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 xpswmm 総合情報 Vol.21

 津波解析としての活用

 近年、防災意識の向上や情報開示の観点から、各種ハザードマップが作成・公表されています。平成17年の水防法一部改正により、洪水ハザードマップが事実上義務化されたことから、洪水ハザードマップに加え、内水ハザードマップの作成・公表に取り組んでいる自治体が増えてきています。

 こういった動向は、数値シミュレーションやシミュレーション結果の可視化により、今後予測される災害などを分かりやすく表現することで、従来の施設整備などハード対策を補間するソフト対策の普及に向けた取り組みです。今回の東日本大震災により、今後は津波ハザードマップのあり方が見直され、津波解析および津波ハザードマップの作成・普及が推進されると考えられます。

 この津波ハザードマップにより、リアルタイム地震津波計の活用などの新しい防災に対する情報提供と併せて、行政の対策立案および住民への防災意識の喚起などでの活用による減災が期待されます。

 遠方から伝播する遠地津波では、波高が水深に比べて小さいため、浅水流理論を適用でき、2次元解析による再現が可能です。ここで、遠地津波としての津波解析では、回転運動している座標系に対して運動する物体に働く見かけの力となるコリオリ力の考慮が必要になります。
 xpswmmの2次元解析では、支配方程式に移流項、拡散項はもとより、コリオリ力の項も考慮しているので、都市域レベルでの比較的狭い範囲での浸水現象のみでなく、遠地津波のような現象に対しても汎用的に使用することができます。

 津波解析では、想定震源域またはそれに断層を加えた海底に対して、弾性体理論に基づき海底地殻変動を算出する必要があります。xpswmmでは海底地殻変動の解析機能には非対応で、CFDでの初期擾乱を点源で与えることはできませんが、海面初期水位はこの海底地殻の直角変動量と等しいと考え、境界条件として面での初期水位を設定することにより、海面の挙動を2次元解析エンジンにより解析することが可能です。

 日本では発電所のように被害や影響が大きく波及する施設が沿岸部に存在し、都市域では地下街浸水等の特殊な浸水も存在するため、このような被害を推定、定量化は難しく、今後の課題であると言えます。しかしながら、xpswmm2Dでの数値シミュレーションにより津波規模により、津波がいつどこまで浸入してくるかを再現、予測が可能と考えます。現在のCFD数値シミュレーション技術では、被害そのものをシミュレートすることは出来ませんが、人的、家屋被害、建物被害などの発生条件・基準を与えて数値計算結果と対応させることにより、発電所被害や火災等の二次災害を除けば、ある程度の被害の量的な推定も可能になってくるといえ、数値解析結果の利用により更なる情報の強化を図った津波対策の実現が図られるようになっていくと考えられます。

x方向運動方程式: 
 

y方向運動方程式: 
 

連続式: 
▲図1 xpswmm 2次元エンジンの支配方程式


 解析例

 今回の未曾有の津波に対して、大学や学会等での現地調査が行われ、被災地における痕跡水深の調査結果が公表され始めています。
今後は、これらの痕跡水深の調査結果から、発生した津波規模が数値シミュレーションによる再現が始まっていきます。

 xpswmm2Dでモデリングした津波解析を以下に示します。xpswmm2Dでの解析の初期条件は、z座標ゼロを自動的に水面として扱います。
初期海面をゼロとなるよう座標系を取ったDTMにより初期海面を生成し、境界条件として時刻歴の津波波形を設定します。

 当該地域では、北側が漁港になっており、南側には高さ18.3mの海水門があり、今回の津波では水門の破壊は認められなかったものの、津波は水門を越流して被害をもたらしており、数値シミュレーションと同様の結果になっています。

 また、解析対象とした同じ沿岸を、UC-win/Road for Tsumamiで可視化したのが下図になります。
ここでは、三次元的に波を設定することにより、VR空間での津波がよりリアルに表現されます。

▲図2 UC-win/Road for Tsumamiによる津波の可視化

▲図3 xpswmm2Dによる津波解析

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