第66回(2022年度)

北海道開発技術研究発表会論文

農業用管水路の現状と劣化要因
国立研究開発法人

土木研究所 寒地土木研究所 水利基盤チーム○池上 大地南雲 人＿
萩原 大生

道内では、老朽化した農業用管水路の多くが更新整備の時期を迎えている。農業用管水路は農業水利施設のうち突発的事故の発生件数が最も多く、潜在的な劣化のリスクを評価することは、今後の計画的な施設管理のために必要な条件である。
そのため、本報では、これまでの研究成果や現在観測中のデータ、及び農業水利ストック情報DBをもとに、農業用管水路の現状と劣化要因を整理し、農業用管水路のリスク評価について検討した。
キーワード：農業用管水路、劣化要因、リスク評価

そのため、本報では、農林水産省が管理している農業水利ストック情報データベース（以下、「DB」という。）をもとに管水路の現状と劣化要因を把握するとと農業用管水路（以下、「管水路」という。）は、主にもに、管水路に関するこれまでの研究成果や当チームに既製管を埋設し圧力管路によって農業用水を送配水する水路組織である。北海道開発局では、概ね1980年代から、 おいて進めている研究内容をもとに研究レビューを行い、管水路のリスク評価について検討した。
主に道南と道央地域で水田用の管水路を、主に道東と道北地域で畑地用の管水路を造成してきた。これらの管水路の一部は耐用年数を迎えており、今後の更新整備が必
2. 調査内容要とされている。
(1) 管水路の整備状況
管水路の特徴として、大部分が地中に埋設され、傾斜2022年9月時点でDBに登録されている国営事業で造成地や軟弱地盤地域にも多く造成されているため、開水路した各管水路の情報を利用し、整備状況や劣化要因を地と異なり施設の劣化状況や状態監視が困難な場合が多い域別に整理し比較した。なお、本報では、上流側が開水ことが挙げられる1)。そのため、管水路の性能低下は、路の複合形式の用水路は、検討の対象外とした。
管体材料の劣化に加え、埋設環境や地上部の土地利用なまず、管水路の整備延長と事業費について、地域別どの外部環境の影響により漏水事故として顕在化する。
（DBに登録されている開発建設部の管内別）に集計した
これらのことから、管水路は農業水利施設のうち突発事
2)
ところ、整備延長、事業費ともに大きい値を示したのは故の発生件数が最も多く 、今後、計画的に管水路を更帯広や網走であった（図-1）。一方、札幌は、整備延長新し管理していくためには、劣化要因や事故のリスクをは短いが事業費は大きいという特徴を示した。
評価し、適正な規模と構造に変えていく必要がある。

1. はじめに

1,600

1,200
整備延長（km）

事業費（億円）
800

事業費

1,200

整備 800延長（km） 400

400（億円）

00
札幌

函館小樽

旭川室蘭

釧路

帯広

図-1 地域別の管水路の整備状況
IKEGAMI Daichi, NAGUMO Hitoshi, HAGIWARA Taiki-868-

網走

留萌

稚内

帯広については、平地が広く取水源が遠いこと、ま象が複数の路線で記載されていた。ただし、⑪過剰水

た、一部の地区では配管方式が管網配管であることか圧と漏水の関係は、DBからは読み取れなかったため、ら、事業費と整備延長が大きいと考えられる。札幌に別途確認する必要がある。また、⑱管内劣化（発錆ついては、水田が中心であり、取水源近くから多量の等）はダクタイル鋳鉄管で生じていた。
帯広では、①初期欠陥（管材・施工）、⑧構造外力水を配水するため大型の管水路が多いことが、事業費（地震を含む）が多かった（図-5）。十勝沖を震源とを大きくしている理由の一つと考えられる。
次に、経年劣化の状況を把握するため、管水路造成する地震など、十勝川流域市町村では1952年から2003年

後の経過年数別に整理したところ、函館と小樽では、まで震度5以上の地震が6回発生しており、DBには地震21年以上経過している管水路が8割程度、そのうち31年による管継手部の緩みの可能性が多数記載されていた。

以上経過している管水路が2割程度であった（図-2）。
函館と小樽における整備延長はそれほど大きくないものの、管水路の整備時期が早かったことが反映されていると考えられる。
100%
80%
60%

表-1 想定される主な劣化要因①初期欠陥（管材・施工）③アルカリ骨材反応⑤化学的腐食
⑦摩耗・風化⑨近接施工⑪過剰水圧⑬C/Sマクロセル腐食⑮腐食性土壌
⑰その他マクロセル⑲カバーコート腐食

40%

その他⑳
⑳8⑲

31年以上
20%

21～30年⑱～20年（図中の数値は、劣化要因別の①件数の合計値）
②2③④4

⑰ 3

稚内

留萌

網走

帯広釧路室蘭

旭川小樽

函館

札幌

0%

②中性化
④凍害
⑥疲労
⑧構造外力（地震を含む）⑩支持力不足（沈下）⑫ミクロセル腐食⑭電食⑯水質⑱管内劣化（発錆等）
⑳その他

1⑯⑥⑮

3 ⑦

図-2 経過年数別の管水路の割合(2) 劣化要因の傾向

2⑭

次に、札幌、函館、小樽、帯広の管水路を対象に、4登録されている。なお、管水路によっては、複数の定⑫⑪※対象路線は 22 路線、集計した機能診断結果は 47 回分

図-3 管水路の劣化要因（札幌）点、複数の年度の機能診断結果が登録されている場合①がある。図中の数値は、登録されている劣化要因別の件数の合計値である。函館と小樽は、対象路線が少ないこと、また劣化要因の傾向が似ていたことから、1つの図にまとめた。

⑧10 ⑨⑩⑩支持力不足（沈下）⑬管水路の劣化要因を比較した（図-3～5）。機能診断が実施された管水路では、20の劣化要因3)（表-1）がDBに⑤管内劣化（発錆等）⑳
8⑲⑱⑱3②③620④

図-3に示すように、札幌では⑩支持力不足（沈下）⑰ 2⑤が最も多く、これは泥炭地に敷設される管水路が多く⑯ 10⑥該当していた。また、⑳その他は、空気弁や仕切弁か10⑮らの漏水、杭基礎部のひび割れであった。
次に函館・小樽では、⑧構造外力（地震を含む）、⑪過剰水圧、⑱管内劣化（発錆等）が主な劣化要因であった（図-4）。機能診断調査では、漏水が発生した区間または発生の可能性がある区間を対象としている
場合があり、DBには管継手部からの漏水を含む漏水事
IKEGAMI Daichi, NAGUMO Hitoshi, HAGIWARA Taiki-869-

21⑭11⑦⑧構造外力⑧⑨ （地震を含む）
10⑩⑪⑪過剰水圧※対象路線は 39 路線、集計した機能診断結果は 50 回分⑬⑫21

図-4 管水路の劣化要因（函館・小樽）

⑲⑱⑳393936試験施工4)
施工⑤⑯53 ⑥⑮

9 ⑦105⑧⑧構造外力25⑬⑫49

主な研究※

1980s

④⑰ 33

⑭

現場からの事例報告①初期欠陥（管材・施工）①②119③【泥炭】
地下水位変動と地盤沈下
管路の沈下・変形挙動
埋戻し材の改良

2000s
管水路の老朽老朽化管路の機化や漏水能評価方法⑨ （地震を含む）⑩⑪

火山灰埋戻し材の改良方法※対象路線は 200 路線、機能診断結果は 214 回分
2020s

図-5 管水路の劣化要因（帯広）管水路の更新泥炭沈下や地震動に伴う管水路の挙動分析(3) これまでの研究成果と現在の研究内容
上記のように地域別に劣化要因の特徴が見られたが、このうち⑩支持力不足（沈下）は泥炭性軟弱地盤が多い北海道特有の要因である。泥炭地での管水路の試験会誌に掲載された研究を記載

性や地下水位との関係性の解析、管水路の沈下や変形図-6 管水路に関する主な先行研究

挙動の解析、さらに埋戻し材としての泥炭の利用方法
た（図-6）。
2000年代になると、全国的に老朽化管水路の漏水事故が注目され、管水路の機能評価方法について研究が行われており、当チームでは泥炭地における管水路の沈下に関する研究を進めている。泥炭地に埋設された管水路の事故では、不同沈下に伴う管継手部からの漏水が非常に多く、また事故の発生箇所としては、道路横断や施設との接続箇所など、管軸方向で荷重条件や支持条件が変化する地点で多く確認されており、管軸方向の沈下量の把握と推定が重要である13)。先行研究では、現地観測から管水路の沈下の実態を明らかにして、改修・更新時における留意点を指摘している。
また、近年では地震時における水撃圧による管水路の損壊が報告されており、主に道東や道央の管水路を対象に、地震動の加速度と動水圧に関する常時観測を2013年から行っている。大久保ら12)による地震時動水圧の研究報告は、地震動による空気弁の損壊のメカニズムを推定する一助となった。
このように、劣化要因の⑩支持力不足（沈下）と⑧構造外力（地震を含む）についての研究成果は蓄積されつつある。しかし、劣化要因は多く研究はまだ不足しており、管水路の劣化の進行を正確に予測し、漏水事故を防ぐような管理技術の確立には至っていない。

・泥炭地の沈下機構を解明するために、泥炭層の排水・荷重履歴を考慮する必要性を指摘5)・試験施工により、継手の可撓
特性で管路の不同沈下を吸収（許容）する工法を考案6)・試験施工により、セメント系固化剤による泥炭土の改良法を考案7)
・非破壊検査手法を機能評価に応用することを考案8)・室内試験により、管内の圧力波の伝播特性を利用した漏水検知手法を考案9)・室内試験により、埋戻し土の液状化抵抗を改善する方法として粒度改良工法を考案10)・泥炭地の縦断的な変状の実態把握と不同沈下の定量的な評価を行い、管水路の継続的な状態監視の必要性を指摘11)
・常時観測から得られた地震動のデータを分析し、地震時に管水路内で生じうる動水圧を推定する理論式を適用12)※農業農村工学会論文集、土木学会論文集、農業農村工学

施工は1980年代に始まり、並行して、泥炭地盤の物理など、道内では主に泥炭に関する研究が進められてき主な研究成果

3. リスク評価
特定の環境下で生じる泥炭地の沈下や地震動に対する研究が蓄積されることにより、漏水の被害を軽減することができると考えられる。一方で、管水路の老朽化の割合は年々増加しており、老朽化した管水路が改修されない限り、リスクは増大する。そのため、リスクの面から管水路の管理について検討した。
管水路のリスク管理の基本は、リスクを特定した上で、そのリスクを施設造成者、施設管理者双方の視点で分析・評価し、施設監視、機能保全対策の実施等の手段によってリスク対応を図ることである14)。すべての管水路で機能診断が行われているわけではないが、管水路の機能診断は少しずつ蓄積され、劣化要因は把握されており、リスクは概ね特定されていると見なすことができる。
次にリスクの分析・評価であるが、管水路のリスクに関する研究は、漏水事故が増加してきた2000年代に始まっている。中15)は、将来のリスクを予測し評価するために、全国的にデータを収集分析し、管水路の故障パターンを類型化する必要性と、管水路のリスク管理の基本として、長年供用された管水路の管理データを収集する必要性を指摘している。また、山口16)17)は、全
国の管水路の整備状況と事故要因を整理し、管種別、対策項目別にリスク管理対策の視点や更新整備におけ

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る留意点を洗い出した上で、施設監視の一環として、が必要であることが示された。

管種別の事故の傾向や事故履歴などを適切に把握・評管水路の突発事故の背景には、事故の要因になりう価する重要性を指摘している。つまり、管水路のリスる複数の劣化要因が存在する。このリスクを評価せず

ク評価においては、管種別に劣化要因を長期的に把握に、計画的に施設管理を行うことは困難である。そのし、劣化の予測精度を高めることが構造面でのリスクため、複数の路線を対象に長期的な観測を行い、機能を低減させることにつながる。

劣化の予測精度を高めること、また地域の状況を踏ま

18)

えて施設の最適な規模を検討することが必要である。

一方で、稲垣 は、部分的な機能保全対策は一時的に事故率を低下させるが、大部分の未改修区間の機能劣化が顕在化すると高頻度の事故発生が懸念されること

参考文献を指摘している。構造的な管体の劣化が確認されてい1)農林水産省（2016）：農業水利施設の機能保全の手引き「パイプライン」,12.
2)室本隆司（2011）：農業水利施設ストックの老朽化の現状と将来動向について，JAGREE，82，30-33.
3)前掲 1),48.
4)新保義剛（1982）：泥炭地帯における強化プラスチック複合管の試験施工について，農業土木学会誌，51(10)，917-925.
5)梅田安治（1992）：泥炭地の地盤変動と地下水位変動-泥炭地の地盤沈下に関する研究（Ⅰ）-，農業土木学会論文集，
160，27-33.
6)秀島好昭，数矢憲一，石岡浩一，西川裕司（1995）：泥炭性軟弱地盤における管路の沈下・変形挙動，農業土木学会誌，
63(12)，1249-1254.
7)秀島好昭，津田進，秋元浩樹，西川裕司（1999）：固化材を用いた泥炭性軟弱地盤の改良による管路施工，農業土木学
会誌，67(5)，511-516.
8)鈴木哲也,中達雄,樽屋啓之,久保成隆,飯田俊彰（2012）：モデルパイプラインに発生させた圧力波の非破壊検出に関する研究，土木学会論文集 A2，68(2)，I_727-I_734.
9)浅田洋平,木村匡臣,安瀬地一作,飯田俊彰（2020）：多点漏
水や管固有の構造を有する管水路における圧力波形を利用した漏水検知法，土木学会論文集 B1，76(2)，I_937-I-942.
10)小野寺康浩，秀島好昭，辻修（2014）：粒度改良によるパイプライン埋戻し土の液状化抵抗の改善，農業農村工学会
誌，82(12)，959-962.
11)横地穣，関本幸一，井上京（2022）：泥炭地に敷設された農業用管水路の不同沈下の実態，農業農村工学会論文集，
314，I_45-I_52.
12)大久保天，中村和正，今泉祐治，寺田健司，川口清美（2020）：農業用管水路で生じる地震時動水圧，農業農村工学会論文集，310，I_135-I_144.
13)南雲人，寺田健司，大久保天（2021）：泥炭性軟弱地域等におけるパイプラインの更新技術に関する研究，第 65 回
（2021 年度）北海道開発技術研究発表会，597-602.
14)前掲 1),19.
15)中達雄，田中良和，樽屋啓之（2004）：農業用パイプラインの性能とリスク管理，農業土木学会誌，72(5)，373-376.
16)山口康晴（2017）：農業用管水路の事故要因と対策に関する事例分析，農業農村工学会誌，85(8)，767-770.
17)山口康晴（2017）：農業用管水路の整備状況とリスク管理に関する考察，農業農村工学会誌，85(10)，945-948.
18)稲垣仁根（2019）：経年パイプラインにおける突発事故の爆発的発生の可能性-管体の機能劣化予測式に基づく評価と推定-，Journal of Rainwater Catchment Systems，24(2)，5359.
19)水田真紀，野々村佳哲，島多昭典，太田哲司（2014）：リ
スクを考慮した劣化構造物の維持管理方法の提案，コンク
リート工学年次論文集，36(2)，1375-1380.

る場合であっても、実際には地域の状況によって早急に管水路を更新することができない場合もある。その場合は、施設の継続監視に加え、地上部の土地利用などの外部環境の影響や地域の水利用を踏まえ、リスクの高い管水路については縮小や路線変更も含めて、施設の規模を見直す検討も不可欠である。
さらに、水田19)は、劣化構造物のリスクを検討する際、点検方法や劣化予測モデルによるばらつきなどの不確実性が生じるため、診断による判定結果と実際の性能低下の差をリスクとして捉えることを提案している（図-7）。その上で、予測値からある幅を持った部分（網掛け部）を許容可能なリスク（リスク低減策の費用を考慮しながら受け入れることのできるリスク）として設定し、改修の必要性を判断することを提案している。管水路の場合、管水路の管理データや劣化要因に関する研究の蓄積により劣化の予測精度を高め、また施設造成者、施設管理者双方の視点で、未改修区間の許容可能なリスクを評価することが必要である。
管水路の性能低下（危険側）
時間

望ましいリスク（安全側）

望ましくないリスク

許容可能なリスク実際（改修後）

実際（突発事故、未改修区間の劣化）

予測↑
管理データや研究の蓄積「リスクを考慮した劣化構造物の維持管理方法の提案」（水田、2014）をもとに作成

図-7 管水路のリスク

4. おわりに本報では、管水路の現状整理を行い地域別の整備状況と劣化要因の特徴を把握した。また、研究レビュー
からは、劣化要因である泥炭地の沈下や地震動に対する研究の蓄積が進んでいるものの、管理技術の確立のためには、他の劣化要因も含めてさらなる研究の蓄積
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