東日本大震災における
ライフライン被害と今後の課題
平成23年度 第4回成果発表会 岐阜大学 教授 能島 暢呂 横浜国立大学 教授 佐土原 聡 横浜国立大学 特別研究教員 稲垣景子首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 2
本日の発表内容
東日本大震災のライフライン機能被害と今後の課題
:能島暢呂
横国大
:自律分散型拠点構築による地域防災力向上
岐阜大
:ライフラインの供給側とユーザー側の対策を考慮した広域機
能充足度の評価
首都圏の上下水道のデータの構築と被害予測
: 永田茂
筑波大
:交通インフラ網等の復旧を基点とした広域連携による復旧効
率化に関する検討
鹿島
:地震時における企業の事業影響日数評価式
千葉大
:首都直下地震における上水道管と木造建物の広域被害予測
システム性能 (復旧曲線) 供給率 時間 構成要素 脆弱性 ネットワーク 脆弱性 地震動強度 損傷確率 個別的 インパクト 時間 個別充足度
ライフライン被害の影響評価と
様々な対策によるインパクト軽減の枠組み
全体充足度 社会的 インパクト 能島暢呂・亀田弘行・吉川徹志:ライフライン地震被害に よる居住生活支障の評価に関する研究,第21回地 震工学研究発表会講演概要集,pp.329-332,1991.首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 4
自律分散型拠点の計画手法
水
電気
熱
ためる
受水槽 蓄電池 蓄熱槽 貯湯槽つくる
再生水(中水) 発電機 発電機の排熱利用 (コージェネレーションシステム)環境利用
地下水利用 雨水利用 河川水利用 海水(淡水化)利用 太陽光発電 風力発電 (水力/地熱/波力) 太陽熱転用する
蓄熱槽 貯湯槽 防火水槽応急救援
給水車給水船 電源車 トランスヒートコンテナ地域で備える
/共用する
応急給水槽・給水栓 建物間融通 スマートグリッド 建物間融通 地域冷暖房エネルギー・給水設備に関するアンケート調査
調査項目:
(1)建物概要, (2)建物エネルギー設備,
(3)自家発電設備, (4)非常時のエネルギー供給,
(5)環境負荷低減システム, (6)水・エネルギー消費量
都県庁市庁舎
区役所庁舎
病院
調査期間
H19年10~11月
H20年4~5月
H22~23年
調査対象
八都県市
東京
政令市
災害拠点病院
回収数
8
19
34
78
回収率(%)
100
82.6
82.9
58.2
自律分散型拠点構築による地域防災力向上災害時の水・エネルギー供給の信頼性確保を目指し,
地域の中核である自治体
庁舎建物
と
災害拠点病院
の現状を調査し,拠点構築の可能性を検討する.
首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 6
病院
自治体庁舎
給水設備
高置水槽方式
:9割以上
※蓄熱式空調S: 約2割
⇒断水時の水槽水利用
都県市:高置水槽方式(7都県市)
区役所:高置水槽方式 85%
※蓄熱S:都県市の5割,区の2割
電気
1回線受電: 21%
2回線受電
: 55%
スポットネットワーク
: 15%
ループ受電:
9%
都県市:ループ受電(2県)
2回線受電(6都県市)
区役所:6割以上が1回線受電
ガス
高圧・中圧
:49%
中圧・低圧: 37%
低圧: 14%
都県市:6県市が中圧B
区役所:7割以上が低圧
自家発電
設備
100%整備
37%で常用/兼用
都県市:100%整備.全て非常用
区役所:一部未整備.1割で常用
エネルギー・給水設備の概要
自律分散型拠点構築による地域防災力向上 0 5 10 15 20 25 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 延床面積あ た り の 水槽容量 (L / m 2 ). 竣工年/改修年 病院(高置水槽方式等) 病院(ポンプ直送方式) 庁舎(地方公共団体)
延床面積あたりの水槽容量と建物竣工・改修年との関係
首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 8 0 2 4 6 8 10 12 14 0 1 2 3 4 5 6 上水道( 配水 管 )の 応急復旧 日数(日) 水槽貯留水での機能維持期間(日) 庁舎 病院
水槽貯留水での機能維持期間と
上水道(配水管)応急復旧日数
水槽水で機能維持できる場合
水槽水で機能維持できない場合
主な
対応
■水槽からの漏水防止 ■水槽への泥水流入防止 ■停電時の受水槽からの応急給水 ■(下水道・排水設備被害→)節水 ■地下水の利用(ポンプ用電源の確保) ■再生水の利用 ■蓄熱槽水・貯湯槽水の利用 ■(消火活動後)防火用水の利用 ■雨水・河川水・海水(淡水化)の利用 ■近隣の応急給水槽水の利用 ■飲料メーカからの飲料水調達 ■節水+応急給水水需要量
上水道
復旧日数
Q:大規模災害発生時に
建物機能を維持できるか?
非常時の施設機能維持に関する意見
Q:大規模災害発生時の
建物機能維持に不安のある部分
庁舎では,
建物耐震性
と
情報通信
に関する不安を挙げる割合が高い
病院では,
水供給
や
電力供給
への不安を抱える割合が高い
建物の耐震性を確保している場合,ライフライン途絶への不安を持つ.
自律分散型拠点構築による地域防災力向上首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 10
需要密度と
庁舎・病院の立地
BCP
事業継続計画
B
usiness
C
ontinuity
P
lan
DCP
地区継続計画
D
istrict
C
ontinuity
P
lan
自律分散型拠点の方向性
ライフライン途絶時にも機能を維持すべき
重要施設に設備整備
供給系ライフラインの停止戸数
ライフ
ライン
東日本大震災
(2011年東北地方太
平洋沖地震)
阪神・淡路大震災
(1995年兵庫県南部
地震)
2011/1995
電気
891万戸
(486万戸 in 東北)
260 万戸
342%
(187%)
水道
220万戸以上
126万戸 (in 兵庫県)
180% 以上
都市ガス
46万戸
86万戸
53%
推定浸水世帯数:約21.1万世帯(総務省統計局4月25日公表)
津波による被害は全体の一部に過ぎない
首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 12 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 3 月 11 日 3 月 12 日 3 月 13 日 3 月 14 日 3 月 15 日 3 月 16 日 3 月 17 日 3 月 18 日 3 月 19 日 3 月 20 日 3 月 21 日 3 月 22 日 3 月 23 日 3 月 24 日 3 月 25 日 3 月 26 日 3 月 27 日 3 月 28 日 3 月 29 日 3 月 30 日 3 月 31 日 4 月 1 日 4 月 2 日 4 月 3 日 4 月 4 日 4 月 5 日 4 月 6 日 4 月 7 日 4 月 8 日 4 月 9 日 4 月 10 日 4 月 11 日 4 月 12 日 4 月 13 日 4 月 14 日 4 月 15 日 4 月 16 日 4 月 17 日 4 月 18 日 4 月 19 日 4 月 20 日 4 月 21 日 4 月 22 日 4 月 23 日 4 月 24 日 4 月 25 日 4 月 26 日 4 月 27 日 4 月 28 日 4 月 29 日 4 月 30 日 5 月 1 日 5 月 2 日 5 月 3 日 5 月 4 日 5 月 5 日 5 月 6 日 5 月 7 日 5 月 8 日 5 月 9 日 5 月 10 日 5 月 11 日 5 月 12 日 5 月 13 日 5 月 14 日 5 月 15 日 5 月 16 日 5 月 17 日 5 月 18 日 5 月 19 日 5 月 20 日 5 月 21 日 5 月 22 日 5 月 23 日 復 旧 率 2011年 水道(東日本大震災) 都市ガス(東日本大震災) 電気(東日本大震災)
供給系ライフラインの復旧曲線の比較
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 月 17 日 1 月 18 日 1 月 19 日 1 月 20 日 1 月 21 日 1 月 22 日 1 月 23 日 1 月 24 日 1 月 25 日 1 月 26 日 1 月 27 日 1 月 28 日 1 月 29 日 1 月 30 日 1 月 31 日 2 月 1 日 2 月 2 日 2 月 3 日 2 月 4 日 2 月 5 日 2 月 6 日 2 月 7 日 2 月 8 日 2 月 9 日 2 月 10 日 2 月 11 日 2 月 12 日 2 月 13 日 2 月 14 日 2 月 15 日 2 月 16 日 2 月 17 日 2 月 18 日 2 月 19 日 2 月 20 日 2 月 21 日 2 月 22 日 2 月 23 日 2 月 24 日 2 月 25 日 2 月 26 日 2 月 27 日 2 月 28 日 3 月 1 日 3 月 2 日 3 月 3 日 3 月 4 日 3 月 5 日 3 月 6 日 3 月 7 日 3 月 8 日 3 月 9 日 3 月 10 日 3 月 11 日 3 月 12 日 3 月 13 日 3 月 14 日 3 月 15 日 3 月 16 日 3 月 17 日 3 月 18 日 3 月 19 日 3 月 20 日 3 月 21 日 3 月 22 日 3 月 23 日 3 月 24 日 3 月 25 日 3 月 26 日 3 月 27 日 3 月 28 日 3 月 29 日 3 月 30 日 3 月 31 日 復 旧 率 1995年 水道(阪神・淡路大震災) 都市ガス(阪神・淡路大震災) 電力(阪神・淡路大震災)阪神・淡路大震災(
1995年兵庫県南部地震)
東日本大震災(
2011年東北地方太平洋沖地震)
3/11 4/1 4/15 5/1 5/5 1/17 2/1 2/15 3/1 3/15 停電 断水 都市ガス停止 停電 断水 都市ガス停止 3/31 5/23 東北電力管内のみ3/14 3/15 3/16 3/18
3/13 3/19 3/20 3/22
3/25 3/29 4/4 4/8 4/12 4/19 4/26 5/2
水道の復旧率
(基準日:3/11)
首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 14 電力 水道 都市ガス 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 50 100 150 200 250 地震後経過時間 供給率 震度4.5 震度5.0 震度5.5 震度6.0 震度6.5 震度7.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 20 40 60 80 100 120 地震後経過日数 供給率 震度4.5 震度5.0 震度5.5 震度6.0 震度6.5 震度7.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 20 40 60 80 100 120 地震後経過日数 供給率 震度4.5 震度5.0 震度5.5 震度6.0 震度6.5 震度7.0 •変更なし •神戸周辺(1995年)と東北 4県(2010年)の配水管の脆 弱性の違いを考慮 破線:オリジナル, 実線:改良モデル •SI値(40-50kine)に基づく 緊急供給遮断の導入 •復旧初動体制の改善効果 の考慮
1995年兵庫県南部地震の被災事例に基づく
モデルの改良モデル(供給システム側の要因を考慮)
能島暢呂:脆弱性指数を用いたライフライン網の地震時脆弱性評価 ~上水道配 水管網への適用~,地域安全学会論文集 No.10, 2008.11,pp.137-146.東日本大震災関連の4地震
(本震+2余震+誘発地震)による震度曝露人口
2011/3/11-14:46三陸沖 0 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 7000000 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 計測震度 曝 露 人 口 単純集計 移動平均 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 計測震度 曝 露 人 口 単純集計 移動平均 2011/3/11-15:15茨城県沖 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 計測震度 曝 露 人 口 単純集計 移動平均 2011/4/7-23:32宮城県沖 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 計測震度 曝 露 人 口 単純集計 移動平均 2011/4/11-17:16福島県浜通り首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 16 0 200 400 600 800 1000 1200 1日 2日 3日 4日 5日 6日 7日 8日 9日 10日 11 日 12 日 13 日 14 日 15 日 16 日 17 日 18 日 19 日 20 日 21 日 22 日 23 日 24 日 25 日 26 日 27 日 28 日 29 日 30 日 31 日 32 日 33 日 34 日 35 日 36 日 37 日 38 日 39 日 40 日 41 日 42 日 43 日 44 日 45 日 供 給 支 障人口 (万人) 地震後経過日数(地震当日=1日) 上水道(実測) 上水道(改良:本震+余震) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 1日 2日 3日 4日 5日 6日 7日 8日 9日 10日 11 日 12 日 13 日 14 日 15 日 16 日 17 日 18 日 19 日 20 日 21 日 22 日 23 日 24 日 25 日 26 日 27 日 28 日 29 日 30 日 31 日 32 日 33 日 34 日 35 日 36 日 37 日 38 日 39 日 40 日 41 日 42 日 43 日 44 日 45 日 供 給 支 障人口 (万人) 地震後経過日数(地震当日=1日) 都市ガス(実測) 都市ガス(改良:本震+余震)
解消過程の推定値と実測値の比較(
σ=0.0)
0 500 1000 1500 2000 2500 1日 2日 3日 4日 5日 6日 7日 8日 9日 10日 11 日 12 日 13 日 14 日 15 日 16 日 17 日 18 日 19 日 20 日 21 日 22 日 23 日 24 日 25 日 26 日 27 日 28 日 29 日 30 日 31 日 32 日 33 日 34 日 35 日 36 日 37 日 38 日 39 日 40 日 41 日 42 日 43 日 44 日 45 日 供 給 支 障人口 (万人) 地震後経過日数(地震当日=1日) 電気(実測) 電気(従来:本震+余震)電気
(従来モデル)上水道
(改良モデル)都市ガス
(改良モデル) 0 100 200 300 400 500 600 700 4 4 .1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5 .1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6 6 .1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 震度曝露人口 (万人 ) 計測震度 東北地方太平洋沖地震 3/11-14:46 茨城県沖の地震 3/11-15:15 宮城県沖の地震 4/7-23:32 福島県浜通りの地震 4/11-17:16阪神・淡路大震災における
電気・水道・都市ガスの複合的復旧過程
地震当日
3日後
首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 18 中央防災会議 「首都直下地震対策専門調査会」資料 東京湾北部地震(M7.3)の 震源域と推定震度 電気 水道 ガス 病院 製造業 市民生活 1.00 1.00 0.58 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 電気 水道 ガス 依存度 0.90 0.70 0.25 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 電気 水道 ガス 依存度 0.20 1.00 0.80 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 電気 水道 ガス 依存度 (食料品製造業) (用便) (病院)
複合的復旧過程とその影響評価
想定地震:東京湾北部地震(M7.3)
対象地域: 1都3県(東京・神奈川・埼玉・千葉)
対象機能:病院・製造業・市民生活
バックアップを考慮した機能充足度モデル
の改良(ユーザー側の要因)
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 5 10 15 20 25 30 地震後経過日数 機能充足度 E○W○G○ E×W○G○ E○W×G○ E○W○G× E○W×G× E×W○G× E×W×G○ E×W×G× 改良前: 時間に依存しない定数 停止パターン別機能充足度の時間関数 停止パターン別機能充足度(食料品製造業) 0.10 0.30 0.75 0.23 0.08 0.03 0.02 1.00 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 機能充足度 改良後: 時間関数としてモデル化 バックアップ機能に より影響出現を遅ら せ,影響が緩和され A tk( )
= − −1(
1 Rk) ( )
⋅B tk(
)
( )
1 , , ; k R δ δ δ t =∏
A t −δ (E=電力,W=水道,G=都市ガス) バックアップが 全くなければ( )
k k A t = R( )
k B t バックアップ時間の累積分布関数首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 20 停止パターン別機能充足度の時間関数 (食料品製造業) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 地震後経過日数 機能充足度 震度4.5 震度5.0 震度5.5 震度6.0 震度6.5 震度7.0 バックアップを考慮した機能充足度 ( ) ( ) ( ) 業種 生起確率 における停止パターン 地震後 震度 別機能充足度 における停止パターン 地震後 における機能充足度 地震後 震度 : , : , ; , , : ; , , , : , i t I t I Q t t R t I t I R G W E G W E i i δ δ δ δ δ δ
( )
=∑
(
) (
⋅)
G W E t I Q t R t I Ri i E W G E W G δ δ δ δ δ δ δ δ δ , , , ; , , ; , , , 効果的なバックアップ対策を 検討できる枠組みを構築 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 5 10 15 20 25 30 地震後経過日数 機能充足度 E○W○G○ E×W○G○ E○W×G○ E○W○G× E○W×G× E×W○G× E×W×G○ E×W×G× 停止パターン生起確率分布(震度6.5) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 地震後経過日数 生起確率 E×W×G× E×W×G○ E×W○G× E○W×G× E○W○G× E○W×G○ E×W○G○ E○W○G○T1 T2 K1 K2 C1 C2 S1 S2
災害拠点病院を対象とした影響評価
災害拠点病院はライフラインの優先復旧の対象と され、東日本大震災でもその事例がある 地震時ライフライン機能被害予測モデルにおいて 上水道と都市ガスの平均復旧時間を0.5倍として適用 停電時に自家発電設備で維持できる期間:平均74時間 断水時に給水機能を維持できる期間:平均27時間 → (E,W,G)=(3日,1日,0日) さらに対策効果を比較するため、上水道に関する バックアップを増強 → (E,W,G)=(3日,10日,0日)Inagaki, K. and Sadohara, S: Improvement of Local Capability under Lifeline Disruptions by Construction of Distributed Self-Sustaining Zone, -Based on Research of Disaster Base Hospitals in Tokyo Capital Area-, Journal of Disaster Research, April, 2012 (in printing).
8病院の位置と
東京湾北部地震の震度分布
ライフラインユーザー側における 地震時のバックアップ機能
首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 22
8病院における地震時機能充足度の時間推移
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 機能充足度 地震後経過日数 T1 T2 K1 K2 C1 C2 S1 S2 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 機能充足度 地震後経過日数 T1 T2 K1 K2 C1 C2 S1 S2 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 機能充足度 地震後経過日数 T1 T2 K1 K2 C1 C2 S1 S2 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 機能充足度 地震後経過日数 T1 T2 K1 K2 C1 C2 S1 S2 バックアップなし バックアップあり(E,W,G)=(3,1,0) バックアップ増強(E,W,G)=(3,10,0) バックアップ増強+優先復旧( )
=∑
(
) (
⋅)
G W E t I Q t R t I Ri i E W G E W G δ δ δ δ δ δ δ δ δ , , , ; , , ; , , , 〈評価式〉 ( )( ) ( ) 活動項目 生起確率 における停止パターン 地震後 震度 別機能充足度 における停止パターン 地震後 における機能充足度 地震後 震度 : , : , ; , , : ; , , , : , i t I t I Q t t R t I t I R G W E G W E i i δ δ δ δ δ δ0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 広域機能充足度 埼玉県 千葉県 東京都 神奈川県 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 広域機能充足度 埼玉県 千葉県 東京都 神奈川県 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 広域機能充足度 埼玉県 千葉県 東京都 神奈川県
製造業を対象とした影響評価
広域機能充足度の推移 (食料品製造業) バックアップなし バックアップ増強 (E,W,G)=(3,10,0) バックアップあり (E,W,G)=(3,1,0) 0 1 2 3 4 4. 0 4. 1 4. 2 4. 3 4. 4 4. 5 4. 6 4. 7 4. 8 4. 9 5. 0 5. 1 5. 2 5. 3 5. 4 5. 5 5. 6 5. 7 5. 8 5. 9 6. 0 6.1 6.2 6.3 震度曝露人口 (万 人 ) 計測震度 神奈川県 東京都 千葉県 埼玉県 首都圏における従業者の震度曝露人口(食料品製造業) 推定震度分布 従業者分布首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 24 備蓄品の利用や避難所生活によって, 地震後3日間を自助努力でしのぐ → (E,W,G)=(3,3,3) 炊事 地震後100日間での生活支障(機能充足度の低下度合い)の累積値 0 4 8 12 16 20 24 埼玉県 千葉県 東京都 神奈川県 累積困窮度 Case1(BU無) Case1(BU有) 0 4 8 12 16 20 24 埼玉県 千葉県 東京都 神奈川県 累積困窮度 Case2(BU無) Case2(BU有) 0 4 8 12 16 20 24 埼玉県 千葉県 東京都 神奈川県 累積困窮度 Case3(BU無) Case3(BU有) 0.20 0.10 0.60 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
E×W○G○ E○W×G○ E○W○G×
機能充足度 0.80 0.00 0.20 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
E×W○G○ E○W×G○ E○W○G×
機能充足度 0.90 0.10 1.00 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
E×W○G○ E○W×G○ E○W○G×
機能充足度
3. 広域的危機管理・減災体制の構築に関する研究 首都直下地震防災・減災特別プロジェクト 25 相互に連関したライフラインの復旧最適化に関する研究 2012.02.24