破壊過程に着目した堤防・地盤・氾濫流相互連成モデルの構築

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堤防を越流する津波の水理特性の正確な予測は、将来の巨大津波へのより良い防災・減災計画の策定において重要である。現在は非線形長波モデルが津波氾濫の予測に広く使われているが、このモデルは鉛直方向の流れが大きく水平方向流速に比べて無視できない場、例えば海岸堤防の越流などの解析において、水位、流速および圧力の予測の精度が落ちる。本研究では海岸堤防の津波越流のような流れ場においても精度良く計算できる、多層型非線形分散波モデルを構築した。既存研究として、アーセル数の大きい条件下で適用可能な非線形分散波理論である後藤の式(1984)と、海岸波浪の多層型非線形分散波モデルである金山の式(1997)を参考にし、津波遡上計算における多層型非線形分散波式の導出を行った。運動の仮定は後藤の式と同様に行い、またある程度の回転は許容する導出とした。鉛直流速は連続の式を底面から考慮している高さまで鉛直積分することで決定し、その時間微分項が各層における運動方程式で考慮される。導出した多層型非線形分散波式を解析するシミュレータを開発し、妥当性検証を行った。理論式により得られる段波先端速度および段波波高や、定常越流問題で堤防の天端上や裏法など静水圧から大きくずれる箇所における圧力、非定常越流問題における越流量など、非常によく実験や理論値を再現できた。ケーススタディとして東日本大震災における福島県の木戸川の遡上津波の再現計算を行った。先行研究において既存モデルではこの津波の遡上速度を大きく過小評価していたが、今回開発した多層モデルでは遡上速度の再現性が大幅に向上した。以上のように、津波計算における氾濫ハザードの推定精度の高いモデルが構築できた。表題の堤防や地盤との相互作用については直接的には表現できなかったが、圧力場の再現性も大幅に向上したことにより、これらの影響も十分に考えられるモデルとなっている。