Katsumi Seki

CHARACTERISTICS OF THE 2011 TOHOKU TSUNAMI WAVEFORM ACQUIRED AROUND JAPAN BY NOWPHAS EQUIPMENT

The 2011 Tohoku Tsunami was observed around Japan by NOWPHAS equipment. These devices include GPS buoys which measure water surface levels by real-time kinematic GPS technology and which are moored at sites 10 km to 20 km offshore where water depths range from 100 m to 400 m, seabed wave gauges at depths between 20 m and 60 m, and coastal tide gauges. A GPS buoy moored offshore of Kamaishi Port recorded the first tsunami crest, which rose in two steps and exceeded 6 m approximately 30 min after the earthquake. Data from some sets comprising GPS buoys, nearby seabed wave gauges, and coastal tide gauges determined the extent of the tsunami propagation and amplification on the coast. Resonance caused by the tsunami continued a day or more after the initial tsunami arrival in some stations. A Doppler-type wave directional meter located in the Tokyo Bay entrance acquired data on the vertically uniform distribution of the tsunami current traveling in and out the bay. The tsunami was detected at almost all of the tide gauges around Japan, even in the semi-closed Ariake and Yatsushiro Bays located on the East China Sea coast of the Kyushu region.

2010 Chile and 2011 Tohoku Tsunami Profiles Measured by GPS Buoys and Coastal Wave and Tide Gauges in a Nationwide Ocean Wave Information Network for Ports and Harbors

AbstractThis paper introduces the tide data acquisition and processing procedures in the Nationwide Ocean Wave Information Network for Ports and Harbors (NOWPHAS), especially those for global positioning system (GPS) buoys that measure water surface elevations using real-time kinematic GPS technology at water depths of 100–400 m and 10–20 km from the coastline. It then describes specific features of the 2010 Chile tsunami and the 2011 Tohoku tsunami, including foreshock and main shock profiles, which were measured along the Japanese coast by the NOWPHAS equipment. In the main shock of the 2011 Tohoku tsunami, the GPS buoy at a water depth of 204 m off Kamaishi Bay showed that the first wave crest consisted of primary slow and subsequent quick rises, and exceeded 6 m approximately 30 min after the earthquake occurrence. Some geometrically adjacent sets of GPS buoys, coastal wave gauges, and coastal tide gauges revealed the tsunami propagation and amplification near the coast.

DEVELOPMENT OF HIGH PRECISION TSUNAMI RUNUP CALCULATION METHOD COUPLED WITH STRUCTURE ANALYSIS

The 2011 Great East Japan Earthquake (GEJE) has shown that tsunami disasters are not limited to inundation damage in a specified region, but may destroy a wide area, causing a major disaster. Evaluating standing land structures and damage to them requires highly precise evaluation of three-dimensional fluid motion – an expensive process. Our research goals were thus to develop a coupling STOC-CADMAS (Arikawa and Tomita, 2016) coupling with the structure analysis (Arikawa et. al., 2009) to efficiently calculate all stages from tsunami source to runup including the deformation of structures and to verify their applicability. We also investigated the stability of breakwaters at Kamaishi Bay. Fig. 1 shows the whole of this calculation system. The STOC-ML simulator approximates pressure by hydrostatic pressure and calculates the wave profiles based on an equation of continuity, thereby lowering calculation cost, primarily calculating from a e epi center to the shallow region. As a simulator, STOC-IC solves pressure based on a Poisson equation to account for a shallower, more complex topography, but reduces computation cost slightly to calculate the area near a port by setting the water surface based on an equation of continuity. CS3D also solves a Navier-Stokes equation and sets the water surface by VOF to deal with the runup area, with its complex surfaces of overflows and bores. STR solves the structure analysis including the geo analysis based on the Biot’s formula. By coupling these, it efficiently calculates the tsunami profile from the propagation to the inundation. The numerical results compared with the physical experiments done by Arikawa et. al.,2012. It was good agreement with the experimental ones. Finally, the system applied to the local situation at Kamaishi bay. The almost breakwaters were washed away, whose situation was similar to the damage at Kamaishi bay.

EFFECT ON SCOUR DEPTH OF FALLING HEIGHT OF OVERFLOW

2011年東北地方太平洋沖地震における津波により,防 波堤など港湾構造物が甚大な被害を受けた.根木1)によ ると,防波堤の被災パターンは,津波波力型,越流洗掘 型,堤頭部洗掘型,引き波水位差型の主に4つに分類さ れる.その中で,有川ら2)は,ケーソン背後が洗掘され ると,マウンド支持力が低下しケーソンが倒壊すること を水理模型実験から明らかにした.また,東山ら3)によ ると,越流洗掘型の港内側マウンドの被災に対して港内 水位が重要であること,最も危険な水位が津波水位ピー ク時であるとは限らないこと,そのため,港内側マウン ドの越流洗掘対策を検討する際には,最も危険な水位お よび港内水位の変化の状況を見極めることが重要である ことを指摘した.つまり,落下高と洗掘深の関係を明確 にすることで,最も危険な水位を検討する基礎情報とな ると考えられる. 越流による洗堀に関する既往研究として,野口ら4)は 孤立波の護岸における戻り流れによる前面洗堀に関する 実験を行い,越流落下高さと洗堀深の関係および洗堀深 が渦の大きさに関係することを明らかにしている.また, 有川ら5)は,直立型堤防背後における越流による洗掘量 に関する実験を行い,越流量が同じであっても,ある落 下高さ以上ではそれ以上に洗堀深が大きくならないこと を示した.しかし,渦と洗堀深の大きさに,それぞれの 実験結果の違いがあることや,落下高さと洗堀深の関係 が不明瞭であることが課題としてあげられる.そこで本 研究では,落下高と洗掘深の関係について検討すること を目的として,水理模型実験を行い,その結果を整理し た.

DEVELOPMENT OF TSUNAMI INUNDATION EVALUATION METHOD WITH DIFFERENT DAMAGE LEVEL OF SEAWALL

2011年3月に発生した東北地方太平洋沖地震に伴い発 生した巨大津波により,広範囲にわたる沿岸域が浸水被 害を受けた.また,近年発生確率が高くなっていると指 摘されている,東海・東南海トラフを震源とする巨大地 震では,四国地方太平洋岸を中心として巨大津波の来襲 および広範囲の浸水被害が予測されている. 津波来襲時の防災・減災の手段として沿岸域に防護施 設が建設されている.特に,将来的に巨大地震津波の来 襲が想定されている四国地方太平洋側の沿岸地域では, 防護施設の建設,耐震化,嵩上げ工事が行われている. このように沿岸に設置される津波防護施設は,津波の 浸水高・浸水範囲の減少,津波到達時間の遅延効果が期 待されている.つまり,津波の浸水状況を正確に予測す るためには,津波来襲時の防護施設の状況を正確に把握 し,予測モデルに反映する必要がある.しかしながら, 現時点での科学技術においては,津波来襲前の地震によ る防護施設の被災状況を正確に判定することは難しく, さらに津波作用下における防護施設の状態変化を反映す ることは困難である. そこで本研究では,正確に予測することが困難である, 津波来襲時における防護施設の状態を不確実なものとし て取り扱い,モンテカルロ法を用いた確率的な評価を行 うことを目的とする.

Frequency Banded Wave Characteristic Observed by GPS Buoys off the Pacific Coast of Japan

析する.ただし,徳島海陽沖は2010年から運用が開始さ れているので除外する.GPS波浪計は,ブイの上下・水 平動をRTK-GPSにより1s間隔で計測している.波向は その水平動から共分散法(清水ら,2007)により1°単位 で求めている. NOWPHASのGPS波浪計や沿岸波浪計のデータ処理で は,ゼロアップクロス法による有義波高H1/3,有義波周 期T1/3の他に,周期帯を6つ(f1:32.0s以上,f2:16.0 ~25.6s,f3:10.7~14.2s,f4:8.0s~9.8s,f5:T1~ 7.5s,f6:T2以下,T1,T2:設置水深によって定める境 界周期)に区分し,観測スペクトルの0次モーメントか ら周期帯別波高H1~H6を算出している(永井ら,2001). GPS波浪計による周期帯別の波向は,数値フィルターに より対応する周期帯の水平動を抽出後,共分散法により 求めている.本研究ではそのうち4つ(f1~ f4)の周期 帯について検討を行う.f5,f6は,設置水深により境界 太平洋側のGPS波浪計で観測された沖合の周期帯別波浪特性 Frequency Banded Wave Characteristic Observed by GPS Buoys off the Pacific Coast of Japan