津波の数値計算技術の開発

目的

津波は、広い範囲を浸水するだけでなく、構造物の破壊、船舶等の漂流、地形の変化など様々な被害を引き起こす。とくに津波被害は非日常現象であり、起こりうる被害をイメージすることは容易ではない。しかし、津波被害を防ぐためには起こりうる被害を想定することから始まるといっても過言ではない。また、津波被害を防除・軽減し、被害の影響を小さくするためには、関係者の相互協力が大切である。
本研究では、津波被害を詳細に推定し、その結果を住民等にも分かりやすく示す津波被害推定システムを開発する。

システムの概要

開発したシステムの名称は、「高潮津波シミュレータ」である。英語では、Storm Surge and Tsunami Simulator in Oceans and Costal Areas (略して、STOC)である。
STOCは、津波被害を推定する数値計算部と推定結果を表示する表示部の二つに大別できる。(図-1)

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図-1 STOCの概要 (拡大図を表示)

数値計算部

太平洋など広い海域を伝播し、かつ局所的に地形や構造物の影響を受けて変化する津波を高い精度で計算するために、静圧モデル(STOC-ML)と非静圧モデル(STOC-IC)を組み合わせることが可能である。

さらに、津波による漂流物の挙動を計算するSTOC-DMにより、船舶、コンテナ等の漂流の危険性や漂流したときの挙動を推定する。

図-2は、STOC-ML、STOC-ICおよびSTOC-DMの適用のイメージである。

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図-2 STOCのサブモデルの配置イメージ(拡大図を表示)

STOM-ML

津波による流体運動を計算するための、静水圧近似を使用した準三次元モデルである。

沖合の津波では静水圧近似が良い近似となることが従来の研究により明らかなので、STOCにおいても太平洋などを伝播する津波の計算にはSTOC-MLを適用する。ただし、水深方向に多層に分割することが可能である。

STOC-IC

津波による流体運動を計算するための、流体運動の最も基本となる方程式に基づいた三次元モデルである。

臨海部に存在する構造物等による津波の変化を計算する必要があるときにSTOC-ICを適用する。STOC-ICは基本的にはSTOC-MLと接続して使用する。両者の連成により、沖合いで発生した津波が大洋を伝播し、港湾などの臨海部を襲う挙動を高い精度で計算することが可能である。

STOC-DM

津波によって漂流する可能性のある船舶、コンテナなどの挙動を計算するモデルである。

STOC-MLやSTOC-ICによる計算される津波の水位や流速を使って船舶等の漂流物の運動を計算する。運動の糧において、漂流物同士の衝突、漂流物と構造物の衝突、漂流物のの着底を考慮した。

図-3(動画)は、STOC-MLとSTOC-ICを連成して計算した津波のデータを使って船舶の挙動を計算した結果を動画にしたものである。流体運動および船舶の運動の計算では、航空レーザー測量のデータを使って空間解像度2mの計算格子上に建物を立てた。すなわち、津波の一部は建物によって反射、回折され、船舶も建物に衝突する。

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図-3 船舶漂流の計算結果の例

船舶漂流の計算結果の動画を表示
高解像度の動画  (右クリックし、対象をファイルに保存してご利用ください。)

表示部(動的ハザードマップ)

専門家でない人にも津波挙動や被害の生じる範囲を分かりやすく示す工夫をした。

特徴

ユーザーの自由な視点から時々刻々変化する津波の水位、流速、波圧、漂流物の挙動を見ることができることである。さらに、被害の発生地域を示すことも可能である。

図-4(動画)は、動的ハザードマップを使っている状況を動画にしたものである。実際には、システム中のボタンやマウスを使って、自分の見たい位置に視点を自由に移動させる。また、表示部のボタンを選択することにより、津波による水位の変化を波テクスチャや水位によって変化する虹色や青グラデーションで表示させることができる。さらに、流速を矢印、波圧を円で表示する。被害の発生する場所を赤色棒で表示することも可能である。この動画の例では、木造家屋に被害が発生し始める浸水深さ1mを被害発生指標として採用し、浸水深さが1mになった瞬間に赤色棒を立てた。

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図-4 動的ハザードマップの表示例(左から、虹色表示の津波の水位、津波の流速、被害発生状況、船舶漂流)
(動的ハザードマップ使用状況の動画を表示)

発表論文

  • 柿沼太郎・富田孝史・秋山実 (2003): 海水流動の3次元性を考慮した高潮・津波の数値計算, 海岸工学論文集, 第50巻, pp. 286-290.
  • 富田孝史・柿沼太郎・島田昭男 (2004): 3次元流動モデルによる津波防波堤の防護効果に関する数値計算, 海岸工学論文集, 第51巻, pp. 296-300
  • Tomita, T., K. Honda and T. Kakinuma (2006): Application of three-dimensional tsunami simulator to estimation of tsunami behavior around structures, Coastal Engineering 2006, Proc. 30th International Conference on Coastal Engineering, pp. 1677-1688.
  • 富田孝史・本多和彦 (2006): スリランカにおけるインド洋津波の数値計算による再現に向けて, 海岸工学論文集, 第53巻, pp. 251-255.
  • 富田孝史・本多和彦・有川太郎 (2008): 津波動的ハザードマップの開発, 第20回海洋工学シンポジウム講演論文集, CD-ROM, OES-10.
  • 富田孝史・本多和彦 (2008): 津波被害のイメージ力を向上させる津波動的ハザードマップ, 海洋開発論文集, 第24巻, pp. 165-170.
  • Tomita, T., T. Arikawa, D. Tatsumi and K. Honda (2008): Tsunami damage in Solomon Islands in April 2007, Coastal Engineering 2008, Proc. 31st International Conference on Coastal Engineering, pp. 1300-1312.
  • Cox, D., T. Tomita, P. Lynett and R. Holman (2008): Tsunami inundation with macro-roughness in the constructed environment, Coastal Engineering 2008, Proc. 31st International Conference on Coastal Engineering, pp. 1421-1432.
  • Honda, K. and T. Tomita (2008): Tsunami inundation simulation by three-dimensional model, Coastal Engineering 2008, Proc. 31st International Conference on Coastal Engineering, pp. 1433-1445.
  • 富田孝史・有川太郎・辰巳大介・本多和彦 (2008): 2007年ソロモン諸島沖の地震津波の現地被害調査と数値計算, 海岸工学論文集, 第55巻, pp. 1406-1410.
  • 富田孝史・本多和彦 (2008): 臨海部における津波解析への3次元非静水圧流動モデルの適用, 海岸工学論文集, 第55巻, pp. 231-235.
  • Tomita, T. and K. Honda (2007): Tsunami estimation including effect of coastal structures and buildings by 3d model, Coastal Structures 2007, Proc. 5th Coastal Structures International Conference, World Scientific Publishing, pp. 681-692.
  • 本多和彦・富田孝史・西村大司・坂口章 (2009): 多数の津波漂流物を解析する数値モデルの開発, 海洋開発論文集, 第25巻. pp. 39-44.

 

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