日本311地震與海嘯 5周年慎思

陳純森  技師

前言

日本東北地區於2011年3月11日下午2時46分，發生規模M9的毀滅性地震，震央離開日本海岸邊約150公里，震源深度地下24公里，為極淺層之地震，見圖1。本次地震所造成之最大地表加速度最高達3,000gal，為極罕見之大地震。陸地上所測得地動之加速度，仙台K-net之自由場加速度峰值為1,808 gal，約為921地震之兩倍。附近幾個主要之建物內部所紀錄之加速度峰值如表1所示。資料顯示，靠近震央之建築物，其垂直向振動頗大，而高層區之加速度峰值則放大許多。

表1 鄰近震央之建物監測之加速度

圖2  各方向之模擬反應譜^【1】

地震之災損

本次地震雖然震度頗大，惟鄰近震央之建築物損害不算嚴重，地震所造成之主要震害，為部分地質液化，與室內櫥櫃倒塌，雖有少部分之建築物遭到破壞，但並未有嚴重之建築物倒塌事件。震區附近某學術機構之A棟綜合研究大樓，為地上13層之鋼骨結構，從1樓至10樓裝設油壓阻尼(oil damper)，其中有4組阻尼之能量為150噸，地震後情況良好，並無受損。B棟長方形配置之9層樓SRC建築，以前曾經補強過，本次地震在短向（橫向）之外牆，呈現剪力牆橫向斷裂與梁柱接頭裂損，見照片1。

C棟建築物為8層樓之建築物，於短向（橫向）之中央短跨穿梁處，各層均有混凝土破碎損壞，屬於短梁受剪破壞，見照片2。D棟為2樓之RC造建築物，於長向（縱向）之中間柱，呈現混凝土爆裂與主筋屈折，屬於45^o之剪力斷裂，詳照片3。均為建築物震害之典型模式。

照片2   C棟短梁破壞		照片3  D棟柱子剪斷

海嘯的形成

地震係由於地殼長期擠壓，累積能量，在一定期間後會發生地殼反彈或錯動而釋放能量，乃至發生地殼震動。如果在海域內之海溝產生地殼錯動，地震之同時會將海水面擠高而引發海嘯，如圖3所示。

圖3 板塊擠壓與錯動衍生地震與海嘯

311地震發生於下午2：46，而海嘯於3：16抵達陸地。短短30分鐘，海浪傳遞了150公里，其時速約為300公里，與台灣高鐵之行車速度一樣快速。海嘯發生時，雖然日本全國發布海嘯警報，惟本次海嘯共造成約15,000人死亡，8,000人失蹤，海嘯沖毀之房屋不計其數。海嘯災害之地區以宮城縣之仙台、石卷，女川町與福島縣之福島等地最為嚴重。許多民眾剎那間房屋全毀，親人永隔，個人財產瞬間化為烏有，心靈重建之任務，十分艱鉅，令人心酸。福島核災所引起之後遺症，更是令人膽戰心驚。當年6月15日，筆者搭乘新幹線前往災區調查，途中經過福島車站時，只見高鐵車站旅客稀落，寥寥無幾，災情之悽慘可見一斑。台灣人民感同身受，寄以無限同情，發揮最高愛心，捐款遠超過世界各國。

宮城縣災損

宮城縣為日本沿海最靠近震央之縣，行經宮城縣遭受海嘯侵襲的沿海地區時，沿途所見怵目驚心，所有飽受海嘯肆虐地區，幾乎全部夷為平地，寸草不留，見照片4。日本的民宅普遍以木結構建築，雖然在外海亦高築防嘯堤，仍然難擋毀滅性之大海嘯，幾無倖免。台灣是個海島國家，四面鄰海，地震也頻繁，如有鄰近之海溝，有關海嘯的探討與研究，值得重視。

照片4  宮城縣廢墟

照片5，筆者所站之背景，為某學校校舍與活動中心，建築物本身並未受到地震與海嘯的損害。日本全國各地普遍設有廣播器，地震發生時，到處都可聽到海嘯警報的廣播。本次地震發生在下午2時3刻，警報廣播時，學生都躲在校舍樓上避難，靜待家長前來接應。地震發生時，家長陸續趕到學校接應子女，約隔20餘分，不見海嘯到來，學生紛紛從高樓的校舍，轉往一樓的活動中心等候，不料巨浪轟然出現，沖走了80幾名學生與10幾位家長，有的家長與老師，眼見學生一個個被海浪捲走，呼天不應，叫地不靈，慟哉。這個事件，讓我們深切體會，海嘯警報發佈後必須等到警報解除才算真正安全。

照片5  災害警報解除之體驗

仙台市災損

通往往仙台機場之高速道路左側，因臨近海岸，建物與設施，受海嘯沖毀嚴重，幾乎夷為平地，機場附近漂流損壞之廢鐵堆積如山；高速道路右側，則因受高速道路屏障，民宅顯然安然無恙，沿途兩側之受災形成強烈對比。遭海水淹沒之農田，因受鹽分浸泡，歷經3個多月，仍然未長出一草一木，十分貧瘠。

石卷災損

石卷原為高級住宅區，依山傍水，風景秀麗，海嘯過後，田園房屋幾乎全毀，少數倖免於難之建築，亦殘缺不堪，狀極淒慘。海嘯肆虐後，現場空無一物，受難災民流連忘返，情何以堪！部分別墅雖未倒壞，但牆體破碎不堪。日本之建築物設計規範，並無明確規定如何抵抗海嘯之侵襲，經過本次大海嘯之後，產官學已著手探討，海嘯對建築物的影響。

石卷港口於遭受地震與海嘯同時侵襲後，已全部夷為平地，見照片6。退潮之海嘯，刮走陸地上之瓦斯氣槽與油箱等易燃物，由於漂流碰撞，且管線斷裂，到處瓦斯漏氣、油桶漏油，加上電纜線漏電短路，造成多處火海，宛如世界末日，慘不忍睹。照片7為火害過後之冷凍倉庫。對於建築物與公共維生設施，顯然應該考慮地震與海嘯同時發生之影響與設計，甚至於應考慮防火之安全措施。

照片6  石卷港口夷為平地		照片7  火害過後之庫房

女川町災損

女川町離震央僅約160公里，為日本重要之漁港，其出海隘口之兩側，有優異之山麓屏障。港區之建築物大部分為鋼結構與鋼筋混凝土構造，多數作為冷凍倉庫、批發市場與辦公用建築物。許多漁獲之加工廠，雖然骨架仍然存在，但牆體與屋面都已遭受嚴重破壞，見照片8。推測海嘯對構造物之影響，除了靜水頭之壓力外，尚有高速衝浪之動能、不同地況之漩渦、與退潮之巨大虹吸壓力等，均值得研究探討。

照片8  建物遭海嘯清空

海嘯對女川港，不僅造成許多水災，也造成不少的庫房爆炸事件，照片9為女川港區之庫房爆炸破裂之現況，鋼筋混凝土構造的庫房，支離破碎。對於危險物品的儲放或特殊之庫房，其構造物之設計，除應考慮耐震與耐風外，鄰近海邊有海嘯侵襲之虞的建築物，另需考慮海嘯的作用，如果庫房內有特殊之水、電、油、氣等，錯綜複雜之設施，則還需要顧及爆炸之影響。

 照片9庫房爆炸

結語

311地震之規模與震度，固然空前厲害，但由於日本工程界的施工技術嚴謹，幸未釀成巨大之地震災害，值得國人學習效法。在地震頻繁的海島國家，嚴謹地調查海底的地理與水文是必要的，如果缺乏海嘯的防範機制，其毀滅與損壞是全面的，而且會造成不可估計的維生系統大災難。雖然日本的海嘯頻率，十分頻繁，防災的措施也十分嫻熟，仍然無法避免空前的災難，值得我們警惕與未雨綢繆。

【參考文獻】

1.日本東北大學（2011年3月11日）。311地震資料。

2.陳純森（2015年11月）。工程事件之鑑識預防與法務，科技圖書公司。