[일본]거리 및 하천을 거슬러 올라가는 지진해일을 정교하게 재현

 

 

대규모 지진해일의 거동을 정확하게 예측하는 것은 중요하다. 지진해일이 시가지 및 하천을 거슬러 올라가는 모습을 정교하게 재현할 수 있는 3차원 지진해일 시뮬레이션의 개발에 도호쿠대학과 후지츠가 공동으로 성공하였다.

도호쿠대학 재해과학 국제연구소 연구팀이 지금까지 개발한 2차원 시뮬레이션 기술은 파원(波源)에서 연안까지 광범위한 지역까지의 지진해일 도달시간 및 파고의 계산에 널리 활용되어 왔다. 이번에 이 2차원 기술에 후지츠의 3차원 유체 시뮬레이션 기술을 융합시켰다. 연안의 지형 및 시가지의 건조물에 의해 지진해일이 복잡하게 변화하면서 거슬러 올라가는 모습을 보다 정확하게 재현할 수 있었다.

동일본 대지진의 경험으로부터 난카이(南海) 트로프 지진 등 장래 지진해일 피해를 가능한 한 억제하기 위해 대규모 시뮬레이션 기술을 피해 예측에 활용하는 니즈(needs)가 높아지고 있다. 기존 3차원 유체 시뮬레이션만으로는 계산량이 너무 방대하여 현재의 슈퍼컴퓨터라도 시간이 너무 소요되기 때문에 계산이 사실상 불가능하다.

본 연구팀은 2012년 2월부터 정밀도가 높은 3차원 시뮬레이터의 공동개발을 추진하였다. 파원에서 연안에 이르는 광범위한 지역의 지진해일에 대해서 비교적 계산량이 적은 2차원 시뮬레이션을 재현하였다. 지형 및 건조물의 영향을 받기 쉽고, 부서지는 파 및 월류 등이 발생하는 영역에서는 3차원 유체 시뮬레이션으로 지진해일의 다이나믹한 움직임을 재현할 수 있도록 하였다. 이 방법이라면 현재의 슈퍼컴퓨터로 계산할 수 있으며, 실용화가 가능할 것이다. 후지츠는 이 3차원 지진해일 시뮬레이터로 연안부 및 시가지의 지진해일 거동의 위력을 정교하게 예측하고 재해에 강한 마을 조성에 공헌하는 것을 목표로 하였다.

이번에 개발한 시뮬레이터가 지진해일에 대한 가장 정교한 시뮬레이터 중 하나이며, 이것으로 지진해일의 거동을 사전에 검토한다면, 정확한 피해예측 지도를 만들 수 있다. 피난건물의 높이 및 피난타워의 강도 등의 지침도 될 수 있다. 연안까지는 지금과 같이 2차원 시뮬레이션으로 상관없지만, 깊이가 깊지 않으며 3차원으로 계산할 필요가 있다. 계산시간이 단축 및 지진해일에 의한 표류물 영향의 고려 등이 앞으로의 과제이다

그림. 3차원 지진해일 시뮬레이터로 재현한 지진해일. (a) 파원에서 연안부까지 지진해일의 파고, 유속. (b) 연안부에서 거리로 유입하는 지진해일의 3차원적 거동

 

 

 

大津波の挙動を正確に予測しておくことは重要である。津波が市街地や河川を遡上する様子を精緻に再現できる3次元津波シミュレーター(ソフトウエア)の開発に、東北大学と富士通が共同で成功した。仙台市で4月13～16日に開かれた「防災・環境に関する数値科学技術の国際学会(COMPSAFE2014)」で発表し、参加者の注目を集めた。
 

東北大学災害科学国際研究所所長の今村文彦教授がこれまで開発した2次元シミュレーション技術は、波源から沿岸までの広域の津波到達時間や波高の計算に広く活用されている。今回は、その2次元技術に、富士通の3次元流体シミュレーション技術を融合させた。沿岸の地形や市街地の建造物によって津波が複雑に変化しながら、さかのぼっていく様子をより正確に再現できた。
 

東日本大震災の経験から、南海トラフ地震など将来の津波被害をできる限り抑えるため、大規模なシミュレーション技術を被害予測に活用するニーズが高まっている。既存の3次元流体シミュレーションのままでは、計算量があまりに膨大で、現在のスーパーコンピューターでも年月がかかりすぎて、計算が事実上不可能だった。
 

今村文彦教授らと富士通は2012年2月から、精度の高い3次元シミュレーターの共同開発に取り組んだ。波源から沿岸に至る広域の津波は、比較的計算量が少ない2次元シミュレーションで再現した。地形や建造物の影響を受けやすく、砕け散る波や越流などが生じる領域では、3次元流体シミュレーションでダイナミックな津波の動きを再現できるよう工夫した。この手法なら、現在のスーパーコンピューターで計算でき、実用化が可能だという。富士通は「この3次元津波シミュレーターで、沿岸部や市街地の津波の挙動の威力を精緻に予測し、災害に強い街づくりに貢献していきたい」としている。
 

今村文彦教授は「津波の最も精緻なシミュレーターのひとつだ。これで津波の挙動を事前に検討しておけば、正確な被害予測マップを作ることができる。避難ビルの高さや避難タワーの強度などの指針にもなる。沿岸までは、これまでのわれわれの2次元シミュレーションでよいが、浅くなると、3次元的に計算する必要がある。計算時間の一層の短縮や、津波による漂流物の影響の考慮など、が今後の課題だろう」と話している。
 

図. 3次元津波シミュレーターで再現した津波。 (a)波源から沿岸部までの津波の波高・流速。 (b)沿岸部から街に流入する津波の3次元的な挙動。 白丸で囲んだ部分では、流入する津波が重なり合い、浅瀬の影響も受けて複雑な流れが形成される。 (提供：富士通)   [원문출처:http://scienceportal.jp/news/daily/58038/20140421.html]