吐水槽を利用した沿岸部排水機場の津波減災対策の効果

• 担当機関: （独）農業・食品産業技術総合研究機構 農村工学研究所
• 研究期間: 2013～2014
• 研究担当者: 中矢哲郎; 安瀬地一作; 桐博英; 丹治肇
• 発行年度: 2014
• 要約: 東日本大震災津波により沿岸域の排水機場のほとんどは大破に近い被害を受けたが、吐水槽が海側から見て機場建屋の前面にある場合は被害が大きく低減された。機場建屋前面に吐水槽があれば、津波進行方向の波力を大きく低減できる。
• キーワード: 津波、排水機場、吐水槽、減災
• 背景・ねらい: 浸水は許容するが被害を最小限に抑え、早期復旧性を向上させる津波減災対策を排水機場にも講ずることができれば、津波浸水後の地域の排水により迅速な復旧活動を行うことが可能になる。そこで、東日本大震災津波により被災した宮城県仙台平野の低平地沿岸農業地域に設置されている排水機場の吐水槽の影響の調査と、吐水槽を利用した排水機場の津波減災対策の水理実験から、吐水槽を利用した津波減災対策の効果を明らかにする。

成果の内容・特徴

1. 排水機場の被災状況の実態調査を行った結果、津波により大破した排水機場は、吐水槽が海側から見て建屋の側面に配置しており海側からの津波が直撃したものであった(図1左)。海岸沿いに位置しているにもかかわらず被害が浸水のみであったのは、吐水槽が海側から見て機場建屋前面に設置されてある図1右のような排水機場であった。
2. 減勢効果を得られた図1右の吉田排水機場の配置と同様の模型を1/40スケールで図3のように作成し、吐水槽の津波減勢効果を水理模型実験から把握する。現地換算にはフルード相似則を適用する。津波は水路に貯留した水をゲートにより急開放することで再現する。高さは吐水槽が現地換算で3.5m、建屋が現地換算8mである。津波波高は現地スケールで5m、10m、20mの3種類を設定する。津波波力に関しては抗力型の式で求める。
3. 吐水槽なしの条件における波力は、初期波高が5mで木造の破壊条件内、10mでコンクリート・ブロック造の大破に近い条件、20m以上で鉄筋構造物の大破条件となる。図2に示すように吐水槽が前面にある場合、高流速の津波は吐水槽衝突時に大きく減勢する。また、吐水槽を越流する際に吐水槽背後と排水機場前面の間で縦方向の渦の発生に伴う下方向の高流速が発生し、機場前面へ作用する波力が軽減されている。
4. 吐水槽あり、なしの波力の比較を図4に示す。吐水槽ありの場合の波力を吐水槽なしの場合の波力で除した値を1から引いた値を減勢割合と定義すると、波高5mで100%、10mで54%、20mで57%で、吐水槽を越流する波高10m以上の場合でも50%以上の津波減勢効果が得られる。津波が吐水槽を越流する条件でも、吐水槽と排水機場間で縦方向の渦が生じ下方向の高流速が発生することで、機場建屋への減勢効果を維持できる。

成果の活用面・留意点

1. 放流先の配置関係で吐水槽を海側から見て機場建屋の前面に設置できない場合はバイパス水路により排水路と接続する検討が必要である。
2. 吐水槽の高さが機場建屋の高さ以下であっても津波減勢効果を発揮できるため、既設の機場でも、吐水槽に相当する高さの構造物を設置することで、減勢効果が得られる。
3. 吐水槽が海側から見て機場建屋の前面に配置されていても、破堤により海岸線から斜め方向からの津波を受け大破にいたるケース、吐水槽の高さ不足の場合により大破にいたる事例も存在するので注意が必要である。

• 研究内容: http://www.naro.affrc.go.jp/project/results/laboratory/nkk/2014/nkk14_s11.html