都市型水害における下水道浸透桝の効果について
社会システム事業部 東京センター 環境情報課

劉瑀

浸透桝の設置を呼び掛けている。

1. は じ め に
日本は , 有数の山の多い国で , 都市の多くは河

本文では , 広域地下水収支および都市型水害総川流域下流部の低平地に集中している。日本列島

合治水の観点から , 下水道浸透桝の効果については , モンスーンアジア気候帯に位置し , 湿潤多雨考えてみる。

である。このような地形的・気象的特徴から , 洪
水による外水氾濫は必然的に起こり得ることが予

2. 浸透桝の浸透効果と問題点測される。特に , 近年 , 都市化の進展に伴って , 都

2.1 浸透桝の浸透効果

市部における流出量の増大や流出時間の短縮など

浸透桝は , 雨水を地盤の浅いところに浸透させは , 外水氾濫の危険性を一層高めると同時に , 下る施設である。浸透桝の仕組みは , 図 -1 に示すと水道や排水路の排水能力の不足を増大し , 内水氾おりである。屋根の雨水は雨といを経由して , 浸濫を引き起こす。平成 12 年 9 月の東海豪雨によ透桝に流れ込む。浸透桝は , 浸透桝本体とその回る被害 [1] は , このような都市型水害の典型的な例

りを囲む砂利の部分からなる。浸透桝本体は , 一といえよう。

般に直径 300 ～ 400mm, 高さ 1000mm の円筒

都市部における外水氾濫および内水氾濫を防止状のものが多く , 材料はコンクリートや塩ビ等がまたは軽減するために , 河川・下水道を一体としある。砂利の部分の外周には透水シートが張られたハード面および危機管理といったソフト面によている。

る総合治水対策が打ち出されている [1], [2], [3]。河川・浸透桝と下水道との間には , 排出管が設けてい下水道を一体化した総合対策では , 洪水防御施設る。浸透桝内水位が設計水深を超えたとき , 雨水( 河川の貯留池や下水道の貯水池 , または浸透施は排水管を介して下水道へ流れる。
浸透桝の設置場所は , 一般に台地 , 段丘 , 扇状地 ,設など ) が含まれている。
近年 , 下水道浸透施設のうち , 浸透桝が大いに

自然堤防 , 丘陵地 , 浜堤および砂丘地等地形に適注目されている。下水道浸透桝は , 都市部の洪水すると言われている。地盤条件としては , 透水係

氾濫防止に役立つと共に , 地下水源の確保 , 地盤数が 10-7cm/s 以上 , 土の空隙率 10% 以上 , また沈下の防止 , ヒートアイランド現象の緩和およびは地下水位が比較的低いことなどが上げられる。

都市の生態系の自然回復にも貢献できることか浸透桝は , 雨水の下水道への流入量をカットす

ら , 各自治体は , 住民に庭に屋根の雨水を集めるることができ , その浸透効果は , 認められつつあ－1－る。通常 , 浸透桝の浸透量 (m3/s, m3/hr) という概以上の計算結果 , 即ち , 浸透桝 1 個当たりの浸念を用いて , 浸透効果を表す。以下に , 浸透桝の透量 0.2m3/hr は , 極普通に見られる浸透桝の浸浸透効果について試算してみる。浸透桝 1 個当た透効果である。但し , 浸透効果は地盤条件に大きりの浸透量は下式によって計算する 。

く左右される。

[4]

2.2 浸透桝に関わる問題点
ここに , q は単位浸透量 (m /s)；h 0 は浸透マス

浸透桝は , 前述したように , 都市部における洪内の水深 (m)；L は浸透側面の深さ (m)；h ：浸水防止 , 地下水源の確保 , 地盤沈下の防止等には透マス底から地下水面までの深さ (m)；r は浸透有用であるが , 現状では , 浸透桝の設置はまだまマス半径 ( 置換材までの半径 )(m)；k は土の透水だ普及していない。これからは , 自治体の努力や係数 (cm/s)；R は影響半径 (m) であり , 計算式

住民の防災意識の高揚に伴い , 浸透桝の設置数量

31.5R =2(L +h ) ・k0.5で計算する ( 図 -1)。

は増えていくことが予想される。ここで , 浸透桝

表 -1 に示したのは , 透水係数 1.6 × 10-6cm/s( 土研による関東ロームの浸透試験

表 -1 浸透桝 1 個当たりの浸透量値 ) で , 地下水位 15m の地盤条件におけ

L(m)

h(m)

k(cm/s)る計算結果である。

1.015.0 1.6 × 10-5

図 -1 雨水浸透桝の仕組み－2－R(m)

h0(m)

r(m)

q(m3/hr)

0.8

0.75

0.40.2

の設置数量の増加に伴って , 新たに問題が発生するかどうかについて考える必要がある。例えば ,(1) 地下空間の市街化による地下水脈の遮断は ,自然地盤を前提とした浸透効果は期待されるとおりに現れるか？また , この浸透は , 地下水位の変動にどんな影響を与えるか？
(2) 今まで浸透桝は下水道の付属施設として捉えてきている。都市型水害は , 下水道 , 河川および都市部地表面からなる複雑なネット

図 -2 小排水区の境界条件

ワークにおける水循環の結果であるため , 浸

Q = f ・r ・a /3.6=0.5 × 20 × 5/3.6

透桝をこのようなネットワーク全般でみる
場合 , その効果はどうなるか？

=13.9(m3/s)=1,200,000(m3/day)

これかの問題を答えるために , 広域における浸仮にピーク流量の１/100, 即ち 12,000m3/day

透桝の浸透効果について適切な評価をしなければが浸透桝によって浸透され , 浸透桝 1 個の浸透能ならない。

力は 0.2m3/hr とすれば , 必要となる浸透桝の数は約 2,500 個である。
以下に , 2,500 個の浸透桝を二つのグループ (A

3. 浸透桝の浸透効果についての評価
広域における浸透桝の浸透効果を評価するためと B) に分け , それぞれ 6,000m3/day の雨水を 3に , 二つの評価方法が挙げられる。一つは , 広域日間にわたって浸透させた場合 , 地下水位の変動における地下水の収支から , 浸透桝の浸透効果は状況について , 平面二次元地下水の浸透流解析をどのように地下水位の上昇に寄与するかである。

用いて計算する。

もう一つは , 都市部総合治水対策の面から , 浸透

支配方程式は以下のとおりである [5]。

桝は , 洪水氾濫 ( 内水氾濫・外水氾濫 ) の防止にどの程度役立つかである。
ここに , S は貯留係数 , H は圧力水頭 , T は透水量係数 , W は揚水・注水強度 (Q ) また漏水強度

3.1 広域地下水収支による評価(r e)。

浸透桝浸透効果を定量的に評価するため , 以下のケースについて計算してみる。

計算方法は , 領域を 250m の等間隔直交格子に都市部のある小排水区 ( 図 -2) は , 面積 A=5km2,置換え , 時間増分を 0.25day とする差分法を用い流出係数 f=0.5, 平均降雨 r=20mm/hr であると仮た。差分スキームは , 平面二次元解析によく用い定する。合理式によってピーク流量 Q を以下のられる反複交互方向陰解法 [6] を採用し , 許容計算ように計算できる。

誤差は 0.001m とした。
－3－

計算条件は , 表 -2 に示すとおりである。の試算である。したがって , 浸透桝による浸透効計算結果は , 図 -3 に示すとおりである。図果は無視できないことを示唆している。

-3(a), (b) は , それぞれ浸透桝による浸透が始まっ

勿論 , 実際には対象区域の地盤状況 ( 帯水層のてから1日と3日後の地下水位分布を示している。

分布 , 地下水位 , 等水量係数等 ), 気象状況並びに図 -3(a) のように , 僅か 1 日後 , 小排水区の約 5計画規模を踏まえて , 更なる精確な計算が必要で割の区域は , 地下水位が約 10~50cm 程度上昇し ,ある。

約 2 割の区域の地下水位が 50cm 以上も上がったことが分かる。境界水頭の低い西側 (H=14.0m)

3.2 都市部総合治水対策による評価

は , 地下水位が低下する一方 , 境界水頭の高い東浸透桝の浸透効果を地下水収支による評価が必側 (H=15.0m) の上昇が目立つ。当然ながら , 浸透要であるが , 十分とは言い難い。益々重要と見ら桝グループ A, B 付近において , 地下水位の上昇はれる都市型水害総合治水対策から考えれば , 浸透比較的大きい。

桝は , どの程度流出の低減に寄与できるかについ同様に図 -3(b) に示したように , 3 日後は , 小排水区の約 8 割の区域は , 地下水位が 10 ～ 50cm程度上昇し , 約 5 割の区域は , 地下水位が 50cm以上も上がったことが分かる。
以上に示した面積 5km2 の小排水区における地下水位の急激な変動は , 極めて稀なケースである。しかも , これは , 当排水区における平均雨量20mm/hr のピーク流量の 1/100 が浸透した場合

表 -2 広域地下水浸透流解析の計算条件
条件

内容

基本条件

・帯水層：等方均質・透水量係数：
T x =T y =8000m2/day
・貯留係数 S =0.005

初期条件

・地下水頭 H=14.5m

境界条件

・南北の境界：不透水・東西の境界：既知定水頭で , 西側
H =14.0 ｍ , 東側 H =15.0m
・鉛直方向の流入量：浸透桝グループ A とグループ B からの浸透量はそれぞれ Q=15,000m3/day
・上層からの漏水による涵養強度：
re=1mm/day－4－

図 -3 地下水位の時間的変動

ても評価する必要がある。

謝辞

下水道と河川は , 一つのネットワークになって ,本稿の作成に当たって社会システム事業部の田都市部を洪水から守る役割を果たすと同時に , 現村善昭氏には初稿のレビューを , また同事業部 齋

実的には整備の不十分による外水氾濫および内水藤憲一郎氏には , 浸透流解析計算プログラムの修氾濫が生じ , 氾濫水が地表で二次元的に流れる災正をして頂きました。ここに記し両氏に感謝を申

害現象 , いわゆる都市型水害はしばしば報じられし上げる次第である。

る。
浸透桝は , このような都市型水害の防止に役立

参 考 文 献てる施設として認識されているものの , 地域全般

[1] 辻本哲郎：豪雨災害と治水安全度・耐水危機における総合的な評価は未だ出来ていない。い管理。河川技術論文集 , 第 7 巻 , 2001 年 6 月 ,くつかの流出解析モデル (MOUSE, XP-SWMM,P12-17。

HydroWorks 等 ) があるが , 浸透桝の浸透効果を[2] 都市型水害緊急検討委員会：都市型水害対策考慮したうえ , 地表氾濫水の流れを二次元的に捉に関する緊急提言。記者発表 , 平成 12 年 11

えるモデルがない [7]。

月 9 日。

適切な評価を行うために , 浸透桝の位置付けを[3] 福岡捷二 , 谷岡康：都市域の河川・下水道の連

下水道ネットワークのみに留まらず , 河川および携した治水対策について。河川技術論文集 , 第地表二次元氾濫をも含んだ総合システムにおいて

7 巻 , 2001 年 6 月 , P6-11。

行うことが最適であろう。

[4] 地下水の力学 , 丸善 ( 株 ), 昭和 42 年 , ｐ 315。
[5] 原田守博：地中水の解析 (2) 広域地下水。水理公式集平成 13 年版：例題プログラム第 1 編

4.. お わ り に浸透桝の浸透効果は期待できる一方 , 新たな問

水文編 , 土木学会 , 2002 年 3 月。

題が発生する可能性がある。都市総合治水対策の[6] 山崎郭慈：偏微分方程式の数値計算法入門 , 森

面から見ても , 中長期にわたる総合計画が必要で

北出版 , ｐ 54-61, 1993.

あり , できる限りに定量的な評価が望まれる。

[7]【財】下水道新技術推進機構：流出解析モデル

今後は , 河川・下水道・地表氾濫の“三位一体”の都市型水害総合検討システムを開発し , 広域に利活用マニュアル ( 雨水対策における流出解析モデルの運用手引き ), 1999 年。

おける地下水収支問題の検討は , 浸透流解析と連携して , より精確な定量的評価ができるようになると考えられる。このような評価ができれば , 浸透桝の過剰設置の恐れがあるかどうかが分かるよ
うになり , よりバランスの取れた行政指導が行えるようになるであろう。
－5－