建設資材データベーストップ > 特集記事資料館 > 積算資料公表価格版 > 雨水貯留浸透技術による都市型水害対策

 

はじめに

都市化により緑地,山林,田畑などが市街地に転換されると,ビルや住宅の屋根,舗装道路などの不浸透面積が増大する。また,下水道の整備により,雨水が速やかに河川に排水される。その結果,大雨時の河川流量は,以前にも増して,ピーク発生までの時間が短くなり,ピーク流量そのものも大きくなり,水害の危険度が高くなる。加えて,近年の1時間あたり100mmを超える局所的豪雨の傾向がますます都市型水害の発生に拍車をかけている。
 
都市河川では,このような状況に対応すべく,従前の方法として,堤防の嵩上げ,河道の掘削・拡幅などが考えられるが,すでに両岸に建物が連担している都市河川では,従前の対策だけでは限界がある。そのため,河川に至る前に,雨が降ったその場(オンサイト)で処理する雨水貯留浸透技術の導入が不可欠となっている。
 
当初,洪水対策として出発した雨水貯留浸透技術であるが,雨水を貯めたり,浸透させることは,洪水対策であると同時に,雨水利用,地下水涵養,湧水・河川の平常流量の復活,水質浄化,微気候の改善などにつながるとされている。すなわち,いわゆる都市の健全な水循環系の構築になくてはならない技術であると言える。また,近年,グリーンインフラと言う新たな概念が登場している。まだ,立場,分野により解釈はまちまちであるが,雨水貯留浸透技術を取り扱う立場としては,都市のまちづくりの造園的な要素と健全な水循環が合体した概念と理解している。その意味で,グリーンインフラと雨水貯留浸透技術は密接な関係にあると考えられる。
 
本稿は,健全な水循環,グリーンインフラを視野に入れながら,都市型洪水対策としての雨水貯留浸透施設の流出抑制効果の定量化に関する最近の知見を紹介するものである。
 
 

1. 雨水貯留浸透技術を取り巻く施策の歩み

図−1にこれまでの施策の流れと方向性を簡単に図示した。総合治水対策の具体的な展開技術として出発した雨水貯留浸透技術は,今や健全な水循環系の構築のための重要な要素技術と位置付けられる。
 

図−1 これまでの施策の流れと将来の方向性




 
昭和52(1977)年,河川審議会は,旧建設省への答申の中で都市河川流域における総合的な治水対策の必要性を指摘した。都市河川においては,従前の河道を中心とした対策には限界があり,河川背後に広がる面的な集水域での貯留浸透施設の普及が必要であるとの認識に立っている。一方,平成8(1996)年,河川審議会で健全な水循環の必要性が取り上げられた。それを受けて平成10(1998)年には,河川審議会水循環小委員会より「流域の健全な水循環はいかにあるべきか」と題して中間報告が提出された。その中で,今後は流域単位で健全な水循環の構築に向けて水循環マスタープランを策定する必要があることが強調された。
 
総合的な治水対策の成果として,大きな浸水被害は影を潜めたかに見えたが,気象変動によるものか,以前にも増して局所的な集中豪雨が頻発するようになり,浸水被害の危険度はますます増大する傾向にあるとの認識がある。このような状況を鑑み,総合的な治水対策をより確実に推進するためにも,河川管理者,下水道管理者および地方公共団体が一体となって浸水対策に取り組めるような新しい法律として,平成15(2003)年「特定都市河川浸水被害対策法」が国会において成立した。この新しい法律により,これまで法的な拘束力を持たなかった雨水貯留浸透施設の設置を,法的な根拠の下に義務付けることが可能となると同時に,河川管理者と下水道管理者が連携して浸水被害対策に取り組める土壌ができたと評価される。平成26(2014)年現在,鶴見川,寝屋川など全国8河川が,特定都市河川の指定を受けている。
 
平成26(2014)年,「雨水の利用の推進に関する法律(雨水利用推進法)」と「水循環基本法」が施行に至っている。両法は密接な関係にあり,雨水利用については,国によりガイドラインの作成が行われ,各地方自治体においては,具体の方針,計画が進められつつある。一方,水循環基本法については,水循環基本計画が国より公表されている。この計画では,流域の総合的かつ一体的な管理の枠組みを規定しており,表流水と地下水の一体管理の中で,雨水貯留浸透の役割は,ますます重要となろう。現在は,各自治体が具体的な実施計画の立案を進める段階になっている。
 
 

2. 各国の雨水管理

表−1に各国の雨水管理に関わる取り組みを取りまとめた。これらに共通するキーワードとして,雨水貯留浸透,分散型施設配置,雨水の統合管理,水循環,アメニティ,グリーンインフラなどが挙げられる。雨水貯留浸透施設とまちづくりが連携することにより,都市内の健全な水循環の構築が可能となり,ひいては,より良い生活環境の確保につながるものと考えられる。
 

表−1 各国の雨水管理に関わる取り組み


 

3. 水循環の定量化,必要対策量の算定に向けて

3-1 各種浸透施設の設計浸透量の算定

雨水貯留浸透施設の流出抑制効果は,貯留(保水)効果と土壌への浸透効果の組み合わせとなる。雨水貯留浸透施設には,浸透ます,浸透トレンチ,地下空隙貯留など様々な形態があり,雨が降ると流出雨水は,施設に貯水(保水)されながら,周辺土壌の透水係数に応じて,地中に消散して行く。貯留効果は,施設の空隙・空間容量で示され,分かり易いが,土壌の透水係数に依存する土壌への浸透量は,現地での簡易浸透実験の結果に基づく算定式により評価するよう協会の技術指針1)に定められている。基本となる算定式は次式で与えられる。



この算定式の注目すべきポイントは,浸透施設の単位当たりの基準浸透量が飽和透水係数と浸透施設の比浸透量(形状で決まる値)の積で表されることである。すなわち,各種浸透施設の比浸透量が,浸透面の形状と設計湛水深の形状関数で与えられているので,簡易な現地浸透試験で,施設周辺土壌の飽和透水係数が求まれば,様々な形状の浸透施設の設計浸透量が推定できることになっている。
 
 

3-2 現地浸透実験による土壌の飽和透水係数の推定

現地浸透実験は,図−2に示すように,直径20cm,深さ1m程度のボアホールをハンドオーガーで削孔し,ボアホール内に一定の水深を保ちながら注水して,周辺土壌への浸透量の経時変化を測定するものである。周辺土壌は,注水するに従い,徐々に浸透量が下がり,1〜2時間経過すると,一定量に安定するのが一般的である。安全側を考え,この安定した終期浸透量を持って,飽和透水係数の算定を行う。その関係式は,(1)式と同様に,(2)式で与えられる。
 

図−2 現地浸透実験の概要




 



浸透実験結果から飽和透水係数k0を算定するため,(2)式を移項して,次式(3)を用いる。
 



ここで与えられるKt(H,D)は,数多くの現地浸透実験結果に対して,Richards式による不飽和浸透流解析による数値シミュレーションを行い,定式化したものである。
 
この算定式(3)の妥当性を検証するため,英国の土質ハンドブック2)に掲載されている算定式(4)との比較を行う。図−3に(4)式の試験孔の概要図を示す。本式は,浸透面が地下水位より下にある場合の飽和透水係数を直接求める井戸の理論式で,不飽和状態の土壌の浸透を取り扱う協会仕様の浸透実験(図−2参照)から得られる飽和透水係数とは異なると考えられる。
 



(4)式を比浸透量Kt=の形に変形すると,次式のように与えられる。
 



両者の計算結果の比較を表−2,図−3に示す。協会式は,不飽和浸透,英国ハンドブックの式は,飽和浸透を取り扱っているため,協会式の方が,やや大きめに出ると言える。しかしながら,協会式は,ある程度浸透しやすい地盤を取り扱うため,特に設計湛水深が大きくなり,地盤が飽和状態に近くなるに従い,両者の結果は,似通ってくると想定される。
 

表−2 比浸透量算定式の比較




 

図−3 飽和透水係数算定式(英国の土質ハンドブックによる)




 

図−4 比浸透量算定式の比較




 

3-3 必要貯留浸透量の簡便な算定方法 3)

図−5は降雨強度式から導かれた中央集中型の設計降雨のハイエトグラフである。中央集中型設計波形の作り方は,文献4)に詳しい。洪水到達時間は,地先での限られた広さの開発行為を取り扱う場合は,10分とし,ある程度大きな都市河川流域を取り扱う場合は,1時間を用いる。図−5は,洪水到達時間が1時間の場合で,ハイエトグラフの継続時間は1時間刻みの24時間となっている。流出係数fが与えられると有効降雨が求まり,浸透強度または放流強度でベースカットされた残りの有効雨量(mm/hr)を継続時間で累積した値が必要貯留高(mm)となる。必要貯留高に集水面積を乗じると必要貯留容量が求まる。図−6 は,横軸に浸透強度または放流強度をとり,流出係数ごとに必要貯留高をプロットしたグラフで,与えられた降雨強度式

 
に対して,必要貯留高と浸透強度(又は放流強度)の関係を示している。例えば,図中,流出係数f=0.8,浸透強度(又は放流強度)Fcが与えられると必要な貯留高Qrを矢印で示すように求めることができる。
 

図−5 流出抑制効果のイメージ(洪水到達時間:1時間の場合)




 

図−6  各流出係数における浸透強度又は放流強度と必要貯留高の関係イメージ




 

おわりに

総合治水が始められて,40年近くになる。その間,雨水貯留浸透施設の普及が進められてきたが,河道,遊水地,放水路と言った従来の河川計画のメニューに比べて,特に浸透施設や小規模な貯留施設については,補完的な位置づけとされてきた。しかしながら,局所的な豪雨対策,都市の健全な水循環系の構築など近年の特徴的な対策については,分散型の貯留浸透施設が見直されている。
 
また,グリーンインフラと称して,従来の浸透ます,浸透トレンチとは異なるタイプの様々な貯留浸透施設が登場するようになり,その効果を定量的に把握する必要に迫られている。その際,貯留と浸透の組み合わせ能力が,簡単に評価できることが望ましい。
 
本稿は,これら分散型の小規模施設の効果評価方法について,簡便な手法を示すことで今後の普及に役立つことを願うものである。
 
 


【参考文献】
1)(公社)雨水貯留浸透技術協会(2015):増補改訂 流域貯留施設等技術指針(案),pp27-37
2) GEOTECHNICAL ENGINEERING HANDBOOK, Edited by M.CARTER, University of Wales Institute of Science and Technology, PENTECH PRESS, LONDON and PLYMOUTH, 1983
3) 国土交通省(2010):雨水浸透施設の整備促進に関する手引き(案),pp22-24
4)( 公社)雨水貯留浸透技術協会(2007):増補改訂 流域貯留施設等技術指針(案),pp40-42
 
 
 

公益社団法人 雨水貯留浸透技術協会 常務理事 忌部 正博

 
 
【出典】


積算資料公表価格版2018年05月号



 

 

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