「黒い津波」の評価に向けた底泥の破壊限界および移動層厚に関する水理実験
2011年東日本大震災においてヘドロや泥等を巻き込んだ黒い津波が確認され，津波荷重に及ぼす影響が懸念されている。黒い津波の発生メカニズムを解明することは，より現実的な津波の予測に繋がり，さらに効果的な防災・減災戦略に貢献することができる。本研究では，津波に起因した底泥の破壊と移動特性に着目し，粒径が数μmの底泥模型を用いた移動床実験を実施した。得られた結果のうち，流れによる流下方向の圧力勾配と底泥含水比の鉛直分布から浸食深について整理すると，底泥の移動層厚は津波外力である流れの底面せん断応力と底泥の抵抗力である降伏せん断応力の関係から推定可能であることが明らかとなった。加えて，流れの底面せん断応力が大きいほど，また底泥の降伏せん断応力が小さいほど，底泥破壊による移動層厚は大きくなる結果が得られ，非定常流の一次元運動方程式から津波作用下における底泥の移動層厚に関する推定式を提案した。
キーワード：津波，底質移動，底泥，浸食，降伏限界，水理実験
＊１ 技術センター 社会基盤技術研究部 水理研究室
Hydraulic Experiments on the Fracture Limit and Transport Layer Thickness of Bottom Mud for the Assessment of Black Tsunamis
Black tsunamis entraining sludge and sea-bottom mud, which were observed in the Great East Japan Earthquake of 2011, are a concern because of their effects on the tsunami load. Understanding the mechanism of black tsunami generation can lead to more realistic tsunami predictions and contribute to more effective disaster prevention and mitigation strategies. This study focused on the fracture and transport characteristics of bottom mud caused by tsunamis and conducted movable-bed experiments using bottom mud models with a grain size of a few micrometers. As a result, we conclude that the fracture limit of bottom mud can be estimated from the relationship between the flow shear stress, which is the external force exerted by a tsunami, and the yield shear stress, which is the resisting force of the bottom mud, based on the pressure gradient in the flow direction and the vertical distribution of bottom mud water content. We further concluded that the thickness of the bottom mud layer transported because of fracture increases with increasing bottom shear stress of the flow and decreasing yield shear stress of the bottom mud. Based on these results, an equation for estimating the transporting layer thickness under the action of a tsunami, derived from a one-dimensional equation of motion for unsteady flow, is proposed.
Keywords: tsunami, sediment transport, bottom mud, erosion, critical yield, hydraulic experiment
*1 Hydraulic Research Section, Infrastructure Technology Research Department, Taisei Advanced Center of Technology