B23
気候変動が海岸堤防・護岸の被災確率に及ぼす影響解析
Climate Change Effects on Failure Probability of Seawalls
間瀬肇・○相松孝暢・玉田崇・安田誠宏・森信人
Hajime MASE, 〇Takanobu AIMATSU, Takashi TAMADA, Tomohiro YASUDA, Nobuhito MORI
Recently, it has become clear from observational evidence that global warming is progressing. The influence of global climate change which is caused by global warming is not negligible for maintenances of infrastructures. This study analyzes future changes of failure probability of seawalls due to climate change effects by using a reliability analysis method of level 3 and proposes an adaptation method to keep the present safety level. The required specifications of seawalls such as crest height, toe depth, and gradient of sea-bottom slope and embankment under future climate conditions can be obtained by using the method of this study.
１．背景および目的 IPCC（気候変動に関する政府間パネル）の第 5 次評価報告書によると，気候システムが温暖化し ていることは疑いのない事実であり，地球温暖化 に伴って海面上昇や台風，高波の強大化が予測さ れている．こうした沿岸外力の増加は，海岸構造 物の安定性や浸水被害の発生頻度に影響を及ぼす． そのため，地球温暖化に伴う沿岸外力変化に対す る海岸・港湾構造物の安定性を照査することが重 要となる．本研究は，設計水準レベル3 の信頼性 解析に基づき，気候変動に伴う海岸堤防・護岸の 被災確率の変化を詳細に検討するものである． ２．解析条件 本研究で対象とする被災モードは，許容以上の 越波による堤防・護岸の崩壊(図-1)である．波高， 周期，天文潮および高潮偏差の不規則性に対して は高知海岸沖での確率分布を与え，モンテカルロ 法を利用して被災確率を求めた．解析対象とした 海岸堤防は，天端高を変えた4 ケース，法先水深 4 ケース，法面勾配 2 ケース，海底勾配 3 ケース の計96 ケースである．海面上昇および 50 年再現 確率波高の変化予測は，森ら(2010)の研究成果を もとに，平均的変化と標準偏差を足したもの，引 いたものの3 種類を用いた（図-2 および図-3）． q 図-1 許容以上の越波流量による越波被害 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 S ea Le vel ( m ) 100 80 60 40 20 0 Year mean trend mean+ trend mean- trend (2000) (2100) SL-L SL-M SL-S 図-2 海面上昇の将来変化予測 20 18 16 14 12 D esi gn Wave He igh t (m ) 100 80 60 40 20 0 Year mean- trend mean+ trend mean trend (2000) (2100) WA-S WA-L WA-M 図-3 設計波高の将来変化 ３．被災確率の算定結果 図-4 および図-5 は，それぞれ法先が海中にあり 法面が緩勾配のケースと，法先が陸上にあり法面 が急勾配のケースの，越波による被災確率の経年 変化を示したものである．図-4 より，法先が海中 にあり越波しやすい場合，被災確率は現在気候で は約16%（50 年当たり）であり，最も波高増大・ 海面上昇が顕著な場合で約 29%まで直線的に変 化する．また，図-5 の法先が陸上にあり越波しに
くい場合は，被災確率は現在気候ではほぼ 0%で あり，最も波高増大・海面上昇が顕著な場合は約 6.5%まで指数的に増加する． 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Fa ilure P rob ab ili ty Pf 100 80 60 40 20 0 Years WA-L, SL-L WA-L, SL-M WA-L, SL-S WA-M, SL-L WA-M, SL-M WA-M, SL-S WA-S, SL-L WA-S, SL-M WA-S, SL-S cot=20, cot=3.0, ds/Hs=0.5, hc/hd=1.0 図-4 被災確率の経年変化 (緩勾配法面，法先海中の場合) 0.08 0.06 0.04 0.02 0 Fa ilure P rob ab ili ty Pf 100 80 60 40 20 0 Years WA-L, SL-L WA-L, SL-M WA-L, SL-S WA-M, SL-L WA-M, SL-M WA-M, SL-S WA-S, SL-L WA-S, SL-M WA-S, SL-S cot=20, cot=0.5, ds/Hs=-0.25, hc/hd=1.0 図-5 被災確率の経年変化 (急勾配法面，法先陸上の場合) ４．気候変動に対する機能レベルの維持 図-6 は，越波による被災確率と天端高の関係を 整理したものである．こうした算定結果を用いる と，100 年後においても被災確率を現状レベルの 10%にするためには，急勾配法面の場合は天端高 を約1.6 倍嵩上げ，緩勾配法面の場合は約 1.12 倍 程度に天端高を嵩上げしなければならないことが わかる． 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 Failu re P ro b a b ility, Pf 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6
Normalized Crown Heigh, hc/hd
cot=20, ds/Hs=0, cot=0.5 present 50 yrs later 100 yrs later present 50 yrs later 100 yrs later cot=20, ds/Hs=0, cot=3.0 図-6 被災確率と天端高の関係 ５．従来手法による天端嵩上げ量の比較 打ち上げ高に基づく従来の天端高設定手法を用 いた嵩上げ量と，越波量に基づく本研究手法での 嵩上げ量を比較した(図-7)．解析条件は，野口ら (2014)を参考に設定した．図-7 中の W9，S9 はそ れぞれ高潮偏差が小さな場合と大きな場合を示す． 従来手法における打上げ高上昇量(⊿R)は，豊島の 算定図から読み取った．その結果，本研究手法に よる嵩上げ量は，従来手法のそれと同程度かそれ 以下となった． 0 0.5 1 1.5 2 2.5 従来(W9) 従来(S9) 本研究 従来(W9) 従来(S9) 本研究 嵩上げ量 (m) ⊿SL ⊿SS ⊿R 越波量に基づく嵩上げ量 2030年 2100年
H
s=9mの場合
図-7 嵩上げ量の比較 ６．結論 本研究で開発した手法を用いることにより，気 候変動に伴う海岸堤防・護岸の被災確率の変化過 程の評価と機能レベル維持の評価が可能になる． 本研究では基本的に高知海岸を対象としてパラメ ータを設定したが，対象とする地域の海象条件や 構造物の諸元を用いることにより，被災確率を求 めることができる．従来手法との嵩上げ量の比較 により，本研究手法の方が天端高を低く抑えるこ とができる可能性が示された． 参考文献 森 信 人 ・ 志 村 智 也 ・ 安 田 誠 宏 ・ 間 瀬 肇 (2010) ：地球温暖化に伴う極大波高の将来変 化予測，土木学会論文集B2 (海岸工学)，Vol.66， No.1，pp.1231-1235． 野口賢二・諏訪義雄 (2014)：海岸保全施設の気候 変動適応策の始動に向けて，土木技術資料 56-12，pp.30-33Mori. N, T. Shimura, T. Yasuda and H. Mase (2013): Multi-Model Climate Projections of Ocean Surface Variables under Different Climate Scenarios - Future Change of Waves, Sea Level and Wind, Ocean Engineering,
Vol.71, pp.122-129, DOI:
