IS S N 134 6-7 328
国総研資料 第 882号
平 成 28年 1月

国土技術政策総合研究所資料
TECHNICAL NOTE of
National Institute for Land and Infrastructure Management

No.882January 2016

平成26年度下水道関係調査研究年次報告書集
FY2014 Annual Report of Wastewater Management and Water Quality Control

国土交通省

国土技術政策総合研究所

National Institute for Land and Infrastructure Management
Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Japan

国土技術政策総合研究所資料第 882号
2016年 1月

Technical Note of NILIM
No.882January2016

平成26年度下水道関係調査研究年次報告書集
国土技術政策総合研究所 下水道研究部

下水道研究室下水処理研究室

FY2014 ANNUAL REPORT OF
WASTEWATER MANAGEMENT AND
WATER QUALITY CONTROLWASTEWATER SYSTEM DIVISIONWASTEWATER AND SLUDGE MANAGEMENT DIVISION
of WATER QUALITY CONTROL DEPARTMENTNATIONAL INSTITUTE FOR LAND AND INFRASTRUCTURE MANAGEMENT,MINISTRY OF LAND, INFRASTRUCTURE, TRANSPORT and TOURISM, JAPAN

概要
本報告書集は、平成26年度に国土交通省国土技術政策総合研究所において実施された下水道に関係する調査研究の成果を集約して資料としてとりまとめたものである。
キーワード：下水道、下水処理、地震、ストックマネジメント、汚泥、温暖化ガス、
エネルギー

Synopsis
This Annual Report introduces researches on wastewater management and water quality control
carried out i n F iscal 20 14 by N ational I nstitute for Land a nd I nfrastructure M anagement,
Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Japan .
Key words: wastewater system, wastewater treatment, stock management, earthquake, wastewatersludge, green house gases (GHG), energy,序 文

本報告書集は、平成２６年度に国土交通省国土技術政策総合研究所（国総研）が実施した下水道関連の調査研究の成果をとりまとめたものであり、全１３編の報告書から構成されています。
主として下水道研究部の下水道研究室と下水処理研究室が担当し、予算費目としては下水道事業調査費、行政部費、総合技術開発プロジェクト、JST-JICA：地球規模課題対応国際科学技術協力事業費、JST：
CREST（戦略的創造研究推進事業費）です。
１３課題のうち平成２６年度に終了したものは、以下の４課題です。
① 南海トラフ連動型地震における下水道施設の復旧方法に関する研究（下水道研究室；基礎研究経費、H24 年度～H26 年度）② 適正な汚水処理手法可能性（FS）に関する検討（下水道研究室；下水道事業調査費、H24 年度～H26 年度）③ 持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム～21 世紀型都市水循環系の構築のための水再生技術の開発と評価～（下水処理研究室；戦略的創造研究推進事業費 JST：CREST、H21 年度～H26 年度）④ アフリカサヘル地域における持続可能な水・衛生システム開発（下水処理研究室；地球規模課題対応国際科学技術協力事業 JST-JICA、H21 年度～26 年度）
また、平成２６年度から新たに開始した課題は以下の２課題です。
① 下水道クイックプロジェクトフォローアップ調査（下水道研究室；下水道事業調査費、H26 年度～H28 年度）② 下水道管不具合に伴う路面下空洞に関する研究（下水道研究室；行政部費、H26 年度～H28 年度）
これらの結果、過年度及び継続案件の成果も含め、以下のような活用がされました。
・公益社団法人日本下水道協会「下水道維持管理指針－2014 年版－」への研究成果の提供
・公益社団法人日本下水道協会「下水道施設の耐震対策指針と解説 －2014 年版－」への研究成果の提供・国土交通省「下水汚泥エネルギー化技術ガイドライン－改訂版－」および「下水汚泥のエネルギー化
導入簡易検討ツール」の開発・公表
国総研では行政ニーズに対応するとともに、国民の視点に立った調査研究を更に進めてまいります。
これからも引き続きご意見等をいただければ幸いです。
平成２７年４月
国土技術政策総合研究所 下水道研究部長

鈴木穣

目 次
頁
序文

Ⅰ．下水道事業調査費による研究
１．下水道管路施設のストックマネジメント支援に関する調査･･･････････････････（下水道研究室）… 1(H25 年度～H27 年度)
２．効率的な都市雨水対策推進に関する調査･･･････････････････････････････････（下水道研究室）… 7(H25 年度～H27 年度)
３．適正な汚水処理方法可能性（FS）に関する検討･････････････････････････････（下水道研究室）…13(H24 年度～H26 年度)
４．下水道クイックプロジェクトフォローアップ調査･･･････････････････････････（下水道研究室）…23(H26 年度～H28 年度)
５．下水道における一酸化二窒素発生抑制型処理方法に関する検討･････････････（下水処理研究室）…35(H26 年度～H28 年度)
６．下水道における水環境マネジメント推進に関する調査･････････････････････（下水処理研究室）…41(H26 年度～H28 年度)
７．処理水・再生水の衛生学的リスク制御の評価に関する調査･････････････････（下水処理研究室）…51(H26 年度～H28 年度)
Ⅱ．その他の予算による研究[下水道研究室]
１．南海トラフ連動型地震における下水道施設の復旧方法に関する研究（試験研究費）………………… 55(H24 年度～H26 年度)
２．社会資本等の維持管理効率化・高度化のための情報蓄積・利活用技術の開発（総プロ）…………… 61(H25 年度～H28 年度)
３．下水道施設の戦略的な耐震対策優先度評価手法に関する調査（試験研究費）………………………… 67(H25 年度～H27 年度)
４．下水道管不具合に伴う路面下空洞化に関する研究（試験研究費）……………………………………… 79(H26 年度～H28 年度)[下水処理研究室]
５．持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム～２１世紀型都市水循環系構築のための水再生技術の開発と評価～（CREST）………………………………………………………………………………………83(H21 年度～H26 年度)
６．アフリカサヘル地域における持続可能な水・衛生システム開発（地球規模課題対応国際科学技術協力事業 JST-JICA）…………………………………………………… 87(H21 年度～H26 年度)
付録
付録 1 平成 26 年度 下水道関係刊行報告書一覧………………………………………………………………… 93
付録 2 平成 27 年度 下水道関係調査研究課題表（国土技術政策総合研究所） …………………………… 96

I. 下水道事業調査費による研究

１． 下水道管路施設のストックマネジメント支援に関する調査
下水道研究室室

長 小川 文章主任研究官 深谷渉

研 究 官 末久 正樹
部外研究員 賀屋 拓郎
１．はじめに2013 年度末の下水道管路延長は 46 万
km に達しており、鉄筋コンクリート管や陶管といった剛性管の老朽化が進行している。老朽化対策の一環として、施設の劣化状態を把握し、延命化を図るス
トックマネジメントの導入が鉄筋コン
クリート管や陶管を中心に促進されてきた。一方、塩化ビニル管は、1974 年のその他

下水道協会規格（JSWAS K -1）制定以降急速に普及し、塩化ビニル管の累計延長
は、2013 年度末時点で全管種の累計延長の図－１ 下水管の管理累計延長と管種別累計延長割合

約 5 割（図－１)を占めている。しかし、維持管理の現状として、公益社団法人日本下水道協会が発刊する「下水「視覚判定基準」）およ道維持管理指針-2003 年版-」のＴＶカメラによる視覚調査結果に対する判定基準 1)（以下、「緊急度判定基準」）は、主に先行して整備された鉄筋コンクリート管等の剛性管をび緊急度の判定基準 1)（以下、対象に作られたものとなっている。近い将来、塩化ビニル管の高齢化時代が到来するとともに、塩化ビニル管の劣化状況を正確に把握かつ適切な維持管理を実施することが求められると予想されるが、塩化ビニル管は他管種と比べ整備開始からあまり時間が経過していないため、経年劣化やその他劣化に関する知見が少なく、劣化のメ
カニズムは不明な点が多い。
これらを踏まえ、国土技術政策総合研究所（以下、「国総研」）では、塩化ビニル管の劣化状況および管体性能の低下状況を明らかにすることとともに、塩化ビニル管の視覚判定基準、緊急度判定基準、および健全率予測式
について検討しており、本稿では、塩化ビニル管を対象とした健全率予測式についての検討内容を報告する。
２．過年度(H25)の研究と現状の課題
下水道では鉄筋コンクリート管や陶管等の剛性管と塩化ビニル管等のプラスチック系可とう管が主に使用されており、両者は構造及び材質が大きく異なるため、発生する劣化の特徴も異なる。このため、塩化ビニル管の管体構造および管体材質を考慮した上で、構造的劣化に対する安定性（耐荷性等）および機能的劣化に対する水密性・流下性能の有無を定量的に判定するための基準が必要となる 。
国総研における既往の研究では塩化ビニル管の実態を把握するため、自治体へのアンケート調査による塩化ビ
ニル管の劣化に起因する道路陥没の現状把握、自治体から収集したＴＶカメラ調査データに基づく塩化ビニル管の劣化発生傾向の把握、視覚判定基準（案）および緊急度判定基準（案）の作成を行い、公益社団法人日本下水道協会が 2014 年に発刊する「下水道維持管理指針 実務編-2014 年版-」2)にこれらの基準は反映された。

1

以下に 2013 年度までの研究結果の概要を記す。
・現時点では塩化ビニル管の劣化に起因する道路陥没発生件数は少ないが、主な原因は、破損（写真－１）、クラック、継手ズレ（写真－２）などによるものである。
・塩化ビニル管に発生している A、B ランクの劣化のうち、道路陥没の発生要因となりうる劣化（浸入水・破損・クラック・継手ズレ）が約 64％を占める(図－２)・可とう管特有の管内面への局所的な突出し（以下、｢変形｣）（写真－３）や全体的にたわむ断面変化（以下、｢偏平｣）（写真－４）が発生しており、破損、
クラックなどの劣化を併発している。
・剛性管の視覚判定基準の異常項目に加え、可とう
管特有の変形および偏平の異常項目を追加し、可図－２ 塩化ビニル管の劣化割合（A,B ランクのみ）

とう性管特有の破損状況、継手構造において剛性
管の視覚判定基準を変更し、塩化ビニル管を対象とした視覚判定基準を提案した。剛性管の視覚判定基準から変更・追加した箇所（青マーキング部）を抜粋し、表－1 に示す。

写真－１ 破損の事例

写真－２ 継手ズレの事例

写真－３ 変形の事例

写真－４ 偏平の事例

2

・緊急度判定基準では、耐荷性に関わる構造的劣化が併発していることに着目し、人孔間のスパン全体の判定を『偏平の b対象とする緊急度判定基準 3)を提案し、従来の緊急度判定基準 1)に「塩化ビニル管の判定の際には、ランク以上』と『軸方向クラック』が併発している場合は、道路陥没等の社会的影響が想定されることから、スパン全体において A ランクとする」の内容を付記した。塩化ビニル管を対象とした緊急度判定基準を図－３に示す。
表－１ 視覚判定基準（一部抜粋）
ランク
項目
管
１
本
ご
と
に
評
価

ａ

ｂ

ｃ

欠落
軸方向のクラックで
幅：5㎜以上軸方向のクラックで
幅：2㎜以上軸方向のクラックで
幅：2㎜未満軸方向のクラックが管長の1/2未満

―

―

―

適用
鉄筋ｺﾝｸﾘｰﾄ管

管の破損及び軸方向クラック

欠落
軸方向のクラックが管長の1/2以上
亀甲状に割れている
軸方向のクラック

陶 管
塩ビ管

管の継手ズレ
偏平変形

鉄筋ｺﾝｸﾘｰﾄ管
陶 管
塩ビ管

塩ビ管

（内面に突出し）塩ビ管

鉄筋ｺﾝｸﾘｰﾄ管：70㎜以上 鉄筋ｺﾝｸﾘｰﾄ管：70㎜未満
脱却
管：50㎜未満陶管：50㎜以上 陶脱却
接合長さの1/2以上
接合長さの1/2未満
たわみ率15％以上の偏平 たわみ率5％以上の偏平―白化または本管内径の
本管内径の―1/10以上内面に突出し1/10未満内面に突出しスパン全体の評価

管１本ごとの評価

上下方向のたるみ(A，B，Cで評価）

破損及び軸方向クラック、円周方向クラック、
継手ズレ、浸入水、取付管突出し、油脂付着、
樹木根侵入、モルタル付着、偏平、変形（内面に突出し）(a，b，cで評価）

不良発生率によるスパン全体の評価（注１）aランクの不良発生率＝ａランクの合計本数／1スパンの管きょ本数
a＋bランクの不良発生率＝ａ，bランクの合計本数／1スパンの管きょ本数
a＋b＋ｃランクの不良発生率＝ａ，b，cランクの合計本数／1スパンの管きょ本数
cランクの不良発生率＝cランクの合計本数／1スパンの管きょ本数

A

B

C

ａランクの不良発生率20%以上
もしくはa+bランクの不良発生率40%以上
または破損aランクかつ偏平bランク以上あり
もしくは継手ズレaランクkあり （注2）ａランクの不良発生率20%未満
もしくはa+bランクの不良発生率40%未満
もしくはa+b+cランクの不良発生率60%以上

a，bランクがなく、cランクの不良発生率60%未満

B

C

A

緊急度の判定(A，B，Cの合計で判定）
緊急度Ⅰ スパン評価Aが２項目以上
緊急度Ⅱ スパン評価Aが１項目もしくはスパン評価Bが２項目以上
緊急度Ⅲ スパン評価Aがなく、スパン評価Bが１項目もしくはスパン評価Cがある
劣化なし

スパン評価Cもない健全な状態（注１）

同一箇所で複数の不良が発生している場合には、最上位の評価ランクのみをカウントする（例：「管のクラックa」と「浸入水b」があった場合には、最上位の評価「管のクラックa」のみをカウントする）。

（注２）・破損aかつ偏平bランク以上が同時にあった場合、既に管体材料は降伏していると判断し、不良発生率による判定とは別にスパン評価をAラン
クとする。
・継手ズレaランクが1箇所以上ある場合、周辺地山の管内への流入による道路陥没等、社会的影響の大きい不具合が想定されることから、不良発生率による判定とは別にスパン評価をAランクとする。

図－３ 塩化ビニル管を対象とした緊急度判定基準
緊急度は、対策が必要とされたスパンについて、その補修などの時期を定めるものであり、スパン全体の 3 つの評価項目（管の腐食、上下方向のたるみ、管 1 本ごとの評価から算定する不良発生率）における各ランクの数

3

から判定される。ただし、塩化ビニル管に関しては管の腐食は該当しないため、2 つの評価項目となる。
本研究では、塩化ビニル管の改築事業量を予測するために用いる健全率予測式を「下水道維持管理指針 実務編-2014 年版-」2)に反映された新たな基準に基づいて作成することを目的としている。剛性管を対象にした健全率
曲線は経過年数ごとの緊急度の割合を関数式に当てはめたものである。塩化ビニル管の場合、剛性管に比べデー
タ数が少なく同じ方法では回帰式が成立しない。そのため、塩化ビニル管に発生する異常の傾向を把握し、緊急度に影響の大きい変数を絞り込み関数式に取り込むことにより、より精度の高い健全率曲線の作成を目的とする。
３．研究方法
健全率予測式は、管きょ全体の（マクロ的な）劣化状態の進行状況を、確率予測モデルを通じた統計的な手法
を用いて表したものである。下水道管きょにおいては、マンホールの間に布設する全管体を 1 単位（以降、「スパン」）として、1 スパンごとに緊急度を劣化の度合いが高い順にⅠ・Ⅱ・Ⅲ・劣化なしの 4 段階に区分し、判定している。また、緊急度は 1 スパン内に発生している異常項目および異常発生箇所数により決まる。健全率予測式
は、各緊急度が発生する割合の推移を表す任意の関数式で示され、この任意の関数式の変数を適切に設定することが、精度の高い健全率予測式の作成において重要と考える。そこで、下記の方法に基づき検討を行った。
３．１ 異常項目と各種管属性の関連性の把握
健全率予測式の変数を適切に選択するためには、異常の発生に影響を与えている各種管属性を変数とし考慮する必要がある。そこで、異常項目の発生箇所数と関係性が強い管属性を把握するため、管属性（管径、経過年数、土被り、スパン長）別に異常項目ごとの 1km 当たりの発生箇所数を整理することで、管属性と異常発生箇所数との間の一様な線形性の有無を確認した。
３．２ 緊急度と異常項目の関連性の把握
前述の通り、健全率予測式は各緊急度が発生する割合の推移を表す任意の関数式である。そのため、各緊急度が発生する割合の推移を把握するためには、まず、緊急度を決定する要因（以下、「緊急度決定要因」）を把握する必要がある。次に、その緊急度決定要因と関わりの強い異常項目ランクを把握することで、３．１で示す検討を踏まえ、健全率予測式の変数として考慮すべき管属性を絞り込むことができると考える。本検討では、「寄与率」という考えを用いて、緊急度決定要因に対して影響が強い異常項目ランクを確認した。以下に「寄与率」の定義を示す。
（１） 緊急度決定要因別の緊急度への寄与率
緊急度決定要因としては、公益社団法人日本下水道協会「下水道維持管理指針（実務編）-2014 年版-」に示すとおり、上下方向のたるみ（A、B、C）と不良発生率（A、B、C）がある。緊急度決定要因別に緊急度ごとのスパン数を集計し、寄与率を求めることにより、緊急度を決定する主な要因を把握する。なお、寄与率は下式の通りとする。

（２） 異常項目ランク別の緊急度判定への寄与率
緊急度決定要因の一つである不良発生率は、破損、クラック、継手ズレ、浸入水、取付け管の突出し、油脂の付着、木根侵入、モルタル付着、変形、偏平の異常項目の発生割合により算出される。そこで、異常項目ランク
別に緊急度ごとのスパン数を集計し、寄与率を求めることにより、緊急度に関与する主な異常項目およびランクを把握する。なお、寄与率は下式の通りとする。

4４．研究結果
４．１ 異常項目と各種管属性の関連性の把握
異常項目ごとの異常発生箇所数/km を各種管属性（管径、経過年数、スパン長、土被り）別に整理した結果を
図－４～図－５に示す。異常項目ごとの異常発生箇所数/km は、各種管属性により傾向が異なっており、偏平は管径が大きいほど、また、土被りが大きいほど 1km あたりの異常発生箇所数が増加する傾向が見られた。これは、埋設強度計算においては管径が小さい方がたわみに対して強く、理論と TV カメラ調査の実態との整合がとれていると考える。また、土被りが大きいほど土圧が大きいため偏平しやすくなると考える。これより、緊急度を決める要因となる異常と各管属性との関連性を適切に把握し、健全率予測式に関わる変数を設定する必要性があると言える。
1kmあたりの異常箇発生箇所数(箇所数/km)

1kmあたりの異常発生箇所数(箇所数/ｋｍ)

14

12
10
8
6
4
2
0

12
10
8
6
4
2
0

破損

クラック

継手ズレ

浸入水

150

異常項目
200

木根侵入

変形

偏平

破損

クラック

250

継手ズレ

10年未満

浸入水
異常項目

10-20年木根侵入

20-30年

変形

偏平

変形

偏平

30-40年

1km あたりの異常発生箇所数(箇所数/km)

1km あたりの異常発生箇所数(箇所数/km)

図－４ 管径と異常発生箇所数/km（左図）、経過年数と異常発生箇所数/km（右図）

45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
破損

クラック

継手ズレ

1m未満

1-2m

浸入水
異常項目

木根侵入

2-3m

4m以上

3-4m

変形

16
14
12
10
8
6
4
2
0
破損

偏平

クラック

継手ズレ

浸入水

木根侵入

異常項目
0-10m

10-20m20-30m30-40m40-50m50-60m

60m以上

図－５ 土被りと異常発生箇所数/km（左図）、スパン長と異常発生箇所数/km（右図）

４．２ 緊急度と異常項目の関連性の把握
60（１）緊急度決定要因別の緊急度への寄与率

50

緊急度Ⅱおよび緊急度Ⅲ決定要因ごとの寄与率を図

40
寄与率（%）－６に示す。緊急度Ⅰについては、標本数が少ないため対象外とした。

30

緊急度Ⅱの主な決定要因は、不良発生率 A であり、

20

約 64％の寄与率である（たるみ B+不良発生率 A：2.3％、

10

たるみ C+不良発生率 A：13.1％、不良発生率 A：48.9％）。

0

なお、たるみ A の割合は約 29％（たるみ A+不良発生
緊急度決定要因率 B：5.4％、たるみ A+不良発生率 C：3.6％、たるみ

緊急度Ⅱと診断する場合の寄与率（%）

A：19.9％）である。

緊急度Ⅲと診断する場合の寄与率（%）

図－６ 緊急度決定要因別緊急度ごとの寄与率

5

緊急度Ⅲ決定要因に関しては、たるみ B または C の寄与率は約 65％であり（たるみ B＋不良発生率 C：1.5%、
たるみ C+不良発生率 B：11.5％、たるみ C+不良発生率 C：5.5％、たるみ B：7.5％、たるみ C：38.9％）、また、不良発生率 B または C の寄与率は約 54％である（たるみ B＋不良発生率 C：1.5%、
たるみ C+不良発生率 B：11.5％、たるみ C+不良発生率 C：5.5％、不良発生率 B：21.0％、不良発生率 C：14.1％）。
緊急度Ⅱに関しては、不良発生率 A に関わる異常項目の緊急度Ⅱへの寄与率について検討し、４．１の検討結果を踏まえて寄与率の高い異常項目と管属性を把握することで、健全率予測式の変数を適切に選択することできると考える。緊急度Ⅲに関しては、たるみ B または C と不良発生率 B または C が同等に影響しているため、緊急度Ⅲの健全率に影響する管属性を把握する際には、緊急度決定要因ごとに分類し検討する必要がある。次節（２）においては、不良発生率 A に関わる異常項目の緊急度Ⅱへの寄与率について検討結果を示す。
（２）異常項目ランク別の緊急度への寄与率
40

緊急度Ⅱと診断する場合の異常項目ラン35

ク別の寄与率を図－７に示す。寄与率上位 3であった。緊急度Ⅱの主な決定要因は、不良発生率 A であることから、緊急度Ⅱと管属性の関係について検討する際には、４．１で検寄与率（%）

つは、上から順に偏平 b、破損 a、浸入水 b

30
25
20
15
10
5
0

討した偏平、破損、浸入水と管属性の関係を考慮する必要があると考える。

異常項目
緊急度Ⅱと診断する場合の寄与率（%）

図－７ 異常項目ランク別緊急度ごとの寄与率
５．まとめ
本研究では、新たな基準に基づき、異常項目と各種管属性との関連性、緊急度と異常項目の関連性を分析する
ことにより、健全率予測式に関わる変数について検討した。
本検討は、緊急度Ⅱを対象として検討を進めた。緊急度Ⅱの主な決定要因は不良発生率 A であることが分かった。また、不良発生率 A は異常項目の発生割合により算出されるため、緊急度Ⅱへの各異常項目ランク別の寄与率を把握した。その結果、寄与率上位 3 つは、上から順に偏平 b、破損 a、浸入水 b であり、これらの異常が、緊急度Ⅱに対して影響を与える主な異常項目であると分かった。
これより、緊急度Ⅱの健全率予測式に関わる変数には、偏平 b、破損 a、浸入水 b の異常発生箇所数/km と関連性のある管属性を候補とすることで健全率予測式の精度が向上すると考える。また、４．１の結果から、偏平は管径、経過年数、土被りと線形的な関係があると考えられ、破損は管径、土被り、スパン長と線形的な間係があると考えられ、浸入水は土被り、スパン長と線形的な間係があると考えられる。
以上より、緊急度Ⅱの健全率予測式に関わる変数には、管径、経過年数、土被り、スパン長を候補として関数式を作成することで、健全率予測式による改築需要の予測値の精度が向上すると考えられる。
なお、発生数が少ないため本検討の対象外とした緊急度Ⅰに関しては、さらに標本数を増やし検討する必要がある。また緊急度Ⅲに関しては、緊急度Ⅲの主な決定要因が複数あり、緊急度Ⅲの健全率予測式に関わる変数は複雑化すると考える。緊急度Ⅲ決定要因別に分類し、さらなる検討が必要と考える。
【参考文献】，公益社団法人日本下水道協会．
1)（2003）『下水道維持管理指針 前編-2003 年版-』
2）（2014）『下水道維持管理指針 実務編-2014 年版-』
，公益社団法人日本下水道協会．
3）賀屋・他（2014）「塩化ビニル管の視覚調査結果に対する判定基準および緊急度の診断基準の提案」,『下水道協会誌』,2015/Vol.52 No.628,p.103-114.

6

２. 効率的な都市雨水対策推進に関する調査
下水道研究室室

長 小川 文章主任研究官 松浦 達郎
１．はじめに近年、日本各地において 1 時間降水量 50mm 以上の豪雨、さらには 10 分間程度の短時間に集中する豪雨が頻繁に発生するようになっている。豪雨の発生頻度が高まる中、都市化の進展に伴う雨水の貯留浸透能力低下や、地下空間利用の発達に伴う浸水被害ポテンシャルの増大等が懸念されており、各都市は限られた財源の中で、効率的かつ効果的に都市雨水対策を進めていく必要がある。
平成 26 年度は、各都市における効率的かつ効果的な都市雨水対策を推進するため、以下の調査内容を実施した。
 降雨特性を考慮した降雨強度式の試算と既存計画の雨水排除能力の分析 落葉等による排水能力低下を低減する改良型雨水桝の排水性能等の評価
２．降雨特性を考慮した降雨強度式の試算と既存計画の雨水排除能力の分析
一般に都市部において浸水被害を発生させる降雨には、台風・梅雨等による豪雨やゲリラ豪雨等があり、これらは継続時間や降雨強度等の特性が異なる。効率的に浸水対策を進めるためには、降雨特性の違いによる影響を考慮し、現計画での弱部を優先的に対応していくことが重要である。しかし、現在の雨水管理計画の中では、降雨特性の違いを必ずしも反映できていないため、発生要因に対する現計画の能力や安全性を把握することは困難である。さらに近年では、過去と比べて降雨の状況が変化している可能性も指摘されている 1)。そこで、気候や人口規模等が異なる複数の都市を対象として、降雨の発生要因別や近年までの降雨データを考慮して試算した降雨強度式と現在用いられている計画降雨強度式を比較・分析することにより、現計画の能力を把握し、現在の降雨に対する安全性について検討した。
（１）調査方法
全国から気候区分 2)や人口規模が異なる 29 都市を選定し、各都市で用いられている計画降雨強度式（以下「既存計画」）と、その作成に用いた降雨データを収集するとともに、作成時の統計対象期間内の降雨について降雨の発生要因を整理し、発生要因毎の降雨強度式（以下「要因別降雨強度式」）を作成した。さらに、2013 年までの降雨データを含めた降雨強度式（以下「近年降雨強度式」）を作成した。次に、既存計画と作成した要因別降雨強度式、近年降雨強度式を各々比較することにより、既存計画の能力や特徴について分析し、現在の降雨状況に対する既存計画の安全性について検討した。
1)要因別降雨強度式の作成
各都市の雨水管理計画策定時に用いられた降雨データを基に、同じ観測地点・統計期間における降雨について、天気図等の資料に基づき降雨要因を雷雨性と台風性に分類するとともに、降雨要因毎に既存計画と同様の手法で降雨強度式を作成し、既存計画との比較を行った。
2)近年降雨強度式の作成
各都市の既存計画作成時に用いられた統計期間に、同じ観測地点で 2013 年末までに観測された降雨データを加え、既存計画と同様の手法で降雨強度式を作成し、既存計画との比較を行った。
3)要因別降雨強度式等に対する既存計画の能力の評価
要因別降雨強度式、及び近年降雨強度式が既存計画をどの程度上回っているのかを示す指標として、以下に

7

示す式により余裕度を算定し、既存計画の能力評価を試みた。具体的には、各降雨強度式による 5～120 分の降
雨強度について余裕度を算定し、最も小さい値を既存計画の余裕度とした。
・要因別降雨強度式に対する余裕度(%)＝（既存計画による降雨強度－要因別降雨強度式による降雨強度）÷既
存計画による降雨強度×100
・近年降雨強度式に対する余裕度(%) ＝（既存計画による降雨強度－近年降雨強度式による降雨強度）÷既存計画による降雨強度×100（２）調査結果
1)要因別降雨強度式による既存計画の能力の確認
要因別降雨強度式と既存計画との比較結果の一例を図-1 に示す。図-1(a)は、雷雨性、台風性がともに既存計画よりも下回っている一方、図-1（b）及び(c)は、雷雨性、台風性の要因別降雨強度式が既存計画を上回っている部分がある。
図-1(b)は、降雨継続時間 60 分以下の部分で雷雨性が既存計画を上回っており、特に 30 分以下ではその傾向が顕著である。また、図-1(c)は、降雨継続時間 50 分以上の部分で台風性が既存計画を上回っている。これらのように、要因別降雨強度式が既存計画を上回っている部分については、該当する施設の各要因に対する能力が不足している可能性があることから、対象施設の能力について再確認する必要があると考えられる。
180

160
140

120

降雨強度（mm/時）

100
80
60
40
20

140

100
80
60
40

0

30

60
90
降雨継続時間（分）120(a)雷雨性・台風性降雨が下回る

120
100
80
60
40
20

20

0

既存計画
雷雨性
台風性

160

120

0

0
0

30

60
90
降雨継続時間（分）0120(b)雷雨性降雨が上回る

30

60
90
降雨継続時間（分）120(c)台風性降雨が上回る

図-1 既存計画と要因別降雨強度式の比較例
次に、29 都市における要因別降雨強度式と既存

14

既存計画との関係について分類した結果を図-2 に12

分類示す。なお今回は、余裕度 10%を基準として分類

10

を行った。

8

①
②
③
④

降雨要因毎の余裕度
雷雨性
台風性
10%以上 10%以上
10%以上 10%未満
10%未満 10%以上
10%未満 10%未満①②

雷雨性・台風性がともに既存計画を下回り比較

都市数

降雨強度（mm/時）

140

既存計画
雷雨性
台風性
降雨強度（mm/時）

160

180

180

既存計画
雷雨性
台風性

6

的余裕度が大きい①に該当する都市は 2 割弱であ4り、それ以外の約 8 割の都市については、いずれ2かの要因若しくは両方について余裕度が小さい結0果となった。

分類③④

図-2 降雨要因に対する余裕度の分類結果

2)近年降雨強度式による都市における降雨の変化
状況の整理

近年降雨強度式と既存計画との比較結果の一例を図-3 に示す。図-3(a)は近年降雨強度式に対する既存計画の8

余裕度が、全ての降雨継続時間において

180

180
既存計画
近年降雨

160

とんど差は無く、計画策定時点と現在の

140

140

降雨状況に大きな変化が無いと考えられ

120

120

存計画を上回っており、特に降雨継続時
間が短いほどその傾向が顕著であることから、計画策定時と比べて、近年は雷雨
性のような降雨が増加している事が考え

100

100

80
60
40
20

80
60
40
20

0

0
0

られる。

既存計画
近年降雨

160

降雨強度（mm/時）

る。一方、図-3(b)は近年降雨強度式が既

降雨強度（mm/時）

0～5%の範囲であることから、両者にほ次に、29 都市における近年降雨強度式

30

60
90
降雨継続時間（分）120(a) 近年降雨と同程度に対する既存計画の余裕度について算定し、

0

30

60
90
降雨継続時間（分）120(b)近年降雨が上回る

図-3 既存計画と近年降雨強度式の比較例

余裕度が 0%未満を既存計画よりも大きい、0%以上を同程度と分類した結果を図-4 に示す。既存計画より大きく大きくなる都市は約 8 割となり、計画策定時よりも降雨強度が増加している都市が多いことが確認できた。
雷雨性降雨に対する余裕度（%)

25

都市数

20
15
10
5
0
既存計画より大きい

既存計画と同程度

25

領域②

既存計画より大きい
既存計画と同程度

15
10
5
0

領域④

-5
-5

図-4 近年降雨強度式に対する余裕度の分類結果

領域①

20

0

5

領域③
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
台風性降雨に対する余裕度(%)

図-5 降雨要因別余裕度と降雨の変化状況の関係

3)現在の降雨状況に対する既存計画の安全性の分析1)）及び 2)で整理した結果より、現在の降雨状況に対する既存計画の安全性について評価を試みた。各都市における降雨要因毎の余裕度と降雨の変化状況の関係を整理した結果を図-5 に示す。図-5 は、各降雨要因に対する余裕度により区分される①～④までの領域と、近年降雨強度式に対する余裕度によって区分される記号によって、既存計画の安全性の評価を試みたものである。この図より、最も安全性が高いのは雷雨性・台風性がともに既存計画より下回り比較的余裕度が高い領域①に位置し、且つ近年降雨強度式が既存計画と同程度である●の都市であり、逆に最も安全性が低いのは、雷雨性・台風性両者に対する余裕度が小さい領域④に位置し、且つ×の都市と考えられる。今回、最も安全性が低い分類には 4 都市が該当する結果となったが、この分類に該当する都市については、近年の降雨状況や既存施設の能力を確認する等、既存計画の点検を検討すべきと考えられる。
３．落葉等による排水能力低下を低減する改良型雨水桝の排水性能等の調査
道路冠水発生の原因の一つとして、管路の能力には余裕があっても雨水桝内部への落葉等の堆積によって下水管内への雨水流入が阻害されている場合がある。雨水桝による道路冠水の発生頻度軽減に向けた方策を検討する
ため、落葉等の堆積による排水能力低下対策として、雨水桝内をインバート化した改良型雨水桝の排水性能等について室内実験を行った。

9

（１）改良型雨水桝の排水性能に関する調査
図-6 に示す実験装置を用いて、雨水を想定した水（以下「想定雨水」）とともに落葉を一定量流下させた場合における雨水桝内の堆積状況や雨水桝からの流出状況について、従来型雨水桝と立掛け型インバート（H 社製）
を桝内に設置した雨水桝（以下「改良型雨水桝」）（写真）による比較実験を行った。雨水桝内への想定雨水の流入条件は表-1 に示すとおりであり、各条件における 30 分間の雨水桝内の落葉の堆積量、及び雨水桝内からの排水量を計測した。流入させる落葉は湿潤状態 1.0kg のイチョウを使用し、雨水桝の上流 6ｍの範囲に事前に 0.5kg
をエプロン部に均等に敷き詰めるとともに、2 分毎に 1kg を追加投入し、計 15.5kg を流入させた。また、雨水桝
内は取付管口（泥だめ部分）まで落葉が堆積した状態とした。
○側溝エプロン部(幅0.5m,横断勾配6%)○桝までの距離流速が安定する通水幅0.5mの10倍以上（6m)を確保○流出装置(三角堰)：写真5
流量100mm／hrで設置間距離30ｍまでの対応が可能。

表-1 流入条件
流入量
換算降雨強度（ℓ/s）（mm/h）
0.4
10
2.6
60
4.3
100

○桝設置部
(排水部)
○縦断勾配は変動可○路面部(幅1m,横断勾配2%)

桝蓋未装着

雨水桝
（角桝）
図4・7

泥だめ
150mm

従来型雨水桝（模型）

立掛け型インバート

取付管（φ150）
排水量測定（三角堰）：写真6

取付管

取
付
管
方
向

従来型雨水桝内径：350㎜×550㎜×620㎜ 取付け管へ向けて立掛け、雨水・落葉・（高さ）、泥だめH=150㎜、管口径φ150 枝をスムーズに取付け管に取込む構造。

図-6 実験装置

写真 使用した雨水桝

実験結果を表-2 に示す。排水量については、全ての実験条件において 95%以上の排水率となっており、従来型・改良型の間に顕著な差は認められなかった。堆積量についても流入量 2.6ℓ/s 以上の場合は、桝内に流入する水の勢いにより落葉が排出されるためほとんど堆積せず、従来型と改良型の差は確認できなかった。但し、0.4ℓ/s の場合は、改良型の堆積率が 10%であるのに対して、従来型は 97%であり、図-7 に示すとおり、0.4ℓ/s の条件における堆積状況は、従来型と比べて改良型では大幅に軽減されていることが確認できた。

0.4
2.6
4.3

雨水桝
従来型
改良型
従来型
改良型
従来型
改良型

総流入量 総排水量
（ℓ）
（ℓ）
708
671
708
678
4,602
4,478
4,602
4,462
7,611
7,527
7,611
7,544

排水率
（%）
95%
96%
97%
97%
99%
99%

堆積量
（kg）
15.0
1.6
0.0
0.7
0.0
0.0

堆積率
（%)
97%
10%
0%
5%
0%
0%

落葉堆積量(kg)表-2 実験結果
流入量
（ℓ/s）

5
10
15
落葉堆積量（インバート型）
落葉堆積量（従来型）
排水量（インバート型）
排水量（従来型）
流入量

20

25

0.60

10

0.40

5

0.20

0

以上の結果から、雨水桝内における落葉の堆積傾向は、降

0.00

0

5

10

15
20
経過時間(min)25

30

図-7 排水量及び堆積量の比較（0.4ℓ/s）

10

流量（ℓ/s）

015

雨強度により異なることが分かった。つまり、降雨強度が強く雨水桝に流入する水の勢いが強ければ、落葉も水の勢いとともに排出され堆積しづらいが、降雨強度が弱いと排出されにくくなり、堆積が進行すると考えられる。
一般に、降雨強度が弱い降雨の方が発生頻度は高いと考えられるため、適切な維持管理が実施されない場合は、
雨水桝内の堆積は進行する事例が多いと推察される。また、改良型はこのような維持管理の頻度・手間、及び堆積の進行を軽減できると考えられる。
（２）雨水桝内の堆積状況が排水性能に与える影響の調査
図-6 に示す実験装置を用いて、想定雨水流入前の桝内の堆積状況の違いによる排水性能への影響について実験により調査を行った。雨水桝内への流入量、及び落葉の投入条件・計測内容は（１）と同様とし、想定雨水流入
前の堆積条件は図-8 に示すとおり、実験開始時点における取付管の閉塞率を変化させ再現した。
実験結果を表-3、及び図-9 に示す。なお

閉塞なし

表-3 の「溢水時間」とは、落葉が取付管口

30％閉塞

60％閉塞

90％閉塞

落葉

落葉

落葉

取付管

周辺に堆積したことにより、取付管からの閉塞率

排水が間に合わず雨水桝上部から水が溢れ落葉出した実験条件において、実験開始から溢図-8 雨水桝内の堆積条件

水が発生した時点までの経過時間であり、

表-3 実験結果

この場合は、溢水が発生した時点で実験を終了した。
流入量
（ℓ/s）

閉塞率 0%の場合は、（１）で示したとおり流入量に関係なく 95%以上の排出率であり、流入条件によ0.4

る顕著な差は確認できなかった。また、流入量 0.4ℓ/s
における閉塞率 30 及び 60%の条件においても、90%2.6以上の排水率であり、堆積条件の違いによる排水量の顕著な差は確認できなかった。但し、流入量 0.4ℓ/s
における閉塞率 0～60%の条件では、実験後の閉塞

4.3

率が当初よりも各々30%程度増加していることから、

閉塞率
（当初）
0%
30%
60%
90%
0%
30%
60%
90%
0%
30%
60%
90%

閉塞率 総流入量 総排水量
（実験後）
（ℓ）
（ℓ）
31%
708
671
59%
708
667
91%
708
651
100%
604
451
4,602
4,468
100%
286
180
100%
78
2
100%
35
0
0%
7,611
7,527
100%
215
57
100%
57
1
100%
57
0

排水率

溢水時間
(秒）
95% 溢水無94% 溢水無92% 溢水無75%
1560
97% 溢水無
63%
160
3%
66
1%
60
99% 溢水無
27%
88
2%
48
0%
45

（１）に示したとおり、堆積条件の違いによる排水量の差は認められないものの、雨水桝内部の堆積は確実に進行することが確認できた。またこれら以外の条件、2.6ℓ/s 以上の流入量且つ閉塞率 30%以上、及び流入量 0.4ℓ/s・
閉塞率 90%の場合は、いずれも実験途中で雨水桝上部から溢水した。溢水の原因は、いずれの場合も堆積により落葉が取付管口を塞いだ結果、排水量が著しく低下したためである。以上より想定雨水流入前の取付管の閉塞状
況と降雨強度が、雨水桝の排水能力に大きく影響していることが確認できた。つまり、降雨開始時点の閉塞率が高く、且つ降雨強度が強いほど雨水桝からの溢水の危険性が高くなることを示唆していると考えられる。
閉塞なし
60%閉塞
流入量

閉塞なし
60%閉塞
流入量

4.0
流量(ℓ/s)

流量(ℓ/s)

4.0

5.0

30%閉塞
90%閉塞

3.0
2.0
1.0
0.0

5.0

30%閉塞
90%閉塞

4.0
流量(ℓ/s)

5.0

3.0

5

10

15
20
時間(min)

25

30

3.0

2.0

2.0

1.0

1.0

0.0

0

閉塞なし
60%閉塞
流入量

30%閉塞
90%閉塞

0.0

0

5

10

15
20
時間(min)

25

30

0

5

10

15
20
時間(min)25

図 9 排水能力の比較結果（左：流出量 0.4ℓ/s、中央：流出量 2.6ℓ/s、右：流出量 4.3ℓ/s）

11

30

（１）
（２）の結果から、一般に発生頻度が高い、降雨強度 10mm/h 程度の降雨によって、落葉による雨水桝内
の堆積は確実に進行すると考えられるため、雨水桝の排水性能を低下させないためには、適切な維持管理により少なくとも取付管を閉塞させない程度の状態を維持することが重要である。
また改良型雨水桝は、雨水桝内の堆積の進行を抑制することにより、維持管理の頻度や手間を軽減するとともに、堆積による排水性能低下に対する影響を軽減できると考えられるため、改良型雨水桝の導入によって道路冠
水発生頻度の低下が期待できる。
４．まとめ
平成 26 年度は、降雨要因別降雨強度式を作成した上で、既存計画と比較することにより、既存計画の雨水排除能力の分析を行ったほか、道路冠水発生の一因となっている落葉等による排水能力低下を低減する方策について検討した。本調査で得られた成果は、下水道施設設計・設計指針の中で、雨水管理計画策定のための基礎情報として活用するとともに、各自治体が効果的な都市雨水対策を検討するための資料として活用可能であると考えている。
参考文献
1) 気象庁ホームページ：http://www.jma.go.jp/jma/kishou/info/heavyraintrend.html
2) 関口武：日本の気候区分、東京教育大学地理学研究 報告 3、1959

12

３. 適正な汚水処理方法可能性(FS)に関する検討
下水道研究官
下水道研究室榊原
室隆

長 小川 文章主任研究官 深谷渉

１．はじめに
平成 25 年度末現在の汚水処理人口普及率は 89%となっており、残り約 1400 万人に対しては下水道、農業集落
排水施設、合併処理浄化槽等の汚水処理施設が依然として未整備である。下水道整備水準は地域間格差が顕著で、特に普及の遅れている中小市町村では、人口減少、高齢化の進展による生活構造の変化や厳しい財政事情等により、下水道整備を進める上において様々な課題が発生している。そこで、国土交通省では、中小市町村の状況に応じた年当たりの投資可能額を設定し、新しい整備手法の活用も検討した上で、下水道運営手法を検討する「コストキャップ型下水道」調査を平成 24 年度に開始した。
平成 24 年度は、愛知県知多郡美浜町との共同研究で、①低コスト型の下水道整備手法及び維持管理手法（以下、
低コスト手法）に関する情報収集・整理、②美浜町における下水道整備・維持管理シナリオの作成、③現時点で町が想定する可能投資額を踏まえた下水道経営収支の試算を実施した。
平成 25 年度は、平成 24 年度に実施した検討ケースとは異なるケースとして、水洗化率や使用料単価等を変化させたケース等の下水道経営収支を試算し、各ケースにおける町負担額や整備期間等を比較・整理するとともに、低コスト手法の適用による環境影響を評価した。
平成 26 年度は、下水道整備後の下水道への接続に関して、接続率の低下が下水道経営に及ぼす影響の把握と接続率向上施策事例の収集を行った。また、平成 24 年度～平成 25 年度に得られた美浜町モデルの成果を水平展開
すべく、コストキャップ型下水道計画の考え方を導入しようするモデル都市に対する技術的支援（助言）及び、
コストキャップ型下水道計画の策定方法に関するガイドライン案を作成した。
２．下水道接続率の低下要因と経営への影響
コストキャップ型下水道は、低コストの下水道整備を行うだけでなく、その後の健全な下水道経営を実現する
ことが最終的な目標である。目標達成には、市民が下水道への接続を遅滞なく行うことが必要不可欠であるが、供用開始初期の接続率は低調であるのが現実であり、経費回収率の低下や処理原価の上昇の一因となっている。
このため、目標達成の一助とすべく、下水道への接続が進まない要因分析及び経営に与える影響について検討した。供用開始初期の接続率低迷による経営への影響を分析するとともに、接続率向上施策（例：広報方法・回数・広報専門員数、使用料割引、排水設備助成等）の最適な適用期間や適用条件等を明らかにするための導入効
果分析を行う。
供用開始初期の接続率低迷による経営への影響及び接続率向上施策の導入効果の分析については、経営指標（経費回収率、一般会計繰入額など）を用いて、接続率向上施策による指標の変化度合いを比較するとともに、施策
適用時における課題・条件を既接続住民との公平性担保、法的視点といった多角的視点での整理を行う。
２．１ 下水道接続率の現状
平成 24 年度末の各事業体における接続率（＝水洗化人口／処理区域内人口）の状況を図－1 に示す。
全国平均では、人口平均（=各事業体の水洗化人口合計／各事業体の処理区域内人口合計）で約 93％、事業体平13

均（各事業体の接続率の平均）で 81％となっている。総じて、行政規模が小さい事業体で、接続率が低い傾向がみられ、特に中小市町村においては、整備途上の影響もあるが、接続率の低迷が顕著に表れている。

全国人口平均 93％

全国人口平均 93％

全国事業体平均 81％

全国事業体平均 81％

拡大

資料：H24 地方公営企業年鑑（総務省）をもとに作成

図-１ 平成 24 年度末の各事業体における接続率
２．２ 接続率に影響を与える要因分析
接続率の推移に対して影響を与えると考えられる項目（表－1）を文献やブレーンストーミングにて抽出し、接続率との関係性を把握した。
表－１ 接続率への影響が想定される項目一覧
影響因子①下水道整備に関する状況②都市化に関する状況③自治体財政・組織状況④人口・世帯構成の状況⑤家屋に関する状況⑥家計に関する状況⑦下水道負担に関する状況⑧浄化槽に関する状況⑨周辺環境に関する状況

分析項目
供用開始後年数、整備進捗率
行政面積に占める用途地域面積の割合、都市計画指定区域面積に占める用途地域面
積の割合、可住地面積 1km2 当たり人口密度、総人口に占める人口集中地区人口の割合、住宅地評価額
財政力指数、職員１人あたり処理区域内人口、損益勘定所属職員１人あたり処理区
域内人口
人口増減率、高齢化率、高齢者のみの世帯率、父子又は母子世帯率、世帯人員、高齢者
持ち家比率、１住宅当たりの敷地面積、平成 20 年 9 月以前建築家屋のうち昭和 55
年以前の建築家屋の割合、平成 20 年 9 月以前建築家屋のうち昭和 45 年以前の建築
家屋の割合
課税対象所得（納税義務者１人当たり）、完全失業率3
一般家庭用使用料金（20m /月あたり）、受益者負担金（m2 当たり単価）
浄化槽人口割合、浄化槽法定検査実施率
閉鎖性水域の該当有無

上記項目に対して、接続率との相関分析を行った。なお、項目により最新データ入手年度が異なる。傾向把握には大きな影響がないものと想定されるが、その点に留意されたい。相関分析の結果、決定係数 0.1 以上（相関係数概ね 0.3 以上）となった項目を表－2 に示す。結果をみると、供用開始後年数及び浄化槽人口割合が、接続率との相関が比較的高い結果となった。その他、都市化に関する項目、自治体組織状況、家屋に関する項目、家計に関する項目において、決定係数 R2 が 0.1 以上となる項目がみられた。なお、持ち家比率については負の相関、職員１人あたりの処理区域内人口については正の相関と、分析項目抽出時の想定傾向とは逆の傾向となった。これは、事業体単位での比較を行っており、接続率が高い大規模都市（都市部）よりも接続率が低い中小都市（地方14部）の持ち家比率の方が大きい、大規模都市の方が職員１人あたりの処理区域内人口が小さいことも要因の一つと考えられる。なお、既往調査等においては、高齢化世帯や経済的理由（負担）についても、未接続理由として言及されている。事業体毎のデータを用いた本結果においては、高い相関が得られていないが、既往文献によるアンケート調査（下水道接続意向調査）をもとにした分析結果では、高齢化世帯や下水道に対する財政的な負担が接続を選択する際に影響していることが示唆されている。
表－２ 接続率との相関が高い項目
相関度合
決定係数 R2=0.25 以上（相関係数 R≧0.5）
決定係数 R2=0.15 以上（相関係数 R≧0.4）

決定係数 R2=0.10 以上（相関係数 R≧0.3）

接続率に対する正負の関係（相関上位順）（＋）正の相関（－）負の相関①供用開始後年数②浄化槽人口割合④職員１人あたり処理区域内人口⑤総人口に占める人口集中地区人口の割合⑦課税対象所得（納税義務者１人当たり）③平成 20 年 9 月以前建築家屋のうち昭和 45 年以前建築家屋の割合⑥平成 20 年 9 月以前建築家屋のう
ち昭和 55 年以前建築家屋の割合⑧１住宅当たりの延べ面積⑨持ち家比率⑩都市計画指定区域面積に占める用途地域面積の割合⑪損益勘定所属職員１人あたり処理区域内人口⑫可住地面積１k ㎡当たり人口密度⑬行政面積に占める用途地域面積の割合⑭整備進捗率⑮財政力指数※数値①～⑮は、相関が高い順位を示す

２．３ 接続率低迷が経営に与える影響（１）接続率と経費回収率の関係
接続率が低迷した場合、予定していた水量が流入しないことから、当初見込まれた使用料収入が得られないこと（経費回収率の低迷＝一般会計繰入額からの負担）が想定される。図－2 に使用料単価別の接続率と経費回収率の関係を、図－3 に汚水処理原価別の接続率と経費回収率の関係を示す。

図－２使用料単価別の接続率と経費回収率の関係 図－３汚水処理原価別の接続率と経費回収率の関係
使用料単価の設定にも左右されるが、接続率が大きくなれば、経費回収率については、高くなる傾向を示す。
また、接続率が大きいほど、汚水処理原価が低い事業体の割合が多くなる傾向がみられる。接続率の伸びが鈍化傾向にある事業体の多くについては、経費回収率も鈍化傾向にある。

15

接続率と晴天時最大稼働率との関係を図－4 に、接続率及び晴天時最大稼働率と汚水処理原価との関係を図－5 に示す。接続率が低迷すると、想定していた処理場施設能力分の水量が流入しないことにな
り、処理施設の稼働率も低くなる。稼働率が低く、能力に対して処理水量が少ない場合、処理が非効率となり、汚水処理原価が高くなる。
以上より、接続率向上については、収入増の観点のみならず、有する施設の稼働率を高め、効率的な処理が行われることとなり、支出改善の面からも重要といえる。
資料：H24 地方公営企業年鑑（総務省）をもとに作成

図―４ 接続率と晴天時最大稼働率の関係※1000 円/ｍ3 以上はデータが少ないため非表示。

資料：H24 地方公営企業年鑑（総務省）をもとに作成

図－５ 接続率及び晴天時最大稼働率と汚水処理原価との関係（左：接続率 右：晴天時最大稼働率）（２）シミュレーションによる経営影響評価
１）接続率シナリオの設定
下水道法では、公共下水道が整備された場合、処理区域
内で汲み取り便所が設けられている建築物の所有者は、処理開始の日から 3 年以内に、水洗便所に改造することが義務づけられている。しかし現状においては、3 年で接続率 100％には至らない。こ
出典：下水道経営ハンドブック（平成 26 年）

こでは、複数の接続率推移シ
ナリオを設定した上で経営

図－６ 供用開始後経過年数と接続率の推移の関係

16

シミュレーションを行い、接続率の低下が下水道経営に及ぼす影響を評価する。
供用開始後の接続率の推移については、下水道経営ハンドブックに図－６の事例が報告されており、供用開始
後、毎年増加するが、ある程度年数が経過すると伸びが鈍化する傾向となる。
以上の実態を踏まえ、接続率推移シナリオとして下記ケースを設定する（図－７、図－８参照）。
■理想ケース
供用開始後 3 年で接続率 100％になるケース■接続遅延ケース
接続率の上限を 100％、80％、60％の 3 パターン、さらに各上限まで達する期間を 5 年、10 年、15 年の 3パターンを設定した上で、供用開始から上限に達する期間の接続率を直線で結んだパターン（パターン①）と、供用開始初年度の接続率を 50％とし 2 年目～上限を直線で結んだパターン（パターン②）を設定。

図－７ 接続率推移シナリオ（パターン①）

図－８ 接続率推移シナリオ（パターン②）
２）計算条件シミュレーションにおいては、建設終了後起債償還が終わるまでの期間（整備期間＋30 年）と対象に計算し、接続率以外の条件については、中規模都市を想定して表－3～表－5 のとおり設定した。

17

表－３ 計画規模及び整備期間の設定
項目

単位

設定値

備考

整備面積

ha

500

整備人口

人

25,000

計画水量

整備期間

人口密度

50 人/ha

日平均

m3/日

8,750

日平均汚水量原単位

0.35 m3/日・人

日最大

m3/日

11,250

日最大汚水量原単位

0.45 m3/日・人

処理場

年

2

当初に建設

年

10

2年目より建設

年目

3

管渠
供用開始

表－４ 建設費及び維持管理費の設定
項目
建設費

単位
管渠

処理場

設定値

備考

百万円

10,000

整備単価

20 百万円/ha

百万円/年

1,000

2年目から

10 年で建設

年間整備面積50 ha/年

年間整備人口2,500 人/年

百万円

3,881

費用関数（C=138,000×(Qd/1,000)

0.42

×(103.3/101.5))

C：処理場建設費（万円）
Qd：日最大汚水量（m3/日）
改築更新（機電）：

維持管理費

管渠

2,329 百万円を25年後に見込む

百万円/年

1,941

当初の

2 年で建設

百万円/年

6.0

管渠延長

100,000 m（=200m/ha）

維持管理単価60 円/m・年※整備途中においては、当該年度までの整備延長をもとに設定

処理場

百万円/年・ha

0.012

百万円/年

118

費用関数（C=2,860×(Qd/1,000)

0.58

×(103.3/101.5))

C：処理場維持管理費（万円/年）
Qd：日最大汚水量（m3/日）※提示値については、整備後水洗化率％の場合の値である※当該年度における流入水量をもとに設定

表－５ その他条件の設定
項目

設定値

補助対象率

0.6

建設費の財源内訳

国費：補助対象費×0.5
起債：充当率100％※受益者負担金は考慮しない

起債条件

償還方法

元利均等

償還期間

年

30

据置期間

年

5

利子率

％

2

地下水率
％
(日最大流入水量に対して）

15

使用料単価

円/m3

150

交付税措置

－

考慮しない

18

２）財政影響評価
評価にあたっては、接続率が与える経営指標として、一般会計繰入金及び経費回収率、汚水処理原価を用いた。
パターン①におけるシミュレーション結果より、一般会計繰入額（累計）と汚水処理原価（累計）については、
接続率低迷に対しての差が大きく、理想ケース（3 年で接続率 100％）に対して、上限 60％・上限までの期間 15年（ケース 3-c）では約 1.9 倍の差がみられた。どのケースも最終的な接続率を向上させること、上限までの期間を短縮することで、それぞれの指標の改善がみられる。なお、上限までの期間を 10 年（15 年→5 年）縮める場合
よりも接続率を 20％縮める方が改善効果は大きい結果となった。
パターン②は、パターン①と同様の傾向を示すが、初期に対する接続率設定（１年目 50％）を行っていることから、パターン①に比べて経営に与える影響は小さい。理想ケース（３年で接続率 100％）に対しての差が最も大
きいのは、一般会計繰入金（累計）に対する上限 60％上限までの期間 15 年のケース（ケース 3-c）で、約 1.8 倍となった。

表－６ 各指標に対する各ケースの比較(パターン①)
一般会計繰入金
年最大値

接続率ケース（百万円/年）

経費回収率

累計(41年間）
理想ケースに
対する比率

（百万円）

汚水処理原価累計(41年間）
理想ケースに対する比率

累計(41年間）
理想ケースに対する比率（％）（円/m3）

理想ケースに対する比率

理想（3年で100％)

263

－

5,590

－

69.8

－

214.8

－

実態（経営ハンドブックから設定）

311

1.18

7,515

1.34

58.4

0.84

256.7

1.20

上限まで5年

ケース1-a

263

1.00

5,874

1.05

68.1

0.98

220.1

1.02

上限100％ 上限まで10年

ケース1-b

265

1.01

6,600

1.18

63.7

0.91

235.3

1.10

上限まで15年

ケース1-c

327

1.25

7,335

1.31

59.2

0.85

253.5

1.18

上限まで5年

ケース2-a

326

1.24

7,896

1.41

56.0

0.80

267.8

1.25

上限80％ 上限まで10年

ケース2-b

326

1.24

8,459

1.51

52.3

0.75

286.7

1.34

上限まで15年

ケース2-c

370

1.41

9,029

1.62

48.5

0.69

309.2

1.44

上限まで5年

ケース3-a

387

1.47

9,866

1.76

43.3

0.62

346.3

1.61

上限60％ 上限まで10年

ケース3-b387

1.47

10,267

1.84

40.4

0.58

371.3

1.73

上限まで15年

ケース3-c411

1.57

10,675

1.91

37.4

0.54

401.0

1.87

表－７ 各指標に対する各ケースの比較(パターン②)
一般会計繰入金
年最大値

接続率ケース（百万円/年）

経費回収率

累計(41年間）
理想ケースに
対する比率

（百万円）

汚水処理原価累計(41年間）
理想ケースに対する比率

累計(41年間）
理想ケースに対する比率（％）（円/m3）

理想ケースに対する比率

理想（3年で100％)

263

－

5,519

－

70.3

－

213.4

－

実態（経営ハンドブックから設定）

311

1.18

7,515

1.36

58.4

0.83

256.7

1.20

上限まで5年

ケース1-a

263

1.00

5,667

1.03

69.4

0.99

216.1

1.01

上限100％ 上限まで10年

ケース1-b

263

1.00

6,047

1.10

67.2

0.96

223.3

1.05

上限まで15年

ケース1-c

284

1.08

6,432

1.17

64.9

0.92

231.2

1.08

上限まで5年

ケース2-a

326

1.24

7,669

1.39

57.5

0.82

260.8

1.22

上限80％ 上限まで10年

ケース2-b

326

1.24

7,893

1.43

56.1

0.80

267.3

1.25

上限まで15年

ケース2-c

326

1.24

8,120

1.47

54.7

0.78

274.3

1.28

上限まで5年

ケース3-a

387

1.47

9,622

1.74

45.1

0.64

332.5

1.56

上限60％ 上限まで10年

ケース3-b

387

1.47

9,694

1.76

44.6

0.63

336.2

1.58

上限まで15年

ケース3-c

387

1.47

9,768

1.77

44.1

0.63

340.0

1.59

以上のシミュレーション結果より、接続率の向上は、経営に対する改善効果が大きいことが示唆された。
最終的な接続率を向上させることが経営改善に繋がるものであるが、同じ接続率でもその接続率までに達する
時間が短ければ、それだけ収益の改善がみられる。そのため、最終的な接続率の向上を目指すとともに、早期からの取り組みを行うことにより、接続率の向上スピードを上げることが経営改善には有効であると考える。

19

２．４ 接続率向上施策と効果（１）接続率向上施策事例
文献調査等により、市町村で実施している接続率向上施策事例を収集した。接続率向上施策としては、助成制度（排水設備費用の助成、貸付制度等）、積立金制度、戸別訪問（啓発）があった（表－8）。
表－８ 接続率向上に関する市町村の施策事例
助成対象
項目

助成制度

取組内容

下水道 排水設備
使用料金 接続費用

下水道使用料金の減免（高齢者世帯への割引）

受益者
負担金

その他
（私道下
水道設置
費等）

65歳以上の高齢者のみの世帯※（ただし、60歳以上の配偶者並びに20歳未満の子および孫を含む）は、（基本使用料＋超過使用料）の25％免除(○

排水設備工事費等への助成

主な取組実施市町村例

汲取り、単独浄化槽からの切り替えは40万円/便器、宅内排水のみは10万円/便器を無利子で貸付○受益者負担金の減免（高齢者世帯への割引）○

受益者負担金を面積当たりではなく、20万円/世帯の均等割りとし、80歳以上独居あるいは夫婦とも80歳以上は75％（15
万円）免除

○

・1年目一括納入の奨励金として、（受益者負担金＋接続費用）の6％を助成
・1年目接続で、2年目、3年目の分割払いは、早期奨励金として、（受益者負担金＋排水設備工事費用）の4％を助成○

供用開始可能となってから3年以内に接続する場合は、受益者負担金を免除

早期接続のための組合せ
3年以内に接続し、一括納入あるいは分割の場合に助成○

3年以内に接続する場合、受益者負担金を免除
私設下水道設置費補助○

私道への下水道設置について助成

積立制度

下水道積立金制度（月々積立、接続費用に奨励金）○○

2年目、3年目までは、奨励金として、（受益者負担金＋接続費用）の4％を助成

貸付制度

貸付制度
（汲取り、浄化槽工事に貸付）○○

汲取り、単独浄化槽からの切り替えは40万円/便器、宅内排水のみは10万円/便器を無利子で貸付

啓発活動

出前講座（婦人会、老人会、学校）説明会（町内会、小さな集落ごと、情報交換など）
移動相談所の開設（排水設備・水洗化工事、資金計画、受益者負担金等に対する相談）
戸別訪問（指導員・協力員、職員、専任職員、他部署応援職員）
イベントの開催（下水道の日などのキャンペーン、絵画・作文コンクール）
パンフレット内容の充実（環境への意識など）
広報課との連携による広報活動の充実
CATVなどマスメディア、広報車による広報
PRビデオ（自主作成）の活用
未水洗世帯及び事業所、市外在住大家などに対する早期接続の通知書送付
供用開始後1年以上経過した未接続者に対する勧奨通知
施設見学会の実施
下水汚泥を原料としたコンポストの無料配布等と循環型下水道への取組PR
整備状況、整備計画を自治会別に示した「水洗化促進マップ」等の作成
接続率状況図（10％区分）の公開

その他

水洗化要望の多寡を考慮した面整備
私道内管渠布設及び布設基準の見直し
指定工事店への営業活動依頼、手続き代行等
居住環境の改善（接続時に地先の道路舗装整備を付加）
受益者負担金の割当システムの変更（面積割→各戸一律額）
接続期限、猶予、特別指導等に関する条例制定
アンケート調査の実施

20

（２）接続率向上施策の導入による経営改善効果分析
接続率向上施策の導入が下水道事業の経営に与える効果については、具体的な報告が皆無である。ここでは、戸別訪問と排水設備費用の助成の 2 事例について、４．３の経営シミュレーションを用いて、経営指標の改善効
果の検討を行う。
表－９ 戸別訪問に関する各項目の平均値

１）戸別訪問の導入効果
導入効果を把握するためのシミュレーションに先立ち、戸別訪問を実施している 14 都市にアンケート調査を行い、専門職員の有無及び職員数、訪問軒数等の実態把握を行った。この結果、6 都市が外部委託、残りは自治体職員や OB、
シルバー人材センターの協力を得て戸別訪問を実施してい

項目
専門職員数
訪問軒数
専門職員給与
在宅割合

アンケート調査平均値

原単位
名
2.40
7.67 軒/日/人
2,096,996 円/年/人％
52.58

た。外部委託の場合、1 自治体当たりの専門職員数は１～４名（平均 2.4 名/自治体）、1 日 1 人当たりの訪問軒数
は 5～11 軒（平均 7.67 軒/日/人）であり、2 人ペアで訪問するケースが多かった。
戸別訪問による接続率の向上効果については、過去に詳しい調査が実施されていないが、下水道経営改善ガイ
ドラインでは、訪問後に 8～9％程度の家屋が接続に応じた事例（戸別訪問以外の啓発活動及び助成制度による施策効果も含まれている可能性有）が報告されている。経営改善効果のシミュレーションでは、戸別訪問時における接続向上率として、本事例を踏まえて訪問世帯に対して 10％の接続率向上が期待できるものと想定した上で、全世帯の戸別訪問を完了するまでの期間を変化させた場合の一般会計繰入累計額を計算した。
この結果、全世帯を短期間で戸別訪問する方が一般会計繰入額は低減され、3 年間までに戸別訪問を完了させる
ことが効果的であることが分かった。

図－９ 戸別訪問における全世帯訪問期間と一般会計繰入額の関係
また、戸別訪問を実施しないケース（10 年で接続率 80％）と全世帯を 1 年で戸別訪問するケースについて、各経営指標（一般会計繰入額、経費回収率、汚水処理原価）を比較すると、戸別訪問を実施した方が一般会計繰入累計額で約 51 百万円の減額となるほか、経費回収率は約 12％、汚水処理原価は約 11％の改善がみられる結果となった。
なお、戸別訪問について、専門職員を雇って対応する場合、委託費用が発生することとなる。例えば、全世帯
1,000 世帯（=2,500 人÷2.5 人/世帯）とすると、全世帯を１年間で戸別訪問するには、１人で対応する場合 130 日程度（=1,000 世帯÷7.67 軒/日/人）を要することとなる。前述の通り、１人当たりの年間給与は平均 2 百万円程度であり、接続率を 10％向上させるための施策としては、十分効果があると考えられる。

21２）排水設備助成制度の導入効果
早期接続に対する排水設備による助成等、施策の適用期間が時限である施策の導入効果について検討した。
助成額に対する接続率の向上効果については、下水道料金の減免額と同様、どの程度助成すれば、どの程度の接続率向上が見込まれるか不明確であり、既往文献 2)においては、高齢世帯を対象とした場合、半額（50 万円）を補助することにより、所得 200 万円の世帯に対して、補助がない時の下水道への接続選択確率が 0.730 から 0.825に上がるとの試算が示されている。
１）では、接続率を 10％上げることができれば、51 百万円程度の一般会計繰入累計額の削減が想定されており、
この低減額により、排水設備費用に対する助成がどの程度できるか試算（一般会計繰入累計の低減額と排水設備に対する助成額の均衡値を試算）すると、1 世帯 10 万円の助成では 505 世帯、50 万円の助成の場合は 101 世帯に助成が可能となる。つまり、10 万円/世帯に対する全世帯への助成は厳しく、全世帯への助成とする場合は 5 万円
/世帯とする必要があることになる。
現状においては、助成額に対する接続率の向上効果が不明であるが、事例を収集し効果を定量化できれば、シミュレーションにより最適な助成額及び助成期間の推定が可能になると考えられる。
３．コストキャップ型下水道計画の水平展開
平成 24 年度～平成 25 年度に得られた美浜町モデルの成果を水平展開するために、①コストキャップ型下水道
計画の考え方を導入しようするモデル都市に対する技術的支援（助言）、②コストキャップ型下水道に関する説
明会の開催、③コストキャップ型下水道計画の策定方法に関するガイドライン案の作成、を実施した。
①については、下水道の未普及解消に意欲がある一方で事業を促進する上での種々の課題を抱える自治体をモデル都市と位置づけ、コストキャップ型下水道の考え方に基づく下水道計画見直しの検討過程において技術的な支援（助言）を実施した。
②については、地方整備局主催の勉強会（対自治体）や本省・国総研主催の意見交換会、関連団体の講習会、下水道展（大阪）等で、コストキャップ型下水道の考え方や検討事例等について発表した。
③は、自治体がコストキャップ型下水道の考え方に基づく検討を円滑にできるよう、コストキャップ設定条件（投資可能額、使用料単価、整備期間等）、適切な将来フレーム（人口、区域、汚水量等）、クイックプロジェ
クト技術等を駆使した施設計画（管路、処理場）、財政・経営計画（建設費・維持管理費削減効果、経営シミュ
レーション）、効率的な発注方式などについて、検討方法や検討手順、適用可能な技術等を分かりやすく整理し、
ガイドライン化するものである。ガイドライン化に当たっては、未普及解消の支障となっている課題を、「ヒト」「モノ」「カネ」の視点によりパターン分類した上で、重点的に検討すべき項目（区域見直し、整備手法、運営管理手法、発注手法など）を明らかにし、地域特性（各都市の抱える課題や地域特性等）に応じて適切に検討が進むよう工夫した。本ガイドラインは、次年度に有識者等の意見を反映した上で公表する予定である。
【参考文献】
1) 森田ら：適正な汚水処理方法可能性(FS)に関する検討、平成 24 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国土技術政策総合研究所資料、No.773、pp.29～34、2014
2) 細井由彦・灘英樹・増田貴則：人口減少高齢化地域における下水道整備後の家計の接続行動に関する研究、環境システム研究論文集、Vol.35、2007.10
3)深谷：持続的な下水道経営を可能にするコストキャップ型下水道、用水と廃水、VOL57、No.1、2015.1

22

４. 下水道クイックプロジェクトフォローアップ調査
下水道研究室室

長 小川 文章主任研究官 深谷
下水処理研究室室

渉長 山下 洋正

研 究 官 濵田 知幸
１．はじめに
平成 26 年 3 月 31 日現在、全国の下水道普及率は 77％（下水道利用人口／総人口）となっているものの、下水道計画区域にありながら未だに下水道が整備されていない、いわゆる下水道未普及人口は約 1400 万人に上る。また、人口減少や高齢化の進展、厳しい財政事情など、整備・改築を進めていく上での難しい問題を抱えている地
方公共団体も多い。こうした状況を踏まえ国土交通省が主導する「下水道クイックプロジェクト」
（以下、
「ＱＰ」
という。
）では、
「早く、安く、機動的に」を合言葉に、地域特性を踏まえた新たな整備・改築手法の導入を進めるべく、複数のモデル都市において新技術の試験的な施工による社会実験を実施している。平成 27 年 3 月迄に 7技術が提案され、社会実験の事業採択自治体は 14 市町村に上る（表 1 参照）。
表１ 事業採択を受けたモデル市町村と採用技術

●
●

簡易被覆
●

側溝活用

●

改良型伏越しの連続採用●

道路線形に合わせた施工

●

●

●
●

●

●

発生土の管きょ基礎への利用
流動化処理土の管きょ施工への利用
工場製作型極小規模処理施設（膜分
離型（ＰＭＢＲ））
工場製作型極小規模処理施設（接触
酸化・膜分離型）

鹿児島県日置市

熊本県宇城市

熊本県益城町岡山県岡山市●

愛知県半田市●

愛知県岡崎市

東京都檜原村●静岡県浜松市

福島県会津坂下町

クイック配管

岩手県二戸市

北海道安平町

北海道標茶町

北海道遠軽町

北海道苫前町

露出配管

●
●
●

●

●

●

ＱＰでは、新たな技術を提案した地方公共団体が、実施設を利用した社会実験を実施する。社会実験では、様々な観点から提案技術の性能評価を行い、より多くの公共団体において提案された技術の採用が可能になるように問題点の整理及び改良を行うこととなっている。
国総研では、社会実験を実施する地方公共団体が円滑に実験を進められるよう、平成 19 年度より性能評価項目
や評価手法の提案・助言などの技術的支援を行っている。また、現在提案されている技術以外の技術についても、
随時、事前相談に応じている。平成 20 年度には、各自治体が実施する社会実験における評価検証方法を取りまとめた「社会実験検証のすすめ方（案）」をＱＰのホームページで公表し、技術を補完する調査研究として、露出配管における凍結現象に関する検討、曲管採用時における TV カメラ機材の作業性に関する実験、改良型伏越しにお23

ける汚物堆積状況実態調査、流体解析シミュレーションによる水理解析を実施した。平成 21 年度には、社会実験
終了技術の技術評価並びに技術利用ガイド（案）の作成及び公開、技術を補完する調査研究として露出配管の耐久性試験を実施した。平成 22 年度は、社会実験終了技術の技術評価並びに技術利用ガイド（案）を作成及び公開
し、技術を補完する調査研究として顕微鏡観察・分子量分析による露出配管の紫外線影響評価、改良型伏越しのフラッシュによる清掃効果の検証を実施した。平成 23 年度は、クイック配管（露出配管及び側溝活用型）の技術評価並びに技術利用ガイド（案）を作成及び公開した。平成 24 年度は、工場製作型極小規模処理施設（接触酸化型）の技術評価並びに技術利用ガイド（案）を作成及び公開した。
平成 26 年度においては、社会実験終了箇所のフォローアップとして、益城町におけるクイック配管の外気温変化による管体の熱伸縮に関する現地調査を通年的に実施するとともに、伸縮特性を把握するための室内実験を実施した。また、社会実験継続中の箇所について、技術的助言を実施した。
以下に、平成 26 年度末現在の事業進捗状況、技術評価等について取りまとめる。
２．平成 26 年度の活動内容（１）平成 26 年度末現在のモデル市町村進捗状況及び技術利用ガイド作成状況
平成 26 年度末現在の 14 のモデル市町村における社会実験の進捗は表 2 の通りである。国総研では、社会実験の検証項目及び検証内容の提案や社会実験を実施する市町村への技術的助言及び総合的な技術評価を行っている。
表２ モデル市町村の進捗状況（平成 27 年 3 月末時点）
事業採択市町村

現在の進捗

事業採択市町村

現在の進捗

北海道苫前町
北海道遠軽町
北海道標茶町
北海道安平町
岩手県二戸市
福島県会津坂下町
東京都檜原村性能評価終了
性能評価中
性能評価中
性能評価中
性能評価中
性能評価終了
性能評価終了静岡県浜松市
愛知県岡崎市
愛知県半田市
岡山県岡山市
熊本県益城町熊本県宇城市
鹿児島県日置市

性能評価終了
性能評価終了
性能評価終了
性能評価中
性能評価終了
性能評価終了
性能評価終了※各自治体で複数地区・複数技術が採択されている場合は、最も進捗している地区（路線）・技術の状況を記述している。

社会実験及び技術評価を終えた技術については、有識者で構成する下水道クイックプロジェクト推進委員会（委員長：楠田九州大学名誉教授）に諮り、一般技術への移行の承諾を得た後、技術利用ガイド（案）を公表することとした。平成 26 年度末時点での作成状況を表 3 に示す。
表３ 技術利用ガイド等の作成状況（平成 27 年 3 月末時点）
社会実験検証の進め方

技術評価書

技術利用ガイド

公表済み

公表済み

公表済み

改良型伏越しの連続採用

公表済み

公表済み

公表済み

道路線形に合わせた施工

公表済み

公表済み

公表済み

発生土の管きょ基礎への利用

公表済み

公表済み

公表済み

流動化処理土の管きょ施工への利用

公表済み

公表済み

公表済み

極小規模処理施設（ＰＭＢＲ）

公表済み

社会実験中

社会実験中

接触酸化

公表済み

公表済み

公表済み

膜分離型

公表済み

社会実験中

社会実験中

露出配管
クイック配管

簡易被覆
側溝活用

工場製作型極小規模処理施設

24

（２）社会実験都市への技術支援
熊本県益城町で採用しているクイック配管（露出配管：塩化ビニル管ＶＰφ100、耐候性塗装なし）については、
社会実験を終え、技術利用ガイド（案）を公表している。現時点で施工後 5 年が経過しているが、この間、外気温の影響による管体の熱伸縮による継手部のズレ（写真 1）が数回確認されている。
技術利用ガイド（案）では、気温変化による伸縮対策としてヤリトリ継手（写真 2）の採用や伸縮を許容するための固定方法について触れているが、実現場では想定以上の伸縮や局所的な伸縮量の集中が発生している可能性が考えられた。このため、益城町に設置されているクイック配管を対象に、平成 26 年 5 月～H28 年 3 月の期間中における、伸縮による管きょ継手部の伸縮量等の計測を実施するとともに、塩化ビニル管の伸縮特性を把握するための室内実験を実施した。

写真１ 伸縮による継手部のズレ

写真２ ヤリトリ継手

３．クイック配管の伸縮特性に関する検討
露出配管の気温変化による伸縮現象の解明と対策手法を検討するために、現地での伸縮量計測結果と室内試験
による伸縮力計測結果のデータ整理を行うとともに、想定される対策手法について整理を行った。
３．１ 現地計測による伸縮特性の把握（１）現地計測の概要
現地計測は、熊本県益城町に塩化ビニル管（以下、「塩ビ管」）で設置済みの露出配管（約 80ｍ区間：図 1 参照）
について、気温変化による管材の伸縮状況を把握するために、平成 26 年 5 月～平成 27 年 3 月の毎月ごとの平面
位置及び高さの測量（露出配管測量）、外気温、管表面温度の計測を行った（計測は午前 8 時～10 時を基本とした）。
露出配管測量における縦断方向移動量及び継手部の抜け出し量は、継手部（東 5 箇所、西 18 箇所、計 23 箇所：
図２）、縦断方向の高さ等の変化は、概ね 10m 毎に 8 点（東 1 点、西 7 点）に計測し、各地点における初回（5 月）
測定時からの移動量を集計した。

図２ 縦断方向移動量及び継手部の抜け出し量の測定概要

25

ヤリトリ継手

図 1 益城町におけるクイック配管伸縮量計測箇所（２）現地計測結果
現地で伸縮挙動を計測した結果、西側の露出配管は伸縮に伴い継手部で抜け差しを繰り返す傾向にあり（図 3、
図 4）、東側の継手部は抜けもしくは差し込みのいずれかが継続的に発生する傾向にあった（図 5）。
西側においては、夏季は伸び（継手部に差し込み）、冬季は縮み（継手部から抜ける）傾向が明確に現れており、計測開始（平成 26 年 5 月）後は継手部で伸び代分を吸収し、9 月以降は継手部から抜け始める挙動を示した。計
測終了の 3 月時点における継手部の抜け差し変化量は、計測開始時の状態にほぼ戻っている箇所（変化量 5 ㎜未満）が 14 箇所中 12 箇所であったが、№8-1 と№8-2 は元の状態から大きく変化している。№8-1 と№8-2 の変化
量は真逆の傾向を示しており、12 月から 2 月にかけて大きく挙動している（図 6）。
また、№1～№4 の区間は、他区間に比べ変化量が若干小さい（図 3、図 4）。これは、当該区間の地面が土で覆われており、春から秋にかけて配管の一部が植生に隠れることが影響している可能性がある。
東側は、全区間が土で覆われている場所であるが、1 箇所（№1-1）が抜け続け、他 3 箇所は差し込み続ける傾向にあり、3 箇所の差し込み相当分が№1-1 で集中して抜けたこととなる（図 7）。
以上の通り、気温変化に伴う管材伸縮とその移動が確認されるとともに、全てのヤリトリ継手で抜け及び差し込みが確認できた。継手部の抜き差しの変化量は、日当たりの加減による違いがあるものの、多くの継手部では１年を経て元の状態に戻っており、ヤリトリ継手が伸縮を吸収する役目に貢献していることが伺えた。ただし、特定の継手部では、元の状態から大きく変化しており、抜け差しの許容限界に近い状態になっている。

26

【西側 ・ 本管】 基準線－ﾔﾘﾄﾘ継手端面Ａの変化量

変化量
(mm)
20.00

（開始月（5月）との差） No.1～No.7【西】No,1【西】No,215.00【西】No,310.00【西】No,45.00【西】No,50.00【西】No,6-5.00【西】No,7-10.00【西】No,8-15.00-20.00

図３ 西側露出配管の継手部変化量（№1～№7）【西側 ・本管】 基準線－ﾔﾘﾄﾘ継手端面Ａの変化量

変化量
(mm)
20.00

（開始月（5月）との差） No.8～No.12【西】No,8

15.00
10.00

【西】No,8-1

5.00【西】No,8-2

0.00【西】No,9-5.00【西】No,10-10.00【西】No,11-15.00【西】No,12-20.00

図４ 西側露出配管の継手部変化量（№8～№12）【東側 ・ 本管】 基準線－ﾔﾘﾄﾘ継手端面Ａの変化量

変化量
(mm)
40.00

（（開始月（5月）との差）

30.00
20.00

【東】No,1

10.00【東】No,1-1

0.00【東】No,1-2-10.00【東】No,2-20.00-30.00-40.00

図５ 東側露出配管の継手部変化量

平成 26 年 5 月時点
№8-2

№8-1
平成 27 年 3 月時点

№8-2

№8-1

図６ 西№8-1～8.2 の管材移動イメージ

平成 26 年 5 月時点

№1

№1-1

№1-2

№1-2

№1-1

№1-2

№2

平成 27 年 3 月時点№1

図７ 東№1～2 の管材移動イメージ27

３．２ 室内試験による伸縮特性の把握（１）室内試験の概要
塩ビ管を地上に露出させた場合に生じる気温による伸縮特性を把握するため、下記１）～３）に示す試験を実施した。
１）塗装による伸縮防止効果の検証試験
塩ビ管（L=1000 ㎜、φ100）の表面に塗装したもの（アクリルウレタン系とシリコン系の２種類）と塗装無しのものとの熱による伸縮量を比較検証するための試験を行う。
試験は、天気の良い日に、日当たりの良い屋外で 24 時間暴露し、外気温（試験体周辺温度）、供試体表面温度、伸縮量（ひずみ量）を計測する。伸縮量は、ひずみゲージにて横方向と縦方向を測定する。

図８ ひずみゲージによる伸縮量の測定概要
２）熱伸縮量（力）試験
年間を通して予測される温度変化に対する塩ビ管（未塗装品）の寸法変化量及び寸法変化時における伸縮力を測定するための試験を行う。
試験は、恒温恒湿室にて、試験室内の温度を-10℃から 60℃に変化させ、室内に設置した塩ビ管（L=4000 ㎜、
φ100）の寸法変化量と伸縮力を計測する（図 9 参照）。寸法変化量は変位計、伸縮力はロードセルにて測定する。

図９ ひずみゲージによる伸縮量の測定概要
３）継手部拘束力把握試験
年間を通して予測される温度変化に対する、継手の拘束力及びバンドの
拘束力の変化を試験により把握する。継手の拘束力試験は、予め常温 23℃
時の継手部拘束力を試験機にて計測した上で、恒温恒湿室内にて温度管理（10℃、20℃、30℃、40℃、50℃）した供試体の一方を試験機で引張った際の拘束力を計測する（図 10 参照）。使用する塩ビ管（φ100 ㎜、L=500mm）
は、2 メーカー（A 社、B 社）の継手とし、ゴム輪受け口片受直管とプレー
ンエンド直管を接続した場合とヤリトリ継手（塩ビ製）とプレーンエンド
直管を接続した場合の 2 パターンで試験を実施する。
図１０ 継手拘束力把握試験の概要

28バンド拘束力把握試験は、恒温恒湿室内にて高温から低温に温度変化させた時のバンド拘束力を計測するものである。温度変化
は 2 パターン（60℃→－10℃、60℃→－10℃）とし、2 メーカー
（A 社、B 社）の継手について試験（N=3）を行う。拘束力の計
測は、高温時に所定の力でバンドを固定した後、室温が低下した
時点でバンド固定力（ねじのトルク）を計測する。
図１１ バンド拘束力把握試験の概要（２）各試験の結果
１）塗装による伸縮防止効果の検証試験結果
本試験は 11/6～11/19 の期間中に 3 回実施した。塗装無し（Ａ）、アクリルウレタン樹脂系塗装塗布（Ｂ）、シ
リコン樹脂系塗装塗布（Ｃ）について比較した結果を整理する。試験結果を、表 4、図 12 に示す。
表４ 塗装による伸縮防止効果の検証試験結果
表面温度
（℃）

試験ケース

Δt
１回目
A
塗装なし
平成26年11月6日
B アクリルウレタン樹脂系塗装あり～11月7日 C
シリコン樹脂系塗装あり
２回目
A
塗装なし
平成26年11月17日
B アクリルウレタン樹脂系塗装あり～11月18日 C
シリコン樹脂系塗装あり
３回目
A
塗装なし
平成26年11月18日
B アクリルウレタン樹脂系塗装あり～11月19日 C
シリコン樹脂系塗装あり
Δtは、試験開始時の温度からの最大変化量

27.6
13.7
16.0
38.1
23.2
26.4
37.6
22.6
24.5

最大値
ひずみ量
（με）
横（管軸）方向縦（リング）方向
①
②
③
④
162.1
232.6
326.4
322.6
-206.4-160.7-201.2-113.2-235.4-345.9-268.8-147.1
284.1
411.1
383.4
332.0
-399.4-248.3-167.8-125.1-322.8-548.2-311.8-109.4
216.5
300.5
558.5
368.5
-357.6-242.3-104.3-128.0-196.7-379.8-222.2-135.9：最大値：最小値

図１２ ひずみ量（上段）と温度変化（下段）の試験結果（試験ケース：2 回目）

29

全てのケースにおいて、外気温の変化に管表面温度が追従しており、両者のタイムラグは小さい。外気温が低い時には、外気温より管表面温度が低く、外気温が高くなると管表面温度の方が高くなる傾向にあるが、その境界温度は、塗装無しの場合で、1 回目が 15℃（AM6:45）、2 回目が 11℃（AM7:00）、3 回目が 7℃（AM7:00）とばらついていた。ここで、外気温と管表面温度の差の経時変化を見ると（図 13）、3 ケースとも AM7:00 を境に、
管表面温度が外気温を上回り、急激に上昇していることが分かる。試験を実施した場所（埼玉県川島町）の日の出時間は AM6:10～6:20 であることから、管表面温度の上昇には、日照が大きく関与していると考えられた。
30.0
25.0

25
20
外
15 気
温
10 ℃

5.0

5

0.0

0

-5.0

-5

17:30
18:40
19:50
21:00
22:10
23:20
0:30
1:40
2:50
4:00
5:10
6:20
7:30
8:40
9:50
11:00
12:10
13:20
14:30
15:40
16:50
18:00

℃

30

（ ）

（ ）

外 20.0気
温 15.0との10.0
差

差分1回目（11/6）
差分2回目（11/17）
差分3回目（11/18）
外気温1回目（11/6）
外気温2回目（11/17）
外気温3回目（11/18）

図１３ 外気温と管表面温度の差分の経時変化（試験ケース：塗装なし）
塗装の有無及び種類による、ひずみ量と管表面温度の傾向を見ると、塗装無しは、気温の上昇に伴い管表面温度が上昇し、最大で外気温（25℃）＋24℃にまで上昇した。ひずみ量も温度上昇と共に大きくなり、最大で 560με（膨張）であった。
塗装Ｂは、気温の上昇に伴う管表面温度の上昇が最も少なく、最大でも外気温＋8.5℃であり、ひずみ量は最大で-400με（収縮）と、3 ケース中では最小であった。
塗装Ｃは、気温の上昇に伴う管表面温度の上昇が最も少なく、最大でも外気温＋12.3℃であり、ひずみ量は最大で-550με（収縮）と塗装なしと同程度であった。
また、ひずみ量については、低温時（外気温 15℃以下）はひずみ量に差はあるものの、塗装有無に関係なく同様の傾向を示すが、高温時（同 15℃以上）では塗装なしが膨張、塗装あり（Ｂ及びＣ）が収縮と真逆の傾向を示した。塗料は塗布している材料の伸縮に追従すると考えられ（塗料メーカー聞き取り）、塗膜自体の伸縮により管材が伸縮するとは考えにくく、現時点で原因は不明である。
２）熱伸縮量（力）試験
表面温度による寸法変化量（室温-10℃→60℃へ上昇時）は、図 14、図 15 に示す通り、両メーカーともほぼ同様の伸び傾向を示した。管表面温度 15～18℃付近でわずかに変曲点が見られ、試験結果より線膨張係数を算出す、18℃以上の区間で 5×10-5（/℃）となる。一般的な塩化ビニルのると、表面温度 5～18℃の区間で 6.5×10-5（/℃）
線膨張係数は 6～7×10-5（/℃）であり、温度が高いとこれを若干下回る結果となった。
温度下降時の試験については、上昇時の実験と同じ供試体を用いて、-10℃→60℃の実験後に継続して 60℃→-10℃を実施した。寸法変化量（図 16、図 17）については、変曲点は見られず一直線に下降する傾向にあり、-10℃
時点でほぼ元の長さに戻った。線膨張係数としては、5×10-5（/℃）と一般的な線膨張係数を若干下回った。

30

わずかに変曲点が見られる。

わずかに変曲点が見られる。

図１４ 管表面温度（上昇）に対する寸法変化量（Ａ社）

図１５ 管表面温度（上昇）に対する寸法変化量（Ｂ社）

図１６ 管表面温度（下降）に対する寸法変化量（Ａ社）

図１７ 管表面温度（下降）に対する寸法変化量（Ｂ社）

表面温度に対する伸び力（室温-10℃→60℃へ上昇時）は、表面温度が約 50℃で上限ピークを迎えた。メーカー
により若干の差があるが、最大伸び力は 830～1140N であった。また、管表面温度 15～18℃付近で、先の寸法変化と同様に変曲点（変曲点以降は、伸び力の傾きが緩やかになる）が見られた。
表面温度に対する収縮力（室温 60℃→-10℃へ下降時）は、表面温度が約-5～-8℃で下限ピークを迎えた。最大収縮力は 420～470N であり、伸び力の半分程度であった。また、管表面温度 40～43℃付近でわずかに変曲点が見られる（温度上昇時と同様に、管表面温度の差が 15～20℃に達する際に変曲点が見られる）。
変曲点を境に勾配が緩やかになる。

変曲点を境に勾配が緩やかになる。

表面温度約 50℃でピークを迎える。
変曲点が見られる。

変曲点が見られる。

図１８ 管表面温度（上昇）に対する伸び力（Ａ社）

表面温度約 50℃でピークを迎える。

図１９ 管表面温度（上昇）に対する伸び力（Ｂ社）

わずかに変曲点が見られる。
わずかに変曲点が見られる。

温度差約 15～20℃で変曲点出現。

表面温度約-5℃で下限ピークを迎える。

温度差 15～20℃で変曲点出現。

図２０ 管表面温度（下降）に対する伸び力（Ａ社）

表面温度約-8℃で下限ピークを迎える。

図２１ 管表面温度（下降）に対する伸び力（Ｂ社）

31

熱伸縮量試験の過程で得た、室内温度と管表面温度（上昇・下降）の経時変化の結果を図 22、図 23 に示す。
恒温庫の室温上昇及び下降に対し、管の表面温度は若干のタイムラグで追従している。表面温度は、室温上昇
時の高温域においても室温以上にはならず、下降時の低温域においては室温以下になることはなかった。
屋外で実施した１）の塗装による伸縮防止効果の検証試験では、ＡＭ7:00 の日の出と共に管表面温度が上昇し外気温を上回る結果となっており、室内と屋外では管表面温度の上下降傾向に大きな違いがあることから、管表
面温度は日光の影響を大きく受けることが分かる。
60.0
40.0

温度(℃）

温度（℃）

50.0
30.0
20.0
10.0

室温

0.0

表面温度

-10.0

0:00

1:12

2:24

3:36

4:48

60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
-10.0
-20.0

6:00

室温
表面温度

0:00

1:00

経過時間(hr)

図２２ 室内温度と管表面温度（上昇）の経時変化（Ａ社）

2:00
3:00
経過時間（hr）

4:00

5:00

6:00

図２３ 室内温度と管表面温度（下降）の経時変化（Ｂ社）

３）継手部拘束力把握試験結果
ゴム輪受口片受直管＋プレーンエンド直管による継手部拘束力と、益城町で用いられているヤリトリ継手＋プ
レーンエンド直管の組み合わせによる継手部拘束力、露出配管を固定するための拘束バンドの拘束力について試験を実施した。
ゴム輪受口片受直管＋プレーンエンド直管による継手部拘束力は、メーカーの違いによる拘束力の値に若干の差が見られ、Ａ社は最大 9kn（0℃時）、Ｂ社が最大 14kN（0℃時）であった。上限ピークや変曲点での温度は両社ともほぼ同様の傾向であり、温度の低下に伴い拘束力が大きくなり、管表面温度 0℃付近で拘束力の上限ピークを迎え、20℃付近に変曲点が現れた。
987

拘束力（ｋＮ）

16

上限ピーク⇒約 0℃

1回目

14

2回目

12

拘束力（ｋＮ）

10

3回目

6

変曲点⇒20℃付近

5
4
3

1回目
2回目

変曲点⇒20℃付近

10

3回目

8
6
4

2

2

1

温度：低 ⇒ 拘束力：大

温度：低 ⇒ 拘束力：大0-10

上限ピーク⇒約 0℃

1030
表面温度（℃）

0

50

-10

図２４ 管表面温度と継手部拘束力（Ａ社）

1030
表面温度（℃）50

図２５ 管表面温度と継手部拘束力（Ｂ社）

また、先の試験は供試体の一方を引張った際の抜ける方向の拘束力であり、逆の、挿入時の拘束力を計測した結果を表 5 に示す。挿入時の拘束力は、16～19℃の範囲においてＡ社が 1.82～2.80 kN、Ｂ社が 3.41～4.23
kN であり、先の試験結果と合わせると、継手部は、挿入しやすく抜けにくい構造となっていることが確認で

きた。

32

表５ 管挿入時の拘束力【参考】Ａ社
表面温度（℃） 拘束力（ｋN）

Ｂ社
表面温度（℃） 拘束力（ｋN）

1 回目

16.6

1.82

管変形のため計測不可

2 回目

16.9

2.80

18.7

3.41

3 回目

16.7

2.21

18.0

4.23

ヤリトリ継手（C 社）＋プレーンエンド直管（B 社）の組み合わせによる継手部拘束力は、上限ピークが 5～6kN とみられ、ゴム輪受口片受直管＋プレーンエン
ド直管の継手部拘束力の上限ピーク値（9～14kN）に比べ小さい値を示した。メーカー毎に管の外径が異なることから、その組み合わせにより拘束力が変わるた
め、ここでは参考として記載する。
バンドの拘束力については、温度変化によるバンド

図２６ ヤリトリ継手の管表面温度と継手部拘束力の固定力に大きな差がなかった。
３．３ 伸縮特性のまとめ・考察（１）温度変化による膨張・伸縮、継手拘束力
室内試験の結果から、塩ビ管の表面温度が上昇すると管は膨張し、継手拘束力が小さくなる傾向を、管表面温度が下降すると管は収縮し、継手拘束力が大きくなる傾向を確認した（図 27）。
また、管表面温度は、外気温（室温）の変化に追従
低して変化する傾向にあるが、日光を受ける間は外気温

管表面温度

高

図２７ 管表面温度に対する伸縮と継手拘束力以上に上昇することを確認した。
-5）を示したが、5℃以下及び 18℃以上の温度
寸法変化は、一般的な塩ビの線膨張係数に近い値（6～7×10 （/℃）
域では 5×10-5（/℃）と若干小さい値となった。
（２）現地（益城町）における抜けの原因
益城町での現地計測の結果では、各計測地点の伸縮量に差異が見られた。図 28～30 より、【西】19.7m 地点と【西】50.2m 地点において、8 月（夏季）の管表面温度は一日を通してほぼ同様の線形を示しているが、2 月（冬季）は最高点（凸部）の時間に差が生じていることから、管に日が当たる時間帯に差が生じていることが分かる。よって、伸縮量の差異は、季節、天候による日照時間や温度差の違い、取付管等で拘束されている箇所の有無等、様々な要因によって程度の異なる伸縮が起きていると考えられた。

図２８ （参考）益城町における日の出・日の入方向（2014 年 夏至・冬至）

33

90
70
太陽高度

MAX 80.38°

太陽高度20140629（夏至）50

MAX 33.86°

30
10
-10
-30

20:00

19:00

18:00

17:00

16:00

15:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

5:00

4:00

-50
時刻

図２９ （参考）益城町における太陽高度（夏至・冬至）
70.0【西】測点 19.7m上部【西】測点 19.7m横部【西】測点 19.7m下部【西】測点 50.2m上部【西】測点 50.2m横部【西】測点 50.2m下部

管表面温度(℃)

60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
8月【朝】

8月【昼】

8月【夕】

8月【翌朝】

2月【朝】

2月【昼】

2月【夕】

2月【翌朝】

図３０ 【西】２地点における管表面温度の比較（8 月・2 月）（３）伸縮対策
上記の現地計測及び室内試験により、日光の当たる箇所では、管表面温度が大きく上昇し、伸縮量も大きいことが分かった。よって、伸縮対策としては、管表面温度の上昇を抑える塗装が有効であり、塗料の種類としてはシリコン系よりアクリルウレタン系が適していると考えられた。
また、公表済みの技術利用ガイド（案）には、管きょ設計時において検討するための伸縮量算定式が示されており、最高気温と最低気温の気温差から伸縮量を求めることになっているが、日光の有無により管表面温度が大きく異なることから、その算定に当たっては、最高気温時の管表面温度と最低気温時の管表面温度の温度差で計算すべきと考えられた。
４．おわりに平成 27 年度以降は、益城町における塗装効果の確認試験を実施した上で、塩ビ管による露出配管に関する利用ガイド(案)の見直しを行う。また、他技術に関して実施設を利用した性能評価が継続して実施されることから、技
術的サポートをより充実させ実施するとともに、既に社会実験を終え数年を経過した技術に関して、施工後の状況を把握し必要なフォローを行う予定である。
（参考文献）
１）下水道社会実験ホームページ：http://www.mlit.go.jp/crd/sewerage/mifukyu/index.htm

34

５.下水道における一酸化二窒素発生抑制型処理方法に関する検討
下水処理研究室

室

長

山下

洋正

主任研究官

重村

浩之

研

究

官

道中

敦子

研

究

官

川住

亮太

１． はじめに生物反応を利用した下水処理プロセスでは、二酸化炭素（CO2）のほかに、メタン（CH4）、一酸化二窒素（N2O）が発生することが特徴である。この中でも N2O は、CO2 の約 300 倍の温室効果を有し、下水道事業
全体の地球温暖化ガス（GHG）排出量において水処理から排出される N2O の占める割合は無視できないことから、地球温暖化防止対策の一環として排出量の削減が取り組まれている 1)。これまでの調査結果 2)より、窒素除去を目的とした処理方式（循環式硝化脱窒法、A2O
法など）では、標準活性汚泥法（以下、標準法）と比較して、排出される N2O は約 10 分の 1 と低くなることから、高度処理を導入することで、N2O 排出量の削減が期待される。一方、標準法にて処理される年間処理水量は全体の約 75％を占めており、水処理プロセスにおける年間 N2O 排出量の 9 割が標準法から排出されていることが示されている（図１）。また、高度処理への更新は多額の設備投資が必要であることから容易にできない現状もあることから、本研究では、標準法における N2O

図１ 終末処理場における水処理プロセスからの排出抑制運転について検討を行っている。

年間 N2O 排出量(2013 年、CO2 換算)(3)より作成)

２．ベンチスケールリアクターを用いた前段曝気風量制限運転による N2O 排出量抑制効果の検討
これまでの知見 4,5)より、DO 値が N2O 排出量に影響することや、嫌気槽・無酸素槽と比較して好気槽から発生する
N2O 量が格段に高く、特に亜硝酸が好気槽にて蓄積する「不完全硝化」の現象が見られたとき N2O の発生が高くなるなど知られている。このことから、N2O の発生特性は曝気方法による影響を受けることが考えられた。また、これまで調査
結果 2)より、窒素除去率が高い処理方式では N2O 転換率が低い傾向が示されている。これらを踏まえ、前段の曝気を抑え脱窒工程を取り入れた制御運転における N2O 排出量抑制効
果について検討した。平成 25 年度にベンチスケールリアク
ターを用いた前段曝気風量制限運転の実験を実施しており、そのデータについて再考し整理した結果を報告する。

図２ 連続式ベンチスケールリアクター
概要図及び運転条件

35

２．１

実験方法

連続式ベンチスケールリアクターを用いて実験を実施した。
本実験装置は 6 槽の反応槽（6.6L×6 槽、計 39.6L）と最終沈殿

表１ 各運転期間中の流入水質及び池（13.2L）から構成された連続式リアクターであり、各槽の曝反応槽内 MLSS 濃度（各期間平均）

気風量を調節することができる。運転開始 18 日間は標準曝気運

温度および SRT は、16.1℃、11.5 日、14.0℃、11.7 日だった
（期間平均）。リアクター概要図と運転条件を図２に示す。本
実験装置は実下水処理場内に設置した国総研実験施設にあり、流入水は当該下水処理場の流入下水を沈殿処理した

流
入
水
質

SS濃度

(mg/L)

369.0

410.0

溶存有機物 (mg/L)

30.7

32.7

無機態窒素 (mg/L)

18.8

18.7

反応槽

MLSS濃度 (mg/L)

2575

2846

標準運転
溶存有機物濃度 (mg C/L)

ものを用いた。水質およびガス分析は以下のとおり実施した。試料は採水後速やかにガラス繊維ろ紙にてろ過し、溶存態有機物、窒素、MLSS 濃度を測定した。各反応槽には覆蓋が着いており水面から発生するガスを採取できるようになっており採取したガス試料の N2O 濃度を測定した。溶存態 N2O 濃度は

制限運転

50

90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

40
30
20
10

ヘッドスペース法により分析を行った 6)。

0
4

18

11

結果および考察25

除去率 (%)

転）を行った。標準曝気運転時、制限曝気運転時それぞれ槽内

２．２

標準曝気運転 制限曝気運転
Day0-17
Day18-35

運転方式

転を行い、その後前段の曝気風量を制限した運転（制限曝気運

32

運転日数 (Day)

運転期間中の流入水質及び反応槽 MLSS 濃度を表

流入水

１ に 示 す 。 運 転 期 間 35 日 間 中 、 流 入 水 質 及 び

処理水

除去率

図３ 有機物濃度及び除去率の推移

MLSS 濃度に大きな変化はなく、運転方法変更前後

標準運転にて同等であった。
N2O ガス排出係数(mg N2O/m3-influent)

流入有機物濃度、放流水有機物濃度及び溶存態有機物除去率を図３に示す。制限曝気を行った場合、有機物処理能力が落ちることが懸念されたが、溶存態有機物除去率の平均値は標準運転時 78％、制限
運転時 73％でありいずれも 70%以上を維持してお

制限運転

2,000

期間 B

1,500

期間 D

期間 A

1,000

期間 C

500
0
0

り、同等の処理能力であった。

5

10

15

20

25

30

各反応槽（6 槽）において測定された流入水量あ

運転日数(Day)たりのガス態 N2O 排出量の総和を「N2O ガス排出係

図４ N2O ガス排出係数の推移

3540

準曝気運転時（期間 B）、制限曝気運転（期間D）の N2O ガス排出係数の平均値は、それぞれ

20.0

5

15.0

4

15.0

4

3

10.0

2

5.0

1

0.0

0

541.0、29.5 mg-N2O-N/m3 であり、制限曝気運転変

期間B (標準運転)

3

10.0

2

5.0

1

0.0

0

期間D (制限運転)

更後、約 95％と大幅に減少した。流入水、返流水、

図５ 無機態窒素濃度の変化

各反応槽の NH4-N、NO2-N、NO3-N 濃度について、

36

DO ( mg/L)

間中の N2O ガス排出係数の推移を図４に示す。標

5

RS
IN
IN+RS
1
2
3
4
5
6

C）、制限曝気運転定常期（期間 D）とし、運転期

20.0

RS
IN
IN+RS
1
2
3
4
5
6

標準曝気運転定常期（期間 B）、変遷期（期間

無機態窒素濃度(mg-N/L)数」とした。運転期間を立ち上げ期（期間 A）、

それぞれの運転方法における定常期に取得したデータを平均したものを代表値とし、期間 B、期間 D について図５に示す。期間 B では返送汚泥から持ち込まれる硝酸に加えて、第 1 反応槽において硝酸生成が確認され、速やかに硝化が進んでいた。第 4 反応槽で概ね完全硝化し、第 5、6 反応槽ではほとんど変化が見られなかった。一方、期間 D では、反応槽へ流入した硝酸が第 1 反応槽では減少し、脱窒が生じていることが示された。第 4 反応槽では硝化が主に進み、第 5 反応槽で概ね完全硝化した。
図６に各反応槽における無機態窒素の挙動を示す。ΔNH4-N、ΔNO2-N、ΔNO3-N はそれぞれ、各槽における増減量を示し、N2O-N は N2O ガス放出量を示している。D-N2O-N は反応槽内における溶存態 N2O としての存在量を示している。また、各反応槽の NH4-N、NO2-N、NO3-N、ガス態 N2O-N、溶存態 N2O-N の総和における減少分を窒素ガス（N2-N）放出量とした。期間 B または期間 D にて取得したデータについてそれぞれ平均
したものを代表値とし、運転方法による違いを比較した。
期間 B において、N2O ガスとして排出される割合が最も大きかったのは第 1 反応槽だった。失われたアン
モニア態窒素の 13％が N2O ガスへ転換され系外へ放出されており、70％は酸化され亜硝酸、硝酸へ転換されていた。残りの 17％が窒素ガスとして系外へ放出されており、好気条件においても、反応槽内に部分的に無酸素状態が作られ、脱窒が起こっていることが示唆された。また、第 1 反応槽から第 3 反応槽にかけて亜硝酸濃度の増加が観察され、この区間において N2O ガスの排出量が高かった。このような、硝化が不完全となり亜硝酸が蓄積する系において N2O 発生量が高くなることはこれまでにも報告されており 7）、同じ現象が確認された。第 4 反応槽以降は、亜硝酸は減少しており硝酸へ酸化されており、それに伴い N2O 発生量は減少した。一方、期間 D では、曝気を制限した前段 2 槽において、亜硝酸・硝酸の減少が観察され、脱窒が進行していることが示唆された。ここでは N2O ガスとして系外に放出される量は低く、窒素ガスとして変換される割合が第１反応槽、第 2 反応槽それぞれ
98％、84％と大半を占めていた。このことから減少したアンモニア態窒素は硝化
脱窒により窒素ガスとして放出されたと考えられた。また、第 1 反応槽において溶存態 N2O の生成が観察されており、これは脱窒工程の中間体として生成したと考えられた。しかしながら、期間 B における溶存態 N2O に比べると明らかに低かった。このことから、ガス態として放出される N2O 量が低かったのは、溶存態 N2Oを押し出す力（送風量）が小さいだけでなく、生成される N2O 量が低いことが示された。
標準運転と同条件で曝気が開始される
第 3 反応槽から N2O ガスの放出が確認された。ここでは 0.4％が N2O ガスへ転換され系外へ放出されており、31％は酸化され亜硝酸、硝酸へ転換されていた。残りの 68％が窒素ガスとして系外へ放出されており、期間 B、期間 D ともに、好気条

図６ 各反応槽における無機態窒素の挙動（N ㎎/m3）

37

件下でも、部分的に無酸素状態が作られ脱窒により窒素ガスとして系外へ放出されていることが示唆された。
窒素除去率は期間 B、期間 D、それぞれ 50.5％、67.2％であり、制限曝気運転の方が高かった。これは好気条
件下における窒素除去に加え、無酸素条件が付加されることにより、脱窒による窒素除去が促進されたためと考えられた。亜硝酸が増加した第 3、4 反応槽で N2O ガスの発生が見られたが、失われたアンモニア態窒素
量のうち、N2O ガスへ転換されたのは 0.2～0.4％と、期間 B に比べると非常に低かった。以上の結果から、
制限曝気運転をすることで、硝化脱窒により窒素ガスへの変換が促進されることから系内に蓄積する亜硝酸
濃度を低減し、結果として、N2O ガスとして排出される量が低くなったのではないかと考えられた。
図７に各反応槽における溶存態有機物除去量及び除去率（各槽有機物除去量/系全体で処理された有機物量）を示す。標準曝気運転、制限曝気運転、いずれも除去された有機物の 6～7 割が第 1 反応槽にて処理されている。図６に示すとおり、標準曝気運転、制限曝気運転それぞれの好気第 1 槽（標準曝気運転時における第 1 反応槽、制限曝気運転時における第 3 反応槽）における DO 値は 0.8mg/L と同等だった。一方、好気第 1槽において処理された有機物量と酸化アンモニア量の比（ΔDOC/ΔNH4-N）は、標準曝気運転、制限曝気運転それぞれ 15.7、0.7 であり、標準曝気運転では、
溶存態有機物除去量(mg C)

標準運転

有機物酸化に使われたと推測される酸素量が大きい。このことから、標準曝気運転時では、好気槽
第 1 槽にて有機物酸化とアンモニア酸化が同時に起こり、アンモニア酸化に必要な酸素量不足による不完全硝化が起り、その結果、亜硝酸生成が進行し、高い N2O 発生が観察されたのではないかと考えられた。以上のことから、前段の曝気を抑

10
8
6
4
2
0
1

各反応槽
における
除去率

えた運転方法を行うことで標準法においても N2O

制限運転

12

2

3

標準運転 67％16％制限運転 66％

11％

7％
4％
6％
12％
反応槽

4

5

6

1％
4％

2％
1％

図７ 各反応槽における溶存態有機物除去の発生を抑えることができるのではないかと示唆

の比較

された。
３．段階的高度処理運転時における N2O 排出量現地調査

ベンチスケール実験より、硝化工程からの N2O 発生量が脱窒工程からの発生量より高く、標準法であっても、脱窒工程を導入するような曝気を制限した運転方法を行うことで N2O 排出量を抑えることができる可能性が示唆された。つまり、標準法の施設を利用した段階的高度処理運転を行うことで発生量を抑制できる可能性が考えられたことから、段階的高度処理運転を行っている処理場を対象に、N2O 排出量について現地調査を実施した。
３．１

調査方法

既存標準活性汚泥法施設を用いて段階的高度処理運転を行っている処理場を対象に、段階的高度処理運転を行っている系（A 系）と通常運転を行っている系（C 系）にて現地調査を行った。調査は 9 月に実施し、実施日の流入水温は A 系が 26.8℃、C 系が 26.3℃だった（日平均）。当該処理場では通常運転として反応槽前段 1/8 部分の曝気を制限した擬似嫌気好気運転を行い、段階的高度処理運転として反応槽前段 1/4 部分において制限曝気を行うことでより長い嫌気状態を確保し、汚泥返送率を上げることで嫌気槽での脱窒を促進する運転を実施している。SRT は A 系が約 12 日、C 系が約 5 日で運転していた。N2O 排出量の実態を把握するため、各槽にて 24 時間調査（2 時間に 1 回サンプリング）を実施した。ガス捕集器 8)を用い、ロート部分を水面部に固定して採取した各槽から発生するガス試料をガス態 N2O 測定に用いた。また、生物反応を阻害する
ため、採水時にへッドスペース用のバイアル瓶に試料を密閉し、反応阻害剤としてグルコン酸クロルヘキシ

38

ジン溶液（最終濃度：0.26%）を添加した液体試料を溶存態 N2O の測定に用いた。採取した試料は ECD 付ガ
スクロマトグラフ（SHIMAZU ガスクロマトグラフ GC-8A）を用いて N2O 濃度を測定した。ECD では導入部
および検出部温度を 250℃、カラム温度を 80℃に設定し、PORAPAK-Q（1m、80/100 メッシュ、Waters 社）のカラムを用い、キャリアガスに Ar ベースの CH4（5%）を使用した。溶存態 N2O 濃度は、ヘッドスペース
法（温度 40℃、恒温時間 150 分、HEADSPACE A utosampler t ekmar 700 0 （Tekmar-DOHRMANN 社）） により分析を行った。NH4-N、NO2-N，NO3-N は、自動比色分析機（QuAAtro2-HR、ビーエルテック社製）により測定した。溶存態有機物については、TOC-5000（SHIMADZU）にて測定した。
３．２

結果および考察

各調査時の N2O 排出係数は下水処理場から系外へ排出されるガス態 N2O 量（初沈，各反応槽，終沈からの大気放出量）を処理水量で除することで算出した。A 系、C 系における各反応槽における N2O 排出量の推移を図８に示す。
通常運転を行っている C 系の排出係数は 10.3
mg-N2O/m3 で あ り 、 概 ね 好 気 槽 末 端 （ 4/4 区
画）から排出されていた。一方、A 系における
N2O 排出係数は 29.4 m g-N2O/m3 だった。A 系では、いずれの槽からも N2O の排出は確認された。嫌気槽から排出した N2O は全体の約 3％でありほとんどが好気槽から排出していた。窒素除去量を考慮して算出した N2O 転換率（窒素除図８ N2O 排出量の推移

去量あたりの系外に排出されるガス態、溶存態を含む N2O 量）は、0.23%だった。これまで、国総研にて実施した N2O 排出量の現地調査の結果から算出された標準法での N2O 転換率（0.88 % （算術平均））2)に比べると今回の結果は低い値となった。温室効果ガス
インベントリにおける「生活･商業排水の処理に伴う N2O 排出（終末処理場）」の N2O 排出係数が実態調査を踏まえて新しく設定され 9)、標準活性汚泥法における排出係数は 142 m g-N2O/m3 とされている。A 系における N2O 排出係数はそれに比べると低い値だった。また、排出係数を決定するため、各国にて実態調査が実施されており N2O E mission f actor（EF）として流入窒素あたりの N2O 排出率が報告されている 10)。国総研による現地調査の結果より算出された標準法における EF は 0.41％であり、これをもとに A 系における N2O 排出量を試算した場合、100.6 m g-N2O/m3 となるが、実際の排出量はそれよりも低かった。これらのことから、排出量が抑えられている可能性が示唆された。
表２に各区画における無機態窒素の形態変化を示す。
A 系では反応槽 1/4 区画で無機態窒素総量が減少してお

表２ 各区画における無機態窒素の形態変化

り脱窒による窒素除去が見られた。反応槽 3/4～4/4 区間にて硝酸が生成しており、この区間では硝化が起こっていることがわかる。一方、C 系では流入したアンモニ
ア態窒素は反応槽 3/4 区間までほとんど変化していない
ことから、硝化抑制運転となっていることがわかる。
N2O は排水中のアンモニア窒素が酸化される過程において発生することが知られていることから、反応槽 1/4～

39

NH4-N
A系 NO2-N
NO3-N
NH4-N
C系 NO2-N
NO3-N

初沈
反応タンク
越流水 1/4区画 2/4区画 3/4区画 4/4区画
24.5
18.1
16.6
11.8
5.2
0.01
0.01
0.02
0.11
0.16
0.00
0.00
0.02
2.04
5.92
23.6
0.01
0.00

24.4
0.01
0.00

23.8
0.01
0.00

22.6
0.01
0.00

20.6
0.25
0.03
(mg/L)

3/4 区間までの間で N2O の発生が観察されてなかったのは、硝化が生じなかったためと考えられる。反応槽
4/4 区画では亜硝酸、硝酸の生成が見られアンモニア態窒素の酸化が観察された。この区間から N2O の発生が観察されたが、系全体での N2O 発生量は低かった。このように、段階的高度処理運転方法や硝化抑制運転方法では N2O 排出量が抑制される可能性が示唆された。
硝化と環境負荷との関連については、地球温暖化、富栄養化、生態毒性を考慮して環境負荷について総合
的に硝化促進運転および硝化抑制運転について評価した報告がある 11)。電力消費による CO2 排出量および
N2O 排出量より温暖化への環境インパクト、T-N より富栄養化へのインパクト、アンモニア態窒素より生物多様性へのインパクトを評価し、埼玉県をモデルに各環境負荷物質排出量に各保護対象への被害係数と経済価値換算係数を乗じることにより地球温暖化、富栄養化、生態毒性を同じ軸で評価した結果、地球温暖化への影響は硝化促進の方が大きく、栄養塩・生体毒性の面では窒素成分が除去されずそのままアンモニア態窒素として放流先へ排出されてしまう硝化抑制運転の方が大きかった。総合的に評価した場合には、地球温暖化より富栄養化・生態毒性における影響が大きく寄与する結果となり、硝化抑制運転の方が環境負荷が大きかったと報告されている。一方で、硝化抑制については、放流先海域への栄養塩供給のために積極的に実施されている事例 12)もあることから、硝化の抑制／促進については、N2O 排出量抑制の観点のみではなく、放流先の水環境を踏まえて求められる水質も考慮して、総合的に判断する必要があると考えられた。
４．まとめ
広く導入されている標準法について N2O 排出抑制運転に関する検討を行った。ベンチスケール実験から、前段の曝気を制限することで、脱窒工程が付加され、硝化で生じた亜硝酸が消費されることから系内の亜硝酸蓄積が抑えられ、結果として N2O の排出を抑制できると考えられた。このような曝気を制御した運転が、N2O の発生を抑えることができる可能性を確認するために実下水処理場における現地調査を行った。その結果、硝化抑制運転や窒素除去につながる段階的高度処理により N2O 排出量を抑制できる可能性が確認された。
本報告では、1 処理場におけるデータのみであることから、今後、調査数を増やし十分に検討を行っていく必
要がある。
参考文献
1)

下水道における地球温暖化防止対策検討委員会：下水道における地球温暖化防止推進計画策定の手引き，
平成 21 年 3 月

2)

道中ら（2014） 第 51 回下水道研究発表会講演集, p.520-522

3)

環境省：日本国温室効果ガスインベントリ報告書, 2015 年 4 月

4)Kampschreur et al. (2009) Water Research, 43, 17, 4093-4103

5)

Lotito et al.(2012) Water Research, 46, 11, 3563-3573

6)

国土技術政策総合研究所：平成 25 年度下水道関係調査年次報告書, P42-43

7)

宮本ら（2002）東京都下水道局技術調査年報, p.348-361.

8)

下水試験方法9)

環境省：日本国温室効果ガスインベントリ報告書, 2013 年 4 月

上巻2012 年, 公益社団法人日本下水道協会, P.793

10) Foley et al.（2010） Water Research, 44, 8, 831-844
11) 見島ら（2014）第 51 回下水道研究発表会講演集, p.523-525
12) 国土交通省：栄養塩類の循環バランスに配慮した運転管理ナレッジに関する事例集, 平成 26 年 3 月

40

６．

下水道における水環境マネジメント推進に関する調査
下水処理研究室

室

長

山下

洋正

主任研究官

田隝

淳

研

濵田

知幸

究

官

１．はじめに下水処理場における電力使用量は平成 24 年度の時点で 6,201 百万 kWh/年 １ ） であり、我が国で消費された総電力量の約 0.63％に相当する。下水処理場における使用電力のうち大部分を送風システムが占めており、電力使用量の削減が課題となっている。送風システムにおける省エネ方策として、高効率散気装置などの省エネ設備の導入、流入水量や汚濁負荷などのセンサを活用した制御技術による送風量の削減が挙げられる。一方で、送風量の制御技術による電力使用量の削減効果については、処理場の送風機の形式や機械的な送風量制御機構により異なることが予想されるが、これらについて調査事例が少ない。
本研究では、まず送風システムに関する基礎調査として、主要メーカーを対象にヒアリング調査、自治体を対象にアンケート調査を行い、下水処理場の規模による送風システムの構成について実態を明らかにした。次に、代表的な送風機（容量、機種、機械的な制御機構）について、メーカーヒアリングを行い、「送風量」と「軸動力」の関係を明らかにした。これらの調査データを踏まえ、送風量制御技術
による電力量削減効果を明らかにするため、モデル処理場における試算により送風量制御条件による電力量を試算した。

２．

送風システムに関する調査

下水処理場で使用される送風機は、容積形回転式ブロワ（ルーツブロワ）、遠心式ターボブロワに分類される。ルーツブロワ 2 ） は、ケーシング内に収められた 2 個のロータを互いに逆方向に回転させて、ロータとケーシングとの間に閉じ込められた気体を吸込み口から吐出し口に送り、この気体が吐出し側に押し出される際の容積の変化によって圧力を上昇させるものである。ルーツブロワの特性は、遠心式
ターボブロワに比較して、圧力条件の変化による送風量の変化は少ないこと、遠心式ターボブロワにみられるサージング現象は発生しないが、気体の圧縮によって、圧力脈動による騒音、振動及び圧縮熱による温度上昇が著しいことがあげられる。遠心式ターボブロワ 2 ） は、ケーシング内に収められた羽根車を高速回転させ、羽根を通過する気体の運動量の増加によって圧力と速度を高めるものである。多段ターボブロワと単段増速ブロワに分類される。多段ターボブロワについてはケーシング材質により「鋳鉄製多段ターボブロワ」、「鋼鉄製多段ターボブロワ」に区分される。単段ターボブロワは、高い圧力比を得るため増速機を介して高周速で回転させる「歯車増速単段ターボブロワ」、磁気軸受けによりロータの機械的接触をさせずに回転させる「高速軸浮上式単段ターボブロワ」に区分される。

２．１

送風機の導入実績に関する調査（１）調査方法
国内の主要な送風機メーカー10 社から納入実績についてヒアリング調査を行い、送風機形式毎の採用実績を処理場規模、送風機容量で分類した。ルーツブロワと遠心式ターボブロワでは、送風機容量が異なり納入実績の処理場規模が異なることが予想されたため、別々の区分で整理した。

41

（２）調査結果
送風機を導入する処理場についてメーカーが把握していないケースが多く、送風機容量と計画日最大
汚水量の実績分類では送風機容量の実績が多くなった。ルーツブロワの分類結果を図１に示す。導入した処理施設に関する情報の記載がないものがあったため、送風機容量実績と処理施設規模別実績でブロ
ワの総台数が異なっている。ルーツブロワは、送風機容量が 20m3 /分以下での納入実績が多数あり、特に 10m3 /分以下の実績が多い。一方、50m3 /分以上の比較的大きな送風機容量の実績も見られた。処理場
規模別で分類すると 30,000m3 /日以下の処理場規模でルーツブロワが多く採用されており、小規模下水処場での採用が多かった。

図1

ルーツブロワの実績（左：送風機容量実績、右：処理施設規模別実績）

ターボブロワの分類結果を図２に示す。「鋳鉄製多段ターボブロワ」は、遠心式ターボブロワの中で最も採用実績が多く、送風機容量 100m3 /分以上の採用が多い結果となった。「歯車増速単段ターボブロ
ワ」は 10,000～300,000m3 /日の処理場で幅広く採用されており、送風機容量 50～100m3 /分の採用実績が多かった。
「鋼板製多段ターボブロワ」は 30,000m3 /日未満の処理場で採用実績が多く、送風機容量 50 m3 /分未満の低容量の採用実績が多かった。50m3 /min 未満の送風機を採用する小規模処理場においては、流入負荷の時間変動が大きく、必要送風量の変動が大きい。従って、必要送風量に応じた風量制御実施する場合、送風機台数にもよるが定格風量に対する風量を小さくする必要がある。サージング現象が発生
せず風量調整が容易であるため、ルーツブロワの採用が多くなったものと考えられた。

図2

ターボブロワ の実績（左：送風機容量実績、右：処理施設規模別実績）

42

２．２

下水処理場における送風システム実態調査（１）調査方法
下水処理場で使用されている反応タンク曝気用送風機の型式、構成台数、風量調節機構等や反応タン
ク曝気風量の制御方法等の情報を収集するため、下水処理場に対してアンケート調査を行った。アンケ
ート調査は施設の現有処理能力が概ね 10,000m3 /日、50,000m3 /日、200,000m3 /日の規模で標準活性汚泥法を採用している 108 カ所の下水処理場を対象とした。アンケート項目は以下のとおりである。
① 施設処理能力② 水処理系列数③ 排除方式④ 送風機仕様（型式、風量、風量調節機構、電動機出力、台数）⑤ 反応タンク仕様（池数、散気方式、散気装置、制御方式、硝化促進の有無）⑥ 水処理施設使用電力量⑦ 送風機設備使用電力量⑧ 年間処理水量⑨ 年間反応タンク送風量⑩ 送風機制御フロー（２）調査結果
下水処理場の送風機設備、反応タンク設備に関するアンケート調査を依頼した 108 箇所の下水処理場の内、96 箇所から回答が得られ、アンケートの回収率は 88.9%であった。
１）送風機の形式
下水処理場で採用されている送風機の型式を下水処理場の規模別に整理した結果を図 3 に示す。
10,000m3 /日規模では、ルーツブロワの採用が最も多く、また、50,000m3 /日、200,000m3 /日規模では、鋳鉄製多段ターボブロワの採用が多かった。

図3

処理場規模別の送風機形式

43２）送風機の台数
処理場規模別の送風機の構成台数を図 4 に示す。構成台数は予備機を除く実質的に稼働する送風機台数を示している。10,000m3 /日規模では、送風機の構成台数が 2 台が多く、50,000m 3 /日、200,000m 3 /
日規模では、4 台が最も多かった。

図4

処理場規模別の送風機形式３）送風機の風量調整機構
送風機の機械的な風量調節機構について、下水処理場の規模別に整理した結果を図 5 に示す。
10,000m 3 /日規模では、「インバータ制御」が多かった。ルーツブロワの多くは風量制御機構としてインバータが採用されているためと考えられる。50,000m3 /日、200,000m 3 /日規模では、「インレットベーン」が最も多く、次に「吸込み弁制御」が多かった。

図5

処理場規模別の送風機形
式

44４）反応タンクの曝気風量制御方式
反応タンクの曝気風量制御方式を処理場規模別に整理した結果を図 6 に示す。10,000m 3 /日規模では「風量一定制御」が最も多く、50,000m 3 /日、20,000m 3 /日では「DO 一定制御」と「風量一定制御」
がほぼ同数であった。「風量一定制御」については、常に風量一定という下水処理場は少なく、夜間や昼間の流入水量が少ない時間帯は送風量を下げ、2 段階若しくは 3 段階の風量を設定している下水処理場が多かった。本調査では「空気倍率一定制御」が少なかったが、「風量一定制御」の処理場においても時間帯により風量を調整しており、実質的に「空気倍率一定制御」に近い運用をしている処理場が多かった。また、流量若しくは DO によるセンサに連動した制御機構を導入する場合、多くの処理場で DO 計を設置しており、直接的に反応タンクの状況を踏まえて調整できる「DO 一定制御」を採用することが多いためと考えられる。

図6

３.

処理場規模別の風量制御形式

風量制御時の軸動力と風量に関する調査（１）調査方法
送風機の風量調節機構により風量を絞ったときの「送風量」と「軸動力」の関係を明らかにするため、
表 1 に示す算定条件でメーカーヒアリングを行った。送風機の型式は、小規模処理場で採用数が多いルーツブロワと、中規模･大規模処理場で採用が多い鋳鉄製多段ターボブロワを対象とした。送風機の風量調節機構は、ルーツブロワで多く採用されるインバータ制御、鋳鉄製多段ターボブロワで多く採用されるインレットベーン、吸込み弁制御とし、計 3 ケースで算定した。
インレットベーン及び吸込み弁制御については 3 社、インバータ制御については 1 社より回答があり、入手した性能曲線をもとに、送風量と電動機出力（軸動力）の関係をグラフ化し近似式を導いた。

45

表１

送風量と電動機出力の算定

送風機種類
条件

制御方式

風量

圧力

3

Case１

鋳鉄製多段ターボブロワ

吸込み弁107m /分

5,800mmAq

Case2

鋳鉄製多段ターボブロワ

インレットベーン 107m3/分

5,800mmAq

Case3

ルーツブロワインバータ制御 20m3/分

6,500mmAq（２）調査結果
送風量制御時の風量と軸動力の関係を図 7、8 に示す。Case1(吸込み弁制御)はメーカーにより軸動力のばらつきが大きいのに対し、Case2(インレットベーン制御)はメーカーによる差はほとんどなかった。
これを基に定格運転時、80%風量運転時、60%風量運転時の単位送風量当たりの軸動力を表 2 に整理した。
定格運転時の単位風量当たりの軸動力について、ターボブロワ（Case1,Case2）は平均 0.0211kWh/m3 であるのに対し、ルーツブロワ(Case3)は 0.0295kWh/m3 であった。ルーツブロワの送風容量が小さいため、
全断熱効率が低いこと等により単位風量当たりの軸動力が高くなったものと考えられる。
定格運転時に対する 60%風量運転時の単位風量当たりの軸動力を比較すると、Case1 は 21.0%、Case2
は 16.5%、Case3 は 20.3%高く、インレットベーン制御の上昇率が低くなった。また、インバータ制御
について、吸込み弁制御と上昇率に大きな差はなかった。これら結果から、定格を下回る風量で運転する場合、インレットベーン制御ではエネルギー効率の低下が抑制され、流入負荷に応じた風量制御をする際に省エネ効果が見込めることが分かった。

図7

ターボブロアの風量と軸動力の関係(左：吸込み弁、右：インレットベーン)
表2

図8

ルーツブロアの風量と軸動力の関係

46

送風機の風量と軸動力の関係

４．送風量制御による電力量削減効果
反応槽内の DO や流入水量をセンサで計測し、これに応じた送風量制御実施することにより電力量削減効果が見込まれる。送風量制御による電力量削減効果を明らかにするため、モデル処理場において、送風量制御実施時の送風機の電力量を試算した。
４．１

電力量の試算条件

下水道設計指針 2) に記載された方法に基づいて容量計算を行った。容量計算結果を踏まえて設定する
送風システムの条件、送風量制御条件毎に電力量を試算した。
（１）

流入負荷に応じた容量計算

モデル処理場における 4 時間毎の採水調査を基に、各時間帯の流入水量及び水質を設定した（表 3）。
流入水量は調査時の実績を基に 40,000m3 /日（日最大 50,000m 3/日を想定）になるように設定した。循環式硝化脱窒法の処理水質は BOD 1.1mg/L、NH 4-N 2.0mg/L とした。標準法の処理水は、BOD 1.1mg/L、NH 4-N 5.0mg/L とした。採水調査は冬季・夏季の 2 回実施しており、それぞれの流入汚濁負荷量について容量計算し、必要酸素量 AOR を算出した。
表3（２）

流入負荷量の設定

送風システムの条件設定

送風システムの設定条件を表 4 に示す。アンケート調査では 50,000m 3/日規模の処理場における採用が多いことから「鋳鉄製多段ターボブロワ」を採用した。散気装置は散気板，メンブレンパネルの 2 ケースの検討を行った。酸素移動効率は散気装置の設置位置を考慮し、散気板 12%、メンブレンパネル
18.8％とした。また、同様に送風機の基数は 3 台、4 台の採用が多いことから，散気板の場合は 4 台，
メンブレンパネルの場合は 3 台とした。本試算における設定ケースを表 5 に示す。標準活性汚泥法を想定した 4 ケースと循環式硝化脱窒法を想定した 4 ケースを試算した。
表5
表4

送風システムの設定条件

項目

CASE

条件

処理方式

1-1

送風機形式

鋳鉄製多段ターボブロワ

1-2

散気装置

2条件 ： 散気板、メンブレンパネル

1-3

送風機台数

散気板：4台メンブレンパネル：3台

1-4

散気方式

旋回流方式

酸素移動効率散気板：12％
メンブレンパネル：18.8%

2-3
2-4

47

流入
条件

夏季
標準活性汚
泥法
冬季

2-1
2-2

試算 CASE の設定

夏季
循環式硝化
脱窒法
冬季

送風機
散気装置

台数

能力
m3 /min/台

散気板

4台

91

メンブレン

3台

64

散気板

4台

91

メンブレン

3台

64

散気板

4台

143

メンブレン

3台

100

散気板

4台

143

メンブレン

3台

100

（３）
１）

送風量制御に関する条件設定
汚濁負荷量に応じた送風量の制御方法

各時間帯の必要酸素量 AOR に対し、送風量制御時の送風量を設定する。試算対象技術としては、送風量制御を実施しない基本条件として「送風量一定」、送風量制御技術として「空気倍率一定」、「DO
等センサによる制御（DO 制御）」の 2 技術とした。以下に設定条件を示す。
①

送風量一定
風量一定では、送風機の送風量を 24 時間固定したままの運転を行う。各時間帯の必要空気量 AORのうち、最大の必要空気量 AOR に対応した送風量に設定する。実処理場では流入負荷の低い時間と高い時間に分けるなど 2 段階、3 段階の送風量を設定する下水処理場が多かったが、本試算では
24 時間固定する条件で試算した。
②

空気倍率一定制御
空気倍率一定制御は、流入水量に対して設定した空気倍率で反応タンクへの送風量を決定する。

時間帯毎に必要空気量 AOR から必要な空気倍率を求め、最大の空気倍率で固定して運転する。
③

DO 制御
DO 制御は、反応タンクの DO 値が一定値を保つように送風量を制御する。DO 制御を実施している下水処理場において、流入負荷量に応じた必要空気量 AOR と送風量の関係を調べたところ、ほぼ一致した。そこで、本試算では各時間帯の必要空気量 AOR を送風量として設定した。
２）送風機の機械的な風量制御方式

送風機の機械的な風量制御方式について、「インレットベーン制御」、「吸い込み弁制御」でそれぞれ試算し、必要風量に対して稼働送風機の送風量を等しく運転する運用とした。また、「インレット
ベーン制御」について、定格稼働送風機と風量制御送風機を分けて電力の最適化を図る「台数制御」の 3 種類で試算した。風量と軸動力の関係について、図 7,8 を参考に設定した。
４．３

電力量の試算結果

流入負荷量から必要空気量を試算し、設定した設備等に応じた電力量を試算した。試算結果を表 8、に示す。送風機の機械的な風量制御方式に関して、「インレットベーン制御」は「吸込み弁制御」より 2～15%程度電力が低くなった。また、定格稼働と風量制御を組み合わせた「台数制御」は、全ての送風機で同じ風量とする運用よりも電力は低くなったものの、大きな低減効果はなかった（図 9）。汚濁負荷に応じた風量制御について、「DO 制御」は「風量一定制御」よりも 23～35%低く、「空気倍率一定制御」
よりも 9～17%低くなった（図 10）。酸素移動効率が高い散気装置を採用している場合は、送風システ
ムの電力量が低くなるため、水処理における電力量削減効果は相対的に低くなるものと考えられる。

48

表6

制御方式

風量一定
制御
空気倍率
一定制御

DO制御

吸い込み弁制御
インレットベーン制御
台数制御
吸い込み弁制御
インレットベーン制御
台数制御
吸い込み弁制御
インレットベーン制御
台数制御

電力量の試算結果（kWh/日)

標準活性汚泥法
夏季
冬季
散気板
メンブレン
散気板
メンブレン

循環式硝化脱窒法
夏季
冬季
散気板
メンブレン
散気板
メンブレン

CASE1-1

CASE1-2

CASE1-3

CASE1-4

CASE2-1

CASE2-2

CASE2-3

CASE2-4

9,905
9,204
9,204
7,471
7,079
7,065
6,501
6,010
5,999

6,304
5,517
5,517
4,969
4,478
4,361
4,152
3,722
3,615

10,042
9,372
9,372
7,899
7,356
7,200
6,655
6,199
6,185

6,406
5,643
5,622
5,382
4,631
4,624
4,864
4,118
4,111

11,108
10,863
10,818
9,169
8,907
8,888
7,973
7,741
7,719

6,221
5,984
5,984
5,445
5,160
5,148
4,800
4,526
4,526

11,235
10,998
10,976
9,109
8,843
8,817
8,259
7,993
7,981

7,365
6,885
6,863
5,728
5,355
5,340
4,864
4,594
4,586

図 9 送風機の機械的な風量制御による電力試算結果（夏季、DO 制御）

図 10

汚濁負荷に応じた風量制御による電力試算結果（インレットベーン制御）

５．まとめ
本調査の結果を以下に示す。送風量制御によるエネルギーの削減効果に関して条件毎の整理を行った。
省エネルギー化を検討する下水処理場にて効果を試算する技術資料として活用が見込まれる。例えば、
酸素移動効率が高い散気装置を採用している場合は、送風システムの電力量が低くなるため、水処理における電力量削減効果は相対的に低くなることが見込まれる。制御技術を導入する際の電気設備･セン
サなど建設コストと、下水処理場の条件により削減が期待される電力コスト（エネルギー削減効果）を比較し、制御技術導入を図ることになる。
（１）送風機の導入実績調査
ルーツブロワは、送風機容量が 20m3/分以下での納入実績が多数あり、特に 10m3 /分以下の実績が多かった。ターボブロワは鋳鉄製ターボブロワの採用が多く、特に 100m3 /分以上ではほとんどが鋳鉄製ターボブロワであった。
（２）下水処理場における送風システム実態調査
小規模処理場ではルーツブロワが採用されており、送風量制御方式としてインバータ制御を用い

49

るものが多かった。また、中規模・大規模処理場では鋳鉄製多段ターボブロワの採用が多く、送風
量 制 御方 式 と イ ン レ ット ベ ー ンや 吸 込 み 弁 制 御に よ る もの が 多 か っ た 。 風 量 制 御技 術 に つ い て、
10,000m3 /日規模では、風量一定制御が最も多く、50,000m3 /日、20,000m3 /日では DO 一定制御と風量一定制御がほぼ同数であった。いずれの規模でも風量一定制御が多い結果となっており、多くの下水処理場で反応タンク曝気風量制御として DO 計等の計装機器を使った自動制御を行っていなかった。

（３）風量制御時の軸動力と風量に関する調査
ターボブロアの吸込み弁制御、インレットベーン制御、ルーツブロアのインバータ制御時の送風量と軸動力の関係についてトレンドを整理した。定格を下回る風量で運転する場合、インレットベ
ーン制御ではエネルギー効率の低下が抑制され、流入負荷に応じた風量制御をする際に省エネ効果が見込めることが分かった。

（４）送風量制御による電力量削減効果の試算
50,000 m 3 /日規模のモデル処理場にて、送風量制御時の電力量の試算を行った。送風機の機械的な風量制御方式に関して、「インレットベーン制御」は「吸込み弁制御」より 2～15%程度電力が低くなった。汚濁負荷に応じた風量制御について、「DO 制御」は「風量一定制御」よりも 23～35%低く、「空気倍率一定制御」よりも 9～17%低くなった。
一方で、実処理場の維持管理担当者にヒアリングしたとところ、送風量の変化に対応して、必要風量を系列毎に適切に配分する調整が難しいとの回答があった。送風量が変わると系列毎の圧力条件等何らかの理由により、系列毎の風量に差が出るものと推察される。送風量制御技術の導入に当たっては、系列毎の送風流量の差、その場合の制御方法など、実務的に送風量制御に対応した運用が可能であるか検証が必要である。
本調査では、ターボブロワ、ルーツブロワそれぞれで風量制御時の軸動力と風量の関係を試算した。
今後は、スケールによる影響を確認するため、違う容量で試算する予定である。また、送風量制御による電力量削減効果について、下水処理場の通日調査のデータを入手・分類のうえ、流入負荷特性を踏まえた試算を行う予定であり、処理場の特性を踏まえた電力源単位を整理する予定である。更に送風シス
テム以外の設備についても一般的な設計・動力の考え方をとりまとめ、各設備の電力原単位を整理していく予定である。

参考文献
1）社団法人日本下水道協会「平成 24 年度版

下水道統計」（2014）2) 社団法人日本下水道協会「下水道施設計画･設計指針と解説-2009 年版-」(2009)50

７. 処理水・再生水の衛生学的リスク制御技術の評価に関する調査
下水処理研究室室

長 山下 洋正

主任研究官 重村 浩之
研 究 官 小越 眞佐司
研 究 官 川住 亮太
１．はじめに現在、下水処理場からの放流水に関する衛生学的項目として大腸菌群数が用いられている。しかし、大腸菌群
数には土壌由来の細菌や環境中で増殖する細菌を含むなど、糞便性汚染を示す指標として適当ではないことが指摘されている。環境基準項目が大腸菌群数から大腸菌数に変更される予定であることを踏まえ、著者らはこれまでに実下水処理場での大腸菌群数及び大腸菌数の実態、測定方法や測定機関毎の測定結果のばらつきについて調査をおこなってきた 1)2)。今後、新たな指標の基準値を検討する際には、これら実態調査に加えて、新たに大腸菌数の基準値を設定した場合に、基準値に応じて衛生学的リスクがどの程度に制御されるのかといったリスク評価の観点を踏まえた基準値設定の考え方について整理を行う必要がある。また、このようなリスク評価の考え方は、
下水処理水の再利用においても重要である。再生水利用に関する国際標準が ISO/TC282 において平成 29 年度を目処に策定される予定であることを踏まえ、再生水利用のリスク及び処理技術の性能評価についての検討が急務である。
本調査では、衛生学的リスク、コスト、エネルギー消費量の観点から、下水処理水の放流先での水利用や再生水利用等における適切な処理方法を検討するため、まずは、再生水利用の実態に関するアンケートを実施し、導入されている再生処理方法を用途別に整理した。また、それぞれの再生処理方法における病原微生物の除去率について、文献値等をもとに整理した。
２．既存の再生処理施設の処理方法に関する実態調査
再生処理施設におけるコスト、エネルギー消費量を試算する前に、まずは現状において、用途別にどのような再生処理方法が導入されているか、アンケート調査により実態を把握することとした。
アンケート調査対象施設は、「水洗（トイレ用水）」、「修景用水」、「親水用水」として再生水を供給している施設とし、「下水道統計（Ｈ24 年版）」（公益社団法人日本下水道協会）より抽出した。アンケート内容は、採用している再生処理方法、再生水の利用用途等であった。採用している再生処理方法の件数について取りまとめたものを図-1 に示す。再生処理に複数の処理方法を組み合わせている場合は、それぞれの処理方法において件数としてカウントしている。例として、急速ろ過法と塩素消毒を組み合わせた処理方法の場合は、急速ろ過法と塩素消毒についてそれぞれ件数としてカウントしている。なお、これらの処理方法について、単独の処理方法が採用されているケースはごく一部で、大半は、複数の処理方法を組み合わせて再生処理しているケースである。例として、塩素消毒については、これを単独として再生処理方法としているのは 8 件のみであり、ほとんどが急速ろ過法やオゾン処理等と組み合わせて再生処理している。
塩素等の消毒を除く再生処理方式の中では、急速ろ過の採用数がいずれの用途においても最も多く、修景用水用途を除くと、２番目に採用数が多いのはオゾン処理である。修景用水で 2 番目に多いのは繊維ろ過法であった。
人が触れることを前提としない修景用水では、オゾン処理のように高度な水質が得られるが電力消費量が大きい
処理方法は採用されない傾向にあるものと考えられる。また、急速ろ過法とオゾン処理の採用数の差が最も小さ

51

い用途が親水用水利用であった。人が触れることを前提とする親水用水利用では、高度な水質が得られる処理が比較的採用される傾向にあるものと考えられ、MF 膜や RO 膜等のろ過膜処理においても、全体の採用件数自体が少ないが、その中でも親水用水利用が最も多かった。
消毒においては、紫外線消毒は、修景用水用途及び親水用水用途において採用される傾向が強く、水洗用水用
途や散水用水用途では、塩素消毒が最も多かった。これは、水洗用水利用では、利用先において消毒の残留性が求められるのに対し、修景用水利用や親水用水利用においては、場合によっては魚類等の生物への影響を考慮し、

紫外線消毒

オゾン消毒

塩素消毒

逆浸透膜法（RO）

膜ろ過法（NF）

膜ろ過法（UF）

膜ろ過法（MF)

活性炭吸着法

オゾン処理

凝集剤添加

凝集ろ過法

親水用水

凝集沈殿法

繊維ろ過法

修景用水

急速ろ過法

散水用水

ストレーナ

スクリーン

生物膜ろ過法

水洗用水

50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
接触酸化法

採用件数 件

消毒の残留性がない紫外線消毒が採用されるケースがあるものと考えられる。

図-1 再生処理方法の用途別採用件数
３．再生処理方法別の病原微生物除去性能に関する文献調査
再生水利用においては、衛生学的安全性の確保が重要であり、そのためには、病原微生物の十分な除去が必要である。ここでは、過去の文献をもとに、各種再生処理方法における病原微生物の除去率を抽出し、整理することとした。下水処理水の放流先での水利用や再生水利用において最も懸念されるリスクは、病原微生物による水系感染リスクである。現在、ほとんどの国で下水処理水や再生水の衛生学的基準には、測定の容易性や低廉性、細菌の代表性等の理由から大腸菌群数や大腸菌数が用いられている。しかし、今後の再生水利用促進にむけては、
これらの指標微生物だけでなく、病原微生物そのものにも着目し、どの程度の衛生学的リスクを有しているのか把握し、リスク評価を行っていくことが必要と考えられる。今回取り上げる病原微生物としては、腸管系の感染症を引き起こす代表的な微生物であり、文献において比較的よく取り上げられているノロウイルスを対象として整理した。
各種再生処理方法及び消毒方法におけるノロウイルスの対数除去率を表-1 に整理した。塩素消毒については、
塩素注入率により、対数除去率が大きく異なる結果となった。紫外線消毒については、ノロウイルス以外による
結果ではあるが、70mJ/cm2 という、
「下水道施設計画・設計指針と解説 2009 年版(社団法人日本下水道協会)」に記載されている大腸菌群不活化率 99.9%に必要な紫外線照射量(30～50mJ/cm2)よりも多く紫外線を当てれば、ウイ
ルスが 3Log 程度除去できる可能性が示されていた。オゾン処理については、10mg/L の注入率、15 分の接触時間の条件で、ノロウイルスをほぼ不検出にできるとのことであり、また、下水処理場での実態調査の結果、最大で2Log 程度の除去率であった。その他、急速ろ過(砂ろ過)や凝集沈殿、凝集剤添加や MF 膜処理に関する除去率のデータが得られた。しかし、RO 膜処理によるノロウイルス除去率の値は得られなかった。そこで、文献 4)より、
MF 膜処理よりも膜の孔径が小さい UF 膜処理によるノロウイルス GⅡの除去率が 4.4 であったことより、NF 膜処

52

理による除去率を 5.0Log、さらに口径が小さい RO 膜処理による除去率を 6.0Log と仮定することとして整理した。
ろ過膜処理によるウイルス除去については、さらなる情報収集が必要な状況にある。
表-1 各種再生処理方法におけるノロウイルスの対数除去率(文献値)
出典

原水

集計区分

対数除去率

ノロウイルス
種類

塩素消毒

3)

二次処理水

※１

0.9

GⅡ

塩素消毒

3)

二次処理水

※１

3.0

GⅡ

紫外線消毒

3)

※２

3.0

-

急速ろ過法

3)

二次処理水
二次処理水or消
毒後放流水

平均値

0.9

GⅡ

オゾン消毒(処理)

3)

急速ろ過水

最大値

2.0

GⅡ

凝集沈殿法

4)

二次処理水
(1時間曝気による
疑似処理水)

1ケース

2.0

GⅡ

PAC添加率 10mg-Al/L

凝集剤添加

3)

「条件等」参照

平均値

1.0

GⅡ

「高度処理活性汚泥法」と「高度処理活性汚泥法＋凝集剤添加」におけるノロウイルス対数除
去率の差(3.6-2.6=1.0)。PAC添加。

2.3

GⅠ

GⅡは2.3Logよりも高めのデータであったが、明記されている対数除去率2.3を採用

処理方法

二次処理水
(1時間曝気による 1ケース
疑似処理水)※１：実験データを用いた計算値※２：アストロウイルス、ロタウイルスの不活化率データを引用
膜ろ過法(MF)4)

条件等
塩素注入率 3mg/L、接触時間15分
3)のデータを活用して対数除去率を計算
塩素注入率 5.3mg/L、接触時間15分
3)のデータを活用して対数除去率を計算
紫外線照射量 70mJ/cm2
ろ過速度97～270m/日（ろ過速度との相関は見られず）
急速ろ過水において、オゾン注入率10mg/Lを15分接触すれば、ノロウイルスが不検出になるとの報告あり。

表-2 組み合わせた再生処理フローにおけるノロウイルス対数除去率
フローNo.

フロー内訳
①

②

③

④

対数除去率

R1

塩素消毒**

3.0

R2

紫外線消毒***

3.0

R3-1

急速ろ過法

→ 塩素消毒*

1.8

R3-2

急速ろ過法

→ 塩素消毒**

3.9

R4

急速ろ過法

→ 紫外線消毒***

3.9

R5

急速ろ過法

→ オゾン消毒****

2.9

R6-1

急速ろ過法

→ オゾン処理****→ 塩素消毒*

3.8

R6-2

急速ろ過法

→ オゾン処理****→ 塩素消毒**

5.9

R7

凝集沈殿法

→ 急速ろ過法→ オゾン処理****

4.9

R8

凝集沈殿法

→ オゾン処理****→ 急速ろ過法

R9-1

急速ろ過法

→ 膜ろ過法（MF)→ 塩素消毒*

4.1

R9-2

急速ろ過法

→ 膜ろ過法（MF)→ 塩素消毒**

6.2

R10-1

凝集剤添加

→ 膜ろ過法（MF)→ 塩素消毒*

4.2

R10-2

凝集剤添加

→ 膜ろ過法（MF)→ 塩素消毒**

6.3

R11

急速ろ過法

→ 膜ろ過法（MF)→ 逆浸透膜法（RO）

9.2→ 塩素消毒**注入率3mg/L、**注入率6mg/L。ともに表－１に基づき接触時間15分を想定。
***表－１に基づき紫外線照射量70mJ/cm2を想定。
****表－１に基づきオゾン注入率10mg/Lを想定。

53

5.8

表-1 の結果を活用して、安全に再生水利用を行うにはどのような再生処理方法が必要なのか、整理する必要がある。そのため、表-1 と RO 膜処理によるノロウイルス除去率 6.0Log を考慮して、表-2 のとおり、各種再生処理
フローと消毒におけるノロウイルス対数除去率を整理した。複数の処理方法を含むフローは、表-1 に示す対数除去率を足し合わせて計算した。同じ再生処理フローでも、塩素注入率や CT 値の違いにより、ノロウイルス対数除去率に差が生じると考えられる。また、急速ろ過法よりも、凝集沈殿や MF 膜処理等を含むフローの方が除去率は高い傾向にあり、物理的にノロウイルスを除去できる RO 膜を含むフローR11 が、消毒を含まないにもかかわらず、
最も除去率が高い整理結果となった。
次のステップとしては、これらの再生処理フローがどの用途に適しているのか、また、そのためにはコストやエネルギー消費量がどれくらいかかるのか、検討が必要である。
４．まとめ
図－1 に示すとおり、下水処理場における再生処理方法の採用件数に関する調査を行い、人が直接触れる頻度が最も多い親水用水利用において、高度な処理の採用が多い傾向が見られたが、水洗トイレ用水や修景用水等と比較して、採用される処理方法について明確な違いまでは見られなかった。これは、現状において、それぞれの利用用途について、衛生学的リスクをどのレベルに制御し、病原微生物をどの程度除去すればいいのか、明確に示されていないのも一因と考えられる。このため、それぞれの再生処理方法における衛生学的リスク指標として、
ノロウイルスの除去率について、表－1 に示すとおり整理した。整理にあたっては、ノロウイルス等の病原微生物については水質基準として設定されていないこともあり、処理場において実測値を把握するのは困難であるため、既存の文献値に基づいて行った。この値を活用して、再生処理フローにおいて想定されるノロウイルス除去率を
表－2 のとおり整理した。今後、この結果を合わせて、利用用途に適した再生処理方法ついて整理する必要がある。
来年度以降においては、今年度の調査結果に加えて、実施設におけるコスト、エネルギー消費量の実態を調査した上で、衛生学的リスクを考慮して、用途に応じた再生処理方法に係るコスト、エネルギー消費量の試算を行う予定である。
参考文献
1) 原田一郎, 藤井都弥子, 小越眞佐司, 對馬育夫: 下水処理施設への新たな衛生学的指標導入に関する検討, 平成 24 年度下水道関係調査研究年次報告書集, pp.59-66, 国土技術政策総合研究所資料第 773 号, 平成 26 年 1 月.
2) 山下洋正, 重村浩之, 藤井都弥子, 小越眞佐司: 下水処理施設への新たな衛生学的指標導入に関する検討, 平成 25 年度下水道関係調査研究年次報告書集, pp.31-38, 国土技術政策総合研究所資料第 823 号,平成 27 年 1 月.
3) 下水道におけるウイルス対策に関する調査委員会報告書, 平成 22 年 3 月.
4) 内田勉, 諏訪守, 桜井健介, 安井宣仁: 再生水利用の安全リスクに関する研究, 平成 24 年度下水道関係調査研
究年次報告書集, pp.34-38, 土木研究所資料第 4275 号, 平成 25 年 12 月.

54

II. その他の予算による研究［下水道研究室］

１. 南海トラフ連動型地震における下水道施設の復旧方法に関する研究下水道研究部 下水道機能復旧研究官 尾﨑 正明
下水道研究室室

長 小川 文章主任研究官 深谷渉

研 究 官 松橋学

１．はじめに下水道施設は、電気や上水道など他のライフラインと異なり、地震時に同等の機能を代替する手段がないため、大規模な災害により下水道施設が損傷しその機能が喪失すると、下水の溢水や不適切な糞便の処理による衛生環
境の悪化、避難所のトイレ排水機能不全による被災者の脱水症状、静脈血栓症の発症など衛生面・健康面に大きな問題が発生することが指摘されている１）。また、災害時の復旧段階においても上水道より下水道の復旧が遅延することにより、上水道も使用制限を受けるなど、日常生活に大きな支障が生じる。このため、地震時に下水道機能を確保すること目的とした下水道施設の耐震化を早期に講じる必要がある。しかし、下水道施設の耐震化には莫大な費用と時間を要することから、すべての施設を早期に耐震化することは困難である。そこで大規模な地震が発生した際、下水道機能を確保できるよう迅速な復旧を図る必要がある。例えば東日本大震災では、過去にない広範囲で甚大な被害が発生したことから、従来想定していた都市間の下水道施設復旧支援の枠組みでは対応が困難であったため、2 次被害の防止、下水道サービスの継続的な提供及び、早急な機能復旧を図ることを目的として、国土交通省が現地対策本部（国土交通省東北地方整備局建政部内）を設置し、情報収集及び緊急対応方針の指示、被災自治体への復旧支援調整を実施し迅速な復旧支援が行われた。
今後想定される南海トラフ連動型地震については、最大規模の被害が発生すると、東日本大震災時を大きく上回る下水道施設被害の発生も予想され、国土交通省を中心とした復旧支援体制が必要と考えられるが、大規模災害を想定した国土交通省を中心とする復旧支援体制は確立されていない。このことから東日本大震災での下水道復旧支援事例を踏まえ、国土交通省が中心となった情報収集や復旧支援を実施する体制について検討し、南海トラフ連動型地震発生時の下水道復旧支援体制を早期に確立することが求められている。
本研究では、中央防災会議の南海トラフ連動型地震の震源断層モデルや被害想定の検討結果に基づき、南海ト
ラフ連動型地震等の大規模地震時における迅速かつ適切な下水道施設の復旧支援体制の構築に必要な情報を整理し、大規模地震発生時の復旧支援体制のあり方をとりまとめるものである。
２．研究方針と研究計画
本研究の構成は以下の通りである。
①南海トラフ連動型地震における下水道施設の被害想定【平成 24 年度・平成 25 年度】
南海トラフ連動型地震による地震動及び津波発生時の下水道施設の被害規模を設定するために、中央防災会議
及び学会等による被害想定情報を収集・整理した。また、東日本大震災における下水道施設被害を参考に、南海
トラフ連動型地震における地震・津波発生時の下水道施設被害の想定を行うとともに、下水道施設被害に対して必要となる復旧支援規模について検討し整理した。
②震後の復旧支援体制に関する検討【平成 24 年度・平成 25 年度】①で検討した被害想定を「南海トラフ巨大地震の被害想定（第二次報告）」2)の算出データを考慮して修正する
と共に、下水道被害延長に基づき各市町村、都道府県、地方整備局ごとに下水道施設復旧支援に必要な一次調査

55

及び 2 次調査に必要な人数の算出を行った。
③被害の最小化に向けた復旧支援体制のあり方【平成 25 年度・平成 26 年度】
南海トラフ連動型地震における下水道施設の想定被害（施設の直接被害であり、以降、「被害」という。
）と必要な復旧支援人員等の検討結果に基づき、下水道サービス断絶や道路交通支障等の 2 次被害（以下、「2 次被害」という。
）を最小化するために必要な復旧支援体制と、体制構築の実現に向けた課題について検討し取りまとめた。
３．被害の最小化に向けた復旧支援体制のあり方
南海トラフ地震発生時に下水道管路施設被害が発生すると、下水道サービスの断絶や道路交通への支障等の 2
次被害が発生する場合がある。下水道管理者たる地方公共団体は、2 次被害の未然防止及び拡大を防ぐため、復旧支援体制を早期に構築し、必要に応じ復旧のための支援を要請する必要がある。ここでは、震後に実施する一次調査（地上からの目視調査）及び 2 次調査（管内 TV カメラ調査）に要する人員の規模について、東日本大震災をはじめ過去の主要な震災対応の調査日進量の実績を踏まえ算出するとともに、要請に応じた支援人員の過不足について検討する。
３．１ 地震規模を変えた下水道管路復旧支援体制のケーススタディー
表 1 に示す 4 ケースの地震動について、過去の被害状況及び支援実績から震度 6 弱以上が想定される地方公共団体で復旧支援が必要と仮定し、一次調査
及び 2 次調査に要する人員を算出した結果について述べる。
4 ケース中では最も小さい規模の地震であるケー

表 1 復旧支援人員のケーススタディー
ケース

内閣府設定地震の組み合わせ

地震規模

ケース1

震度・PL値平均小

ケース2

西側震源（震度・PL値最大）

中

ケース3

東側震源（震度・PL値最大）

中

ケース4

震度・PL値最大大ス 1 は、内閣府が設定している平均的な震度及び PL
値で想定したものである。このケースでは、下水道施設被害が中部地方、関西地方、四国地方の一部府県に限定されることから、被災していない全国地域の下水道技術系職員の 30%を上限として派遣することを前提とした場
合、支援達成率（震度 5 弱以下の地方公共団体の下水道技術系職員の 30%／震度 6 弱以上の地方公共団体の必要
支援人数）は 100％であり、関東地方及び中部地方の地方公共団体が支援に回ることで対応可能と試算された。
ケース 2 は、震源域が西側で震度及び PL 値が最大の場合であるが、中部地方、関西地方、四国地方のほぼ全域
で下水道施設が被害を受けることが想定されるが、支援達成率は 100％となった。ただし、東北地方を含む全国からの支援が必要な状況であり、この規模の地震が発生した際には、大都市ルール、全国ルールなどの広域災害時の支援ルールを活用し復旧支援が必要であると考えられた。
ケース 3 は、震源域が東側で震度及び PL 値が最大の場合であり、ケース 2 とほぼ同地域に被害が発生することが想定されるが、震源域が東側に寄ったことにより関東地方の一部に被害が想定され、ケース 2 では復旧支援をする側の自治体が被災し支援が行えなくなることが想定されることから、支援達成率は 94%となった。このケースでは、既存の自治体間の相互支援ルール考え方を越えた状況になることが想定される。しかし、不足する人は全体の 6％であることから復旧時間がやや長くなることが想定されるが 1 つ支援自体が 2 つの被災自治体を支援するなど効率的な支援配置を実施することで支援可能となると考えられた。
ケース４は、震源域南海トラフで想定される最大の地域で、震度、PL 値も最大の場合である。このケースでは、
関東地方から九州地方にかけて全域で被害が発生することが想定された。また、ケース最大規模の地震が発生した場合には、必要とする約半分の復旧支援人員しか確保できないこととなった（図 1 参照）。よって、最大規模の地震に対しては、ボランティアや下水道関係機関・OB 等の人材の確保や、民間企業への協力要請など、広範囲な支援が必要である他、被害規模・内容に応じて重点的に支援する都市を選定する必要がある等が考えられた。

56

図 1 地震規模別の災害時復旧支援検討結果
３．２ 支援重点エリアの抽出例
多数の地方公共団体が広域的に被災した場合、支援人員・機材不足が生じる可能性が高いことが想定される。
この場合、被害の状況に応じ支援重点エリアを設定し、甚大な被害の抑制を図ることが考えられる。
ここでは、下記に示す指標を用いて、支援を重点的に行う必要のある地方公共団体の抽出を実施した例を示す。
①震度
東日本大震災の支援実績より、震度 6 弱以上で支援を要することとし、震度 5 以下は支援対象外とした。
②液状化し易さ
下水道管路施設の被害原因の大半は液状化現象によるものであり、また、2 次被害による影響が長期化する要因にもなることから、PL 値 5 以上で被害が拡大することとした。
③管路被害率
管路被害延長が大きいと、1 次・2 次調査のための外業が多くなり慢性的な人手不足に陥る。東日本大震災では、震度 6 強となった場合に被災率が 2.5%を超
え、支援の必要性が高まると考えられたことから、「被災率 2.5%以上」を指標値として用いた。
④単位被害管路延長あたりの機能支障人口
被災時の事故リスクの大きさを判断するため、人口密集度 200 人/㎞ 2 以上を条件とした。
上記の指標について、重視すべき指標が該当するかどうかを整理し、支援の重点度として順次評価を行い、第一次～第四次の支援重点エリアを整理した（表 2、図 2 参照）。

図 2 支援重点エリアの抽出例

57

表 2 管路施設被害に対する支援重点エリアの抽出イメージ
指標に基づく重点度評価(指標に該当=Yes/非該当=No)
指標

第一次支援
重点エリア

①震度 (震度６強以上)②被災率(被害延長/総延長≧2.5%)③被災管路延長1kmあたりの機能支障人口(200人/km以上)④液状化し易さ(PL値５以上)

第二次支援
重点エリア
Noかつ
６弱以上

第三次支援
重点エリア
Noかつ
６弱以上

第四次支援
重点エリア
Noかつ
６弱以上

Noかつ
5強

Noかつ
5弱以下

Yes

Yes

No

No

No

No

Yes

Yes

Yes

No

No

No

Yes

Yes

Yes

Yes

No

No

非支援
(5強は独力対
応想定)

支援側(5弱以下)

Yes

支援対象(震度６弱以上)

支援対象区分

非重点支援エリア

４．下水道管路施設の復旧支援ツールの開発
地震発生後の管路施設の災害復旧活動は、人的被害防止と緊急調査時の安全確保のための緊急点検にはじまり、
下水道施設被害状況を把握するための緊急調査（0 次調査）
、大きな 2 次災害に繋がる被害に必要な措置を講ずる
緊急措置、被害の拡大・2 次災害を防止し応急復旧工事の必要判断をする 1 次調査、応急的に施設の暫定機能を確保する応急復旧工事、本復旧工事が必要な箇所を判断するための 2 次調査と段階的に進められ、その後、災害査定や本復旧工事が行われる。
地震の規模が大きくなるほど、被害の範囲が広範で被害の程度も深刻となるため、緊急点検や 0 次調査、1 次調査、2 次調査といった応急復旧工事等の措置を必要可否判断のための調査に時間を要することとなる。東日本大震
災では、下水道施設の被害を路面状況等から目視で確認する 0 次調査に係る日数が平均 8.3 日（理想は１日）、マ
ンホールを開放して地上からの目視調査を行う 1 次調査に平均 30 日、管内 TV カメラなど用いた詳細な被害調査を行う 2 次調査が平均約 3 ヶ月を要している。時間を要した理由としては、被害の大きさや度重なる余震等により被害が広範囲であったこと、人命優先で下水道の災害対応が後回しになったこと等が挙げられるが、この結果
震災後の初動期に情報の入らない空白期が存在することとなり、災害復旧のための支援要請の判断が遅延したと考えられる。
また、国が自治体に対して行う災害支援についても同様で、震災直後には情報の空白期が存在する。震災後の情報連絡は、下水道施設を管理する自治体が情報を取りまとめて都道府県に報告、都道府県は自治体情報を集約
し地方整備局に報告、地方整備局は所管内都道府県情報を取りまとめて国土交通本省に報告するといった流れになっているが、自治体の情報収集時間、集約の時間的ロス等により、被害の全体像を把握するには多くの時間を要する。東日本大震災では、広域で甚大な被害であったことから東北地方整備局内（仙台市）に現地対策本部を早期に設置（震災 2 日後の 3 月 13 日）し対応にあたったが、関東での甚大な液状化被害把握が遅れ、対応が後手に回った事例もある。
以上の経験を踏まえ、情報の空白期において、震後の迅速な支援要請判断等に活用できる情報を得るため、地震直後に公表される情報に基づき下水道管路施設にどの程度被害が発生するかを即時に推測する下水道管路施設の復旧支援ツールを作成した。
４．１下水道管路施設の復旧支援ツールの概要
下水道管路施設の復旧支援ツールは、地震発生直後に即時に一般に公開される計測震度情報に基づき、下水道
管路施設被害延長、下水道管路の 1 次調査、2 次調査に必要人数を推測し、GIS 上に表示するものである。本シス
テムは、①エクセル形式で作成した下水道管路施設被害を算出するための計算シート、②計算結果を日本地図上

58

に表示するマッピングソフト、③地震発生直後に情報を取得するための地震情報取得ソフト、の 3 つから構成されている。適応範囲は、内閣府の中央防災会議（南海トラフ巨大地震の検討ワーキンググループ）で検討された、
沖縄から北陸、北関東地域とした。詳細を次に述べる。
４．２ 下水道管路施設被害計算シート
下水道管路被害を算出するために表 3 に示すとおり下水道管路の敷設延長、敷設された管路の耐震化情報、地盤の状況を反映するための PL 値等を活用した。地盤に関する情報は内閣府、下水道に関する行政情報は下水道統計、施設に関する情報は国総研が所有する管きょのデータベースを活用した。また、地震動に関する情報は防災科学研究所の HP4）から強震観網（K-NET,KiK-net）の観測点や各地の計測震度を活用した。計算の簡略化のため、地盤情報及び計測震度について市町村の行政区域内任意の１つの値を設定した。下水道管路施設の被害量及び支援人員の算出は、大規模地震による下水道被害想定検討委員会 5）を基に過年度実施した研究成果より震度階、PL値により設定した被害率を耐震化前の管路延長に掛けあわせることで算出した。また復旧調査に必要な支援人員
は、被害延長に過年度成果に基づく 1m あたりの調査人員を掛けあわせることで算出した。算出した結果は、被害
延長、1 次調査必要人員数、2 次調査必要人員数をエクセル形式で地方整備局、都道府県、市町村の各シートに表示できるよう構成した。
表 3 計算シート構成
01
02
03-1
03-2
04
04-2
05
06
07
08
09
参考

フォルダ構成行政情報
耐震化情報（重要な幹線等）
震度速報値貼り付け（K-NET&KiK-net）
震度速報値
震度データ
南海トラフ想定 PL 値
団体別布設年度管種別延長
被害量・投入人員算出パラメータ
市町村別被害量・投入人員算出
都道府県別集計
地整別集計
GIS7、GIS8、GIS9

備 考
下水道統計情報
耐震化された管路は無被害とした。
防災科学技術研究所 HP より取得
03-1 から必要な情報を抽出
03-2 から震度階情報に変換
内閣府より公開しているデータ
国総研所有の敷設延長データ
本課題にて検討したパラメータ
結果の表示
結果の表示
結果の表示
マップ連動用４．３ マッピングソフト
計算シートにより計算された結果を視覚的に読み取りやすくするため、任意に設定した被害規模ごとに行政区界が被害延長に応じて地図上に表示されるプログ
ラム（ArcGIS）を作成した（図 3）。地図上には、任意
設定により、被害延長、1 次調査人員数、2 次調査人員数を数値で表示可能である他、被害状況把握の進捗とあせ、調査等の実績値を追加入力も可能であり、震後の災害復旧活動の進捗管理にも活用できる。

図 3 マッピングソフトの表示例

59

４．４ 地震発生直後に情報を取得するための地震情報取得ソフトの開発
地震発生直後に情報を取得するための地震情報を取得するための「下水道被害予測情報取得プログラム」を作成した。このプログラムは、防災科学研究所の HP 上の閲覧可能な情報をもとに、強震観測網（K-NET,KiK-net）の観測点名、計測震度を取得するものである。使用者のニーズに合わせ取得可能な震度や情報の取得頻度を任意に設定でき、深夜や災害対応職員の不在時にも地震発生時に即時に情報を自動的に取得可能なプログラムとした。
また、大規模地震の際は、余震が頻発することが想定されることから取得した情報を蓄積する機能及び、蓄積した情報から選択して計算シートに書き込む機能を付加した。プログラムは簡易なものとし、取得情報を最少限にすることで、短時間での被害推測が可能である。また本プログラムの容量を非常に小さく（200k バイト程度）したことから様々なコンピュータにインストール可能であり、自治体等での汎用性も非常に高いと考えられる。
５．まとめ
本検討では、南海トラフ連動型地震における下水道施設の想定被害と必要な復旧支援人員等の検討結果に基づき、被害を最小化するために必要な復旧支援体制と、体制構築の実現に向けた課題について検討し取りまとめた。
また、地震直後に公表される情報にもとづき下水道管路施設にどの程度被害が発生するかを即時に推測する下水道管路施設の復旧支援ツールを作成した。
その結果、中央防災会議に設置された南海トラフ巨大地震対策ワーキンググループが発表した震源の組み合わせのうち最大規模の地震が発生しなければ、被害を受けていない全国の自治体のよる支援で下水道管路の復旧が行える可能性があることが分かった。一方、最大規模の地震に対しては、自治体間の支援では復旧に必要な人数の半分程度しか確保できないことから、ボランティアや下水道関係機関・OB 等の人材の確保や、民間企業への協力要請など、広範囲な支援が必要である他、被害規模・内容に応じて重点的に支援する都市を選定する必要があ
ることが明らかとなった。また、下水道管路施設の復旧支援ツールを作成し、本支援ツールが地震発生後数分以内で被害状況を推測できることを確認した。今後は下水道協会等災害対策本部員等になりうる組織とこの支援ツールを共有し、災害時の初動活動に活用されることが期待される。
今後は、本検討結果を自治体が行う災害時支援会議等に報告すると共に、検討結果に基づく南海トラフ連動型
地震発生時の災害支援体制が構築されることが望まれる。
参考文献
1)加藤篤、永原龍典：災害時の避難所等のトイレ・衛生対策、保険医療科学 2010 Vol.59 No.2 pp116-1242)南海トラフ巨大地震の被害想定について（第二次報告）、中央防災会議防災対策推進検討会議南海トラフ巨大地
震対策検討ワーキンググループ、2013.3.18、3）（公社）日本下水道協会、「下水道事業における災害時支援に関するルール」、平成 27 年 6 月
4)防災科学研究所ホームページ、強震観測網 http://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/5)大規模地震による下水道被害想定検討委員会：大規模地震による被害想定手法及び想定結果の活用方法に関するマニュアル、平成 18 年 3 月

60

２. 社会資本等の維持管理効率化・高度化のための情報蓄積・利活用技術の開発
下水道研究室室

長 小川 文章主任研究官 深谷渉

研 究 官 末久 正樹
１．はじめに下水道管路の総延長 46 万 km のうち敷設後 50 年を経過した老朽化管路は現在約 1 万 km 存在しているが、10年後には約 4 倍、20 年後には約 12 倍に増加すると見込まれる。下水道の老朽化等に起因する道路陥没は毎年 3～
4 千件発生しているが、老朽化の進行に伴い、陥没等の事故の増加や管路の改築更新等の財政負担の増大が懸念されている。また、少子高齢化等に伴う労働人口の減少により、建設業の従事者だけでなく公共団体職員の減少も懸念されている。時間の経過とともに老朽化していく既存施設を、限られた人員、予算で、適正に管理し機能の持続性を確保していくためには、予防保全の考え方に基づき、管路内調査により陥没等の事故が発生する前に内部の異常箇所を発見するとともに、調査等で得られた情報を適切に管理、運用し、維持管理の効率化に役立てていくことが重要である。
各地方公共団体においてはこのような観点から管路の調査等を行っているところであるが、従来型の TV カメ
ラでは日進量が短く、コストが高額なことから年間の調査実績は敷設延長全体の約 1％に留まっているのが現状であり、また収集した管路内情報についても活用が進んでおらず、下水道管路の維持管理の効率化が図られていな
いといった課題を抱えている。
以上を踏まえ、本研究では、情報システムの活用によるアセットマネジメントの推進に向け、管路内情報の蓄積、利活用の観点から下記の項目を実施するものである。
①下水道管路管理情報に関する実態調査（H25）②下水道管路維持管理の省力化及び効率化に向けた先進的ＩＴ技術の導入に関する検討（H25－H28）③アセットマネジメントの推進に資する下水道管路管理システムの検討（H26－H28）
平成 26 年度は、②に関して、管路内情報蓄積のための調査技術の高度化に関する検討を行い、③として管路内調査データの利活用のための管路内調査優先度判定システムの構築について検討した。
２．管路内情報蓄積のための調査技術の高度化（１）研究の概要
他のインフラ施設と同様に、下水道管路についても老朽化したストックが増大している。そのような中、管路に起因する事故を予防し、持続可能な下水道サービスを提供していくためには、より省力・低コストで調査点検が可能となる手法が求められている。従来の管内調査には自走式 TV カメラが用いられてきたが、日進量（1 日あたりの調査延長）が約 300ｍ/日にとどまり、また現場での拘束時間が長いことから、調査コストが高額であること等が課題として指摘されているところである。 そこで、下水道管路維持管理の効率化に向けて、調査機器の走行性能向上が調査時間に与える効果について検討を行った。
（２）今後 10 年の必要管路内調査延長の試算
平成 24 年度の全国の調査延長の実績は約 4,300km/年である。敷設後 30 年を経過した管路について、10 年に 1回（塩化ビニル管は 20 年に 1 回）の頻度で調査が必要であると仮定した場合、平成 24 年時点では実績の約 2 倍61

20,000

年間必要調査量延長（km）

表-1 現地作業時間の内訳（展開広角カメラ）【参考】H24調査実績概算（km）

単位

スパン延長
30m

移動

分

5.00

準備

分

6.80

項目
15,000

H34 必要調査延長
約 16,000km/年
10,000

現地作業 機材設置
時間内訳 計測

分

0.50

分

2.50

機材回収

分

1.70

片づけ

分

3.80

1スパンあたり所要時間合計
（分）

20.30

日進量（ｍ/日）

532.0

H24 調査延長実績
約 4,300km/年

5,000

0
H24

H26

H28

H30

H32

H34

図-1 必要管路内調査延長の推算に相当する約 8,800km について調査が必要であったと試算される（図-1）。さらに 10 年後の平成 34 年では、敷設後 30 年を経過する管路が増加することにより、必要調査延長が平成 24 年度の調査延長実績の約 4 倍に相当する
約 16、000km に増加することが見込まれる。この必要調査延長の増大に対応するには、仮に厳しい下水道財政の中でも現在の管路内調査費が維持されるとしても、10 年後には従来型 TV カメラと比べて約 1/4 の費用で実施可能な管路内調査手法が求められる。
（３）従来 TV カメラの課題と対策
従来型 TV カメラでも、100～200m のケーブル長を有する機器があり、現地条件が良好であれば複数スパンの連続調査は可能である。しかし、管口における 10cm 程度の段差であっても通過することが困難であり、また曲がりのあるインバート内を走行することも機器の長さの問題から困難である。このような箇所では調査員が人孔内に入り TV カメラ機器の再設置作業を行う必要がある。
例えば側視を行わない展開広角カメラの場合、国総研で行った実験結果では 1 スパン（延長 30m）あたりの計測に要する時間は 2.5 分程度に過ぎず、その他の機材設置、回収、片付け等に要する時間が約 18 分と現地作業時間の大部分を占めていたという結果が得られている（表-1）。このため調査機器の走行性能を改良し、管口での段差やインバートの曲がり部分といった走行困難箇所を克服できれば、複数スパンを連続して調査が行える箇所が増加し、機材設置、回収、片付け等の作業時間が短縮することに伴う日進量の向上が可能となる（図-2）。

【従来】マンホール毎に機器の付替え→日進量が伸びない【将来】走行性能改良により複数スパンを調査可能→日進量向上

図-2 管路内調査機器の改良イメージ

表-2 処理区の諸元処理区面積13.54ha

実際の下水道管路は一本の直線ではなく、多くの末端管を有する網目状の様

管路延長

3000ｍ

子をしている。そこで、ある処理区でケーススタディを行い、日進量約 500m

スパン数

122スパンの 4 倍である日進量 2000m を満足するための機器の性能について検討を行っ

平均スパン延長
MHにおける
30cm以上の段差

24.6m（４）日進量増加に向けたケーススタディ

た。なお、一日あたりの実質調査時間を 6 時間と想定し、 [m/6 時間]という単

62

20箇所

位で議論を行うこととする。処理区域の諸元を表-2 に、概略図を図-3 に示す。また、ケーススタディにおける調査機器の性能に関する検討条件と結果を表-3 に示し、その条件における各作業工程の所要時間を図-4 に示す。いずれのケースでも洗浄に要する時間は考慮せず、「移動、準備、機材設置」、「計測」、「TV カメラの引戻」、「機材回収、後片付け」
凡例
段差が 30cm 未満のマンホール
段差が 30cm 以上あるマンホールの各項目から調査全体にかかる時間を試算している。日進量は、各ケースでの所要時間
で管路延長 3000m を除した後、実質調査時

図-3 処理区の概略図

間(6 時間)を乗じて計算を行った。
Case-1 は現状の展開広角カメラを使用した

調査路線3000m当たりの作業時間（分）

2,000
1,800

場合の試算結果である。現状の展開広角カメ

機材回収、後片付

1,600

ラにおいても、3 スパン程度であれば一度にTVカメ引戻

1,400
1,200
1,000

計測

調査することができると仮定を行っている。

移動、準備、機材設置

この場合、同処理区の調査には延べ約 31 時

800間を要し、日進量は 578[m/6 時間]となった。

600

続いて、走行速度のみを上げた場合(Case-2)、400

例えば展開広角カメラの 100 倍の速度である

200

1200m/min で調査したとしても、日進量は0Case-１Case-２Case-３Case-４Case-５Case-６722[m/6 時間]に止まり、目標とした 2000[m/6
時間]を満足することは不可能であった。

図-4 各作業工程の所要時間

次に、段差に対する走行性能及びマンホー
ル内方向転換を可能とした場合について検討を行った。できる限り「一筆書き」で調査を行うことにより、前項で示した様に機器の再設置や回収に関する時間を省略し、調査延長を伸ばすことが可能となる。ここで、下り方向の段差乗り越え性能については制限なく、上り方向は 30cm を限界と仮定すると、この処理区においては既存の機器では 64 回の設置が必要なところ、走行性能の改善で設置回数を 15 回に低減することが可能と試算された。
その結果、「移動、準備、機材設置」及び「機材回収、後片付け」に関する作業時間が 1/4 と大幅な軽減が見込まれる。この時走行速度を展開広角カメラと同等とした場合(Case-3)、
表-3 ケーススタディの諸条件と計算された日進量
Case-１Case-２Case-３Case-４Case-５

走行速度(m/min)

12

1200

12

31.5

12

18

ケーブル

あり

あり

あり

あり

なし

なし

下り

不可能

不可能

制限なし

制限なし

制限なし

制限なし

上り

不可能

不可能

30cm

30cm

30cm

30cm

MH内方向転換

手動

手動

自動

自動

自動

自動

段差乗り
越え機能

Case-６機器の設置回数

64

64

15

15

15

15

日進量(m/6時間)

578

722

1,467

2,000

1,733

2,030

備考

※対照系

63

日進量は 1467[m/6 時間]と展開広角カメラの約 2.5 倍となったが、目標日進量には届かなかった。この走行性能で速度のみを上げた場合(Case-4)、2000[m/6 時間]を満足するためには走行速度を 31.5m/min にする必要があった。さらに、段差に対する走行性能及びマンホール内方向転換を可能とし、加えてケーブルレスとして機材回収時間を短縮した場合について検討を行った。走行速度を展開広角カメラと同等とした場合(Case-5)は 1733[m/6 時間]と、
展開広角カメラの約 3.5 倍となったが、目標日進量には届かなかった。この条件で速度のみを上げた場合(Case-6)、
2000[m/6 時間]を満足するためには走行速度を 18m/min にする必要があった。なお、走行速度を向上させると、収集できる画像データの精度低下が発生することや、事故の発生、ケーブルの損傷(有線)あるいは動力源の確保(無線)の問題といった課題が挙げられる。そのため、調査自体の速度向上と併せて種々の走行性能やケーブルレス化、あるいは制御技術の向上といった調査機器のアップグレードが求められている。
（５）今後の展開
前述の機器開発に向けて、管路内調査機器メーカー及びロボットメーカー等へのヒアリングを実施し、ケーススタディで示した性能を下水道管路内で発揮するための機器の機構及び具体の要求性能の例をとりまとめた(表-4)。
持続可能な下水道事業を支えるため、調査の簡素化・適正化や調査機器類・調査項目・基準の見直しなども重要な項目であり、引き続き検討を行っていく。
表-4 日進量向上に求められる要求性能(例)
項目
概 要
概念図
走行
性能

管路内走行
落差対応（下り）
曲がり対応
流入路線対応（迂回路線対応）

測 定
技術

制御
・
情報
機能

撮影方式・レンズ仕様等
位置調整機能
電源供給
データ管理
距離計測
制御機能

要求性能
【調査手法】 ①調査路線の上流側のマンホールより、調査ロボットを挿入して、自立走行させる。
②調査路線の下流側のマンホールより、調査ロボットを回収する。
事前の洗浄を実施しないため、管内の土砂堆積がある 【機器イメージ】
状態でも走行可能
車輪を有したモジュールを連結した多関節型の装置（へび型）。能動車輪①人孔内の落差（段差）を移動できる。
と能動関節により、ロボットの前後並②副管がある場合においても走行できる。
びに底部に前後移動以外の姿勢制御①インバートがある中で 90°に曲がることができる。
①合流人孔内のインバートがある中で、90°転回した上 （落差対応や回転）を可能とする。
で、落差（段差）のある流入路線の管路内部に移動できる。
②起点人孔で 180°転回した後前進自動走行もしくは後進によるロボット自動走行により、合流人孔内に戻り、90°転回し、メイン路線に戻ることができる。
現場での作業を最小とするため、１ビュー方式の展開図の作成を可能とする。
管径変化対応を自動で行う必要があるため、レンズ位置の自動調整機能を具備する。
ケーブルレスとするため、ＴＶカメラロボット本体にバッテリーを有する。
ケーブルレスとするため、画像等のデータはＴＶカメラロボット本体内の記録メディア内に保持する。
ロボットの移動距離の計測機能を有する。
ケーブルレスを基本とし、「完全自立走行」若しくは「無線」によるシステムを構築する。なお、無線のシステムについては、開発目標の日進量を満足することが前提として、中間マンホールに簡易な送受信機等を設置することを可能とする。また、曲がり部や落差部等で擦り切れない
材質でかつ絡み付きの問題がないことを前提に、制御専用ケーブルの使用は可能とする。

３．管路内調査データの利活用のための管路内調査優先度判定システムの構築（１）研究の概要
限られた予算や時間、人材等の制約下で予防保全的な維持管理を効率的に行うには、ハード面における調査機
器の性能向上と併せて、施設の経過年数や埋設条件に基づく老朽化の度合いや事故時の社会的影響度を勘案して、

64

点検・調査、診断の対象施設を絞り込む机上スクリーニングが重要となる。このため本研究では地方公共団体より収集した台帳情報を基に、劣化が予測される箇所の抽出、調査箇所の優先度判定等を行い、頻度等の最適化、異常発生リスクの低減等の調査の効率化を図るためのシステムの構築について検討する。
（２）調査優先度システム構築の考え方
調査は「リスクの大きい」箇所から実施されるべきであることから、調ックマネジメント手法を踏まえた下水道長寿命化計画策定に関する手引き 1)」に示されている「リスクの大きさ」の考えに従うと、①事故が発生
こりやすさ（図-5 縦軸）から決定される。

大

優先度
中
③

優先度
やや大
②

優先度
大
①

中

優先度
やや小
④

優先度
中
③

優先度
やや大
②

小

優先度
小
⑤

優先度
やや小
④

優先度
中
③

小

中

大

やす

した場合の被害の大きさ（図-5 横軸）と②事故の原因となる不具合の起不具合の起査優先度が高い箇所はリスクが大きい箇所とみなすことができる。
「スト

このうち①については、土地利用形態など公共団体ごとに考慮すべき事
項が変化するため、国総研ではブレーンストーミング法と AHP 法を組み合わせた判定手法を検討してきており 2)、システム構築に当たっても AHP
法での判定結果を反映できるものとした。ただし、AHP 法そのものに限経過年数

界があることから、将来的には新しい考え方の導入が必要であると考える。
②については、必要十分な因子が整理され、その情管種報が収集できれば統計的に処理が可能であると考えられる。そこで、今年度は土質条件等の劣化影響因子を管径用いた不具合の起こりやすさに関する分析を行った。
（３）数量化Ⅱ類を用いた不具合の起こりやすさの検

地質分類

討
施設諸元を説明変数、維持管理データを目的変数とした数量化Ⅱ類によって得られたスコアを用い、劣化平均土被り判定を行った。数量化Ⅱ類とは、カテゴリーデータを変数とする判別分析とよく似た解析手法であり、その図-5 リスクマトリックスによる優先順位づけの例 1)

10年未満
10年～19年
20年～29年
30年～39年
40年～49年
50年以上
陶管
コンクリート製管
塩ビ製管250未満
250-300未満
300-350未満
350-500未満
500-800未満
800-1350未満
1350以上埋立地
沖積粘性地盤
砂質地盤
洪積ローム
砂礫質地盤
1m未満
1m以上2m未満
2m以上3m未満
3m以上4m未満
4m以上
0本
1本
2本
3本
4本
5本以上

あたりの
10m
取付管本数

解析手順については各種文献 3)を参考にされたい。目事故による被害の大きさ（例：施設重要度）

的変数については、管路内調査を元に該当スパンに何らかの不具合が認められるか否かで判断を行った。各-0.5000

管路の状況は、目的変数の各カテゴリーから該当する項目のスコアの総和で示し、和が大きいほど管路は劣化-0.3000-0.1000

0.10000.30000.500

図-6 数量化Ⅱ類のカテゴリースコア

し、小さいほど健全であると表現される。不具合の有無に関する判別は、閾値を設定し、それを越えた場合は「劣化なし」、下回った場合は「劣化あり」と整理される。
数量化Ⅱ類による劣化判定は 3 団体から収集した 9,590 スパンの管路内調査データと下水道台帳等データをもとに実施した。図-6 に、６つの説明変数（経過年数、管種、管径、地質分類、平均土被り、10m あたりの取付け管本数）で判別を行った数量化Ⅱ類のカテゴリースコアを示す。
不具合の起こりやすさとして、経過年数、管種のように過去の研究でも示されてきたパラメータの他、管径、地質分類についても寄与度が高いことが分かる。一方、取付け管本数の寄与率は最大 0.03 と低い結果となった。判
別的中率は 75.5％、相関比は 0.27 となった。しかしながら、既往の研究 4)では、取付け管本数は有意な説明変数となっており、解析に使用したデータの違いを含めて今後考察が必要な項目となった。なお、同じく既往研究で経過65

年数が増えるほど不具合箇所が増加する傾向を把握しているが、今回の分析ではそれが反映されていないという課
題があり、活用したデータの見直し（例えばデータ数の増、偏りの把握など）が必要と考えられる。
また、上記 3 団体の一つの A 市の TV カメラ調査を実施した 9,202 スパンに対して、図-6 のカテゴリースコアを用いた判定結果と TV カメラ調査結果との比較を表-5 に示す。劣化の判別点は今回の分析における判別的中点である-0.04089 を採用した。比較を行った結果、実際に何らかの劣化しているスパンを劣化なしと判断してしまう割合（以下見落とし率）が 23.1％であった。また、実際に発生している劣化の程度に応じて、「A ランクを含むもの」、「B ランク以下」、「C ランクのみ」と場合分けを行った場合、それぞれ見落とし率は 20.4％、20.9％、26.9％であり、ランクによる違いは明確には現れなかった。
表-5 数量化Ⅱ類による健全度判定結果
調査結果
健全度ランク

劣化なし

劣化あり(Cランクのみ)

劣化あり(Bランク以下)

劣化あり(Aランクを含む)

総計

劣化なし

2,569

590

528

200

3,887

劣化あり

937

1,603

1,994

781

5,315

総計

3,506

2,193

2,522

981

9,202

26.9%

20.9%

20.4%

判定結果

見落とし率

（４）今後の展開
今年度は調査優先度判定システムのプロトタイプ版を Excel ベースで作成したが、課題点の克服のため、利用可能な周辺環境情報等も活用して精度の向上を図っていく。

【参考文献】
1) 国土交通省水管理・国土保全局下水道部：ストックマネジメント手法を踏まえた下水道長寿命化計画策定
に関する手引き,平成 25 年 9 月2)例えば 宮本,深谷,横田,太田：下水道管路に起因する道路陥没の発生傾向と陥没発生危険箇所の推定、下水道協会誌,Vol.50,No.607,pp.99-107,平成 25 年 5 月
3)例えば 菅民郎：多変量解析の実践 下,現代数学社,平成 5 年4)福田,吉田,松宮：効率的な管きょ老朽化対策に向けた点検・調査の定量的優先度評価に関する検討,第 47 回
下水道研究発表会講演集,pp59-61,平成 22 年

66

３. 下水道施設の戦略的な耐震対策優先度評価手法に関する調査
下水道研究室室

長 小川 文章主任研究官 深谷渉

研 究 官 松橋学

１．はじめに下水道施設の耐震対策は過去の大規模地震の度に見直されており、兵庫県南部地震では、それまでの設計地震
動をはるかに超える地震動が観測されたことから 1997 年版下水道施設の耐震対策指針（以下 1997 年版指針）1）に新たにレベル 2 地震動が設定されるとともに下水道施設の液状化対策が記載され、これ以降の指針に基づき建設された下水道施設では地震動による致命的な被害は報告されていない。しかし、1997 年版指針発刊以前に建設された下水道施設は現在想定されている地震動に対する耐震対策がなされておらず、東日本大震災でもこれらの下水道施設に甚大な被害が生じ社会生活に大きな影響を与えた。2）
一方、中央防災会議（内閣府）において、近い将来発生が懸念される南海トラフ巨大地震、首都直下地震の震源モデルや被害想定などが検討 3）され、ライフラインの一つである下水道施設も下水道サービスの停止等の影響が想定されている。このため、耐震化を促進し、地震発生時に下水道施設として最低限の機能を確保できるようにする必要がある。しかし、自治体は、限られた人員、時間、逼迫した予算の中で下水道施設の耐震化を行う必要があることから、被害想定に基づく耐震対策箇所の絞り込みなどを実施し、耐震対策の効率化を図る必要がある。
国総研では、限られた予算等制約条件下で、必要不可欠な耐震対策を施し、下水道施設に被害が発生しても最低限の機能維持（水洗トイレの利用、溢水防止）と早期に機能回復を実現させるため、迅速な応急復旧や BCP 作成に有用な被災想定の精度向上に役立つ過去の大規模地震の被害情報の整理を実施するほか、事前耐震対策・事後応急対応それぞれの長所を生かした役割分担をした上で、下水道管路施設の耐震化優先順位を決定できる耐震対策優先度評価手法について検討している。
２．研究方針と研究計画
本研究の構成は以下の通りである。
①東日本大震災下水道管路施設被害情報収集整理【平成 25、26 年度】
下水道管路施設の地震被害情報データベースの作成に向けて、東日本大震災における管路施設被害に関する情報を収集し整理した。
②耐震化優先度評価指標の検討【平成 26、27 年度】①で整理した下水道管路施設被害情報等を活用し、住民生活や経済活動に与える影響を表す評価指標及びその定量化について検討する。
③事前対策抽出手法の検討【平成 26 年度】
既存の事前対策・事後対応についてコストや適応範囲を整理し、事前対策と事後対応の最適な組み合わせ手法について検討する。
④下水道施設の戦略的な耐震対策優先度評価手法の開発【平成 27 年度】②、③の検討結果に基づき、実自治体に適応させたケーススタディを実施し被害想定や事前対策・事後対応の組み合わせ手法の妥当性、適応性を検討し、下水道施設の耐震化優先度評価手法を開発する。
平成 26 年度の調査では、事前と事後の対策の組み合わせによる耐震対策の優先度を評価するために必要な対策
困難度、被害度、社会的影響度等の事前対策評価指標と、復旧のしやすさを定量化した事後対応評価指標を設定するうえで必要となる基礎情報を収集し、整理した。

67

表１ 研究計画
項

目

２５年度

２６年度

２７年度

東日本大震災下水道管路施設被害情報収集整理
耐震化優先度評価指標の検討
事前対策抽出手法の検討
下水道施設の戦略的な耐震対策優先度評価手法の開発

３．耐震化優先度評価事例の収集
耐震化優先度を決定するために必要な、事前対策の評価指標に関して、道路や水道等における対策優先度評価
事例を収集し、評価指標を抽出するとともに定量化方法を整理した。
下記に示す水道や道路などの他インフラ施設における耐震対策優先度評価事例の収集を行い、各インフラの耐震化優先度評価指標、定量化方法、優先度判定方法を整理した。
①水道

山形県企業局水道施設耐震化計画（平成 25 年 3 月、山形県企業局）
高松市配水管網評価業務（高松市上下水道局）
徳島県企業局工業用水道事業の震災対策～南海トラフ巨大地震等に備えて～（徳島県企業局）②河川

岐阜県河川インフラ長寿命化計画（平成 26 年 3 月、岐阜県県土整備部河川課）③道路

道路橋維持管理ガイドライン（平成 24 年 3 月、静岡市建設局道路部道路計画課）④学校

学校施設耐震化推進指針（文部科学省）⑤公共建築物・構造物

瑞浪市公共建築物・構造物耐震化計画（平成 21 年 1 月、瑞浪市）

他インフラ施設における耐震対策優先度評価事例としては、優先度評価指標としては長寿命化計画と組み合わせて施設の重要度や経過年数で評価する項目が多く、現在の耐震化レベルや活断層の有無、被災の影響（大規模地震の推定震度等）や被害の波及性（鉄道、道路など重要構造物への影響等）を設定している事例もあった。定量化方法としては評価指標別に点数を算出し、その総合評価点数により優先順位を決定する方法がほとんどであった。また、道路（橋梁）では重要度を評価する各項目の重みは階層化意思決定法（AHP 法）により係数を設定
し、各項目で設定している評点と掛け合わせた総合点を算出することにより優先度を評価していた。
下水道管路施設の耐震化優先度を示す評価指標については、これらを参考に、「下水道管路施設の被害度」、「社
会的影響度」、「事前対策困難度」および「下水道管路施設の重要度」を事前対策指標として抽出したほか、「事後対策困難度」及び「事後対応による社会的影響度」を事後対応優先度の評価指標として設定し、各評価指標別に点数化ができるよう、指標の金銭化やランク化を試みた。事前対策および事後対応評価指標の組み合わせによる耐震対策優先度評価イメージを図-1 に示す。
（評価因子）
施設条件
地震条件
土質条件
道路条件
・
・
・

下水道施設被害度
社会的影響度
事前対策優先度の判定
事前対策困難度
下水道施設重要度（評価因子）
施設条件
道路条件
・

事後対策困難度
事後対応優先度の判定
社会的影響度図-１

耐震化優先度評価イメージ

68

ランク分け・総合評価
優先度A：早急に耐震化
優先度B：5年以内に耐震化
優先度C：10年目途に段階的耐震化
優先度D：事後対策で対応

４．事前対策評価指標の検討
下水道管路施設の耐震対策優先度の評価指標として「下水道管路施設の被害度」、「社会的影響度」、「事前対策
困難度」および「下水道管路施設の重要度」を抽出し、各指標の定量化に関して検討した。
4.1 下水道管路施設の被害度
下水道管路施設の被害度は、地震発生時に生じる管路被害の大きさを表す指標である。ここでは、過年度に作成した下水道管路施設の地震被害情報データベース（平成 27 年 3 月に下水道研究室ホームページで公開）を用いて、地震動条件（震度等）、施設条件（管種、管径、土被り等）、地盤条件（微地形分類等）を説明変数、管きょの被害程度を目的変数とした数量化理論（数量化Ⅱ類）による傾向分析を行い、傾向別に数種類の被害度に分類した。
(1) 要因分析手法
対照群(破損なし)の判別値平均分析手法として、多変量解析手法の一種であ

実験群(破損あり)の
判別値平均

閾値

る「数量化Ⅱ類」を採用した。本手法は目的変数（管きょの被害程度）と説明変数（地震動条

度
数件、施設条件などのカテゴリー型の質的変数）を用いて説明変数による目的変数の判別式（予判別値測式）を求め、①目的変数と説明変数の関係の分析、②説明変数による目的変数の予測を行う

個別事例：

判別値がこの範囲ならば「破損なし」と予測。

判別値がこの範囲ならば「破損あり」と予測。

ものである。目的変数と説明変数の関係の分析

図-２

結果は、カテゴリースコア、レンジで表現され判別値による判定イメージ

る。カテゴリースコアは判別式における説明変数の各カテゴリーの係数であり、正負・絶対値が目的変数に対する寄与の向きと重みを表す。レンジはそれぞれの説明変数におけるカテゴリースコアの最大値と最小値の差であり、判別式における説明変数の重みを表す。
判別式の精度は、個々のデータから求めた判別値と閾値を比較して正判定率（正答数／判別数）により評価する。判別値による判定イメージを図-2 に示す。ここで、閾値は実験群・対照群データそれぞれの判別値平均の中点における値とする。
(2) 分析ケースの設定【目的変数】

ケース 1：管きょ施設（約 5,600 スパン）の被害程度
ケース 2：震度別（5 強以下、6 弱、6 強以上）管きょ施設の被害程度
ケース 3：沿岸部、内陸部別管きょ施設の被害程度【実験群・対照群】
実験群：被害程度大対照群：被害程度小【説明変数】（震度以外は各ケース共通）
管 種：①VU、②HP、③CP
管 径：①250mm 以下、②250mm 超え 450mm 以下、③450mm 超え 600mm 以下、④600mm 超え 800mm 以下、⑤800mm 超
土被り：①2m 未満、②2m 以上 3m 未満、③3m 以上 4m 未満、④4m 以上
震 度：①5 強以下、②6 弱、③6 強以上
液状化発生の可能性：①液状化大，中、②液状化小69

(3) 要因分析結果
全 6 通りの管きょ被害の要因分析結果を表-2 に示す。目的変数（管きょの被害程度）に対する説明変数（管種、管径、土被り、震度、微地形分類）の重みはレンジで表され、全ケースを通して①管種、②管径が管きょの被害程度に対して最も重要とされる要因に挙げられる。
カテゴリー別の被害傾向としては、土被りが 3ｍ未満と浅く、管径 250mm 程度の小口径硬質塩化ビニル管が最も多い結果となった。これは開削工法で布設した管きょによる被害割合が多く、土被りが浅く布設される小口径
管きょにおいて、埋戻し土による部分的な液状化も含めた液状化の影響が受けやすいことが要因と推測される。
また、沿岸部と内陸部で分けたケースにおいては、沿岸部では液状化の可能性が小さい地盤や管種、管径の寄与率が高くなった。内陸部では管種、管径、土被りの寄与率が高いが、液状化の寄与率は低くなった。
なお、分析に使用したデータは大都市より中小都市での被害割合が圧倒的に多く、中小都市における下水道管路施設の被害傾向を示したものと言える。

表-２ 管きょ被害の要因分析結果

4.2 下水道管路施設の被害による社会的影響度
社会的影響度は、下水道管路の損傷等に伴う下水道サービスの停止、道路交通阻害、上水道利用停止による影響の大きさを表す指標である。ここでは、影響度を 1 日当たりの経済的被害額として費用換算することとし、東日本大震災で下水道サービスが停止した都市を対象にアンケート調査を行い、下水道サービス営業停止損失額、
道路交通阻害損失額、上水道営業停止損失額の必要なデータ収集および算出を行い、算出額を社会的影響度として用いることとした。

70

(1)アンケート調査
東日本大震災で下水道施設が被害を受け、下水道サービスが停止、道路交通阻害が発生、上水道が停止した 20
都市（岩手県 1 市、宮城県 6 市町村、福島県 4 市町、茨城県 2 市、千葉県 4 市）を対象にアンケート調査を行った。アンケートにおける調査項目は、管路施設被災規模（復旧に要した費用、応急復旧工事の有無と箇所数・復旧方法・費用・期間）、上下水道サービス営業損失（サービス停止期間）、道路交通阻害による損失（道路区分、
通行止め有無、仮復旧・本復旧の延長と期間）とした。回答のあった 6 市のアンケート結果を表－3 に示す。
表-３
団体名

福島県
福島市
Ａ市

アンケート結果一覧

下水道
上水道
被害延長
サービス サービス道路区分（km）
停止（日） 停止（日）

0

0

18.04

市道
県道

宮城県
栗原市
Ｂ市
宮城県
仙台市
Ｃ市
宮城県
川崎町
Ｄ市
宮城県
大崎市
Ｅ市
千葉県
習志野市
Ｆ市

0

33

9.14

市道

0

30

101.56

市道

0

14

3.89

町道

11

21

8.24

市道

111

37

14.99

市道

(2) 経済的被害額算出結果

対策方法
迂回路、避難指示区域指定立ち入り禁止
迂回路
通行止め
通行止め
迂回路

87

238.0

262

238.0

－
10

－
164.0

224
407

196.0
164.0

－

－

127

407.1

迂回路

15

60.0

246

131.0

片側交互通行
通行止め
通行止め
通行止め
迂回路
迂回路
迂回路

24
24
24

700.0
800.0
30.0

425
574
574

748.0
835.0
38.4

－

－

38

220.0

244
264

25.0
150.0

32
6

25.0
150.0

①下水道管路施設の被害額
ヒアリング○災害査定本復旧工事費用

経済的被害額は、図－3 に示す通り、①
下水道管路施設の被害額（復旧費）、② 下②下水道・上水道サービスの営業停止損失水道・上水道サービスの営業停止損失、○災害査定応急復旧工事費用

営業停止損失の算出

算したものとし、各指標の算出に当たっ

下水道統計、地方公営企業
決算など●下水道料金、既設汚水管延長ては、アンケート結果及び過年度の国総●水道料金③交通途絶による波及被害
ヒアリング

方公営企業決算（②で使用）、道路交通○工事位置（路線名、住所）

交通途絶による波及被害算出

センサスや下水道の浸水対策事業におけ○車両確保の対策方法○仮復旧工事期間・延長○本復旧工事期間・延長

る費用効果分析マニュアル（案）（平成18 年 11 月、日本下水道協会）（③で使用）

ヒアリング○営業停止期間③ 交通途絶による波及被害の３つを合研成果に加え、下水道統計や総務省・地

本復旧工事
期間
延長
（日）
（m）

仮復旧工事
期間
延長
（日）
（m）

○道路区分

経済的被害額（＝①+②+③）

H22年度道路交通センサスなど●車種別時間帯別交通量

を用いた。

●旅行速度
下水道の浸水対策事業における費用効果分析マニュアル●原単位○ ヒアリング項目● 既存調査・資料項目

図－３ 経済的被害額の算出フロー71ここで、上下水道の営業停止損失は、本来は上下水道の停止による民間店舗等の営業損失を計上すべきであるが、地域により店舗の件数や規模業種等が異なることから一般化が困難である。よって、ここでは代替手法として、当該箇所の下水道管路施設応急復旧費用に加え、ヒアリングにより得た営業停止期間、下水道統計より得た下水道料金・既設汚水管延長、総務省の地方公営企業決算より得た水道料金から、試行的に下式により算出した。
下水道営業停止損失 ＝ 営業停止期間×｛(年間下水道使用料収入／365 日)／既設汚水管路延長｝×被害延長
上水道営業停止損失 ＝ 営業停止期間×｛（年間水道料金収入／365 日）／既設汚水管路延長｝×被害延長
交通途絶による波及被害は、ヒアリングにより得られた情報より工事時間帯を想定し（国道・県道は夜間工事、市道・町道は昼間工事）、平成22 年度道路交通センサスの車種別時間帯交通量などを影響交通量として抽出した。また、センサス
データなどから対象区間の指定最高速度、混雑時旅行速度を抽出し、それぞれ通常時・迂回時の速度として設定したうえ
で通常時ルート、迂回時ルートの走行距離を計測する。抽出した交通量、速度、距離を下式に適用して走行距離損失、走行経費損失を算出した。
走行時間損失 ＝ 時間価値原単位×（迂回時の所要時間×車両数－平常時の所要時間×車両数）
走行経費損失 ＝ 走行経費原単位×（迂回時の走行距離×車両数－平常時の走行距離×車両数）
表-4 に、アンケート回答のあった 6 市における経済的被害額を示す。
表-４ 経済的被害額（6 都市）
福島県

宮城県

福島市
Ａ市
①下水道管路施設の被害額（万円/日）

栗原市
Ｂ市

千葉県

川崎町
Ｄ市

仙台市
Ｃ市

大崎市
Ｅ市

習志野市
Ｆ市

30.2

38.7

17.4

20.5

2.1

12.5

10.5

0.5

64.5

1.6

9.9

16.8

13.8

11.6

0.7

8.7

6.5

7.2

0.3

14.3

6.1

36.2

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

1.8

0.1

0.4

0.0

0.0

0.0

0.4

0.3

0.6

0.7

0.0

0.6

0.1

0.4

③交通途絶による波及被害（万円/日）

7.8

6.2

3.1

13.3

4.4

20.0

27.6

1.2

7.2

0.7

5.0

経済的被害額（万円/日）

54.8

58.7

32.1

34.9

15.5

39.6

46.0

2.0

88.4

8.6

51.9

応急復旧工事費用（万円/日）②下水道・上水道
サービスの営業 下水道営業停止損失（万円/日）
停止損失
上水道営業停止損失（万円/日）

被害延長（m）

238

196

164

407.1

131

748

835

38.4

220

25

150

被害延長1m当り経済的被害額（万円/日/m）

0.23

0.30

0.20

0.09

0.12

0.05

0.06

0.05

0.40

0.34

0.35

道路区分

市道

市道

県道

市道

市道

町道

町道

町道

市道

市道

市道

発生震度

5強

5強

5強

7

6強

6強

6強

6強

6強

5強

5強

震度5強以上の今後30年間の地震発生確率※1（％）
微地形分類※1

26.9
火山性丘陵

28.7
丘陵

30.1
谷底低地

28.5
砂礫質台地

42.5
丘陵

16.5

15.6

15.6

砂礫質台地 砂礫質台地 砂礫質台地

61.6
自然堤防

99.7
埋立地

99.7
埋立地

※1 地震ハザードカルテ 2014 年版（独立行政法人 防災科学研究所）より

東日本大震災における経済的被害額を 1 日・1ｍ当たりに換算して整理したところ、埋立地や自然堤防といった液状化する可能性が高い地域において下水道管路施設被害による道路交通阻害等への影響が大きいことから、経済的被害額が大きくなる傾向にあった。
4.3 下水道管路施設の事前対策困難度
事前対策困難度は、技術上の困難さや施工上の困難さを表す指標である。既設管路施設を対象とした更生工法などの耐震化工法、マンホール浮上防止工法、マンホール接続部耐震化工法等について、建設技術審査証明書やメーカー技術資料等を収集したうえで適応範囲、施工上の制約条件に基づく事前対策の可否判断基準および口径、埋設深ごとの施工費用・工期を整理した。
(1)評価方法と対象工法
既設管路施設の耐震化対策には、「防災」および「減災」の考えがある。
「防災」は構造的なハード対策であり、事前対策の困難度を考慮した優先順位を定め適切な耐震補強を講じるものである。一方、「減災」はソフト対策であり、BCP 計画等の策定によりシステムとしての下水道の耐震性能の向上を図るものである。本検討では「防災」

72

に着目して管路施設のハード対策について評価する。事前対策困難度は、適用性（適用可能な耐震化工法の有無）、
経済性（耐震化工法の概算事業費）、施工性（道路・上部利用状況等）の観点で評価を行い、既設管における耐震対策の主な工法としては、マンホール接続部及び継手部耐震化工法（11 技術）、マンホール浮上対策工法（8 技術）、
下水道管きょ更生工法（42 技術）、マンホール更生工法（6 技術）、改築推進工法（12 技術）を対象とした。
適用性については、技術毎の適用範囲や制約条件等を整理し、適用工法数の傾向から適用が容易な条件と困難な条件を二分化することで、困難度の高／低として評価した。
経済性は、耐震化を事前に実施するための必要事業費（耐震化事業費）と、新規に下水道を整備（全取替）した場合の事業費を比較し困難度とする。耐震化事業費は、技術資料やメーカーヒアリングにより管径別の概算事
業費を試算し、新規整備は既知の費用関数を用いた。
施工性は、実際に耐震対策を行う場合の様々な施工環境（制約条件）を整理し、困難度を評価する判断材料とするもので、① 道路利用状況、② 上部利用状況、③ 埋設物状況を評価の視点とした。
(2)事前対策困難度の経済性評価結果
適用性について、下水道管きょ更生工法は、管径、管種、断面形状、スパン延長、管路内水位、道路幅員の各
項目別の適用可能工法数、マンホール浮上対策工法はマンホール形状、同寸法、道路幅員の各項目別の適用可能
工法数、マンホール接続部及び継手部耐震化工法は管径、管種、マンホール寸法・深さ、道路幅員の各項目別の適用可能工法数を調べた結果、困難度の高／低（適用工法数が多い場合は困難度低、少ない場合は困難度高と評価）は表-5 の通りとなった。なお、マンホール更生工法、改築推進工法については、耐震化としての機能向上が見込めない技術や費用の算定が困難なものが多かったため、ここでは省略する。
表-５ 適用性の判定例

経済性は、管きょ更生工法、マンホール浮上対策工法、マンホール接続部及び継手部耐震化工法について、公表されている積算資料等に基づき施工単価を求めるとともに使いやすいように費用関数化し、新規に下水道を整備した場合の事業費と比較した。
費用関数は、図-4 が管径別の管きょ更生工法ｍ当たり概算事業費、図-5 がマンホール浮上対策工法のマンホー
ル号数別の概算事業費である。なお、マンホール浮上対策工法の事業費は、マンホールの深さによっても異なることから、マンホール深別の事業費を算出した（図-6）。

73

図-４ 管きょ更生工法の概算事業費

図-５ マンホール浮上対策工法の号数別概算事業費

図-６ マンホール浮上対策工法の深度別概算事業費

下水道管きょの新規整備費と耐震対策費を比較し新規整備が安価になると、耐震化工事を改築時に合わせて実施する方が効果的と判断し後送りにする場合があることから、ここでは耐震対策困難度が高いと評価した。概算
事業費は、耐震対策については前出の近似式、新規整備費は「流域別下水道整備総合計画調査指針と解説」の開削工法と小口径推進工法の費用関数で算出するものとし、管きょ対策費とマンホール対策費の合計値とする。
この結果（図－7、図-8）、新規整備した場合が安価となるのは φ600mm～φ1200mm を開削工法で施工した場合であり、事前対策困難度が高いと判断することとした。

図－７ 耐震対策工法と開削工法の概算事業費74

図－８ 耐震対策工法と小口径推進工法の概算事業費(3)事前対策困難度の施工性評価結果(2)では費用関数を用いて経済性の比較を実施したが、実際の耐震工事においては様々な工事上の制約が生じることが想定されることから、耐震化対策の困難度評価を行う上で配慮するものとする。
ここでは、工事積算において割増しとなる施工条件を抽出し、困難度を評価する判断材料とする。判断の目安
は以下の通りとした。
① 道路利用状況 ： 耐震化工事は、車両および歩行者の通行規制が必要なため、交通量が多い国県道、主要幹線道路および DID 区間での施工は制約を受ける。
② 上部利用状況 ： 上部に軌道、河川等がある横断管路は施工に対する制約が多い。
③ 埋設物状況： 耐震対策工法には、周辺地盤の一時的な掘削、新規構造物の設置等が必要となる場合があり、地下埋設物が輻輳する場合や重要埋設物がある道路では施工性が劣る。

５．事後対応評価指標の検討
事後対応の評価指標とは、「下水道管路施設が被災してから応急復旧完了までの期間において、下水の流下機能を確保するための水中ポンプや仮設配管、自家発電機等を用いた対応の困難度」を表す指標（事後対応困難度）と、「地震発生後において速やかにトイレ機能の確保、汚水溢水の解消、交通機能の確保等を実施するための下水道事業継続計画（BCP）の策定状況や民間との協定有無等による社会的影響度」を表す指標（事後対応における社会的影響度）とし、東日本大震災において下水道管路に被害が発生し、溢水防止等の復旧対応を実施した都市から情報収集を行った。
5.1 アンケート調査
東日本大震災において下水道管路に被害が発生し、溢水防止等の復旧対応を実施した都市のうち、広域的な液状化が発生した都市および埋戻し部の局所的な液状化が発生した都市にアンケート調査を行った。
アンケート対象都市は、広域的な液状化発生都市 4 都市（千葉県内）、局所的な液状化発生都市 8 都市（宮城県、福島県、茨城県）とした。
収集した情報は、下水道管路の損傷等により溢水防止等の復旧対応を実施した箇所数、工事対象管路属性（管径、土被り、流量、人口密度等）、復旧方法（仮設配管、水中ポンプ等）
・費用・工事期間、下水道使用制限有無、
道路種別、応急復旧用資器材の備蓄状況、BCP 策定状況、民間等との協定有無等である。

75

5.2 事後対応困難度
事後対応困難度は、応急復旧方法、復旧対応箇所の条件、復旧に要した費用等の情報を収集し、各条件を説明変数とした数量化Ⅱ類による傾向分析を行い、応急復旧可否判断に対する困難度を整理する。
分析手法として、事前対策の被害度と同様に多変量解析手法の一種である「数量化Ⅱ類」を用いた。本手法は目的変数（応急復旧可否判断）と説明変数（応急復旧方法、復旧対応箇所の条件などのカテゴリー型の質的変数）を用いて説明変数による目的変数の判別式（予測式）を求め、①目的変数と説明変数の関係の分析、②説明変数
による目的変数の予測を行うものである。
【目的変数】

応急復旧完了までの期間
ケース 1：自治体全体の傾向
ケース 2：スパン当たりの傾向【実験群・対照群】

実験群：被災後 15 日以内に応急復旧工事が完了
対照群：被災後 15 日以内に応急復旧工事が未完了【説明変数】＜ケース１＞
人口密度 ： ①1,000 人／km2 以上、②1,000 人／km2 未満事業計画区域処理人口 1 万人当たり下水道関係職員数（技術職）： ①2 名以上、②2 名未満
1 箇所あたりの応急復旧費用 ： ①500 万円未満、②500 万円以上
応急復旧方法： ①仮設配管、可搬式水中ポンプなどの仮設対応、②布設替え、更生工法などの恒久対応
民間との協定有無 ： ①あり、②なし＜ケース２＞
管径 ： ①250mm 以下、②250mm 超
土被り ： ①3m 未満、②3m 以上
道路種別 ： ①一般道路（市道、町道）、②主要道路（国道、県道および市道・町道のバス路線等）
応急復旧方法 ： ①仮設配管、可搬式水中ポンプなどの仮設対応、②布設替え、更生工法などの恒久対応
1 箇所あたりの応急復旧費用 ： ①500 万円未満、②500 万円以上設定した 2 ケースの事後対応困難度の要因分析結果を表－6 に示す。目的変数（応急復旧完了までの期間）に対する説明変数の重みはレンジで表され、ケース 1 の自治体全体の傾向としては、①民間との協定有無、②応急復旧工事費用、ケース 2 のスパン毎の傾向では①土被り、②道路種別が応急復旧工事を早期に完了させるのに最も重要とされる要因と考えられた。
被害傾向としては、ケース 1 では民間の協定があり、仮設ポンプや可搬式水中ポンプなど容易な対応で、かつ工事費が安価であり、人口密度が低い場合には早期の応急復旧が可能となった。また、ケース 2 では埋設深度が浅く、流量の少ない小口径管きょで、ケース 1 と同様に工事費が安価な箇所で早期の早急復旧が可能となった。
以上の結果から、自治体においては下水道 BCP の策定や民間との協定を締結しており、スパン毎では仮設配管
や可搬式水中ポンプが設置しやすい流量が少なく、埋設深度が浅い箇所において、応急復旧困難度は低い傾向にあると推測される。なお、国道・県道などの主要な道路において早期復旧の傾向を示しており、理由としては道路管理者より早期の復旧を求められるケースが多いためと考えられる。

76

表－６ 事後対応困難度の要因分析結果一覧表
説明変数の寄与率（上段：説明変数、下段：15 日以内完了のカテゴリー）
ケース

相関比

判定率

1
（自治体）

0.675393.94％

2（スパン毎）

0.338081.82％

1

2

3

4

5

民間との協定

工事費用

人口密度

復旧方法

職員数

あり

500 万円未満

1,000km2 未満

布設替え等

2 名未満

土被り

道路種別

工事費用

管径

復旧方法

3m 未満

主要道路

500 万円未満

250mm 以下

仮設配管等

5.3 事後対応における社会的影響度
事後対応における社会的影響度は、下水道サービス営業停止損失や仮設ポンプおよび復旧のための資機材の確保に関する情報、BCP 策定状況、民間との協定の有無等の情報を収集し、応急復旧の迅速性や復旧体制等への貢献具合を点数化により整理できるような指標を用いて判断するものとする。
情報収集は、5.1 で述べたアンケート調査で実施し、その結果は以下に示す通りであった。
① 下水道サービスを停止した自治体 ： 5 自治体／全 14 自治体（36％）② 仮設ポンプ等資機材を確保している自治体 ： 11 自治体／全 15 自治体（73％）③ ＢＣＰを作成している自治体 ： 1 自治体／全 15 自治体（7％）④ 民間との協定を結んでいる自治体 ： 8 自治体／全 14 自治体（57％）
また、応急復旧期間を目的変数として事後対応困難度について傾向分析を行った結果、応急復旧の迅速性に及ぼす影響が大きい要因（①～③は影響の大きい順位）は下記の通りとなった。
【自治体毎の評価】 ①民間との協定：有、②工事費用：500 万円未満、③人口密度：1,000 人/km2【スパン毎の評価】 ①土被り：3.0m 未満、②道路種別：主要道路、③工事費用：500 万円未満
以上より、①民間との協定により日頃から応急復旧に対する備えがある、②比較的に少額な工事は速やかに対応可能である、③施工が容易である土被りの浅いスパン、④主要道路等の影響が大きく緊急性が高い施工環境である等が、応急復旧の迅速性に及ぼす影響が大きい要因と考えられた。
一方、「下水道の地震対策マニュアル 2014 年版」3)では、被災時の社会的影響度を最小限に抑制するための減災計画が記載されている。これによると「減災計画の策定は、下水道施設や地域の特性を踏まえて影響の程度や範囲を把握して、対策箇所や方法等を決定する」ことになっている。
このため、アンケートによる傾向分析結果や減災計画を考慮した社会的影響度評価指標を踏まえ、事後対応評
価指標を表－7 の通り設定した。

77

表－７事後対応評価指標
社会的影響度評価指標
影響度：大
影響度：中
評価指標：0.0
評価指標：0.5

判定項目

仮設ポンプ及び応急資機材等の確保備蓄

資機材備蓄なし

融通

他自治体との
融通不可能

どちらか一方でも該当

影響度：小評価指標：1.0
資機材備蓄あり
他自治体との融通可能

自治体

民間団体との協定(1)

未協定

－

協定済

下水道ＢＣＰ策定の有無

未策定

－

策定

応急復旧時機能回復ルール

下水道台帳未整備

下水道台帳整備済－

工事費用(2)500 万円以上－

500 万円未満

人口密度(3)1,000 人/km2 以上－

1,000 人/km2 未満

管径φ600mm 以上－

φ600mm 未満

土被り(1)

3.0m 以上－

3.0m 未満道路種別(2)

一般道路

－

主要道路

500 万円以上－

500 万円未満

施工規模

スパン毎

施工規模

工事費用(3)※表中にある( )内数字は、「表-6 事後対応困難度の要因分析結果一覧表」の順位を表す。
６.おわりに
耐震化優先度を決定するために必要な、事前対策の評価指標に関して、道路や水道等における対策優先度評価
事例を収集し、評価指標を抽出するとともに定量化方法を整理した。
下水道管路施設の耐震化優先度を示す評価指標については、収集し他事例を参考に、「下水道管路施設の被害度」、「社会的影響度」、「事前対策困難度」および「下水道管路施設の重要度」を事前対策指標として抽出したほか、「事後対策困難度」及び「事後対応による社会的影響度」を事後対応優先度の評価指標として設定し、各評価指標別に点数化ができるよう、数量化Ⅱ類による適正な指標・条件の抽出や定量化を試みた。
今回の検討は、優先度評価に活用できそうな指標に関する情報を広く集めることに主眼を置いて試行的に実施したものであり、また東日本大震災の実績等の限られたデータから金銭化等を試みたものである。今後は、中小規模の都市レベルへの適用を見据え、指標の絞り込みやより簡易な定量化について検討するほか、実都市の管網に適用して妥当性を確認することが必要となる。
参考文献
1）(社)日本下水道協会：下水道施設の耐震対策指針と解説-1997 年版-、平成 9 年 8 月
2)下水道地震津波対策技術検討委員会：下水道地震・津波対策技術検討委員会報告書、平成 24 年 3 月3) （公社）日本下水道協会：下水道の地震対策マニュアル 2014 年版、平成 26 年 7 月

78

４. 下水道管不具合に伴う路面下空洞化に関する研究
下水道研究室室

長 小川 文章主任研究官 深谷渉

１．はじめに下水道管きょの老朽化や施工不良等が原因の道路陥没が、年間約４千件発生している 1)。道路陥没は、交通障害や人身事故に繋がるとともに、施設が損傷すれば下水道サービスが停止するなど都市活動や市民生活に大きな影響を与える。
道路陥没の未然防止には、管きょ内の TV カメラ調査や、道路の路面変状解析及び地中探査による空洞探査が有効であるが、効率的に陥没の予兆を捉えるには、管きょの属性（管種、管径、土被り、周辺土質）及び道路属性（舗装厚、交通量など）と道
路陥没の関係を把握する必要がある。本研究では、任意の都市
において路面変状計測及び地下空洞探査を実施し、埋設されて

写真１ 歩道陥没による被害例

いる管きょの劣化状況と地盤の緩みや空洞の有無・規模、路面変状度との因果関係を明らかにするものである。
２．調査方法陥没の多く発生している都市（大阪府 T 市）において、陥没
直前の路面変状を測量するモービルマッピングシステム（以下、「MMS」）及び陥没原因となる路面下空洞や地盤の緩みを発見する地下レーダー探査技術（以下、「GPR」）を用いた現地計測を実施し、路面変状及び路面下空洞の発生と、埋設されている管きょの諸条件（排除種別、管種、管径、土被り等）の関係を整理した。

図１ 下水道起因の陥没事象

計測の対象とした道路は、①下水道長寿命化計画の対象路線、②過去に陥没があった路線周辺、③計測車両の走行可能路線、を参考に約 20km を選定した。
MMS による路面変状計測は、7 月、10 月、12 月の計 3 回、GPR による地下空洞探査を 12 月に実施し、過年度に実施した計測結果（平成 26 年 2 月）と合わせて整理した。計測には、MMS 及び GPR の両技術を搭載している計測車両（図 2）を用いた。
進行方向

I
M
U

G
P
R

：標準レーザースキャナ：高精度カメラ：GPSアンテナ

図２ 計測車両と搭載機器

79

MMS 及び GPR の計測により陥没の予兆（路面変状）や地下空洞が確認された箇所については、陥没の原因とされる下水道管きょの埋設条件との照合を行うと共に、全国陥没件数の 3/4 相当が取付管周辺で発生している 2)ことに鑑み、陥没の予兆（路面変状）や地下空洞が確認された箇所のうち取付管が原因と考えられる 5 箇所を抽出し、取付管内調査（押しこみ式カメラ）を実施し劣化状況との関係性も整理した。

図３ 陥没原因となった取付管の管種

３．MMS 及び GPR 計測結果
平成 26 年 2 月の MMS 計測結果を基準に、7 月、10 月、12 月の路面変化量を整理したところ、路線総延長約 36km
」や「交差点のうち 1246 箇所で変位が確認された。ただし、これらの変位箇所は、「縞（走行時の車両の揺れ）の右左折時における車両の傾き」、「障害物」等の影響した箇所も含んでいるため、それらを除外すると 972 箇所となり、さらに下水道管（取付管）の直上部で変位量が大きい（変位量≧20 ㎜）箇所を抽出すると 42 箇所となった。
当該 42 箇所については、約 8 ヶ月で 20～40 ㎜（2.5～5 ㎜/月）の路面沈下が認められた（図 4）。過去に実施した東北地方主要都市での同様の計測 3)では、陥没直前 6 ヶ月における路面変状量は 16 ㎜であり、今回計測結果も同程度の変状量になっているが、3 月末時点で計測後に陥没は発生していない。

図４ 路面変位量の推移

80

GPR については、7 月、12 月に計測を実施し、推定空洞箇所の抽出及び推定空洞箇所の経時変化について確認を行った。その結果、7 月の測定では、比較的浅い位置（G.L.－0.2～0.3m）において異常信号を捉えたが、12 月計
測時には検知しなかった。12 月の測定では、G.L.－0.6m 以深で 2 箇所の推定空洞箇所が確認できた。また、MMS
で路面変位が確認された 42 箇所については、地盤の緩みや空洞と確認される箇所はなく、路面変化と地下空洞の関係は、現状で明らかではない。
４．下水道管きょ諸元と路面変位量の関係
３．で路面変位（陥没予兆）の確認できた 42 箇所について、同地点に埋設されている下水道管（取付管）の各種諸元（管種、排除方式）との関係性を整理した。
管種については、塩化ビニル管、コンクリート管なども見られるが、陶管が 20 箇所と 42 箇所に対して、約半数の割合を占めた。排除方式については、対象エリアが合流区域（一部分流区域含む）であり、合流雨水で19 箇所、次いで合流汚水で 13 箇所であった。
また管径については、
φ150mm が 32 箇所と大半を占め、次いで φ200mm
が 9 箇所、φ300mm が 1 箇所であった。
なお、調査対象路線は合流区域内にあり、埋設されている管きょは、本管がコンクリート管（約 9 割）で、取付管の約 7 割は陶管、陶管の標準的な管径は φ150 ㎜とデータ母数に偏りがあることから、明確な関係性及び特徴を見い出すには、他条件も含めた広範な調査が必要である。
５．下水道管きょの劣化状態と路面変位量の関係

表1３．で路面変位（陥没予兆）の確認できた 42 箇所のうち 5
箇所について、詳細な地中探査（ハンディ型地中レーダ探査）と押し込み式カメラによる取付管の劣化状態の確認を行った。
その結果、地中レーダーによる空洞や緩みなどの異常信

路面変状箇所の下水道管劣化状態

路面変状
箇
所

詳細地中探査
空洞等有無

No.１

無

継ぎ手ズレ(3)

No.２

無

破損(3)
継ぎ手ズレ(2)

No.３

無

No.４

無

No.５

無

号は認められなかったが、取付管の劣化状態としては、管のたるみや、破損、クラック、継ぎ手のズレ等の異常が 5
箇所中 4 箇所で発生していた（表 1、図 5、写真 2、写真 3）。

下水道管の
異常有無

無
クラック(2)
継ぎ手ズレ(5)
樹木根侵入(2)
継ぎ手ズレ(5)
たるみ(4)※下水道管の異常有無の（）書きは、異常箇所数

下水道本管
取付管
桝

：樹木根侵入：継ぎ手ズレ：クラック

図５ 路面変状箇所の下水道管劣化状況（No.4）

81

クラック
クラック

写真２ 下水道管の劣化状態①

写真３ 下水道管の劣化状態②以上より、路面変状箇所に埋設されている下水道管に不具合が確認されたことから、管きょの劣化等が陥没原因となっている可能性が示唆された。しかし、同地点における路面下空洞・土の緩みは確認できていないことから、路面変状－路面下空洞－管きょ劣化の因果関係は未だ明確ではなく、さらなる継続的調査及び事例蓄積が必要である。
６．おわりに
MMS 及び GPR の技術を活用して、下水道管きょの劣化状態と路面変位量・地下空洞の因果関係を調査したが、現象解明等には継続的な現地計測や事例蓄積が必要である。また、下水道管路が原因の道路陥没を未然に防止するために必要となる調査手法（適用技術、調査頻度等）についても同時に検討が必要である。
今後、これらの研究については、別途実施する下水道革新的技術実証事業（B-DASH プロジェクト）に引き継ぎ、安全安心な暮らしに繋がる下水道管路管理手法の確立を目指す。
【参考文献】
1)国土交通省下水道部ＨＰ：http://www.mlit.go.jp/mizukokudo/sewerage/crd_sewerage_tk_000135.html
2)横田敏宏、深谷渉、宮本豊尚：下水道管路施設に起因する道路陥没の現状（2006-2009）、国土技術政策総合研究
所資料№668 号、2012.2
3)国土技術政策総合研究所・(株)環境総合テクノス：高精度 GPS 移動計測装置（MMS）を活用した下水道管渠
起因の道路陥没予兆発見手法の検討～下水道管きょの効率的な点検調査技術に関する共同研究報告書～、国土技術政策総合研究所資料 No.750、2013.9

82

II. その他の予算による研究［下水処理研究室］

５. 持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム～21世紀型都市水循環系の構築のための水再生技術の開発と評価～
下水道研究部

部

長

下水道機能復旧研究官
下水処理研究室

髙島英二郎
尾﨑

正明

長

山下

洋正

主任研究官

重村

浩之

研

小越眞佐司

室
究

官

１． はじめに現代文明を支える 20 世紀型水利用システムは、自然の水循環を改変して都市と工業および農業に水を供給・利用し排水を浄化して自然の循環系に戻す一過性のシステムであり、その建設、運用および改廃の各段階で多くの資源・エネルギーを消費し大量の温室効果ガスを排出している。そのため、21 世紀型の新たな水利用システムでは、資源・エネルギーの大量消費から脱却し、制約された条件の下で需要に応じた供給を実現し、持続可能な低炭素社会実現に寄与することが求められている。
本研究は、現行の水利用システムに、一部人為的な循環系と重層的な水利用を組み入れた新たな循環型水利用システムの導入による水利用システム全体としてのエネルギー削減効果、環境効果を評価することを目的としている。ここで、新たな循環型水利用システムとは、水需要の高い都市域に位置する下水処理場やサ
テライト処理施設を新たな水源と考え、再生水をトイレ洗浄水や散水用水、農業用水などの非飲用用途に再利用することによって、水輸送に係るエネルギーを削減し、流域全体の水利用に係るエネルギー消費の削減を図るシステムである。
本研究は、独立行政法人科学技術振興機構の CREST（戦略的創造研究推進事業）の領域研究「持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム」において課題名「21 世紀型都市水循環系の構築のための水再生技術の開発と評価」(以下「CREST 研究」)の下で実施している京都大学との共同研究であり、国土技術政策
総合研究所では、「新しい循環型水利用システムのエネルギー評価」を担っている。
２．再生水供給システムに係るエネルギー消費量の計算方法の検討
再生水供給システム(再生水処理施設及び再生

表１

水送水施設)のエネルギー評価手法について検討

再生水処理プロセスの CO2 排出量算定項目

項目名含んでいる事項

くの企業で近年開発が進められている、ろ過膜

電力

・再生水処理プラント稼働に係る電力消費量（各機器の出力等の積み上げにより算定）処理を用いた再生水処理プロセス、及びそれの薬品等・PACや次亜塩素酸等使用する薬品
・ろ過膜、UVランプ、ろ過砂等の消耗品比較対象の再生水処理プロセスのエネルギー評

汚泥処分等

・再生水処理による発生汚泥処理に係る電力消費、及び汚泥焼却
・消耗品の処分した。また、良好な水質が得られるとして、多価を行った。その際、エネルギー消費量の算定に当たり、電力だけでなく、薬品等の製造等に処理施設建設 ・機電設備工事・補修・廃棄等※
・土木建築工事
・送水ポンプ及び送水管、配水管の建設
・送水ポンプの電力

係るエネルギーも考慮するため、電力消費量(単送水施設※

位：kWh/m3)ではなく、二酸化炭素排出量(CO2※機電設備の耐用年数は15年、土木建築設備の耐用年数は50年として計算

83排出量。単位：kg-CO2/m3)で評価することとした。
再生水処理施設の電力消費量は、構成する機器の電力消費量を積み上げて計算した。CO2 排出

表２
項目名

計算データ

計算方法

電力

電力

電力消費量(kWh/m3-再生水)×当該地域の電力に係るCO2排出係数(kg-CO2/kWh)

薬品

単位流量当たりの投入量(kg/m3-再生水)×薬品に係るCO2排
出原単位(kg-CO2/kg-薬品)

消耗品(膜、
UVランプ等)各消耗品のCO2排出原単位(メーカー値等)と交換頻度(メーカー値)を考慮して計算

場内汚泥処
理

濃縮と脱水に係る電力消費量原単位(kWh/m3-再生水)×当該地域の電力に係るCO2排出原単位(kg-CO2/kWh)

場外汚泥処
分

焼却に係るCO2排出量(kg-CO2/kg-SS)×汚泥発生量(kg-SS/m3再生水)

消耗品処分

消耗品処分に係るCO2排出原単位(焼却もしくは埋め立て)と交
換頻度を考慮して計算量の算定項目を表１に、電力、薬品、汚泥処分に関する計算方法を表２に示す。CO2 排出量は、

薬品等

再生水処理施設の建設、維持管理及び廃棄に係るものを算定した。再生水の利用は上水道等の他の既存水源に係るエネルギー消費量の大きな

電力、薬品等に係る CO2 排出量の計算方法

汚泥処分等

地域で有効と考えられ、その事例として、北部からの送水等に比較的大きなエネルギーを費やしていると考えられる沖縄県を想定し、電力に係る CO2 排出係数は、平成 21 年度の沖縄電力の値である 0.931kg-CO2/kWh1)を適用した。
また、再生水の送水施設に係る CO2 排出量も計算し、送水ポンプの電力消費量や、送配水管の建設に係るCO2 排出量を考慮した。再生水の送水ポンプ及び送配水管に係る CO2 排出量は、「持続可能な水道サービスのための管路技術に関する研究(e-Pipe)報告書」2)に記載されている関数式を活用して算定した。
３．ろ過膜処理を用いた再生水供給システムに係るエネルギー消費量(CO2 排出量)の検討
現在、再生水は水洗トイレ用水利用や修景用

CO2排出量(kg-CO2/m3)
0.5
1.0

0.0

水利用等、都市域で利用されている地域が多数

0.19

0.74

ある。ここでは、下水処理水をさらに高度に処

生物膜ろ過＋O3

理した水を再生水利用するシナリオを想定し、

UF＋UV

0.19 0.21

２．の手法に基づき、再生水供給に係る CO2

UF＋NF

0.19

UF＋RO

0.19

排出量を試算した。再生水量は 5,000m3/日とした。再生水利用区域の面積は 330ha とし、再生送水

水処理施設と再生水利用区域の最大標高差は

図１26m とした。CO2 排出量の試算結果を図１に示ゾン処理」プロセスに係る CO2 排出量を下回った。これより、再生水の都市利用において、これらのろ過膜処理を含むプロセスのエネルギー
消費の観点における優位性が示された。さらに、
これらのろ過膜処理プロセスを含む再生水供給システムの CO2 排出量(0.39～0.89kg-CO2/m3)はCO2排出量(kg-CO2/m3)

処理後にナノろ過膜(NF 膜)で処理するプロセス、のいずれも、比較対象である「生物膜ろ過＋オ

0.70

処理(従来型のフロー)処理(現在開発中のフロー)

再生水の都市利用における CO2 排出量の比較

建設等その他(UV 消毒)を組み合わせたプロセス、UF 膜で前プロセスの３つのろ過膜処理を含んだプロセス

0.39

0.8

す。限外ろ過膜(UF 膜)による処理と紫外線消毒

UF 膜で前処理後に逆浸透膜(RO 膜)で処理する

1.5

0.7

汚泥処分等

0.6

薬品等

0.01
0.03
0.01

電力

0.5
0.4

0.01
0.03
0.01

0.3
0.2

0.00
0.03
0.01

0.1

0.16

0.64

0.33

0.0
UF+UV

いずれも、沖縄県下の 2 市の水道の維持管理に係 る エ ネ ル ギ ー 由 来 の CO2 排 出 量 (1.22kg-

図２

3

CO2/m )よりも小さくなり、水道水利用よりもエ

84

UF+NF

UF+RO

再生水処理システムの CO2 排出量の内訳

ネルギー面では優位性が確保できる可能性が示された。また、これらのろ過膜処理を含むプロセスは、水質面でも良好な処理成績を示していた 3)。

0.20

図２に、図１中に示す、開発した3種類の処理システム
量が大半を占め、建設に係るCO2排出量はごく一部である
ことと算定された。
再生水処理に係るCO2排出量の内訳としては、いずれの処理プロセスにおいても、電力消費に係るCO2排出量が大半を占めた。また、再生水の送水に係るCO2排出量(図１の0.19kg-CO2/m3)の内訳を図３に示す。計算に含めた項目は、
再生水の送水ポンプの建設、ポンプ稼働に係る電力消費、再生水送水管の建設、再生水配水管の建設である。配水管は、150m/haの密度で整備すると設定した。内訳としては、

0.18

再生水送水に係るCO2排出量(kg-CO2/m3)のCO2 排出量の内訳を示す。いずれも電力に係るCO2 排出

配水管建設

0.12

送水管建設

0.10

送水ポンプ
建設

0.08

送水ポンプ
電力

0.136

0.06
0.04
0.02

建設に係るCO2排出量の中では、再生水配水管の建設に係

0.00

た。

0.012
0.004

0.14

送水ポンプの電力に係るCO2排出量が大半を占めていたが、るものが大きく、送水に係るCO2 排出量の20%を占めてい

0.038

0.16

図３

再生水の送水に係る CO2 排出量の内訳

４．サテライト処理システム（一次処理水の再生処理）に係るエネルギー消費量(CO2排出量)の検討
サテライト処理について、CREST 研究で開発したセラミッ
ク膜ろ過処理とオゾン処理等を組み合わせた一次処理水処理システムの CO2 排出量を算定し、膜分離活性汚泥法(MBR)施設のそれと比較した。MBR については、日本版次世代 MBR
技術展開プロジェクト(A-JUMP)のサテライト MBR 実証事業
で用いられた施設を事例として CO2 排出量を算定した。施設
規模は再生水量 1,824m3/日と設定した。CO2 排出量の算定結果を図４に示す。CREST 研究で開発した「凝集剤添加＋セ2.0
CO2排出量(kg-CO2/m3)

下水管から未処理下水を回収して再生処理する、いわゆる

1.5

原水ポンプ・初沈MBR
凝集+セラ膜+O3

1.0

0.11

0.5
0.0

凝集+セラ膜+O3

図４

生下水を一次処理するために必要な CO2 排出量を加算してい0.8

生物処理を含まないシステムであるため、再生水の有機物濃度について高い傾向にあり、再生水の利用用途の検討の際には留意が必要と考えられる。

送水に係る電力消費量原単位(kWh/m3)

出量が MBR よりも低い試算結果となった。なお、両者とも6.0mg/L であるのに対し、開発システムは 15.3mg/L と高く、

1.37

0.74

ラミック膜ろ過＋オゾン処理」のシステムについて、CO2 排

る 。 し か し 、 再 生 水 の CODMn 濃 度 に つ い て は 、 MBR が

0.25

MBR

サテライト処理に係る CO2 排出量
高低差100m
高低差50m
高低差0m

0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0

５．再生水送水に係るエネルギー消費量0

再生水供給において、水の再生処理に係るエネルギー消費だけでなく、再生水の送水に係るエネルギー消費も抑える必

図５

10

20
30
送水距離(km)50

再生水の送水距離と送水エネルギー（再生水量 8,000m3/日）

85

40

要があり、そのエネルギー消費は送水に係る距離と高低差の影響を大きく受ける(図５参照)。再生水量 8,000
m3/日の送水において、高低差 100m で送水距離 30km のケースでは送水に係る電力消費量が 0.62 kW h/m3 とな
り、CREST 研究で開発した再生水プロセスの中で最も電力消費量の大きい限外ろ過膜(UF)＋逆浸透膜(RO)のそれにも匹敵する。送水に係るエネルギー消費量は、送水距離および高低差により、処理施設に係るものより大きなものとなりうるため、再生水送水エリアの設定が重要である。
６．再生水利用におけるエネルギー評価も含めた総合的な観点での考察
再生水の用途については、利用する地域のニーズによって決まる。そのニーズに合う再生処理プロセスについては、ノロウイルス等の病原微生物に対するリスクや、処理に係るエネルギー消費量(CO2 排出量)を考慮して決めることになる。また、再生水の送水エネルギーについては、送水距離や標高差により、再生水処理に係るものより大きなものとなり得る。このため、再生水の送水エリアについては、送水に係るエネルギー
消費量を考慮することが必要である。これらの総合的なエネルギー消費量を、水道等他水源の場合と比較し、さらに、コスト比較や、再生水利用に伴う、河川流量の改善効果、下水処理場の放流負荷量削減による水環境への効果等を考慮して決めるものとする。このようにして、当該地域における最適な再生水利用形態が決
定される。
７．まとめ
ろ過膜処理を含む再生水処理プロセスの適用可能性を示したが、再生水供給においては、再生水処理に係るエネルギーのみならず、送水に係るエネルギーを抑えることも重要である。また、再生水利用においては、
コストやリスク等も含めて、総合的に評価した上で判断すべきである。
なお、本研究における試算結果は、機械設備の構成等について一条件を設定のもとに試算したものであり、あらゆる状況において、今回提示した比較結果と同様なものになることを示すものではない旨、申し添える。
また、本研究に関連し、データ提供いただいた関係者に謝意を表する。
参考文献
1)

沖縄電力(株)ホームページ：http://www.okiden.co.jp/environment/report2012/sec11/sec114.html#tbl10

2)(財)水道技術研究センター：持続可能な水道サービスのための管路技術に関する研究(e-Pipe)報告書、平成 23 年 3 月

3)

国土交通省国土技術政策総合研究所：平成 25 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国土技術政策総合研究所資料 No.823 、2015 年 1 月、pp.85-90

86

６. アフリカサヘル地域における持続可能な水・衛生システム開発

下水道研究部部

長 髙島英二郎

下水処理研究室室

長 山下 洋正

主任研究官 重村 浩之
研 究 官 道中 敦子
研 究 官 川住 亮太
１．はじめに2000 年に国連でまとめられたミレニアム開発目標(MDGs)では、安全な飲料水と衛生施設にアクセスできない
人口を 2015 年までに半減させることが目標の一つとして掲げられており、国際社会からの貢献が求められている。
独立行政法人科学技術振興機構と独立行政法人国際協力機構が共同で実施している地球規模課題対応国際科学技術協力事業における課題の一つである「アフリカサヘル地域の持続可能な水・衛生システム開発」は 2009 年 4 月
より開始された国際共同研究で、資源回収型低コストトイレをはじめとした新しい水・衛生システムの開発や人材育成等を通じ、MDGs に資することを目的としている。
当研究室では、「アフリカサヘル地域の持続可能な水・衛生システム開発」の中で、ブルキナファソの排水処理・
コンポストの利用等に係る財政制度、法制度等の調査を担当しており、ブルキナファソの法律、生活状況、市街地・スラム地区の排水の発生状況とその処理に関して現地調査をこれまで行ってきた 1)2)。加えて、本プロジェク
トでは、し尿・雑排水を農業利用へ結びつける要素技術を開発しており、技術の導入・普及にあたり、現地の衛生設備の整備状況とコンポストの使用状況、農村部における水利用状況や栽培作物、水と衛生に関する問題意識等についてヒアリングを行い、情報収集を行ってきた 1)2)。また、ブルキナファソのし尿処理、排水処理、農業、
水資源、浸水対策について把握するため、関係省庁と、下水道事業を行う公社に対し、ヒアリング調査を実施した 3)。今回は、これまでのヒアリング等の調査結果を踏まえ、ブルキナファソに適した水・衛生システムについての考察を行う。また、技術支援及び人材育成等への貢献のため、ブルキナファソで開催された国際会議に参加し、日本の下水道での経験や取組事例について紹介したので、併せて報告する。
２．技術支援及び人材育成等への貢献 ～ Africa Water Forum 2014 への参加と日本の経験・事例紹介
Africa Water Forum 2014 は、国際水環境技術学院(2iE)及びブルキナファソ政府が主催し、アフリカ水大臣会議及び世界水会議が協力、JICA 等の国際援助機関が協賛した水・衛生システムに関する国際会議であり、2014 年 6 月
12 日～14 日の日程でブルキナファソの首都ワガドゥグにて開催された。この会議の開催目的は、MDGs が期限を迎える 2015 年以降を見据え、アフリカ諸国における水・衛生サービスへのアクセス率向上手法について、関係者間で認識共有を図るためである。初日 12 日のオープニングセレモニーでは、ブルキナファソ首相、水・水利・衛生大臣、2iE 学長、アフリカ水大臣会議議長、ワガドゥグ市長が出席した。
この会議には、約 30 カ国からおよそ 500 人の水・衛生の専門家が参加し、2 日間の 4 テーマ 17 セッションで約80 編の発表が行われた。参加者を国別に見ると、西アフリカ諸国、欧州（特にフランス）が多いように思われ、その所属は行政機関、大学・研究機関、民間企業、NGO と多岐にわたっていた。
国総研からは、日本の下水道の知識経験を踏まえたブルキナファソへの技術支援及び衛生関連技術者の人材育成・教育支援の観点より、「日本の下水道・衛生システム整備の歴史、下水道整備促進に寄与した法制度・組織の87

概略」について（題目：Japanese ex periences of s anitation an d s ewage w orks –history, l aw, or ganizations a nd present
situation-）、及び「日本における下水汚泥・下水処理水の農業利用に関する法制度や成功事例」について（題目：Sewage sludge and wastewater reuse for agriculture in Japan）の 2 題について、それぞれ発表を行った(写真１参照)。国総研からの発表に対して、ブルキナファソの下水道関係者から、「日本では工業排水の農業再利用はどのようにしているのか」という趣旨の質問を受けた。これに対し、「日本では、下水道へ工業排水を流す際に水質基準があり、自治体がモニタリングを行っており、特に問題は出ていない」旨を説明した。この質問の背景には、ワガドゥグに唯一ある下水処理場では流入下水の 50%以上が工業排水であり、現状の処理方法では浄化が困難で、処理水の農業利用に影響が現れていることがある。このように、発展途上国と日本における水・衛生システムの現状は大きくことなっていることから、この点に十分留意することが必要である。
その他、日本からは、北海道大学等から「アフリカサヘル地域の持続可能な水・衛生システム開発」の研究で開発している資源回収型衛生システムに関する発表が複数行われ、会場からは強い関心が寄せられ、活発な質疑が行われた。

写真１ 日本の経験・事例紹介による技術支援・人材育成（Africa Water Forum 2014 での国総研の発表）
３．水・衛生システムの都市モデル及び農村モデルの導入のために必要な制度面の要因整理・考察（１）コンポスト肥料の普及について(農村モデル)
ブルキナファソでは、し尿を単に下水処理するのではなく、肥料として活用し、農業生産に結びつける方が、経済成長にも貢献できると考えた。以下に、これまでの法令調査やヒアリングを踏まえた考察内容を示す。
○肥料成分の基準について、ブルキナファソでも、「汚濁物の大気、水及び土壌中への排出基準に関するデクレ」
第 15 条に、農業用有機肥料の重金属の基準値が定められている。
○日本の基準(「肥料取締法に基づき普通肥料の公定規格を定める等の件(昭和６１年２月２２日農林水産省告示第２８４号)」) と比較して、ブルキナファソの基準にもヒ素以外の基準はある。
○なお、日本とブルキナファソの基準を比較すると、日本の方が厳しい数値を掲げている項目が多い。
○上記の基準を満たすコンポスト肥料の製造及び農業利用の推進を行う社会体制の構築が重要と考える。
（２）都市モデルにおける排水処理方法について
ブルキナファソは水資源が乏しく、日本のように単に下水処理水を海域や河川に放流するのではなく、処理水を農業利用できることが、経済成長のためには望ましい。そこで、ブルキナファソの都市域からの下水処理水を農業利用することを念頭に、排水処理システムについて考察を行った。
○処理水の農業利用を進めたいのであれば、処理水が農業に適する水質になるような処理方法にしなければならな88

い。日本にも農業用水の水質基準として明確なものは定められていないが、現在、日本で農業利用されている処
理水質が、一つの目安になると考えられる。
○ブルキナファソにおいて、現状では曝気を行わないラグーン池での処理を行っているのみで(写真２参照)、処理
水質や透明度もレベルが高くない状況にある(写真３参照)。日本の下水処理場の処理水質を目指すのは、ブルキ
ナファソにおける下水処理の現状や、経済状況を考慮すると、現状では厳しいと考えるが、「アフリカサヘル地
域の持続可能な水・衛生システム開発」の都市モデルにおいて開発した、藻類を用いた処理方法(写真４参照)の水質データを蓄積し、少しでも日本の処理水質に近づけるのが望ましいと考える。

写真２ ラグーン池による下水処理

写真３ 処理水放流口と農地(ONEA の Kossodo 下水処理場)

ここから流出する処理水を農業利用している。

○また、作物によって、処理水中の成分への耐性が異なると考えられるため、事前に栽培実験を行い、どの作物を処理水で栽培するかを確認すべきと考える。
○また、都市の下水処理場の処理水の農業利用に否定的な意
見が、ヒアリング時に、ブルキナファソ農業省よりあった。
処理場への排水基準については、汚濁物の大気、水および土壌中への排出基準に関する第 11 条に規定がある。この規定をもとに、排出する企業、病院への指導を徹底することも合わせて必要と考える。
○日本とブルキナファソの下水道への受け入れ基準を比較して、日本の有機塩素化合物系の基準がブルキナファソにはなく、また、ブルキナファソには日本にない無機物質系の基準があるが、それぞれの国の実態を踏まえて設定したものと思われる。
（３）衛生状況改善に資する組織について
水・衛生システムの構築のためには、官のみならず、民間企業や、それらのネットワーク組織が機能することが重要と考える。このため、衛生環境向上に資する組織について考察した。
○日本においては、技術力の乏しい自治体に変わる下水道整89

写真４ 藻類を用いた排水処理施設(ブルキナファソでの実験施設)

備支援組織として、日本下水道事業団が存在する。今後、ブルキナファソにおいて、下水道や VIP ラトリン等の衛生施設を整備するにあたり、同様な組織が必要と考え、ブルキナファソの現状を考慮すると、既に下水道の建設、維持管理や VIP ラトリン設置の資金補助を行っている国家上下水道公社(ONEA)が、同様な役割を担うことが重要と考える。
○また、日本には、下水道に関する調査研究機関として、国土技術政策総合研究所、土木研究所等が存在する。ブ
ルキナファソにおいても、現地の特性を踏まえて調査研究し、技術力の向上を図れる団体が必要と考える。その役割を担える組織として、「アフリカサヘル地域の持続可能な水・衛生システム開発」において共同で研究した組織である、国際水環境技術学院(2iE)が考えられる。
○その他、衛生施設の整備には、建設会社や設計会社、資材会社等が必要となるが、その役割を担える人材の育成
として、「アフリカサヘル地域の持続可能な水・衛生システム開発」で検討した教育・育成プログラムを通じて、育成に貢献することが重要と考える。
○また、日本では、下水道を管理している地方自治体を正会員、下水道事業に関わる企業を賛助会員とする「日本下水道協会」が、これら下水道に関わる団体のネットワーク組織となっており、下水道の設計指針や維持管理指針等のマニュアルや統計資料の作成、国への政策提言等を行っている。このような組織が下水道関連団体の議論や情報交換の場となり、日本における下水道技術の向上に貢献してきた。
○ブルキナファソにおいても、関連する公的機関や研究機関、企業が、衛生状況の改善に資するネットワーク組織を立ち上げことが、国内の衛生環境向上に貢献すると考える。
４．水・衛生システムの都市モデルにおける排水管システムに関する考察
下水処理においては、下水処理場だけでなく、各家庭の下水を処理場に送る排水管も整備も重要であるが、これは多額の費用が必要となる。そのため、経済状況を勘案し、コスト抑制に努めることが重要となる。以下に排水管整備に関する考察を示す。
○排水システムとして、汚水だけでなく、雨水排水も考慮するため、基本的には、幹線としては、「アフリカサヘ
ル地域の持続可能な水・衛生システム開発」の中で考察したスキーム(雨水排水用の側溝の底に汚水管(もしくは汚水溝)を敷設する構造)を採用するのが望ましいと考える。枝線については、途上国で実績のある「コンドミニ
アル下水道」を採用することが可能である(図１参照)。
○日本の設計指針 5)、排水設備指針 6)の小口径管(管径 100mm 以上)も参考になるものと考えるが、隣国より輸入している状況を考慮し、極力細い管を使うよりも、ブルキナファソの市場でよく出回っているものを使った方が安い可能性もある。ONEA のヒアリングでは、家庭への接続用の下水管には、φ125mm の塩化ビニル
管がよく用いられているとのことであった。

図１ コンドミニアル下水道の例 4)○ONEA のヒアリングでは、地下 2mに配管するとあったが、場所によっては、もっと浅く敷設することも可能と考える。浅く敷設することで、整備にかかるコストを抑制できる。日本では、下水道の管路について、これよりも浅い埋設深での敷設がしばしば行90

われている。日本の設計指針 5)においては、管径 300mm 以下の硬質塩化ビニル管等について、路面と管路頂部の距離(浅層埋設基準)についての記載があり、この距離について、以下の通りとされているので、参考として示す。
＊下水道管の本線：「‘舗装厚＋0.3m’以上」かつ「1m 以上」＊本線以外の管路：車道下については「‘舗装厚＋0.3m’以上」かつ「0.6m 以上」
歩道下については「0.5m 以上」
５．ブルキナファソに適した浸水対策手法に関する考察
ブルキナファソは水資源の乏しい国であるが、2009
年 8 月 31 日～9 月 1 日には 10 時間で 263mm の降水量があり、多くの建物が浸水し、莫大な被害額が生じた。
また、粘土質で浸透しにくいという土壌の問題も浸水の一因になっていると考えられる(写真５参照)。このため、衛生施設だけでなく、浸水対策も重要である。以下に、浸水対策に関する考察を示す。
○浸水対策を所管するブルキナファソ社会行動・連帯省からの受領資料に、「浸水地域の特徴として、道路に側溝が作られていない」との記載があったことより、水路整備することが重要だが、合わせて、農業利用と兼用で、各家庭に貯水タンクを設置する必要があ

写真５ 現地訪問期間中(2014 年 4 月)の降雨後の道路ると考える。ブルキナファソ農業省へのヒアリングの様子。短時間の降雨であったが、浸透せず水において、「雨季に各世帯に設置したタンクに雨水をたまりとなっていた。

貯めて、農業に利用する」との発言があったことより、これらの施策と合わせて進めるのが望ましいと考える。
○ブルキナファソの土壌については、降雨時に雨水が地面に溜まりやすく、浸透に向かない地域が多いが、土質を考慮し、可能な地域については、浸透ますの設置も奨励すべきと考える。
○日本では、平成 26 年に「雨水の利用の推進に関する法律」が施行された。これには、国や自治体、公的機関が自ら、雨水利用を積極的に行うよう定めている。ブルキナファソでも法律までは不要かもしれないが、公的機関
自ら、雨水貯留タンクを設置し、水不足の緩和に努めるべきと考える。トイレ用水には十分適用可能と考える。
６．おわりに
国総研として 6 年間、本研究に関わり、主に法制度や技術基準に関する調査を行い、それらを踏まえて、ブル
キナファソへの衛生システム導入促進に関する提案を行った。
ブルキナファソにおいては、法律整備の面では、先進国の例に倣い、かなり整備されていたと感じたが、下水道や衛生施設等の水・衛生システムの整備については、経済面も含め、ハートルの高さを感じた。しかし、水・衛生システムの整備が十分に進んでいないこと、また、国内の主要な産業が農業であることより、今後、水・衛生システムを整備するにおいては、し尿や雑排水の農業利用を考慮したシステムの推進は非常に重要と考えられ
た。

91

参考文献
1)

国土交通省国土技術政策総合研究所：平成 22 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国土技術政策総合研究
所資料 No.654 、2011 年 9 月、pp.139-1422)

国土交通省国土技術政策総合研究所：平成 23 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国土技術政策総合研究
所資料 No.731 、2013 年 4 月、pp.131-134

3)国土交通省国土技術政策総合研究所：平成 25 年度下水道関係調査研究年次報告書集、国土技術政策総合研究
所資料 No.823 、2015 年 1 月、pp.91-96

4)

国際協力銀行、JICA：日本の国際協力における衛生支援ガイドブック(案)、2008 年 9 月

5)(社)日本下水道協会：下水道施設計画・設計指針と解説 前編 -2009 年版-、2009 年 10 月

6)(社)日本下水道協会：下水道排水設備指針と解説 -2004 年版-、2004 年 10 月

92

付

録

付録 1．平成 26 年度 下水道関係刊行報告書一覧

B-DASH プロジェクト No.3
固定床型アナモックスプロセスによる高効率窒素除去技術
導入ガイドライン（案）
国土技術政策総合研究所資料

第 802 号

国土交通省国土技術政策総合研究所
下水処理研究室室長 山下洋正

平成 26 年 8 月

下水道研究部
主任研究官 田隝淳

研究官 道中敦子

要旨
国土交通省下水道部及び国土技術政策総合研究所では、新技術の研究開発及び実用化を加速することにより、下水道事業におけるコスト縮減や再生可能エネルギー創出等を実現し、併せて、本邦企業による水ビジネスの海外展開を支援するため、下水道革新的技術実証事業（B-DASH プロジェクト）を実施している。
本ガイドラインは、国土技術政策総合研究所委託研究（固定床型アナモックスプロセスによる高効率窒素除去技術に関する技術実証研究

受託者：熊本市・地方共同法人日本下水道事業団・株式会社タクマ共同研究体

実施期間：平成 24～25 年度）において実施した成果を踏まえて作成したものである。
キーワード：アナモックス、窒素除去、消化汚泥脱水ろ液処理

93

B-DASH プロジェクト
廃熱利用型

No.4

低コスト下水汚泥固形燃料化技術
導入ガイドライン（案）

国土技術政策総合研究所資料

第 803 号

国土交通省国土技術政策総合研究所
下水処理研究室室長 山下洋正

平成 26 年 8 月

下水道研究部
主任研究官 田隝淳

研究官 大西宵平要旨
国土交通省下水道部及び国土技術政策総合研究所では、新技術の研究開発及び実用化を加速することにより、下水道事業におけるコスト縮減や再生可能エネルギー創出等を実現し、併せて、本邦企業による水ビジネスの海外展開を支援するため、下水道革新的技術実証事業（B-DASH プロジェクト）を実施している。
本ガイドラインは、国土技術政策総合研究所委託研究（廃熱利用型 低コスト下水汚泥固形燃料化技術実証
研究

受託者：JFE エンジニアリング株式会社

実施期間：平成 24～25 年度）において実施した成果を踏まえて作成したものである。
キーワード：汚泥固形燃料、廃熱利用、汚泥乾燥

94

B-DASH プロジェクト No.5
管路内設置型熱回収技術を用いた下水熱利用導入ガイドライン（案）
国土技術政策総合研究所資料

第 804 号

国土交通省国土技術政策総合研究所

下水道研究部

下水処理研究室

主任研究官 田隝室長 山下 洋正

平成 26 年 8 月

淳

研究官 川住 亮太

要旨国土交通省下水道部及び国土技術政策総合研究所では、新技術の研究開発及び実用化を加速することにより、下水道事業におけるコスト縮減や再生可能エネルギー創出等を実現し、併せて、本邦企業による水ビジネスの海外展開を支援するため、下水道革新的技術実証事業（B-DASH プロジェクト）を実施している。
本ガイドラインは、国土技術政策総合研究所委託研究（管路内設置型熱回収技術を用いた下水熱利用に関する実証研究 受託者：積水化学・大阪市・東亜グラウト共同研究体

実施期間：平成 24～25 年度）において実施した成果を踏まえて作成したものである。
キーワード：下水熱利用、管路内設置型熱回収技術、製管工法

DASH プロジェクト No.6
消化汚泥からのリン除去・回収技術
導入ガイドライン（案）
国土技術政策総合研究所資料

第 805 号

国土交通省国土技術政策総合研究所
下水処理研究室室長 山下洋正

平成 26 年 8 月

下水道研究部
主任研究官 田隝淳

研究官 小越真佐司

要旨
国土交通省下水道部及び国土技術政策総合研究所では、新技術の研究開発及び実用化を加速することにより、下水道事業におけるコスト縮減や資源エネルギー循環等を実現し、併せて本邦企業による水ビジネスの海外展開を支援するため、下水道革新的技術実証事業（B-DASH プロジェクト）を実施している。
本ガイドラインは，国土技術政策総合研究所委託研究（栄養塩除去と資源再生（リン）革新的技術実証研究
受託者：水 ing・神戸市・三菱商事アグリサービス共同研究体
た成果を踏まえて作成したものである。
キーワード：リン除去、消化汚泥、ＭＡＰ

95

実施期間：平成 24～25 年度）において実施し付録2. 平成２７年度 下水道関係調査研究課題表(国土技術政策総合研究所)
担当研究室

調査研究課題名期間（年度）

下水道事業調査費
下水道研究室

下水道研究室・下水処理研究室
下水処理研究室

1. 下水道管路施設のストックマネジメント支援に関する調査

25-27

2. 効率的な都市雨水対策推進に関する調査

25-27

3. ディスポーザ排水による下水道施設への影響に関する調査

27-29

4. 下水道クイックプロジェクトフォローアップ調査

26-28

処理水・再生水の衛生学的リスク制御技術の評価に関する調

26-28

6. 討

下水道における一酸化二窒素発生抑制型処理方法に関する検26-28

7. 下水道における水環境マネジメント推進に関する調査

26-28

1. 下水道施設の戦略的な耐震対策優先度評価手法に関する調査

25-27

社会資本等の維持管理効率化・高度化のための情報蓄積・利25-28

3. 化に関する研究

下水処理場の既存施設能力を活用した汚水処理システムの効率

27-29

4. 高水温に適した下水高度処理技術に関する研究

26-27

下水道革新的技術実証事業（Ｂ－ＤＡＳＨ）

23-

5. 査

その他の予算による研究
下水道研究室

2. 活用技術の開発
下水処理研究室

委託研究96───────────────────────

国土技術政策総合研究所資料
TECHNICAL NOTE of NILIM
No.882 January 2016
編集・発行

© 国土技術政策総合研究所

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