土木工学専攻

(1)

避難行動シミュレーションに基づく避難困難度マッピングシステムの構築

Development of Mapping System of Evacuation Difficulty Based on Human Evacuation Simulation

土木工学専攻

9

号岡本睦

Atsushi OKAMOTO

1. はじめに

現在，我が国では東南海・南海地震などの巨大地震の発生が危惧されている．これらの海溝型地震は大規模な津波を引き起こす可能性が高く，中央防災会議によれば，

次回の東南海・南海地震で想定される死者数は最大で約

1万7千人となり，その半数近くは津波災害による．

このような津波被害を軽減するためには，防潮堤の整備などのハード面の対策だけでなく，避難体制や情報伝達体制の確立などのソフト面の対応までも含んだ総合的な津波防災体制の確立が必要である．

そこで本研究では，ハード対策とソフト対策の両者の評価と住民個人の視点から津波防災対策の効果が見えるシステムの開発を試みた．すなわち，津波災害時の避難行動シミュレーションに基づく避難困難度マッピングシステムである．

2. 避難行動のモデル化 2-1 ポテンシャルモデル

本研究ではポテンシャルモデルに基づいた避難行動モデル

^1）

を用いてシミュレーションを行った．このモデルは対象空間を図 1 に示すように，「物理的な要因」「個人特性」「災害要因」の３つのポテンシャル分布の重ね合わせとして考えることで，異なった個人特性を有する多数の人間の避難行動が簡単に取り扱えるモデルである．

避難者１人１人に対して、その位置と時間によって変動するポテンシャル空間が定義される

物理的な要因個人特性災害要因重ね合わせる

出口1 障害物2 障害物1

よく知っている出口

火災や煙

出口3 出口2 ^{よく知らない出口}

避難者１人１人に対して、その位置と時間によって変動するポテンシャル空間が定義される

物理的な要因個人特性災害要因重ね合わせる

出口1 障害物2 障害物1

よく知っている出口

火災や煙

出口3 出口2 ^{よく知らない出口}

図 1 ポテンシャルのイメージ

３つのポテンシャルを重ね合わせることによって，避難者１人１人に対して，その位置と時間によって変動するポテンシャル空間が定義される．このようにして決め

られた対象空間内において，それぞれの避難者は，時間ステップごとにポテンシャルの低い方を進行方向として選択し，移動を繰り返すことによって，最終的に出口に辿り着く．

また，それぞれの避難者は自分の周囲のメッシュの混雑度を認知し，その混雑度に応じた速度で避難する．なお，走行による避難速度は歩行速度の経験式

^2）

を基にして，図 2 に示す曲線で表現することとした．図中の空間モジュールとは，人口密度の逆数で混雑度を示す指標である．

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

歩行者空間モジュール（㎡/人）

歩行速度（ｍ/ｓ）

Fｒｕｉｎの経験式の近似曲線成人男性　：Ｖmax = 1.5（m/s）

成人女性　：Ｖmax = 1.3（m/s）

高齢者・子供：Ｖmax = 1.0（m/s）

Fruinの近似曲線成人男性：Vmax=1.5(m/s) 成人女性：Vmax=1.3(m/s) 高齢者・子供：Vmax=1.0(m/s)

歩行者空間モジュール（m²/人）

歩行速度（m/s）

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.0

0.4 1.0

0.2 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

歩行者空間モジュール（㎡/人）

歩行速度（ｍ/ｓ）

Fｒｕｉｎの経験式の近似曲線成人男性　：Ｖmax = 1.5（m/s）

成人女性　：Ｖmax = 1.3（m/s）

高齢者・子供：Ｖmax = 1.0（m/s）

Fruinの近似曲線成人男性：Vmax=1.5(m/s) 成人女性：Vmax=1.3(m/s) 高齢者・子供：Vmax=1.0(m/s) Fruinの近似曲線

成人男性：Vmax=1.5(m/s) 成人女性：Vmax=1.3(m/s) 高齢者・子供：Vmax=1.0(m/s)

歩行者空間モジュール（m²/人）

歩行速度（m/s）

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.0

0.4 1.0

0.2 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6

図 2 歩行者空間モジュール･密度と避難速度 2-2 情報伝達モデル

災害時に行政や報道機関などから発信される『災害情報』は，住民にとっては適切な対応を行うための重要な判断材料である．

本研究で用いる避難行動シミュレーションでは，各種情報伝達メディアによる時系列的な情報伝達の過程を再現した情報伝達モデルも導入している

³^）

．災害情報伝達モデルは，被災状況下において避難勧告・指示などの災害情報が地域住民に対して発令されてから，その情報が各種伝達メディア「防災行政無線，広報車，マスメディア（テレビ・ラジオ等）」を通じて住民に伝達されていく過程を表現するモデルである．

本研究では，表 1 に示すような伝達メディアをとりあ

げた．本研究において情報伝達メディアとして扱った各

種メディアによる情報伝達過程の様子や特性パラメータ

は表 1 と図 3 に示す通りである．

(2)

表 1 伝達メディアと情報伝達特性パラメータ伝達メディア情報伝達特性パラメータ対象地震の揺れ発信タイミング，取得率

マスメディア放送タイミング，取得率

全住民

防災行政無線 (屋外拡声器)

発信タイミング，配置数，

音声到達範囲，取得率広報車発車タイミング，台数，速度，

音声到達範囲，取得率

音声到達エリア内にいる住民

ｄ

ｄ：音声到達半径防災行政無線による情報伝達

防災行政無線の部分＝音声到達エリア

ｄ’

ｄ’ ：音声到達半径広報車による情報伝達

の部分＝音声到達エリア

広報車ｔ=Ｔ

ｔ=Ｔ+⊿T

ｔ=Ｔ+2⊿T

ｄ

ｄ：音声到達半径防災行政無線による情報伝達

防災行政無線の部分＝音声到達エリア

ｄ’

ｄ’ ：音声到達半径広報車による情報伝達

の部分＝音声到達エリア

広報車ｔ=Ｔ

ｔ=Ｔ+⊿T

ｔ=Ｔ+2⊿T

図 3 防災行政無線，広報車による情報伝達の様子 3. 対象空間

今回は，東南海・南海地震において大規模津波災害が懸念される三重県尾鷲市を対象地域とする．解析では住民の集中する市街地沿岸部の区域を対象とした．

尾鷲市は平成18年11月1日現在，人口22,664人，世帯数 10,313世帯の都市である．住民の集中する市街地は熊野灘に面したリアス式海岸の湾奥に位置しているため，津波の常襲地域となっている．過去の東海・東南海・南海地震においても津波によって被害を被っており，1944年の東南海地震では最大で9m以上の津波が来襲したことで尾鷲市において死者30人，行方不明者26人を出した．また，中央防災会議では今後発生する東南海・南海地震において，津波によって三重県全域で400人～1,000人の死者が想定されている．

図4に対象地域のGISデータと市街化沿岸区域の写真を示す．

撮影方向撮影方向

図4 対象地域と市街地沿岸地域

4. 津波のモデル化 4-1 使用する津波データ

本研究では，越村による尾鷲市における津波氾濫シミュレーション

^4）

の解析結果（波高分布，流速分布）を使用した．より高分解能な津波データを避難解析に反映させるため，メッシュサイズ 5.6m，時間間隔 1.2 秒のデータを基に，それぞれ 1.0m，1.0 秒に補間したデータセットを作成した．

4-2 津波が人間行動に及ぼす影響のモデル化

津波の浸水深や流速の変化は，歩行速度の低下を招き避難効率を悪化させる．そこで，浸水深や流速の変化が歩行速度に影響を及ぼすような歩行速度減衰モデルを利用した（図 5）．表 2 に示す避難者属性別に歩行限界水深・

流速の限界値を設定している．

表 2 各避難者の歩行限界水深／流速と最高速度限界水深限界流速最高速度成人男性 0.7(ｍ) 2.5(ｍ/ｓ) 1.5(ｍ/ｓ) 成人女性 0.5(ｍ) 2.0(ｍ/ｓ) 1.3(ｍ/ｓ) 子供・高齢者 0.3(ｍ) 1.5(ｍ/ｓ) 1.0(ｍ/ｓ)

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

流速（ｍ/ｓ）

歩行限界水深： 0.7（ｍ）

歩行限界流速： 2.0（ｍ/ｓ）

最高速度： 1.5（ｍ/ｓ）

0% 20 40 60 80 100

歩行が困難な領域

→歩行速度は0とする

水深（ｍ）

低減率

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

流速（ｍ/ｓ）

歩行限界水深： 0.7（ｍ）

歩行限界流速： 2.0（ｍ/ｓ）

最高速度： 1.5（ｍ/ｓ）

0% 20 40 60 80 100

歩行が困難な領域

→歩行速度は0とする

水深（ｍ）

低減率

図 5 歩行速度減衰モデル（成人男性）

4-3 津波が人体に与える力の算出

これまでの目黒らによる研究

³^）

においては，人的被害発生の基準を「避難者が存在する領域の水深が

1.0ｍを

越えた時点」としてきた．しかし本研究ではより詳細な検討を行うために，流体中の物体に作用する流体力と人体の歩行面に作用する摩擦力を比較することで，力学的に人的被害を評価した

⁵^）

．図 6 に人体のモデルと算出に用いた式を示す．

±

(3)

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

摩擦力（Ｎ）/流体力（Ｎ）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

歩行面の摩擦力（Ｎ）

津波による流体力（Ｎ）

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

∫

∫ ⁺ ^∂_∂

≤

− dV

t C u u dS

C w

mg

f( ) α 0.5ρ ^D ² ρ ^M

dV：浸水した人体部分の体積要素 C_D：抗力係数（=1.0）

CM：付加質量係数（=2.0）

f：歩行面における静止摩擦係数（=0.5）

m：考慮する人体の質量

(男性：64.5kg,女性53.1kg,高齢者51.4kg) w：流水中の人体に作用する浮力

歩行者の体力，流れに対する感じ方を考慮した係数（=2.0）

α：

ρ：水の密度（=1.0g/cm²）

dS：人体モデルの流れに対する微小投影面積 dV：浸水した人体部分の体積要素 C_D：抗力係数（=1.0）

α：

dS：人体モデルの流れに対する微小投影面積

dV dS dV

dS

∫

∫ ⁺ ^∂_∂

≤

− dV

t C u u dS

C w

mg

f( ) α 0.5ρ ^D ² ρ ^M

dV：浸水した人体部分の体積要素 C_D：抗力係数（=1.0）

α：

dS：人体モデルの流れに対する微小投影面積 dV：浸水した人体部分の体積要素 C_D：抗力係数（=1.0）

α：

dS：人体モデルの流れに対する微小投影面積

dV dS dV

dS

図 6 人体のモデルとモリソン式

この式によって得られる人体の歩行面に作用する摩擦力と流体力に加えて，浸水深の時刻暦を主要な交差点においてグラフ化したものを図 7 に示す．

このグラフにより各地点において，いつどれだけ浸水するかが明確になると共に，人的被害が発生すると予測される時間も表示することができる．これを用いて各交差点をいつまでに通らなければいけないか，個々の住民がいつまでに避難を開始しなければいけないかなど，各個人に与えられる猶予時間を含めたミクロな視点から避難方法を議論することができる．

H_B

H_WH_A H_A=H_B-H_W

H_B

H_WH_A H_A=H_B-H_W

H_B

H_WH_A H_A=H_B-H_W

図 8 防潮堤の写真とモデル化

4-4 防潮堤の効果の検証

尾鷲市の沿岸部には高さ約 2.0m の防潮堤が県道に沿って南北に約 570m 設置されている．この防潮堤は 1959 年の伊勢湾台風の際の被害を基準にして建設されたものであるが，適切に使用することで津波発生時にも効果を発揮することが予想される．そこで本研究では，この防潮堤が機能する場合としない場合での人的被害発生の比較を行なった．

越村による津波氾濫シミュレーション

^4）

では防潮堤を考慮しない場合の浸水深を算出している．この結果を用いて，防潮堤を越流した際には防潮堤の後ろ側にある地域の浸水深から 2.0m 分差し引き，単純化して防潮堤が機能する場合の浸水深を求めた．実際の防潮堤の写真とモデル化の様子を図 8 に示す．

図 9 は防潮堤が機能する場合の各地点における最大浸水深を示したものである．作成した津波データを用いたシミュレーションによる死者数の変化を図 10 に示す．

これによると防潮堤が機能した場合，死者数を 513 人か

6.0(m) 0.0(m) 最大浸水深

防潮堤

6.0(m) 0.0(m) 最大浸水深

防潮堤

図 9 防潮堤が機能する場合の最大浸水深図 7 主要な交差点における浸水深と人体に作用する力

±

(4)

ら 78 人にまで減らすことが可能という結果が得られた．

なおこのシミュレーションは，行政などからの情報伝達に遅れはなく，情報取得率 30%，避難準備時間 15 分という条件のもとで行った．

63 132 318

10 45 23

0 100 200 300 400 500 600

機能しない場合機能する場合

死者数（人）

子供・高齢者女性男性

85%減

78 513

63 132 318

10 45 23

0 100 200 300 400 500 600

機能しない場合機能する場合

死者数（人）

85%減

78 513

図 10 防潮堤の効果の検証 5. 避難経路の検討

次に，得られたシミュレーション結果を用いて，より効果的な避難経路の検討を試みた．具体的には，海岸線に平行な方向への移動よりも垂直方向の移動を優先させることで図 11 に示すように人的被害数を 513 人から 287 人に減らすことができた．実際の場合においても，事前にシミュレーション結果を用いて地域ごとに避難経路を検討しておくことで，被害を軽減できると考えられる．

63 28

132

68 318

191

0 100 200 300 400 500 600

最短経路検討した経路

死者数（人）

44%減

287 513

63 28

132

68 318

191

0 100 200 300 400 500 600

最短経路検討した経路

死者数（人）

44%減

287 513

図 11 避難経路の検討 6.避難困難度マッピングシステムの構築

本研究では来襲する津波の浸水深とそれによって人体に作用する力の算出を交差点ごとに行った．この結果を住民に開示するための閲覧システムもあわせて作成した．

システムの全体像は図 12 のようになっている．

使用方法は，津波のパターン・住んでいる地域を選択することで，その地点での浸水深・人体に作用する力を表示する．それに加えて，避難場所までの距離や標高など，選んだポイントについての避難に関する基本的な情報を表示するものとなっている．

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0 10 20 30 40 50 60

時間（分）

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

浸水深（ｍ）

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