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堤防と防災

第1回  堤防の被災メカニズム

執筆者

有川 太郎
中央大学教授・国立研究開発法人 港湾空港技術研究所 客員研究官
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堤防等の種類と構造

海岸に設置される堤防は、高潮、津波、波浪から背後地を防護する役割を担っており、「海岸保全施設」と呼ばれる構造物のひとつです。海岸保全施設には、他にも護岸胸壁(きょうへき)、津波防波堤などがあります。多くは陸地の上にありますが、津波防波堤のように海中に存在するものがあります。
津波防波堤は海の中に設置されている防波堤で、釜石港や須崎港に設置されています。その構造は、海底地盤の上に基礎捨石部(すていしぶ)と呼ばれる石の土台があり、その上にケーソンと呼ばれるコンクリートの箱が置かれます。釜石港では、数百キログラム(直径数十センチメートル~1メートル)の大きさの石で、最大高さ30メートルの基礎捨石部を作り、その上に、大きいもので高さ30メートル、長さ30メートル、幅30メートルのケーソンを設置していました。ケーソンの中には、砂や水を入れ重量を調整します。高さ30メートルあるケーソンの重さは、3万トン程度となります。ちなみに一般的な防波堤は、港内の静穏度を上げ、効率的に荷役作業を行えるようにするために設置されており、津波などを防護する機能は必要ありませんが、結果として津波を軽減するのに役立つ場合があります。
海岸堤防は陸地に設置され、多くの海岸線に設置されています。海岸堤防の構造は、傾斜型や直立型と呼ばれているものがあります。傾斜型は一般に、地盤の上に盛り土を設置し、その盛り土の上をコンクリートのブロックやアスファルトで被覆(ひふく)します。斜面部分を法面(のりめん)と言いますが、海側を表(おもて)法面、裏側を裏(うら)法面と言い、盛り土の頂上部を天端面(てんぱめん)と言います。直立型は盛り土部に土砂を用いず、コンクリートで作ります。そうすることで、設置面積を小さくすることができます。直立型と似た構造として、胸壁と呼ばれるものがあります。胸壁は漁港や港湾の背後に設置され、高さ数メートル程度のものが多くあります。

東日本大震災における堤防等の被災の実態

釜石にある津波防波堤は、全長2キロメートルの湾口部に設置され、長さ約1キロメートルの北堤と長さ約700メートルの南堤、300メートルの開口部とで構成され、北堤、南堤にあるケーソンの半分は、津波によって流されてしまいました。また、大船渡にある津波防波堤は、すべて流されてしまっています。岩手県宮古市田老にある堤防は傾斜型堤防で、堤防の一番上の高さ(天端高さ)は海面から約10メートルでした。そこでは津波が越流し、およそ半分の堤防は完全に破壊され、半分の堤防は裏法面の被覆が流され、盛り土が流出しました。胸壁については、岩手県の64施設を対象とした調査によると、およそ2割程度が全壊もしくは一部破損していました。特に堤体の高さが4メートルより高いものは、より多く倒れたことが分かっています。

津波による堤防等の被災メカニズム

堤防や津波防波堤などの津波による被災メカニズムは、水理模型試験によって明らかにされています。津波防波堤の被災においてはケーソンが流されました。ケーソンは、前述したとおり、重たいものでは何万トンもありますが、防波堤の前面と背面で水位差によって流されることが分かっています。津波防波堤は津波の侵入を遅らせますので、防波堤背後の水位は、防波堤前面の水位に比べゆっくりと上昇します。そのため、防波堤の前面と背面に水位差が生じます。釜石では最大で10メートル程度の水位差がつき、ケーソンが流されました。また、特に越流している際には浮力も大きくなりますので、より流されやすくなります。直立型の海岸堤防や胸壁は、堤体は同様にコンクリートの塊ですので、同じように水位差がつくことで流されますが、さらに、堤体背後の地盤が、津波の越流により洗掘(せんくつ)されることで支持基盤が弱くなり、転倒したものもあります。
一方で、構造の異なる傾斜型の海岸堤防では、津波が越流する際、背後の裏法面に強い流れが生じることで、裏法面を被覆しているコンクリートのブロックなどが剥がれ、それにより盛り土が露出し、その盛り土が流されます。そうすると表法面の堤体も支えを失うため、引き波時などに流されることになります。つまり、被覆しているコンクリートが剥がされることが引き金になっているわけです。これは、裏法面の背後が洗掘されることにより、裏法面全体がずるずると流されることも示しています。

地震と津波による複合災害への取り組み

ここまで津波の越流に対する堤防等の安定性を説明しましたが、もう一つ重要な外力として、地震力があります。東日本大震災においても、地震によって堤防や防波堤が沈下したり、傾斜したりした痕跡も見受けられました。津波が来る前に地震によって破壊されれば、当然、津波に対する安定性も低下し、簡単に倒壊しやすくなります。また、水中においては、地震でケーソンなどが揺らされることにより、水からも反作用で力を受けることになります。そうすると、例えば津波が越流している最中に余震などが発生すれば、より大きな力が堤体に作用することになり、倒壊しやすくなります。2015年5月現在、このような地震と津波の複合災害については研究途上にありますが、地震の影響によっては、想定していた津波よりも小さい津波で堤防等が倒壊することも考えられます。特に、南海トラフにおける地震では、津波だけでなく地震動の影響も大きい可能性がありますので、その対応策を検討することは急務だと考えます。

(2015年5月31日 更新)