九州建設技術フォーラム 2011 2011.10.25 東北地方太平洋沖地震津波による 海岸 港湾構造物の損壊の過程と 今後の海岸防災 磯部雅彦
津波の発生機構と 津波の伝播
海の波の周期による分類例 24 h 12 h 5 min 30 s 1 s 0.1 s 作用外力 エネルギー 月 太陽 潮汐高潮津波湾水振動波浪表面張力波 暴風 地震 風 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10-1 10-2 波の周期 (s) [Kinsman, B., 1965, Wind Waves, Prentice-Hall を修正 ]
地震による津波の発生 津波の伝播 c gh 地震 地殻のずれ 海底面の凹凸 水面の凹凸 津波 地震 ( すべり ) が大きい すべり方向が鉛直に近い 震源が海底から浅い 震源の水深が深い => 津波の波高が高い
地震による津波の発生
GPS 波浪計による沖合での津波波形 [ 国土交通省港湾局による観測 港湾空港技術研究所による処理データ (2011) ]
プレート境界と地震の発生 0 200 400 (km) [ 渡辺偉夫 (1998): 日本被害津波総覧 ( 第 2 版 ),248p および藤井 佐竹モデル (2011 Ver. 4.2) より作成 ]
津波の波速 津波の波速 c gh 例 水深波速 (m) (m/s) (km/h) 海水浴場 1 3 11 防波堤 10 10 36 大陸棚 200 44 160 太平洋 4,000 200 710 参考例 速度 (km/h) 歩行 5 市街地の車 40 新幹線 300 ジェット旅客機 900
津波の伝播 増幅 遡上 津波の増幅 Ecgb Ecgb o 1 1 gh 8 H H 1 o 2 o h h o 1 1 4 gh o b b o 1 b 1 2 c g o cn 1 gh 8 2 1 gh gh (Green の法則 ) 1 b 1 bo b1 h o h 1 水深が1/16 (1,600m 100m) => 波高が2 倍幅が1/4 (1,000m 250m) => 波高が2 倍 津波の遡上高 位置エネルギー 運動エネルギー
東北地方の過去の大津波
過去の津波の波源分布 明治三陸 (1896) 慶長三陸 (1611) 貞観 (869) 昭和三陸 (1933) 東北地方太平洋沖 (2011) [ 渡辺偉夫 (1998): 日本被害津波総覧 ( 第 2 版 ),248p から作成 ]
東北地方の過去の大津波 年月日 名称 マグニチュー ド 地震 M 津波 最大遡上高 (T.P. m) 死者 ( 不明 ) ( 人 ) 869.7.13 貞観津波 8.6 4 1,000 m 全 半壊 流出 ( 戸 ) 家屋 床上 下浸水 ( 戸 ) 1611.12.2 慶長三陸地震津波 8.1 3 15-20 ( 岩手県田老等 ) 1896.6.15 明治三陸地震津波 6.8 4 24.4 ( 岩手県三陸町 ) 1933.3.3 昭和三陸地震津波 8.1 3 23.0 ( 岩手県綾里村 ) 2011.3.11 東北地方太平洋沖地震津波 9.0 38.4 ( 岩手県宮古市重茂 ) 田老 小湊 下摂待 宮古 22,072 10,393 3,694 1,522 (1,542) 15,824 (3,824) 5,851 4,018 301,075 比率 2 0.5 0.065 (0.16) (/ 全壊 ) [ 渡辺偉夫 (1998): 日本被害津波総覧 ( 第 2 版 ),248p 中央防災会議 HP(2011.10.18) 資料 ] より作成
津波の浸水高 遡上高
東北地方太平洋沖地震津波と明治 昭和三陸地震津波の比較 [ 東北地方太平洋沖地震津波合同調査グループ (http://www.coastal.jp/ttjt/) による速報値 (2011 年 4 月 30 日参照 ) に基づいて作成 ]
計画堤防天端高と津波痕跡高との比較 計画堤防天端高 津波痕跡高 [ 社会資本政策審議会 交通政策審議会交通体系分科会計画部会資料 ]
海岸 港湾構造物の効果
津波が越えなかった津波防潮堤 津波前 津波後 岩手県洋野町平内 [ AH714_247s, BB416_0400s]
水門や防波堤による防災 減災効果 岩手県普代水門 岩手県普代村太田名部漁港 水門によって集落被害なし 多重防波堤によって背後の浸水高軽減 越流しても破壊しない構造物の開発 [ 右上 : BB416_0945s, 左上 : BB417_0057s, 下 :Google Earth]
釜石湾口防波堤の効果 [ 中央防災会議 東北地方太平洋沖地震を教訓とした地震 津波対策に関する専門調査会 資料 ]
津波の陸上浸水高の増大と減衰 岩手県陸前高田市 宮城県山元町 平野部では二線堤が有効 浸水高 急勾配 遡上高 浸水高 緩勾配 遡上高 岩手県宮古市田老地区 [ 海岸における津波対策検討委員会 中央防災会議 東北地方太平洋沖地震を教訓とした地震 津波対策に関する専門調査会 資料 ( 東北地方太平洋沖地震津波合同調査グループ 東北地方整備局 国土技術政策総合研究所の速報値に基づく ) ]
海岸構造物の被害
波返しの破損 数多くの波返しが破損 青森県八戸市蕪島 岩手県久慈市白前漁港本波地区 設計上不要だが 鉄筋を配置を入れることで 強度を増せば津波に有効 [BB416_0264s, BB416_0542s]
海岸堤防の被災過程 岩手県宮古市金浜 4 堤防の全壊 裏法の強化 3 面の一体化堤体幅の増大水たたきの延長 1 裏法の剥離裏法尻の洗掘 3 表法の崩壊 2 中込土砂の流出 [BB417_0619s, BB417_0624s, BB417_0649s, BB417_0628s]
海岸堤防の被災過程 岩手県野田村十府ヶ浦 表法 表法下部の海側への倒壊 裏法 天端 裏法の強化 3 面の一体化堤体幅の増大水たたきの延長 表法の破損 裏法 天端の剥離 中込土砂の流出 [ BB702_0930s, BB702_0722s, BB702_0883s, BB702_0783s]
堤防の裏法の剥離 連結されたブロックの滑落 ブロックの剥離 散乱 青森県八戸市市川海岸 青森県三沢海岸 堤防天端高と背後の被害の差 青森県三沢海岸 青森県おいらせ海岸 BB702_0641s, BB702_0102s, BB702_0130s, BB702_0608s
護岸の海側への倒壊 青森県八戸市八戸港北 護岸背後の洗掘 背後の洗掘 引き波で倒壊 岩手県大槌町吉里吉里海岸 護岸の海側への滑り出し
胸壁の破壊 岩手県山田町 岩手県大槌町 [BB703_0102s, BB703_0393s]
海岸林の倒伏 幹折れ 流出 浸水深 2-5m 程度で倒伏 流出 砂丘の大型化との組み合わせ 岩手県普代村 [Google Earth, BB416_0955s, BB416_0927s]
港湾構造物の被害
コンクリートブロックの流出 L V F s sinθ L 1 wclv 2 2 A D θ W w W w cosθ W w sinθ D 1 wc 2 D V 2 A d ここに Ww: ブロックの水中重量 θ: 斜面の傾き L: 揚力 C L : 揚力係数 A l : ブロック底面積 D: 抗力 ( 流れによる力 ) C D : 抗力係数 : A d : 流れを受ける面積 V: 流速 ブロック名称 リーフロック 4t ストーンブロック 4t パラクロス 4t ビーハイブ 4t セッカブロック 6t ストーンブロック 6t 移動時の流速 (m/s) 4.4 3.9 10.3 5.8 4.8 4.2 C D 0.07 0.06 0.03 0.06 0.08 0.06 C L 0.04 0.05 0.00 0.02 0.03 0.05
岸壁の倒壊 福島県相馬港 地震時の液状化押し波時のエプロン洗掘 引き波時の岸壁倒壊 エプロンの液状化 洗掘防止 [BB705_1040s, BB705_1086s, BB705_1058s]
地形変化
海岸堤防前面の砂浜の防護 蒲生干潟 深沼海水浴場 津波前 砂浜と堤防の連携で守る 津波前 津波後 津波後 左 : 蒲生干潟 右 : 深沼海水浴場
直立護岸と傾斜護岸の差 傾コ斜ン堤クリートブロック 名取川河口左岸 ( 宮城県仙台市 ) コンクリート直立堤 [BB705_0249s]
復旧 復興に向けて
復興の目標 巨大津波に耐えられる施設建設は技術的には可能だが 膨大な費用がかかる その前に 構造物の耐用年数 ( 一般に 50 年 維持管理しても 100 年 ) との不整合 建設したとしても 巨大津波を超過する津波来襲の可能性が否定できない 防護されない堤外地での活動は依然として存在する 海と陸との連続性を断ち切ってよいのか? 最大クラス津波には 避難して生命を守る 高地移転 盛土 津波避難ビルの指定 建設などを組み合わせる 低地にも津波避難施設となる建物を積極的に建てる 数多くの 無駄な 避難の中で1 回でも命が救えれば大成功という認識の普及が重要 最大クラス津波を超える可能性を考慮した 安全の多重化を目指す 設計津波には 堤防 防波堤で生命 財産を守る 一生に一度程度の津波からは守られる 設計津波を超えても 破壊しにくい 粘り強い 構造物を目指す
構造物の被災過程と粘り強さの向上手段 波返し : 堤防本体との接合部で折損 配筋の強化 堤防 : 裏法の剥離 > 中込土砂の吸い出し > 表法の倒壊 3 面被覆の一体化 水たたきの延長 堤体幅の延長 護岸 : 引き波による海側への倒壊 海側の根固の強化 胸壁 : 地上部の折損 地上接合部の強化 防波堤 : 堤体の滑動 > マウンドからの滑落 根固工による滑動抵抗の増強 海岸林 : 流出 折損 砂丘の大型化 砂浜 : 砂嘴など地形の凸部の侵食が深刻 堤防との一体機能を利用 二線堤 : 津波の減衰との組み合わせが より効果的 高地移転 : 避難路の確保による生命の安全性の向上 避難ビル : ネットワーク化による避難安全性の向上 津波のリアルタイムモニタリングの高密度化と 避難行動との連携
避難とハザードマップ
ハザードマップと実際の浸水範囲の比較 [ 中央防災会議 東北地方太平洋沖地震を教訓とした地震 津波対策に関する専門調査会 資料 ]
DONET( 海洋研究開発機構 ) 津波のリアルタイムモニタリング GPS 津波計 ( 港湾空港技術研究所 ) 新しい防災の技術開発 ( 沖合との連携 ) l 津波 l 0 dx gh 2 l gh o ( 例 ) 沖合 100km 水深 1km で観測 30 分以上の余裕 h o 離島のないところには洋上観測基地を設置 多目的海洋基地の建設 [http://www.jamstec.go.jp/jamstec-e/maritec/donet/index.html, http://www.pari.go.jp/bsh/ky-skb/kaisho/report/20050434sangitaisho/20050434sangitaisho.htm ]
気仙沼市の津波避難ビル等 高地移転が基本だが 漁港 港湾 海岸での活動の再開を考慮すると 海岸付近に避難施設が必要 ( 避難のための橋頭保が必要 ) 施設の耐用年数 (50-100 年 ) と巨大津波の再現期間 (1000 年 ) との違いから 避難専用施設の維持は保証されないので 避難施設と日常的利用との併用が鍵 公共施設 漁港 港湾施設の利用に加え 高く堅牢な住宅を積極的に建設することも必要ではないか [ 中央防災会議 東北地方太平洋沖地震を教訓とした地震 津波対策に関する専門調査会 資料に追加 ]
国 自治体での検討状況
東日本大震災復興構想会議復興への提言 ~ 悲惨のなかの希望 ~ (2011.6.25) 減災 という考え方 たとえ被災したとしても人命が失われないことを最重視し また経済的被害ができるだけ少なくなるような観点から 災害に備えなければならない この 減災 の考え方に基づけば これまでのように専ら水際での構造物に頼る防御から 逃げる ことを基本とする防災教育の徹底やハザードマップの整備など ソフト面の対策を重視せねばならない さらに 防潮堤等に加え 交通インフラ等を活用した地域内部の第二の堤防機能を充実させ 土地のかさ上げを行い 避難地 避難路 避難ビルを整備する 加えて 災害リスクを考慮した土地利用 建築規制を一体的に行うなど ソフト ハードの施策を総動員することが必要である 既存復興関係事業の改良 発展 防波堤 防潮堤については 比較的頻度の高い津波 台風時の高潮 高波などから陸地を守る性能を持ったものとして再建する 今回の災害のような大津波に際しては 水が乗り越えても倒壊はしない粘り強い構造物とすることについての技術的再検討が不可欠である
中央防災会議 東北地方太平洋沖地震を教訓とした地震 津波対策に関する専門調査会 (2011.6.26 中間とりまとめ 2011.9.28 最終報告 ) 津波対策を構築するにあたってのこれからの想定津波の考え方 東北地方太平洋沖地震や最大クラスの津波レベルを想定した津波対策を構築し 住民の生命を守ることを最優先として どういう災害であっても行政機能 病院等の最低限必要十分な社会経済機能を維持することが必要である このため 住民の避難を軸に 土地利用 避難施設 防災施設などを組み合わせて ソフト ハードのとりうる手段を尽くした総合的な津波対策の確立が必要である 人命保護に加え 住民財産の保護 地域の経済活動の安定化 効率的な生産拠点の確保の観点から 引き続き 比較的頻度の高い一定程度の津波高に対して海岸保全施設等の整備を進めていくことが求められる なお 海岸保全施設等については 設計対象の津波高を超えた場合でも施設の効果が粘り強く発揮できるような構造物の技術開発を進め 整備していくことが必要である
海岸における津波対策検討委員会 (2011.6.27) 設計津波 ( 津波レベル 1) の水位の設定方法 平成 23 年東北地方太平洋沖地震による津波の対策のための津波浸水 シミュレーションの手引き
岩手県沿岸の海岸堤防高の設定 [ 岩手県沿岸における海岸堤防高さの設定について ( 第 2 回 ): 岩手県 2011.10.20]
宮城県沿岸の海岸堤防高の設定 [ 東日本大震災の記録 ( 暫定版 ) 宮城県土木部 2011.9]
復興の目標 巨大津波に耐えられる施設建設は技術的には可能だが 膨大な費用がかかる その前に 構造物の耐用年数 ( 一般に 50 年 維持管理しても 100 年 ) との不整合 建設したとしても 巨大津波を超過する津波来襲の可能性が否定できない 防護されない堤外地での活動は依然として存在する 海と陸との連続性を断ち切ってよいのか? 最大クラス津波には 避難して生命を守る 高地移転 盛土 津波避難ビルの指定 建設などを組み合わせる 低地にも津波避難施設となる建物を積極的に建てる 数多くの 無駄な 避難の中で1 回でも命が救えれば大成功という認識の普及が重要 最大クラス津波を超える可能性を考慮した 安全の多重化を目指す 設計津波には 堤防 防波堤で生命 財産を守る 一生に一度程度の津波からは守られる 設計津波を超えても 破壊しにくい 粘り強い 構造物を目指す