い煙層が見られる。ヘプタンが燃え尽きた着火から80秒程度以降になると煙層に薄い白い部分が見られる。

ヘプタンが燃え尽きるとクリブ下部の輝度は低下するが時間の経過に伴い輝度は増加した。

消火作業を開始すると区画内は急に暗くなる。着火から200秒程度になると開口からゆげが噴出し、画像では白く見える。

### 3.2 画素情報解析

スリット画像で煙層と火炎の挙動変化は、画像として認識できるが、温度記録との比較を行う目的で煙層底部の高さを画像ごとに求めた。

静止画の画素を読み出し、煙の輝度に相当するしきい値で二値化した。煙層底部の高さをNo.1開口のそれぞれの水平位置で決定し、全静止画ファイルに対するデータを作成した。煙の輝度は、煙による散乱光、火炎の発光の煙による吸収・散乱によって決まる。煙の反射率によって散乱、吸収は影響を受ける $ ^{4} $ 。

静止画像の画素の煙による散乱、吸収の影響の小さい赤成分を用い、赤成分輝度範囲255-0の中から赤成分輝度20をしきい値とした。しきい値を低くすると薄い火炎や白煙によって煙層底部が上部に検出され、しきい値を高くすると燃焼後期のクリブ表面を煙層底部と誤検出した。今回は、試行錯誤を繰り返し、しきい値を定めた。

Fig.4を見ると画像の明暗、煙位置の差が実験ごとに異なることが分かる。着火後100秒から200秒の煙層の明るさが比較的一定であった実験番号9－105を対象に選定した。煙層位置検出を行った結果をFig.5に示す。図中のTは、着火後の時間で単位は秒である。それぞれの画像に水平方向及び垂直方向に200mm間隔の目盛り線を白く記入してある。水平方向の目盛り線は、No.1開口部の位置で目盛り、垂直方向の目盛り線は、クリブの位置で目盛った。煙層検出位置は、白色で示した。垂直方向の目盛りの中で床面から1000mmの目盛り線は太線で示した。

T=0秒までの画像には、クリブが薄く見える。煙は区画内に存在しないが画面下隅に煙層が検出されている。T=5秒の画像には、着火後区画から退出する実験担当者の姿が見える。

T=10秒の画像では、ヘプタン火炎に照らされたクリブの背面が煙層として誤検出されている。T=25秒の画像では、薄く煙層が形成されている。煙層検出位置は、目視で判断される位置よりも上部となっている。これは、ク

FIG5 SMOKE LAYER POSITION (1)

FIG5 SMOKE LAYER POSITION (2)

FIG5 SMOKE LAYER POSITION (3)
リブ外部に形成された火炎の発光を薄い煙が散乱し、輝度が高くなったためである。

T=30秒からT=45秒の間、煙層の輝度は低くなり、煙層の高さも低くなっている。T=30秒では床面から1400mmから1600mmの位置にあった煙層が、T=45秒では床面から800mmから1200mmの位置に移動している。

T=80秒からT=100秒の間を見ると煙層の高さは高くなっている。T=80秒では床面から1000mmから1200mmの位置にあった煙層は、T=100秒で床面から1200mmから1400mmの位置に移動している。

T=170秒からT=185秒の間を見るとT=100秒に比べ煙層の高さは高くなり、T=180秒の消火開始に伴い区画内部の輝度が急激に低下している。T=180秒の画像では、二流体ノズル噴霧の部分が暗く写っている。

クリブが背景となっていない部分の煙層検出位置は、クリブから離れるに従い低くなる。そこで、比較的均一な煙層検出位置の得られるクリブが背景となった部分について定量的な検討を行った。

Fig.6に実験番号9−105のNo.1開口部の左から水平方

$$ T = 80 \, s $$

$$ T = 90 \, s $$

FIG5 SMOKE LAYER POSITION (4)

$$ T = 100 \, s $$

$$ T = 180 \, s $$

$$ T = 185 \, s $$

FIG5 SMOKE LAYER POSITION (5)

向400mmから600mm間の煙層検出位置を示す。横軸は、時間、縦軸は、煙層検出位置、H、mである。

Fig.6のT<25秒の範囲は、煙層検出位置が大きく変動している。25秒180秒では、消火作業に伴い消炎が起こるため今回の手法による煙層検出はできない。高さ1mの位置にクリブの影となった部分が検出されている。

Fig.7に20秒＜T＜50秒の煙層検出位置を示す。図に、点線で-40mm/sの直線を示した。煙層は、25秒＜T＜45秒の範囲でおよそ-40mm/sで移動している。区画面積36m²全体では、1.4m³/sの煙層体積増加速度となる。この期間全体の煙層体積増加は、28m³である。

Fig.8に50秒＜T＜80秒の煙層検出位置を示す。煙層検

FIG.6 SMOKE LAYER HEIGHT (T = -50s~300s)

FIG.7 SMOKE LAYER HEIGHT (T = 20s~50s)
出位置のピークの個数を調べると大きなものが20個程度、大きなピークに一つから二つの小さなピークが含まれている。このことから煙層検出位置は、1.5秒から0.5秒程度の周期で変動している。

FIG.8 SMOKE LAYER HEIGHT (T=50s~80s)

FIG.9 SMOKE LAYER HEIGHT (T = 80s~110s)

FIG.10 SMOKE LAYER BOTTOM TEMPERATURE

Fig.9に80秒＜T＜110秒の煙層検出位置を示す。図には、点線で13mm/sの直線も示した。煙層は、小さな変動を伴いながらおよそ13mm/sの速度で移動している。区画面積36m²全体では、-0.5m³/sの煙層体積増加速度となる。この期間全体の煙層体積減少は、14m³である。

### 3.3 煙層底部溫度

Fig.1の熱電対を用い、開口近くで計測した温度分布と煙層検出位置を用い、煙層底部の温度を推定した。実験番号9-105の実験結果をFig.10にしめす。90秒＜T＜150秒の期間、H=1mの位置にクリブの影が誤検出されている。煙層底部の温度推定では、この部分を除外した。煙層底部の温度は、ひし形、床から500mmから150mmの温度変化を曲線でそれぞれ示した。横軸は、着火からの時間、T、秒、縦軸は、温度、T、Kである。煙層底部の高さが熱電対計測最高点を超えるまでの範囲を示した。T＞140秒の期間では、煙層底部の高さが高くなり一部欠落している。

煙層が区画内に形成されるまでのT<25秒の期間、温度変化は、ほとんどない。

ヘプタンが燃え尽きるまでの25秒＜T＜80秒の期間、温度は急激に上昇している。この期間、煙層底部は急激に下降するが低温の気体との混合による温度低下を補い、さらに温度上昇をもたらすことのできる速度で熱が火源から輸送されている。

ヘプタンが燃え尽きたT＞80秒の期間、ほぼ550K～600Kの範囲で一定となっている。この範囲では、煙層検出位置は、Fig.6に示すように上昇するが温度は上昇していない。

### 4. 考察

今回の実験では、ヘプタン体積 $ V_{f}1500ml $ を用いた。ビデオカメラ画像を見ると $ T_{b}=84 $ 秒でヘプタンが燃え尽きている。

ヘプタンの密度 $ \rho_{f} $ を 0.69 g/ml、燃焼熱 $ Q_{0} $ を 44MJ/kg とするとヘプタンの発熱速度 $ Q_{1} $ [MW] は次のとおりである。

$$ \mathrm{Q_{1}=~(V_{f}/T_{b})~\times~\rho_{f}\times Q_{0}\times10^{-3}=0.54} $$

この発熱速度を維持するために必要な空気流量W_{1}[kg/s]は次のとおりである。空気単位重量あたりの発熱量R_{1}を3MJ/kgとする。

$$ \mathrm{W_{1}=Q_{1}/R_{1}\rightleftharpoons0.2} $$

空気が室温で供給された場合の体積流量 $ V_{1}[m^{3}/s] $ は次のとおりである。常温の空気密度 $ \rho_{a} $ を1.3kg／m³とする。

$$ \mathrm{V_{1}=W_{1}/\rho_{a}\doteq0.2} $$
燃焼によって空気の温度が室温 $ T_{a} $ の300Kから $ T_{h} $ 2000Kまで上昇したと仮定し、理想気体として膨張後の体積流量 $ V_{2}[m^{3}/s] $ は次のとおりである。

$$ V_{2}\xlongequal{}V_{1}\times\left(T_{h}/T_{a}\right)\xlongequal{*}2 $$

この値は、Fig.7で見積もった煙層体積増加速度のおよそ100%、Fig.9で見積もった煙層体積速度減少分の400%である。今回の開口条件ではFig.9で示した80秒＜T＜100秒の期間、クリブは十分に加熱された燃焼状態となっており、ヘプタンが燃え尽きても高温のクリブが開口から流入する空気中の酸素を消費し発熱速度を増加させためにヘプタンの燃え尽きの影響を軽減したと推定できる。

この空気が、室温でクリブ程度の大きさの空間を平均的に通過すると仮定した場合の流速U_{1}[m/s]は、クリブの代表長さL=0.73[m]とすると次のとおりである。

$$ \mathrm{U_{1}=V_{1}/L^{2}=0.4} $$

室温空気の動粘性係数νを $ 0.14\times10^{-4}m^{2}/s $ とするとレイノルズ数、Reは次のとおりである。

$$ \mathrm{Re}=\mathrm{U}_{1}\cdot\mathrm{L}/\nu=2\times10^{4} $$

レイノルズ数は、 $ 10^{4} $ に達しているので乱流の流れ場がクリブの周囲に形成されている。レイノルズ数が大きいこととクリブの代表長さを考慮するとクリブ周囲の境界層の厚みは、代表長さの $ Re^{-1/2} $ から $ Re^{-1/5} $ 程度の0.01mから0.1mである $ ^{5} $ 。

クリブの発熱速度が増加すると換気支配に至るまで空気流速が増加する。そのため実験中のレイノルズ数、Reは（6）式の値より大きくなる。

流れ場の乱れの存在は、Fig.4の煙層底部の位置が時間的に変動していることからも分かる。

この流れ場の乱れの混合作用によって煙層底部は、低温気体と混合され、煙層濃度は低下することになる。

この実験でヘプタンが燃え尽きた場合には、発熱速度が低下する。その後、煙層底部が上昇する現象が観察された。このとき煙層底部の温度は、一定に維持されている。

0秒＜T＜84秒の区間、クリプは高温の燃焼気体中で加熱を受けているが酸素供給量は、ヘプタン火炎の酸素消費により低くなっていると推定できる。そのためFig.4で見られたようにヘプタンが燃え尽きた直後クリプの下部の輝度が低下し、その後、徐々に輝度が回復する。

T＞84秒の区間、クリブへの酸素供給量が増加し、クリブ近傍での燃焼反応が加速すると考えられる。

T=45秒までにヘプタンとクリブの燃焼は、準定常状態に達する。

ヘプタンが消費されたT=84秒からT=110秒までの24秒間でクリブ単独のの燃焼は、準定常状態に達したと煙層底部検出高さから推定できる。一方、煙層底部の温度は、Fig.10を見ると変化していている。

### 5 \. 結論

区画火災消火実験のビデオ画像を解析し、火源の発熱速度の変化にともなう煙層底部の高さ変化を測定した。得られた煙層底部の高さと垂直方向の温度分布記録から煙層底部の温度を推定した。着火用のヘプタンが燃え尽きた後の煙層底部の高さは上昇した。その位置の温度はほぼ一定であった。火源の周囲には、流れ場の乱れが存在しているが、煙層底部は流れの混合作用に対して安定していた。火源から供給される熱と煙によって煙層底部が維持されている。

## 謝辞

この研究は、横浜市消防局（当時）との共同研究として行った。実験実施に多大な協力を受けた。ここに謝意を表す。

## 引用文献

1) Torrance, K. E., Orloff, L., and Rockett, J. A.: “Experiments on natural convection in enclosures with localized heating from below”, J. Fluid Mech. 36-1, pp.21-31(1969)

2) Torrance, K. E., and Rockett, J. A.: “Numerical study of natural convection in an enclosure with localized heating from below-creeping flow to the onset of laminar instability”, J. Fluid Mech. 36-1, pp.33-54(1969).

3) Tritton, D. J.: "PHYSICAL FLUID DYNAMICS", pp. 184-291, Van Nostrand Reinhold, Berkshire (1977).

4）神 忠久：“煙中の視程について（I）”、消防研究所報告 第30号、pp.1-10（1970）

5) Schlichting, Hermann: "BOUNDARY-LAYER THERORY", pp.648-649, McGraw-Hill, New York (1979).
# An Experimental Study on Smoke Layer Behavior in an Enclosure Fire

(Abstract)

Takashi Tsuruda

(Accepted February 13,2007)

A series of experiments has been carried out to investigate the stability of smoke layer in an enclosure fire with video images and vertical temperature distributions. Slit pictures were reconstructed from video images to investigate the behavior of smoke layer during experiment. The height of the smoke layer base was determined with pixel data of video images. The temperature at the smoke layer base was also determined with the height and temperature data. The temperature at the smoke layer base was constant after the extinction of igniter fuel. The smoke layer is stabilized by supplying heat and smoke from the fire source to overcome the mixing effects of flow in the enclosure.
技術報告

# 石狩地区におけるやや長周期帯域の 設計用スペクトルに関する検討

座間 信作

(平成18年1月29日受理)

### 1. はじめに

2003年十勝沖地震での苦小牧における石油タンク火災の甚大さに鑑み、消防庁では石油タンクの余裕空間高さを規定する長周期帯域での設計水平震度に対して、地域・周期を考慮した修正を加え、2005年1月「危険物の規制に関する技術上の基準の細目を定める告示（以下、告示という）」第4条の20を改正した。それによれば、改正対象地域は、苦小牧、酒田、新潟、東京湾岸、上磯、秋田、名古屋地域、四日市、大阪湾岸、尼崎となっている。

その後、2006年11月18日に北海道石狩新港地域が石油コンビナート等特別防災区域（石油の貯蔵・取扱量及び高压ガスの処理量が、政令で定める基準量（石油10万kl、高压ガス2000万m³）に該当し、災害の発生及び拡大の防止のための特別の措置を講じさせることが緊急であると認められる区域で、政令で指定するもの）に「石狩地区」として指定されたことから、この地域が長周期地震動の影響を強く受ける地域となるか検討を行ったので報告する。

### 2. 検討方法

2005年に改訂された石油タンクに係るやや長周期帯域の設計水平震度は、従前の速度応答スペクトル（減衰定数は明示されていないものの、約0.5％と考えられる）約100cm/secに対して、地域・周期を考慮した補正係数（最大2倍）を乗ずることで与えられている。この補正係数の導出には、地震地体構造区分（図1）に基づく長周期地震動に対する経験的予測手法¹）をコンビナート最寄りの気象官署の1倍強震計記録に適用して得られたスペクトルに、気象官署以外のコンビナート最寄りの観測点での記録の分析結果、差分法や経験的グリーン関数法などの他手法による予測スペクトルを重ね合わせ、それらから類型化を図るという方法がとられた²）。

ここでも同様の手順に従って検討するが、この地域に対する他手法による地震動予測はなされていないため、経験的手法のみによる検討となる。

今回の検討で用いたデータは、新たに収集・数値化した気象庁札幌管区気象台の1倍強震計記録、一般に公開されている防災科学技術研究所K-NET・KiK-NET、港湾航空技術研究所の小樽港湾の記録、およびA機関からの提供データである（表1-1～8）。図2に解析に用いた観測点と対象コンビナート地区を示す。

解析手順は以下の通り。

① 地震記録を収集し（1倍強震計記録の場合には、数値化・計器補正の実施）、平滑化された加速度フーリエスペクトル $ F_{0}(T) $ を求める。ここでTは周期。

② ある地震（M,r）に対する標準スペクトルFc(T,M,r)を文献1）に従って計算する。ここで、M,rは地震規模および震央距離。

図1 用いた地震地体構造区分
③ 両者の比R(T)（＝F_{0}(T)/F_{c}(T, M, r)）を地域特性とする。

④ 地震地体構造区分毎に与えられている最大期待規模地震（Mmax, r'：図3参照） $ ^{3)} $ に対する観測点でのスペクトル $ F_{p}(T) $ （ $ =\mathrm{R}(T)\cdot\mathrm{F}_{\mathrm{c}}(T,\mathrm{Mmax},\mathrm{r}^{\prime}) $ を推定する。ここで、 $ r^{\prime} $ は最大期待規模地震の震央距離。

⑤ これらを重ね書きする。

但し、上記③に対する取り扱いが文献2）とは異なる。即ち、文献2）では、地域特性を地震地体構造区分毎に平均と分散で表現し、④を実施する際のR(T)として、平均＋標準偏差を採用していることである。これは表1からも分かるように、札幌管区気象台を除いて統計処理を行うに足るデータ数がないためである。

図２ 解析に用いた地震観測点とコンビナート予定地区

図3 設定した地震の震央（星印）と規模（文献3）に加筆
表1－1 地震リスト（札幌管区気象台）

Date	Time	Latitude	Longitude	Depth(km)	Magnitude	Region
1951/10/18	17:26	41°18'	142°11'	20	6.6	E OFF AOMORI PREF
1952/04/15	14:59	42°05'	142°56'	60	6.2	OFF URAKAWA
1952/04/28	19:54	41°59'	142°43'	60	6.2	OFF URAKAWA
1952/05/14	09:36	41°52'	145°32'	50	6.1	SE OFF HOKKAIDO
1952/05/17	18:48	41°39'	144°28'	50	6.1	SE OFF HOKKAIDO
1952/05/20	03:32	41°46'	144°19'	10	6.5	SE OFF HOKKAIDO
1953/02/6	22:13	41°57'	144°10'	80	6.7	SE OFF HOKKAIDO
1953/10/14	23:47	42°56'	144°24'	140	6.7	E PART OF HOKKAIDO
1954/09/12	16:43	40°51'	143°35'	--	6.2	FAR OFF SANRIKU
1956/03/6	08:29	44°18'	144°05'	--	6.3	NE OFF HOKKAIDO
1956/04/23	12:31	42°17'	145°02'	30	6.4	SE OFF HOKKAIDO
1959/01/22	14:10	37°31'	142°14'	40	6.8	FAR OFF FUKUSHIMA PREF
1959/01/31	05:38	43°16'	144°35'	--	6.3	E PART OF HOKKAIDO
1959/01/31	07:16	43°26'	144°29'	20	6.1	E PART OF HOKKAIDO
1959/11/08	22:54	43°47'	140°41'	--	6.2	NW OFF HOKKAIDO
1960/03/21	02:07	39°50'	143°26'	--	7.2	FAR OFF SANRIKU
1960/03/23	09:23	39°25'	143°43'	--	6.7	FAR OFF SANRIKU
1960/07/30	02:31	40°18'	142°31'	50	6.7	OFF IWATE PREF
1960/10/09	18:00	40°47'	141°31'	70	6.9	E OFF AOMORI PREF
1961/08/12	00:51	42°51'	145°34'	80	7.2	SE OFF HOKKAIDO
1961/11/15	16:17	42°39'	145°34'	60	6.9	SE OFF HOKKAIDO
1962/04/12	09:52	37°58'	142°49'	40	6.8	OFF MIYAGI PREF
1962/04/23	14:58	42°14'	143°55'	60	7.0	SE OFF HOKKAIDO
1964/05/07	16:58	40°20'	139°00'	--	6.9	OFF OGA PEN
1964/05/31	09:40	43°16'	147°14'	60	6.7	E OFF HOKKAIDO
1964/06/16	13:01	38°21'	139°11'	40	7.5	OFF NIIGATA PREF
1964/06/23	10:26	42°59'	146°28'	80	7.1	OFF E COAST OF HOKKAIDO
1965/03/17	01:46	40°42'	143°12'	40	6.4	E OFF AOMORI PREF
1965/03/29	19:47	40°39'	143°09'	40	6.4	E OFF AOMORI PREF
1965/06/13	16:06	41°35'	143°48'	20	6.0	SE OFF ERIMOMISAKI
1965/10/26	07:34	43°44'	145°31'	160	7.1	NEMURO STR
1967/11/04	23:30	43°29'	144°16'	20	6.5	E PART OF HOKKAIDO
1968/05/16	09:48	40°44'	143°35'	--	7.9	E OFF N HONSHU
1968/05/16	19:39	41°25'	142°51'	40	7.5	E OFF AOMORI PREF
1968/06/12	22:41	39°25'	143°08'	--	7.2	OFF IWATE PREF
1969/08/12	06:27	42°42'	147°37'	30	7.8	E OFF HOKKAIDO
1970/01/21	02:33	42°23'	143°08'	50	6.7	S PART OF HOKKAIDO
1970/12/07	05:20	41°40'	143°46'	50	6.1	OFF TOKACHI
1971/08/02	16:24	41°14'	143°42'	60	7.0	OFF ERIMOMISAKI
1973/06/17	12:55	42°58'	145°57'	40	7.4	OFF NEMURO PEN
1973/06/24	11:43	42°57'	146°45'	30	7.1	OFF NEMURO PEN
1978/06/12	17:14	38°09'	142°10'	40	7.4	OFF MIYAGI PREF
1981/12/02	15:24	40°53'	142°36'	60	6.2	E OFF N TOHOKU
1982/03/21	11:32	42°04'	142°36'	40	7.1	S OFF HOKKAIDO
1982/03/21	19:22	42°08'	142°38'	40	5.8	S OFF HOKKAIDO
1982/07/23	23:23	36°11'	141°57'	30	7.0	E OFF KANTO
1983/04/30	23:03	41°29'	144°02'	76	6.7	S OFF HOKKAIDO
1983/05/26	11:59	40°21'	139°04'	14	7.7	W OFF N TOHOKU
1983/06/21	15:25	41°16'	139°00'	6	7.1	W OFF N TOHOKU
1983/11/30	11:56	41°46'	142°55'	56	6.0	S OFF HOKKAIDO
1985/03/29	01:07	40°17'	140°35'	164.2	6.5	NORTHERN AKITA PREF
1987/01/09	15:14	39°50'	141°47'	71.6	6.6	NORTHERN IWATE PREF
1987/01/14	20:03	42°32'	142°56'	119.1	7.0	HIDAKA MOUNTAINS REGION
1988/01/02	21:42	43°14'	142°29'	174.6	6.4	KAMIKAWA-SORACHI REGION
1988/07/07	05:59	41°44'	144°27'	59.4	6.2	SE OFF TOKACHI
1989/01/23	07:20	41°44'	144°31'	64	6.0	SE OFF TOKACHI
1989/10/29	14:26	39°34'	143°47'	20	6.5	FAR OFF SANRIKU
1989/11/02	03:25	39°50'	143°04'	0	7.1	OFF IWATE PREF
1991/11/27	04:40	42°00'	142°42'	67	6.4	OFF URAKAWA
1992/07/18	17:39	39°24'	143°28'	2	6.6	FAR OFF SANRIKU
1992/07/18	19:20	39°25'	143°21'	0	6.3	FAR OFF SANRIKU
1993/01/15	20:06	42°51'	144°23'	107	7.8	OFF KUSHIRO
1993/07/12	22:17	42°47'	139°12'	34	7.8	SW OFF HOKKAIDO
1993/07/12	23:45	43°04'	139°08'	7	6.0	SW OFF HOKKAIDO
1993/07/13	01:01	42°26'	139°12'	28	6.0	SW OFF HOKKAIDO
1993/08/08	04:42	41°57'	139°53'	26	6.5	SW OFF HOKKAIDO
1994/10/04	22:22	43°22'	147°40'	30	8.1	OFF EASTERN HOKKAIDO
1994/12/28	21:19	40°27'	143°43'	0	7.5	FAR OFF SANRIKU

表1－2 地震リスト（K-net札幌）

Date	Time	Latitude	Longitude	Depth(km)	Magnitude	Region
1999/05/13	02:59	42°56'	143°54'	104	6.4	SE OF HOKKAIDO
2000/01/28	23:21	42°58'	146°42'	56	6.8	OFF NEMURO PEN
2001/08/14	05:11	41°00'	142°25'	43	6.2	OFF AOMORI PREF
2001/12/02	22:02	39°23'	141°16'	122	6.4	S OF IWATE PREF
2003/09/26	04:50	41°46'	144°04'	45	8.0	SE OFF TOKACHI
2003/09/26	06:08	41°42'	143°41'	21	7.1	SE OFF TOKACHI
2004/11/11	19:03	42°04'	144°29'	39	6.3	SE OFF TOKACHI
2004/11/29	03:32	42°56'	145°16'	48	7.1	OFF NEMURO PEN
2004/12/06	23:15	42°50'	145°20'	46	6.9	OFF NEMURO PEN
2004/12/14	14:56	44°04'	141°42'	9	6.1	RUMOI
2005/08/16	11:46	38°09'	142°16'	42	7.2	E OFF MIYAGI PREF
2005/11/15	06:39	38°01'	144°53'	83	7.1	E OFF N OF TOHOKU

表1−3 小樽港

Date	Time	Latitude	Longitude	Depth(km)	Magnitude	Region
1993/01/15	20:06	42°51'	144°23'	107	7.8	OFF KUSHIRO
1993/07/12	22:17	42°47'	139°12'	34	7.8	OFF SE HOKKAIDO
1993/07/13	01:01	42°43'	139°20'	28	6.0	SW OFF HOKKAIDO
1994/12/28	21:19	40°27'	143°43'	0	7.5	FAR OFF SANRIKU
2003/09/26	04:50	41°46'	144°04'	45	8.0	SE OFF TOKACHI
2003/09/26	06:08	41°42'	143°41'	21	7.1	SE OFF TOKACHI
表 1－4 KiK-net 新篠津

Date	Time	Latitude	Longitude	Depth(km)	Magnitude	Region
2000/12/22	19:13	44°28'	147°22'	141	6.5	NEAR ETROF
2001/08/14	05:11	41°00'	142°25'	43	6.2	OFF AOMORI PREF
2001/12/02	22:02	39°23'	141°16'	122	6.4	S OF IWATE PREF
2002/11/03	12:38	38°53'	142°08'	46	6.3	E OFF MIYAGI PREF
2003/02/19	14:02	44°07'	141°51'	222	5.9	RUMOI
2003/05/26	18:25	38°49'	141°39'	72	7.1	N OF MIYAGI PREF
2003/07/26	07:14	38°24'	141°10'	12	6.4	N OF MIYAGI PREF
2003/09/26	06:08	41°42'	143°41'	21	7.1	SE OFF TOKACHI
2003/09/26	15:27	42°11'	144°46'	27	6.1	SE OFF TOKACHI
2003/09/27	05:38	42°01'	144°43'	34	6.0	SE OFF TOKACHI
2003/09/29	11:37	42°21'	144°33'	42	6.5	SE OFF TOKACHI
2003/10/08	18:07	42°33'	144°40'	51	6.4	SE OFF TOKACHI
2003/10/11	09:09	41°51'	144°26'	28	6.1	SE OFF TOKACHI
2003/12/29	10:31	42°25'	144°45'	39	6.0	SE OFF TOKACHI
2004/11/11	19:03	42°04'	144°29'	39	6.3	SE OFF TOKACHI
2004/11/29	03:32	42°56'	145°16'	48	7.1	OFF NEMURO PEN
2004/11/29	03:37	42°52'	145°14'	46	6.0	OFF NEMURO PEN
2004/12/06	23:15	42°50'	145°20'	46	6.9	OFF NEMURO PEN
2004/12/14	14:56	44°04'	141°42'	9	6.1	RUMOI
2005/01/18	23:09	42°52'	145°00'	50	6.4	OFF NEMURO PEN
2005/08/16	11:46	38°09'	142°16'	42	7.2	E OFF MIYAGI PREF
2005/09/21	11:25	43°42'	146°23'	103	6.0	NEAR KUNASHIRI
2005/10/23	19:08	37°21'	134°45'	411	6.1	JAPAN SEA
2005/11/15	06:39	38°01'	144°53'	83	7.1	E OFF N OF TOHOKU
2005/12/02	22:13	38°04'	142°21'	40	6.6	E OFF MIYAGI PREF

表 1−5 K-net 石狩

Date	Time	Latitude	Longitude	Depth(km)	Magnitude	Region
1999/05/13	02:59	42°56'	143°54'	104	6.4	SE OF HOKKAIDO
2000/01/28	23:21	42°58'	146°42'	56	6.8	OFF NEMURO PEN
2001/08/14	05:11	41°00'	142°25'	43	6.2	OFF AOMORI PREF
2003/09/26	04:50	41°46'	144°04'	45	8.0	SE OFF TOKACHI
2003/09/26	06:08	41°42'	143°41'	21	7.1	SE OFF TOKACHI
2004/12/06	23:15	42°50'	145°20'	46	6.9	OFF NEMURO PEN
2004/12/14	14:56	44°04'	141°42'	9	6.1	RUMOI
2005/11/15	06:39	38°01'	144°53'	83	7.1	E OFF N OF TOHOKU

表 1−6 石狩河口橋

Date	Time	Latitude	Longitude	Depth(km)	Magnitude	Region
1994/10/04	22:22	43°22'	147°40'	30	8.1	OFF EASTERN HOKKAIDO
1994/12/28	21:19	40°27'	143°43'	0	7.5	FAR OFF SANRIKU
1995/01/07	07:37	40°03'	142°04'	30	6.9	OFF IWATE PREF
2004/11/11	19:03	42°04'	144°29'	39	6.3	SE OFF TOKACHI
2004/11/29	03:32	42°56'	145°16'	48	7.1	OFF NEMURO PEN
2004/12/06	23:15	42°50'	145°20'	46	6.9	OFF NEMURO PEN
2004/12/14	14:56	44°04'	141°42'	9	6.1	RUMOI
2005/01/18	23:09	42°52'	145°00'	50	6.4	OFF NEMURO PEN
2005/08/16	11:46	38°09'	142°16'	42	7.2	E OFF MIYAGI PREF
表1－7 石狩放水路管理センター

Date	Time	Latitude	Longitude	Depth(km)	Magnitude	Region
2000/01/28	23:21	42°58'	146°42'	56	6.8	OFF NEMURO PEN
2001/08/14	05:11	41°00'	142°25'	43	6.2	OFF AOMORI PREF
2002/11/03	12:38	38°53'7	142°08'	46	6.3	E OFF MIYAGI PREF
2003/02/19	14:02	44°07'	141°51'	222	5.9	RUMOI
2003/09/26	04:50	41°46'	144°04'	45	8.0	SE OFF TOKACHI
2003/09/27	05:38	42°01'	144°43'	34	6.0	SE OFF TOKACHI
2003/12/29	10:31	42°25'	144°45'	39	6.0	SE OFF TOKACHI
2004/11/11	19:03	42°04'	144°29'	39	6.3	SE OFF TOKACHI
2004/11/29	03:32	42°56'	145°16'	48	7.1	OFF NEMURO PEN
2004/12/06	23:15	42°50'	145°20'	46	6.9	OFF NEMURO PEN
2005/08/16	11:46	38°09'	142°16'	42	7.2	E OFF MIYAGI PREF
2005/08/24	19:15	38°26'	143°05'	14	6.3	E OFF MIYAGI PREF
2005/08/31	03:11	38°24'	143°28'	22	6.3	E OFF MIYAGI PREF
2005/12/02	22:13	38°04'	142°21'	40	6.6	E OFF MIYAGI PREF

表 1—8 K-net 当别

Date	Time	Latitude	Longitude	Depth(km)	Magnitude	Region
2001/08/14	05:11	41°00'	142°25'	43	6.2	OFF AOMORI PREF
2001/12/02	22:02	39°23'	141°16'	122	6.4	S OF IWATE PREF
2003/02/19	14:02	44°07'	141°51'	222	5.9	RUMOI
2003/05/26	18:25	38°49'	141°39'	72	7.1	N OF MIYAGI PREF
2003/09/26	04:50	41°46'	144°04'	45	8.0	SE OFF TOKACHI
2003/09/26	06:08	41°42'	143°41'	21	7.1	SE OFF TOKACHI
2003/09/26	15:27	42°11'	144°46'	27	6.1	SE OFF TOKACHI
2003/09/27	05:38	42°01'	144°43'	34	6.0	SE OFF TOKACHI
2003/09/29	11:37	42°21'	144°33'	42	6.5	SE OFF TOKACHI
2003/10/08	18:07	42°33'	144°40'	51	6.4	SE OFF TOKACHI
2003/10/11	09:09	41°51'	144°26'	28	6.1	SE OFF TOKACHI
2003/12/29	10:31	42°25'	144°45'	39	6.0	SE OFF TOKACHI
2004/11/11	19:03	42°04'	144°29'	39	6.3	SE OFF TOKACHI
2004/11/29	03:32	42°56'	145°16'	48	7.1	OFF NEMURO PEN
2004/12/06	23:15	42°50'	145°20'	46	6.9	OFF NEMURO PEN
2004/12/14	14:56	44°04'	141°42'	9	6.1	RUMOI
2005/01/18	23:09	42°52'	145°00'	50	6.4	OFF NEMURO PEN
2005/08/16	11:46	38°09'	142°16'	42	7.2	E OFF MIYAGI PREF
2005/11/15	06:39	38°01'	144°53'	83	7.1	E OFF N OF TOHOKU
### 3 \. 検討結果

当該地域から約3.5km南（陸側）にあるK-NET石狩（HKD178）観測点の解析結果の一例を図4に示す。この図で上段には、観測点名、緯度経度、震源地名、震央、規模、深さ、発生日時、対応する地震地体構造区分が示されている。また2つの波形はEW, NS成分の加速度記録である。下段は左から、EW、NS成分の凡例に示す減衰定数の速度応答スペクトルである。下段右図が重要で、水平2成分の加速度フーリエスペクトル（ほぼ0.5%減衰の速度応答スペクトルに相当する）の包絡スペクトルに対して、上述の手順で予測したスペクトルが最上部に示されている。この場合、6秒付近まで約200gal・secで8秒付近では100gal・sec以下となるので、告示で言うところの地域ハ（周期6秒まで2倍、周期8秒で1倍）に該当すると判断される。この処理を全ての収集した地震記録に対して行った結果を観測点ごとに重ね書きしたものが図5である。

結果をより分かりやすくするため、各観測点での予測スペクトルの包絡線を図6に示す。これによれば、全体としては周期10秒までは従前の基準値である約100cm/sec（図ではgal·sec）以上となって揺れやすい地域であることが分かる。特に、石狩K-net、水路管理、新篠津というコンビナート予定地区を含むある程度の広がりをもった領域において、周期6秒付近までほぼ同じ等しく、そのレベルは200gal·sec以上となっていることが特徴的である。また、周期約6秒以上においても、新篠津での周期6.5秒付近のピークを除けば、これらの地点のスペクトル特性は同様の傾向を示している。

### 4. 考察

2003年十勝沖地震時には、当該地区に12基のタンクがあり（総貯蔵量82,800kl）、このうち、2基の固定屋根式タンクで屋根板・側板溶接部破断が認められたほか、固定屋根付浮屋根式タンクの内部浮屋根（厚さ0.5mmのアルミ板）が図7のように原形をとどめないほどの損傷を受けた。またゲージポールも地震時液面付近で大きく変形し、極めて大きなスロッシングが起こっていたことが分かる。このタンクは容量5,000klのガソリンタンクで、直径21.3m、地震時液高は9.25mである。これからスロッシング固有周期は5.03秒となる。石狩消防署資料によれば、スロッシング高さはシール擦過痕から約3mと推定されている。これから速度応答スペクトル法を用いて逆算すると、速度応答値は264cm/secとなる。この値は、図6で示した予測スペクトルと同等となっている。

ところで、文献4）では2003年十勝沖地震での当該地域近傍の地震記録を扱っている。その中には、ここで扱われていない記録もあり、かつ極めて当該地域に近い観

図4 解析結果例（K-net,HKD178での2003年09月26日の地震M7.0 襟裳岬南東沖）
図5-1 小樽港での全予測スペクトル

図5-2 札幌JMAでの全予測スペクトル

図5-3 新篠津での全予測スペクトル

図 5-4 当別での全予測スペクトル

図5-5 札幌K-netでの全予測スペクトル

図5-6 石狩K-netでの全予測スペクトル
図5-7 石狩河口での全予測スペクトル

図5-8 水路管理での全予測スペクトル

図6 各観測地点での予測スペクトル包絡線

測点のものであるため非常に参考になる（図8のSNKなど）。スペクトルは図9に与えられており、最もタンクサイトに近いSNKでは周期5秒で上記値とほぼ等しくなっている。このことは、SNKはタンクサイトとほぼ同じ長周期地震動特性を与えているものと考えられる。なお、SNKでは周期約5.5秒で約280cm/sec、周期約7.5秒で130cm/sec程度となっており、図6に示した予測スペクトルと比較すると、予測値の方が若干大きくなっている。

今回の経験的予測手法では、1 地震記録で 1 予測となっていて、統計的処理がなされていない。文献 2）では、平均 + σ の値をとった解析となっている。これは、予測

図7 石狩市におけるガソリンタンク内部浮き屋根の損傷状況（石狩市消防本部撮影）

値が正規分布をなすとしたとき、様々な予測値の68.3％が含まれる範囲を示す。従って確率として15％強は想定以上の地震動が期待される。一方、本報では予測のばらつきの最大値をとっているため、文献2）の経験的予測より大きめの値を採用していることになる。

JMA札幌の1倍強震計データから文献2）の解析と同じように、地震地体構造区分毎に地域特性を求め、区分毎の最大期待規模地震について予測すると、予測最大値への寄与が大きいRegion2に対しては図10となる。この図のμ（平均）+σ（標準偏差）は予測最大値（Max.Pred.）と比較すると当然ながら小さい。同程度と
図 8 2003年十勝沖地震での石狩平野北西部の地震動 $ ^{4)} $

図9 2003年十勝沖地震での石狩湾地域の4観測点での速度応答スペクトルの比較（左：震央方向、右：震央方向と直交する方向） $ ^{4)} $

図10 Region2（図1）の最大期待規模地震に対する 札幌管区気象台での予測スペクトルの比較 Max.Pred:今回の予測方法での予測包絡スペクトル μ：文献(2)の方法による予測値の平均 σ：文献(2)の方法による予測値の標準偏差
なるのは $ \mu + 2\sigma $ で、正規分布であると仮定すると予測の95.4%が含まれる範囲となる。この時、 $ \mu + 2\sigma $ と $ \mu + \sigma $ の関係は対象全周期帯域の平均でおよそ2:1である。ここで、図6の各予測のばらつきがJMA札幌と同じものであるとすると、包絡をとった最大予測値（図11のMax.Envelope）の1/2が文献2）の手法で解析した場合に相当することなる。このことを考慮すると当該地区は周期6秒まで速度応答値約200cm/sec、周期8秒で約100cm/secとする地域1一八に該当すると考えてよいであろう。

図11 予測スペクトルと告示スペクトルとの比較 Envelope Spectrum：当該地で予測されるスペクトルの包絡地域1—八：告示スペクトルの一つ

### 5. おわりに

2006年10月に北海道石狩新港地域が石油コンビナート等特別防災区域に指定されたことから、この地域が長周期地震動の影響を強く受ける地域となるか、経験的手法に基づき検討した。その結果、当該地区は長周期帯域で大変揺れやすく、2005年に改正された技術基準での地域1一八に相当するものと結論される。但し、タンクサイトでの地震記録に基づいた解析ではないため、今後観測を行い予測精度を確認することが必要である。

なお、平成18年11月10付け消防危第242号において、石狩地区を地域1一八に加える旨、公布、施行された。

## 謝辞

気象庁、防災科学技術研究所、港湾空港技術研究所および北海道のA機関にはデータを提供して頂いた。北海道大学笹谷務助教授には当該地域に関する地震観測状況、地震動特性等について助言を頂いた。消防研究センター井手玲子嬢には気象庁一倍強震計記録の数値化をして頂いた。これらの機関・方々に深甚の謝意を表する。

## 参考文献

1）座間信頼：やや長周期帯域における加速度スペクトルの半経験的表現、消防研究所報告、89,1-10,2000.

2）座間信作：やや長周期地震動のスペクトル特性から見た地域区分の見直し、Safety & Tomorrow、101,14-26,2005.

3）垣見俊弘、岡田篤正、衣笠善博、松田時彦、米倉伸之：日本列島の地震地帯構造区分と最大地震規模、地球惑星関連学会，P302,1994.

4）吉田邦一、笹谷 務：石狩平野北西部における2003年十勝沖地震時の長周期地震動、地震、58,107-113,2005.