津波評価手法の現状とその適用

原子力発電所における津波の評価方法

電力中央研究所 地球工学研究所

流体科学領域 松山昌史

日本原子力学会 2012年秋の大会

計算科学技術部会セッション

概要概要

津波評価に関する歴史

確定論：原子力発電所の津波評価技術(2002)確定論：原子力発電所の津波評価技術(2002)

確率論：原子力学会津波PRA標準

その他の評価項目

今後の方向性

津波評価過程の模式図

対象地点対象地点

2008/10/8 14：45～16：15 3

津波の想定に関する歴史地震本部：地震調査研究推進本部原安委：原子力安全委員会津波の想定に関する歴史

1960 1990 1998 2002 2010

日新 東「津 「評土

原安委 原 安 委員NISA：原子力安全・保安院

北海道南西

日本海中部

新潟地震津

スマトラ沖

東北地方太

「地域防災

津波対策

「原子力発

評価技術

土木学会津

確率論的

試作版

確率論的

西沖地震津

部地震津波

津波

沖地震津波

太平洋沖地

災計画にお

策強化の手

発電所の津

術」

津波評価部

的地震動予測

地震動予測津

波

波 地震津波

おける

手引き」

津波

部会

七省庁

測地図

地震本部

測地図２０１０

原安委NISA：規制庁

七省庁 信頼性の高い既往最大の地震を基に、波源の不確定性も考慮

想定津波再考？最悪シナリオとは？

０地震本部 基準津波超

(設計)基準津波

NISA：規制庁

既往津波 想定津波（パラスタ津波）

2012 4

確率論的評価の活用？決定論的評価

「地域防災計画における津波対策強化の手引き」

七省庁 平成10年3月七省庁 平成10年3月

津波想定に関する新しい考え方

想定しうる最大規模の地震津波を検討し、既往最大津波との比較検

を 常 安全側討を行った上で、常に安全側の発想から沿岸津波水位のより大きい方を対象津波として設定するものとするとする。

想定方法については未提案→津波評価部会の設立

5

原子力発電所の津波評価技術(2002)原子力土木委員会 津波評価部会原子力土木委員会 津波評価部会

想定しうる最大規模の地震津波具現化した手法を提案

水位は水位上昇と水位下降を検討

津波と地震に関する当時の資料・データ収集

水位は水位上昇と水位下降を検討

文献調査などによる信頼性の高い地震と津波データ

津波波源の不確定性数値解析上の誤差データの誤差

不確定性と誤差

断層に関するパラメータスタディ

あるサイトに最も影響の大きい津波の断層モデルを探索→設計津波水位

6地震に関する知見は適切にアップデート

津波評価に関する資料痕跡高

過去の地震・津波浸水深

津波到達時の潮位

遡上高(R)

浸水高(I)

津波の痕跡高

津波調査結果

の潮位

文献(古文書含む)による 信頼性の高いものは400年程度

水位時系列データ

験潮所，GPS波浪計

海底地形データ

往津波 性 確認

津波設定法の全体フロー

想定津波による設計津波水位の検討

既往津波の再現性の確認

「設計津波水位」の設定潮位条件不確定性・誤差 考慮

終了誤差 考慮

断層パラメータ

③データの誤差

・平面位置・走向

①波源の不確定性 ②数値解析上の誤差

・基礎方程式 ・海底地形，海岸地形デ タの誤

パラメ走向

・断層上縁深さ・傾斜方向・角・すべり角・(セグメントの

・初期条件・境界条件

地形データの誤差など

・計算スキーム

計算格子分割

メータスタディの(セグメントの

組み合わせ)

・最大地震規模

・計算格子分割

・諸係数

・再現時間の与え方など

の対象

88

・スケーリング則・すべり量不均質性など

津波評価技術2002概要 88

パラメータスタディと検証，その課題

平均的に見

幾何平均値0.46

検証

頻度

平均的に見て、設計想定津波≒痕跡高×2

全て1 0以下断層走向断層走向

全て1.0以下

設計想定津波は,痕跡高以上

海底面

最大影響走向

海底面

最大影響走向

　痕跡高／設計想定津波（パラメータスタディの結果）

海底面

断層傾斜角

最大影響傾斜角

海底面

断層傾斜角

最大影響傾斜角

問題点←3 11地震津波海岸線

対象地点

海岸線

対象地点

問題点←3.11地震津波基準となる断層は地震発生域の既往最大Mw9.0は未想定

課題：地震発生域における最大規模Mwの想定方法

海外 活海外での活用

• 「原子力発電所の津波評価技術」本編の英語版を作成を作成

Tsunami Assessment Method for Nuclear Power Plants in Japan(2006)in Japan(2006)

土木学会のウェブページよりダウンロード可能

海外での活用海外での活用

IAEAの安全指針ドラフト(2011年1月)

米国NRCの津波の影響評価報告書

IAEA(International Atomic

Meteorological and Hydrological Hazards in Site Evaluation

Energy Agency) Meteorological and Hydrological Hazards in Site Evaluation

for Nuclear Installations(DS417) 「原子炉等施設の立地評価における水理学的及び気象学的ハ

ザ ド （ ）ザード」（ DS417 ）

http://www.ansn.org/Common/Topics/OpenTopic.aspx?ID=9065

米国NRC(Nuclear Regulatory Commission)

T i H d A t t N l P Pl t Sit i thTsunami Hazard Assessment at Nuclear Power Plant Sites in the United States of America米国内の原子力発電所に関する津波の影響評価報告書

http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/nuregs/contract/cr6966/

評価手順

5 プラント構成 特性及び 6 事故シナリオの同定

津波PRA標準：評価の流れ

・サイト･プラント情報の収集・分析・サイト･プラントウォークダウンの実施

5.プラント構成・特性及びサイト状況の調査

6.事故シナリオの同定・事故シナリオの広範な分析・選定・広範な事故シナリオのスクリーニング・事故シナリオの明確化・起因事象の分析・建屋・機器リストの作成

8.建屋・機器フラジリティ評価7.津波ハザード評価・津波ハザード評価における不確実さ要因の取扱い

・評価対象と損傷モードの設定

・津波発生モデルの設定

・津波発生・伝播の数値モデルの設定

・評価手法の選択

・現実的耐力評価 ・現実的応答評価

フラジリティの評価

文書化

9.事故シーケンス評価

デル 設定

・ロジックツリーの作成

・津波ハザードの評価

・フラジリティの評価

・起因事象の設定

・フラジリティ評価用の津波水位変化の作

成・事故シーケンスのモデル化

・システムのモデル化・システムのモデル化

・事故シーケンスの定量化

附属書A（規定）津波PRAの品質を確保するための方策

原子力発電所に対する津波を起因とした確率論的リスク評価(桐本，2012)

津波ハザード評価の流れ

津波発生モデルの設定津波発生領域

KT1

KT2

断層モデルマグニチュード範囲

地震の発生確率(連動の設定)

KT1

KTR1

JTN1

JTN3 ( )ロジックツリー分岐項目設定

津波発生・伝播の

JTNR

JTT

JTS1

JTS2

JTN2

津波発生 伝播の数値モデル設定

海底地殻変動モデル

津波海域伝播モデルロジックツリー分岐項目設定

津波ハザード曲線

偶然的不確実さを考慮

超過確率

ジック リ 分岐項目設定

ロジックツリーの作成と数値計算

認識論的不確実さを考慮

率，超過頻度

津波ハザード曲線の作成 フラジリティ評価用津波水位作成

津波高さ

不確定性の分類不確定性の分類偶然的不確実さ

ランダムな性質：地震の位置，時刻，等

確率分布を適切に与える 確率分布を適切に与える

認識論的不確実さ 人によって異なる見解を評価に入れる

不充分なデータや知識

ロジックツリーの分岐

解を評価に入れる

ロジックツリーの分岐

専門家のアンケート結果など基に重みを設定

15

津波の評価の特徴 16

大きな海洋性地震のみ対象

M7程度以下の地震では，大津波は発生しづらい

シナリオ毎に津波の数値計算が必要

地震における距離減衰式にあたるものがない

遠くで発生する津波(例：チリ津波)が影響することも 遠くで発生する津波(例：チリ津波)が影響することも

海水の浸水経路はサイト特性に支配

サイトの地形や設備によって浸水経路が変わる

7.3 津波発生モデルの設定

1. 津波発生領域の設定KT1

KT2

KTR1

2. 断層モデルの設定

3 マグニチュード範囲

KTR1

JTN1

JTN33. マグニチュ ド範囲

4. 地震の発生確率の設定JTNR

JTT

JTS2

JTN2

5. 連動に関する設定 JTS1

どこで，どんな地震が，どのように，， な地震 ， よう ，どんな確率で発生するのか

地震 発生確率地震の発生確率 平均発生回数をνとすると，期間t内で地震がk回以上発生する確率pk

長期間の平均的なハザード 対数正規分布

!ktep

kt

k

対数正規分布

地震の単位時間あたりの平均発生回数

現時点でのハザードを評価 BPT (Brownian Passage Time)分布

地震の単位時間あたりの平均発生回数T，ばらつきα 最後に地震が発生してからの経過時間を考慮

最新発生 平均発生 α 今後20年 今後30年 今後50年

0,2exp2 222132 ≧tttttf

T

TT

TdttfdttfTTP )()(,

18

時期 間隔α

1968.5.16 82年 0.20 7.7％ 25.6% 72.6%

津波発生 伝播数値 デ 設定

19

津波発生・伝播数値モデルの設定

1. 海底地殻変動モデルの選択

2. 津波伝播モデル（数値シミュレーション）の選択の選択

その地震によって，どんな津波が発生しどんな津波が発生し，

どのように伝播するのか

ロジックツリー分岐 20

津波発生モデル 津波発生・伝播数値モデルモデル

マグニチュード範囲

平均発生間隔 BPT断層モデル：

ばらつきの有無 平均発生間隔，BPT分布のα

断層モデルの種別

津波高さの推定値：

• ばらつきに関する 断層モデルの種別

スケーリング則

• ばらつきに関する標準偏差の大きさ

対数正規分布の 連動モデル • 対数正規分布の打ち切り範囲

ロジックツリー例

津波発生域の マグニチュード 津波高さ 津波ハザード津波発生域の組み合わせ

マグニチュ ド分布

発生頻度津波高さ推定方法

津波ハザ ド計算ケース

A1B1 C1 D1

A2, B2, C2, D1

A B1 C D

A2 B2 C2 D2A3 B3 C3 D3

A2, B2, C2, D2

A2 B2 C2 D3A2, B2, C2, D3

ロジックツリーによる認識論的不確定性の評価→アンケート調査により各分岐に重みを決定→アンケ ト調査により各分岐に重みを決定

21

クタ 曲線 作成

22

フラクタイル曲線の作成

評価例

23

評価例

(a)近地津波＋遠地津波（長期間） (b)遠地津波（長期間） (c)（長期間と今後50年の比較）

確率論的津波ハザード解析の評価例（岩手県山田）確率論的津波ハザード解析の評価例（岩手県山田）

2002年以降2002年以降

確率論的津波ハザード解析手法

分散性と砕波を考慮した数値モデルの検討

津波による波力評価手法：防波堤

津波による海底地形変化津波による海底地形変化

必要・先駆的な研究を進めてきた原子力学会標準に反映

24

原子力発電所に対する津波を起因とした確率論的リスク評価に関する実施基準：2011

津波対策の方向性２段階の津波の高さに対応－２段階の津波の高さに対応－○ 電源の確保○ 建屋の水密性向上

流体力

浸水解析→システム解析機器の水密対策 排水

○ 建屋の水密性向上○ 重要機器の防水○ 重要設備設置場所の浸水対策

流体力、漂流物

機器の水密対策、排水

冷却機能確保、放射性物質拡散防止

基準津波防潮堤 建屋

基準津波超

重要設備敷地への浸水を許さない

○ 防潮堤：建屋敷地へ浸水対策○ 冷却系機器：耐水性向上

重要設備敷地への浸水を許さない

○ 冷却系機器：耐水性向上

原子力安全委員会原子力安全・保安院

25

ジ 評価フラジリティ評価

重要機器への影響

津波による浸水津波による浸水

津波による流体力

漂流物の挙動や衝突力 漂流物の挙動や衝突力

敷地内の高精度な津波挙動

建屋平面2次元数値計算津波挙動

3次元数値計算3次元数値計算津波挙動，流体力 CADMAS-SURF

OpenFOAMOpenFOAM市販，インハウス・ソフト

沿岸での津波

沿岸での津波は地形の影響により姿を変える

断面地形

波の形

平面地形

波の形

急勾配：例えば三陸

波の形

遠浅：例えば仙台リアス式海岸の模式図：例えば三陸

2012 27

遠浅：例えば仙台 例えば三陸

遠浅海岸でのソリトン分裂

津波のソリトン分裂：

東北地方太平洋沖地震津波 仙台沖 福島沖 東北地方太平洋沖地震津波：仙台沖～福島沖 巡視船松島：相馬沖で体験

1983年日本海中部地震津波 2004年インド洋大津波 1983年日本海中部地震津波，2004年インド洋大津波(タイ)

長くて緩勾配の大陸棚上 長くて緩勾配の大陸棚上

海岸構造物：津波による波力，砂移動分裂波

ソリトン分裂分裂波

28

大型造波水路実験造波条件•周期20～120秒•片振幅 0 005～0 09m

90m160m 0m

2. 0mx

片振幅 0.005 0.09m

1/200

1/104. 0m

1/ 150.45m

90m

35. 3m 35. 5m 100. 81m 29. 19m

0. 0m

-4. 0m

造波板

汀線大陸棚模型

1/150

1/1591. 6m160m 0m

0. 0m

2. 0m

(a) slope1/200

0.61m

大陸棚模型4. 0m

35. 3m 33. 9m 100. 81m 29. 19m-4. 0m

(b) slope 1/150

1/10

1/1004. 0m

1/ 1595m160m 0m

0. 0m

2. 0m

大陸棚模型

0.9m

29(c) slope 1/100

35. 3m 30. 5m 100. 81m 29. 19m-4. 0m

1/10

造波周期20秒，片振幅0.03m， 地形勾配1/200

非線 分散波 論式非線形分散波理論式

連続式0

xM

t

運動方程式2 2M M gn

非線形長波方程式

7 /3 ( ) ( )M M gngD M M B x DT mt x D x D

移流項 圧力項 摩擦項 分散項（砕波減衰項）局所項 移流項 圧力項 摩擦項 分散項（砕波減衰項）局所項

a)Peregrine： 2

32

3)(

xtMhaDT

弱非線形

b)Madsen-SØrensen：

3

33

2

32

151

52)(

xgh

xtMhbDT

D 23

分散関係拡張

30

xtuD

xcDT

3

3)(c)後藤： 強非線形

さいごにさいごに

これまで 確定論 確定論

発生モデル(海底面変動)＋海域伝播(＋陸域) 断層の不確定性を考慮

確率論

その他：地形変動，流体力

今後 フラジリティ評価

陸域の津波：3次元数値計算

地震以外の津波(山体崩壊・海底地すべり)