ここからサイトの主なメニューです

3 拠点間連携共同研究

東大地震研・京大防災研拠点間連携共同研究委員会
委員長 川瀬 博(京都大学防災研究所)
副委員長 森田 裕一(東京大学地震研究所)

 これまでの地震・火山観測研究計画では,地震や火山噴火の発生の予測を最大の目標とし,それにより地震や火山噴火による災害の軽減を目指してきた。しかし,平成23年(2011年)東北地方太平洋地震の発生により多くの犠牲者が出たことを踏まえ,地震や火山噴火の科学的な予測が極めて困難であっても,現在の地震学や火山学には災害軽減に役立てられる多くの知見が集積されていることから,平成26年度から開始された「災害の軽減に貢献するための地震火山観測研究計画」(建議)において大きく方針を変更した。即ち,地震や火山噴火の発生予測の実現を重点とした方針から,それらの予測を目指す研究を継続しつつも,地震・火山噴火災害をもたらす誘因の予測研究も組織的・体系的に進める方向に転換した。そのため,地震学や火山学を中核としつつも,災害や防災に関連する理学,工学,人文・社会科学などの分野の研究者が参加して,協働して推進することになった。
 これまでの建議に基づく観測研究計画では,自然現象である地震発生や火山噴火現象の理解に基づきそれらの科学的な予測を目指すという考え方から,「地震・火山科学の共同利用・共同研究拠点」である東京大学地震研究所が中核となって計画を推進してきた。しかし,災害や防災に関連する研究者と協働して計画を推進するためには,東京大学地震研究所と「自然災害に関する総合防災学の共同利用・共同研究拠点」である京都大学防災研究所とが連携して,計画を進めることが有効であるとの結論に至り,両研究所が協議し,それぞれの分野の共同利用・共同研究拠点として,連携して共同研究を進めることになった。具体的には,両研究所の研究者が中核となって,建議に沿ったテーマを決めて具体的な研究計画を建て,全国の研究者の参加を募集して全国規模の共同研究を進める「参加者募集型共同研究」と,両拠点がそれぞれ関連が深い,地震火山研究コミュニティーと自然災害研究コミュニティーの2つの学術コミュニティーに呼びかけ,建議の主旨を踏まえたボトムアップ研究を公募する「課題募集型共同研究」を平成26年度から開始した。

1.参加者募集型共同研究

 参加者募集型共同研究については,主として両研究所の中堅研究者からなるワーキンググループで議論し,南海トラフで発生が懸念される巨大地震のリスク評価の精度向上を目指した色々な分野の研究を推し進めることに決め,平成26年10月6~7日に地震研究所で研究集会「地震・火山科学と総合防災学の両共同研究拠点主催シンポジウム 南海トラフ巨大地震の災害リスク評価 -社会の影響から地震発生まで振り返り,評価の不確実性と影響について考える-」を開催した。そこでは,巨大地震の震源過程,震源から住居地域までの地下構造・波動伝播,強震動,地盤,津波,構造物等の特性をそれぞれの分野の専門家が議論して,それぞれの部分の想定や評価における精度や不確かさを議論すると共に,それらがどのように伝播し,最終的な被害につながるかの科学的なリスク評価方法の確立を目指すことを確認した。更に,リスク評価に基づき,災害情報,災害発生後の対応等のあり方など,巨大地震の発生から災害発生後の対応まで,巨大地震にともない予想される一連の事象に関して,防災・減災にむけて機能するための研究に発展させることを目指すことになった。全体の研究を,(1)南海トラフ地震の想定される震源過程,(2)地殻構造とそれが波動伝播に及ぼす影響,(3)強震動予測高度化への課題,(4)地下浅部の地盤構造と地震動の関係,(5)津波予測と津波被害,(6)構造物の被害予測モデル,(7)災害のリスク評価と意思決定,(8)災害情報の外部発信,(9)コンピューターシミュレーションを用いた新たな地震リスク評価手法の開発の9分野に分け,それぞれの分野で研究を深化するとともに,各分野の相互連携を図ることを目指した。
 平成27年度は,上記9分野のうち,(7)災害リスク評価と意思決定と(9)コンピューターシミュレーションを用いた新たな地震リスク評価手法の開発を重点項目とし,それぞれの分野を全国の研究者と協力して研究を進めるとともに,それ以外の分野については総括研究として推進し,適宜研究集会を開催して情報交換に努めることとなった。
 「災害リスク評価と意思決定」では,さまざまな社会要因が時代と共に変化することを念頭にそれが災害にどのような影響を与えるかについて分析を目指す「経時変化を考慮した地震災害リスク評価手法の構築に関する研究」(課題番号2976)が実施された。災害の大きさは災害誘因である地震動の大きさだけでなく,対象地域の人口,社会構造,産業構造,建築基準法の改定,建築工法などの暴露量や脆弱性により大きく差異が生じる。しかも,これらの要因は時代とともに変化してゆくことを念頭に,巨大地震が発生した時点で,暴露量,脆弱性がどのように寄与するかについて,その要因を表1のようにまとめた。
 「コンピューターシミュレーションを用いた新たな地震リスク評価手法の開発」では,多くの住民が生活し,多数の建築物や交通・ライフラインを有し,複雑な構造を持つ都市部における地震災害予測をコンピューターシミュレーションの手法を用いてにより高い精度で評価することを目指した「巨大地震リスク評価のための都市モデルの構築と高分解能の災害・被害予測の試行」(課題番号2977)が実施された。コンピューターシミュレーションには都市モデルが必要であり,全国の大学の研究者と協力し,いくつかの都市のディジタルモデルについて,複数のディジタルデータを統合し,自動構築する手法の開発を進めた。このようにして新潟市と甲府市の都市モデルが作成された。これらを用いて,地震動による建築物の応答や水道管等の地下埋設物に大きな影響を与えるひずみの計算が可能となった。図1は新潟市における建物応答の計算例である。信濃川の河口に立地し,軟弱な地盤の上に都市が形成されている新潟市では,地盤増幅効果を考慮しない場合(図1上)と考慮した場合(図1下)で,建物応答に大きな差が出ることが明瞭に示されている。各地域の大学と連携し,色々な都市を対象に,都市モデルを作成し,地震リスク評価の基盤となる統合地震シミュレーション・システムを各大学と共有してシミュレーションを行い,当該都市における地震リスク評価が始められている。将来的には,防災・減災に結び付けるため,各地の地元自治体等に対し,シミュレーションから予測される災害・被害の評価結果を提供することも念頭に入れている。
 総括研究は「巨大地震のリスク評価の精度向上に関する新パラダイムの構築」([課題番号:2975])で,(1)震源過程,(2)伝播・深部地盤構造,(3)強震動予測,(4)浅部地盤構造,(5)構造物被害予測,(6)リスク評価の研究グループに分かれ,それぞれの分野におけるリスク評価の不確かさの要因についての検討を進めた。また,これらの知見を統合するためのリスクプラットフォーム構築グループ,リスク情報の利活用に関する研究グループも構成した。また,これらの研究グループが参加するキックオフミーティングを平成27年7月27日に開催し,それぞれの研究グループで解決すべき課題を明らかにした。震源過程では,地震調査研究推進本部が公表しているデータを用い,破壊領域とそのマグニチュードの不確かさを検討することとなった。伝播・深部地盤構造では,現在明らかになっている地震波速度構造,減衰構造を用いて,地震時の地盤の揺れの大きさの推定精度の向上に寄与できる可能性を検討した。強震動予測では,強震予測に用いられる数多くある距離減衰式の個々の特徴や差異について検討した。浅部地盤構造では,全国地震動予測地図で採用されている微地形区分に基づく工学的基盤以浅の表層地盤での最大速度増幅率を採用した場合の問題点について検討した。構造物被害予測では,最大地動速度,最大地動加速度から建物の被害の程度を予測するモデルの調査・研究を行った。リスク評価では,構造的な被害と経済的・人的被害との関係について調査研究を行った。上記の各分野における不確さを取り入れた地震リスク評価を行うプラットフォームを構築した。今後は,それぞれの分野のモデルをより精緻化し,地震リスク評価の高度化及びその不確実性評価を実施する予定である。また,地震リスク評価の不確かさに最も効いている要因を定量的に明らかにすることで,リスク評価の精度向上を目指している。

2.課題募集型共同研究

 課題募集型共同研究では,地震や火山噴火の発生から,それによって引き起こされる災害の発生や推移を総合的に理解し,それを防災・減災に生かすための研究課題を,広い視野から募集することとし,以下の分類で公募した。(1) 地震・火山噴火災害事例の研究,(2)地震・火山噴火災害発生機構の解明,(3) 地震・火山噴火災害誘因の事前評価手法の高度化,(4) 地震・火山噴火災害誘因の即時予測手法の高度化, (5) 地震・火山噴火災害軽減のための情報の高度化,(6) 地震・火山噴火災害時の災害対応の効率化,(7) 実践的人材育成の仕組みに関する研究の7項目である。
平成27年度は公募に対して,昨年度から継続を希望する8件の課題と11件の新規の応募があった。東大地震研・京大防災研拠点間連携共同研究委員会により,8件の継続課題と4件の新規課題の採択を決定した。平成27年度の成果の一部を以下に掲げる。
 地震・火山噴火災害の事例研究については,「活断層と建物被害の情報に基づく歴史被害地震の断層モデル構築に関する研究」([課題番号:2962])では,1847年善光寺地震について,すでに提案されている震源モデル,地表に現れている断層のトレースに加え,微動観測により推定された表層地盤を考慮した地盤モデルを用いて,震度分布の推定を行った(図2)。その結果,震源直上及び善光寺周辺では震度が大きくなるものの,東側の盆地側では震度が比較的小さくなった。この結果は,1847 年善光寺地震の際に被害が山側及び盆地西端に集中していたことと整合している。また,「絵図史料に基づく歴史地形の復元と歴史災害の分析」([課題番号:2965])では,岩手県図書館所蔵「陸奥国閉伊郡宮古村書上絵図面」(1874)に描かれた寺院や街路などの位置合わせをおこない,明治初期の地形を復元した。この人工改変前の復元地形から,1611年慶長奥州地震津波の伝承が津波の河川遡上で説明が可能なことが明らかになった(図3)。
 地震・火山噴火災害発生機構の解明研究については,「地震時土砂災害及び社会的影響の発生機構と減災に関する研究」([課題番号:2952])では,地震時地滑り発生過程に関する研究が進められた。これまでの地震時地滑りの変位量推定式に,地盤の液状化で考えられる過剰間隙水圧状態を考慮に含める拡張を加えた手法を開発した。東北地方太平洋沖地震の時の塩釜の地震記録を入力にして,シミュレーションを行うと,斜面傾斜14度を越えると,地滑りが発生すると推定される(図4)。東北地方太平洋沖地震の際には,多くの谷埋め盛土が崩壊したがその斜面傾斜は10~20度でも多く見られたことから,モデルは概ね矛盾のないものと言える。また,「地震及び津波による建物倒壊に伴う人的被害の発生機構解明並びに評価手法の提案」(課題番号2964)で,被災プロセスを詳細に追跡できる人的被害の評価方法について新たな基準を提案した。これは,災害の事前及び事後対応に活用できる。この基準を南海トラフ巨大地震を想定地震として適用し,南国町の震動による人的被害の発生確率を「世帯単位」及び「字単位」で算出した。更に,「残存性能モニタリングと広域余震ハザードに基づく被災建物健全性の時間変化予測」([課題番号:2953])では,大きな地震により損傷を受けた建物が,余震により倒壊する危険がどれ位変化するかについて評価し,継続使用の判定を支援する手法を開発した。具体的には,事前に建物に使用されている部材も考慮した損傷確率曲線を求めておき,本震による建物の強度低下及び剛性低下を屋根のゆがみから算出し(図5),それらの値によって本震後30日間に発生する余震により倒壊する可能性を考慮した建物の継続使用の判定を支援するものである(図6)。2016年熊本地震のように余震が多い内陸地震の場合には,本震で損傷を受けた家屋が継続使用できるか否かの判定が科学的に実施できれば,その手法の利用価値は社会的に大きい。「地域の生き残りを可能にする事前復興計画策定手法の開発-津波シミュレーションの利用と復興モニタリング-」([課題番号:2959])では,色々なケースで想定される津波浸水域を住民と共有し,新たなまちづくりに活用するもので,災害に強いまちつくりを住民参加で決定するための手法開発の試みである。
 地震・火山噴火災害誘因の事前評価手法の高度化研究については,「地震動の空間変動特性評価のための表層地盤の不均質構造のモデル化に関する研究」([課題番号:2954])において,立川断層を横切る測線の浅部地盤構造を微動と表面波探査から推定し(図7),断層を境に東西で速度構造が大きく変わっていることを明らかにした。この構造の差異を反映し,茨城県南西部で発生したM4.0の地震波形を立川断層を挟んで比較すると,断層付近で地震波の振幅が局所的(断層から200m程度)に3倍程度大きくなっている(図8)。このことは,断層近傍では地震波の増幅が起こることを観測データで明瞭に示している。また,「地理情報システムおよび地表面露出年代法を用いた地震火山活動に伴う大規模斜面崩壊の発生場および時空間的発生頻度の評価」([課題番号:2963])では,10 mメッシュの基盤地図や航空レーザー測量によって得られる細密地形モデルから斜面崩壊を見つけ出し,宇宙線生成核種を用いた地表面露出年代測定により,斜面崩壊が発生した時期を推定する方法を用いて,地震や火山噴火に伴う斜面崩壊を見つけ出す試みを行っている。斜面崩壊は地震や火山現象以外の大雨によっても発生するため,個々の斜面崩壊の原因を判別することが,今後の課題である。更に,「拡散波動場理論に基づく地下構造探査手法のミャンマーへの応用に関する研究」([課題番号:2966])では,開発途上国で簡便な微動観測により地下構造モデルの推定を行った。開発途上国に対し,地震災害の軽減において強震動予測に資する地下構造モデルを推定し,普及する意義は大きい。「琵琶湖疏水の耐震性を考える-琵琶湖西岸断層帯が活動した場合の地殻変動と強震動の影響-」([課題番号:2961])は,京都市内の飲料水の90%をまかなう琵琶湖疏水が,琵琶湖西岸断層帯の地震による地殻変動により機能を失うリスクについて多方面から研究を進めている。一つの給水システムに大きく依存している京都市にとっては,きわめて重要な課題であり,同様の状況は全国にも多数あることが予想される。このように都市機能の命運を担っている機能の地震・火山災害リスクを評価する取組は行政等と連携して,今後一層推進すべき課題と思われる。
 地震・火山噴火災害誘因の即時予測手法の高度化については,「画像データによる降灰情報収集システムの開発」([課題番号:2958])において,降灰量を即時的に把握する目的で画像データから降灰量の推定を試みる実験を行っている。地震・火山噴火災害軽減のための情報の高度化については,「先駆的研究者のオーラルヒストリーから探る地震・火山分野の人材育成モデル」([課題番号:2960])において,先駆的な地震火山研究者の研究人生を聞き取り,それから人材育成のヒントを得ようとする研究が行われており,これまでの地震火山観測研究になかった異色の研究である。
 上記のように,これまで理学を中心として進めてきた地震火山観測研究に,工学・人文社会科学の研究者が加わることにより,これまで気づかなかった地震火山研究の需要が明確に示され,この研究計画の将来の方向性を決める大きなヒントを与えてくれると思われる。

成果リスト

吾妻崇・松島信一・市村強・野澤貴,2016,活断層と建物被害の情報に基づく歴史被害地震の断層モデル構築に関する研究,京都大学防災研究所 平成27 年度研究発表講演会,P02.
新本翔太・倉田真宏・鈴木明子・李小華, 2015,余震リスク評価に基づく被災建物継続使用の迅速な意思決定支援,地域安全学会論文集No.27.
Fujita, K., T. Ichimura, M. Hori, L. Maddegedara, and S. Tanaka, Scalable many-case urban earthquake simulation method for stochastic earthquake disaster estimation, Procedia Computer Science, 51, 1483-1493, 2015.
林能成・山田俊弘・栗田敬・野内玲, 2015, 地球科学における学際的分野への参入過程~島津康男教授・熊沢峰夫教授のオーラルヒストリーから~, 地球惑星科学関連合同学会, 幕張メッセ.
廣川夕貴・松島信一・川瀬博・T. Naing・M. Thant,2016,ミャンマー・ヤンゴン市における常時微動を用いた地盤構造の推定,日本地震工学会論文集,第16 巻,第1号特集号「第14回日本地震工学シンポジウム」その2,49-58.
Ichimura, T., K. Fujita, P. E. B. Quinay, L. Maddegedara, M. Hori, S. Tanaka,Y. Shizawa, H. Kobayashi, and K. Minami, 2015, Implicit Nonlinear Wave Simulation with1.08T DOF and 0.270T Unstructured Finite Elements to Enhance Comprehensive Earthquake Simula-tion, SC15: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, doi: 10.1145/2807591.2807674.
飯田彬斗・岡田成幸・中嶋唯貴,2015, 地震時人的被害推定高度化のための建物内部空間被災度関数の再構築,日本建築学会大会(関東)梗概集金幌淑・田中傑・牧紀男・岸川英樹,2015, 事前復興計画のあり方に関する基礎的な考察-第1回事前復興計画研究会を通して,地域安全学会梗概集,No.36,地域安全学会,115-116.
倉田真宏・新本翔太・鈴木明子・山田真澄・楠浩一・宮本匠,2016, 残存性能モニタリングと広域余震ハザードに基づく被災建物健全性の時間変化予測,京都大学防災研究所年次発表大会梗概.
Kurata M., A. Suzuki, X. Li, and H. Nishino, 2015, Residual Performance Assessment of Steel Frames through Ambient Strain-Based Model Update: Application to Collapse Test of Steel Frame using Shake Table, Proc. Eng. Mech. Inst. Conf., June 16-19.
Lee, S. H., K. Nishijima, S. Matsushima, M. Miyazawa, K. Mochizuki, T. Iidaka, T. Tobita, H. Kawase, and N. Maki, 2016, Investigation of Possibilities to Reduce the Uncertainty of Disaster Risk,京都大学防災研究所平成27年度研究発表講演会特別セッション,K01.
松島信一・伊藤光菜畝,2016,1847年善光寺地震における地震動と建物被害の関係把握のための表層地盤構造の推定京都大学防災研究所 平成27 年度研究発表講演会,E21.
Melgar, L. E. A., W. M. L. Lakshman, M. Hori, T. Ichimura, and S. Tanaka, 2015, On the Development of an MAS Based Evacuation Simulation System: Autonomous Navigation & Colli-sion Avoidance, Lecture Notes in Artificial Intelligence.
中嶋唯貴・岡田成幸,2015,震動及び津波の複合災害を想定した人的被害推定手法の提案,日本建築学会北海道支部研究報告集,88,101-104.
西嶋一欽,2016,地震リスク評価に伴うモデル不確実性の感度解析,第22回信頼性設計技術WS&第35回最適設計研究会, 岡山大学.
岡田成幸・中嶋唯貴,2015,地震時建物倒壊に伴う人的被害の因果律を踏まえた詳細評価手法~建物棟別評価から行政区単位評価まで~,日本建築学会大会(関東)梗概集.
Agata, R., T. Ichimura, K. Hirahara, M. Hyodo, T. Hori, C. Hashimoto, and M. Hori, 2015, Numerical verification criteria for coseismic and postseismic crustal deformation analysis with large-scale high-fidelity model, Procedia Computer Science, 51, 1534-1544.
清田和宏・地元孝輔・佐口浩一郎・津野靖士・山中浩明,2015,立川断層近傍における表層地盤S波速度構造の空間変動評価の稠密微動探査,第132 回学術講演会講演論文集,141-143.
Seita, K., K. Chimoto, K. Saguchi, S. Tsuno, and H. Yamanaka, 2015,Application of microtremor exploration to shallow dipping layers under the assumption of horizontally stratified structure, Proceedings of 12th SEGJ International Symposium -Geophysical Imaging and Interpretation-, S2-1, Tokyo, Nov. 2015.
Tsuno,S., K. Chimoto, K. Saguchi, H. Sato, S. Matsushima, M. Shigefuji, N. Takai, T. Kanno, H. Yamanaka, and H. Kawase,2015, Detailed spatial variation of short-period earthquake ground motion in the vicinity of Tachikawa-Fault, Proceedings of 12th SEGJ International Symposium -Geophysical Imaging and Interpretation-, P6, Tokyo, Nov. 2015.
津野靖士・佐口浩一郎・地元孝輔・佐藤浩章・松島信一・重藤迪子・高井伸雄・神野達夫・山中浩明・川瀬博,2015,立川断層近傍における短周期地震動の空間変動特性,地球惑星関連合同大会講演予稿集S-SS25-P16.
山田俊弘,2015, 拡大された地球科学概念からトランス・サイエンスまで―島津康男教授と1970 年代科学史―, 地球惑星科学関連合同学会, 幕張メッセ.
山田俊弘,2015, シームレスな地球科学をめざして―島津康男とディシプリンの越境:1966-1983年, 日本科学史学会, 大阪市立大学.
山田俊弘,2015, 1970年代の科学教育における変容の性格―島津康男の拡大された地球科学,トランス・サイエンス,環境学―, 東京大学大学院教育学研究科基礎教育学研究室紀要, 41 号, 183-194.


お問合せ先

研究開発局地震・防災研究課

Adobe Readerのダウンロード(別ウィンドウで開きます。)

PDF形式のファイルを御覧いただく場合には、Adobe Readerが必要です。
Adobe Readerをお持ちでない方は、まずダウンロードして、インストールしてください。

(研究開発局地震・防災研究課)

-- 登録:平成29年07月 --