第64回(2020年度) 北海道開発技術研究発表会論文

網走川中央地区における畑地かんがい施設の設計について―高圧パイプラインの設計―
網走開発建設部 網走農業事務所 第１工事課○清野 尚之疋田 雅秀髙谷 誉将

国営かんがい排水事業網走川中央地区では、地域で展開される営農状況に合わせた水需要の変化に対応するため、既得水利権を活用した用水再編を行い、新たに畑地かんがい施設の整備を進めることとしている。
本報では、整備を行う畑地かんがい施設のうち高圧パイプラインとなる幹線用水路の施設設計の検討について報告するものである。
キーワード：畑地かんがい、パイプライン、設計

1. はじめに網走川中央地区が位置する地域は、網走郡美幌町および大空町に跨がる2,289haの農業地帯であり、網走湖から上流の網走川に面している（図－1，図－2）。

老朽化した施設の改修とあわせ、新たに畑地かんがい施設の整備を行うこととしている。
本報では、新たに畑地かんがい施設として新設するパイプラインの施設設計の検討内容を報告するものである。

網走川中央地区

美幌町
大空町

0100km

図－1 網走川中央地区の位置

地域は、比較的温暖な気候であるため、大正時代に水稲栽培が始められたが、現在では、転作の進行により、水田の畑利用と共に畑地転換が進み、小麦，てんさい等の畑作物，たまねぎ等の野菜類のほか水稲を組み合わせた農業経営が展開されている。
本地区のかんがい施設は、昭和初期に設立した土功組合により、現在の水田かんがい施設の基礎となる取水施設が網走川に建設されるとともに、素掘りの用水路が整備された。その後、道営かんがい排水事業等（S42～S62）
により施設の更新整備が行われたが、建設後40年以上が経過し老朽化が進行している。一方、畑地かんがい施設は未整備であり、降雨に依存した経営が行われている状況にある。
このため、本事業では、農業用水の安定供給を図り、農業生産性の向上および農業経営の安定に資するため、Seino Naoyuki, Hikita Masahide, Takaya Yoshimasa－ 898 －

水田
畑改修
新設
図－2 地区概要図

2. 網走川中央地区の概要
本地区において新たに確保する畑地かんがい用水は、地区内を流れる網走川の河川流量が乏しく、新たな水利権取得が難しいため、米の生産調整により水稲作付けが減少している水田水利権を活用した用水再編を基本とし、平成25年度から地区調査を実施し、基幹用水施設の整備計画と併せて関連事業を含めた畑地かんがい施設の整備を行うこととし、平成29年度に事業着工した。
(1) 用水系統
本地区の用水系統は、網走川に位置する西幹線頭首工より取水した後、既設の西幹線用水路にて、地区下流域にある水田へ配水される。
地区上流域にある畑地へは、西幹線用水路のSP700付近から分水し、新設する3条のパイプラインにより配水する計画とした（図－2）。

なお、この水圧は、一部地域ですでに実施されているレインガン（末端必要圧：ガンノズル圧0.3Mpa）による散水も可能な圧力になる。
(2) ローテーションブロック
畑地かんがい区域は、網走川を挟む左右岸に面し、全体的に網走川に向かって傾斜している。ただし、低地の背後に丘陵地や河岸段丘が発達しているため、左岸側では標高EL11m～EL76m，右岸側では標高EL17m～EL122mと受益地標高差が大きい地形となっている。
このため、かんがいブロックは、網走川を挟んで左岸側の低標高区域の美和幹線掛り，右岸側の中標高区域に広がる野崎幹線掛り，右岸側の高標高区域の豊幌幹線掛りの3つの配水ブロックに区分し、3条の幹線用水路を新設する計画とした（図－3）。

(2) 主要工事計画
本地区の主要工事計画は以下のとおりである。
a) 頭首工・西幹線頭首工の土木補修，機械設備の更新
b) 用水路・西幹線用水路
L=15.9㎞（開水路改修）
・野崎幹線用水路 L= 6.0㎞（パイプライン新設）
・豊幌幹線用水路 L= 4.0㎞（パイプライン新設）
・美和幹線用水路 L= 3.9㎞（パイプライン新設）

3. 畑地かんがいパイプラインの概要(1) 末端供給圧力
本地区で整備を行う畑地かんがいにおける末端施設計
画では、各農家の営農形態や圃場条件などから、近隣地域の散水状況を参考に最も経済性に優れた多孔管（末端必要圧0.1Mpa）による散水方式を基本とした（表－1）。
末端供給圧は、末端必要圧に取水栓や配管による損失を加算して0.6Mpaを確保する計画としている。
表－1 かんがい方式の特徴
図－3 RB 別標高区分図（平均標高）(3) 加圧方式
本地区の水源となる西幹線頭首工の取水位はHWL=33ｍであることから、自然圧方式での配水は困難であり、ポンプによる加圧方式を選定した。また、西幹線用水路の分水後に揚水機場を整備し、時間差容量を確保するファームポンドを併設する計画とした。
加圧方法については、経済性を考慮し「美和幹線掛り」と「野崎・豊幌幹線掛り」に対し、それぞれの専用ポンプを配置して1段で加圧する計画とした（図－4）。
Seino Naoyuki, Hikita Masahide, Takaya Yoshimasa－ 899 －(2) 曲管部の設計
周辺土地利用や現地条件，受益地との関係等により、直線化が不可な場合は、やむを得ず支障物件を迂回するルートを採らざるを得ない。これまで、このような場合には、最短ルートかつ異形管の使用本数を最小とするため、90°曲管を用いてきた（図－6）。
しかし、ここがウィークポイントとなることは明白であり、胆振東部地震でも総じて屈曲角度θの大きなところで被害が集中し、十数か所も離脱した。
このため、θを2分割しウィークポイントに作用するスラスト力を少しでも分散・軽減して、曲管の移動（離脱の危険性）を抑制した。屈曲部に作用するスラスト力は、θの関数（sinθ/2）であるため、θ=90°をθ=45°とすればスラスト力を約46%まで軽減することができる。

図－4 施設配置検討図(4) 各路線の設計水圧
上記(1)～(3)を考慮し、路線配置を検討した結果、本地区の畑地かんがいパイプラインの設計水圧は、いずれも1.0Mpaを超えた高圧パイプラインとして設計する必要がある。

一般的なルート

直線化ルート

4. パイプライン設計の留意点

図－5 直線化のルート選定例高圧パイプラインにおいて、受益者に安全で安定した用水を供給するためには、パイプラインそのものの品質はもちろんのこと、路線の選定から維持管理までの各段階を考慮する必要がある。最近では、H30年に発生した北海道胆振東部地震（以下「胆振東部地震」という。）によるパイプラインの被災を経験し、被災の大部分は、曲管部等のウィークポイントに集中することがわかってきた1)。また、土地改良事業計画設計基準 設計『パイプライン』基準書・技術書では、重要度の低い施設でもウィークポイントに対しては、地域の状況に応じて、地震応答対策の必要性を判断し、施設の安全性を高めることが重要としている。
このため、ウィークポイントをなるべく作らないことが最大のポイントであり、やむを得ない場合は、その対策を十分に行うことが重要と考えた。具体的なパイプライン設計の検討内容を以下に示した。
(1) ルート選定
一般的には、町道等に並行させて施工性，維持管理面に配慮した最短ルートを選定する。家屋等の支障物があった場合には、迂回する方策を採る。しかし、迂回するためには、屈曲部の設置が不可避で、これがウィークポイントとなり、万一の事故時には、ライフラインや人命にまで影響を及ぼすことが十分に予測される。
このため、直線化を基本とした。具体的には、農地の中央を通過するなど安全性の優先を心掛け、土地所有者・営農者との綿密な協議を経て選定した（図－5）。

受益外90°曲管を 45°曲管×２
迂回ルート

図－6 やむを得ない場合のルート選定例(3) 管種選定
対象管径はφ200～φ700である。管体は耐水圧強度を持つ市販規格品を用いれば一定品質を容易に確保できる。
課題は、大きなスラスト力に対する継手の離脱防止機能の有無であり、φ700以上かつ設計水圧2.2Mpa以上の場合は、特殊押輪の適用外となり、別途対策が必要である。
このため、スラスト力に抵抗する曲管には、伸縮性・屈曲性を有しないNS 形の異形管継手，一体化長区間には、ライナを使用したNS型の直管継手を採用した。
なお、最近の研究では、地震動に伴う動水圧（地震時動水圧）の発生により、設計以上の水圧が曲管に作用することが報告されている2)。また、胆振東部地震では、一体化長さを確保した鋼製曲管そのものの水平移動（最大80cm）が確認されている。これらを踏まえ、一体化区間に挟まれた直線部の離脱防止対策として、曲管変位に追従し，かつ各継手が離脱・破損しないように，鎖構造継手NS型を採用した。

Seino Naoyuki, Hikita Masahide, Takaya Yoshimasa－ 900 －

(4) バルブ類の選定
バルブ類の市販規格品は、使用圧力との最高許容圧力を規定している。使用圧力は、通常状態にある静水圧であり、最高許容圧力は、設計水圧（使用圧力に水撃圧を加算）を指す。最高許容圧力は、使用圧力の1.25～1.4倍であるが、ポンプ圧送の設計水圧は、静水圧の1.6倍となる。このため、静水圧から使用圧力を選定するだけではなく、設計水圧と最高許容圧力の関係に留意して選定した。空気弁や自動定圧定流量弁についても同様である。
なお、汎用バルブと高圧用バルブの違いは、面間寸法が長いこと，および弁箱の形状を丸くして大きな水圧に耐え得る構造としていることである（図－7）。
汎用バルブ

高圧用バルブ(2) 水管理システム
本地区の用水管理は、従来からの水田用水の管理を網走川土地改良区が担い、新たに導入する畑地かんがい用水の管理を美幌町が行う予定である。高圧パイプラインの監視は、管路の充水状態の確認に加えて、漏水の早期検知に役立つ管内圧力変動を確認するため、パイプライン終点付近の空気弁に圧力計を設置し、遠方監視する。
水管理操作に掛かる情報は、水源・取水施設として重要な西幹線頭首工，美幌揚水機等の水利情報と併せて、親局にて一元管理し、利水者等の関係者は、インターネッ
トに接続可能なPC や携帯電話等を用いて必要な情報を閲覧するシステムを構築する（図－8）。
圧力の異常上昇や低下および機器の故障や異常が発生した場合には、自動的に各パイプラインの圧力計の伝送装置（子局）から親局に警報が配信されるとともに、予め通報先として指定した携帯電話等にインターネット回線等を介して警報メールを送信する機能を配備する。この警報機能により、巡回 による確認回数や故障・異常の早期発見など管理労力を軽減することが可能となる。

図－7 仕切弁の形状の違い

5. 維持管理・監視体制(1) 揚水機場の運転制御
畑地かんがい用水の利用は、気象状況や土壌条件，支線あるいは個別単位での水利用のルールの違いなどから、時間・日・年単位での大きな変動が予想され、その範囲は0～100%に及ぶことが予想される。このため、ポンプの運転操作方式には、末端需要に応じて自動的に始動，停止を行う自動制御（フィードバック制御）を採用した。
この方式は、圧力計と流量計を常に自動監視してポンプの運転を制御するもので、緊急時・異常時にはポンプが緊急停止して直ちに送水が停止される。
また、ポンプ運転には、小流量時，停止時に圧力を保持するシステムが必要である。一般的に、圧力タンク方式と保圧ポンプ方式（吐出圧力一定制御）がある。圧力タンクは、容量自体が大きく内圧が100mを超えるため、特殊なタンク構造となり高価である。加えて高圧であるため、毎年の点検・検査が必要となり、維持管理費が嵩む。したがって、保圧ポンプ式を採用した。
野崎・豊幌系統では、保圧ポンプφ125×2台と送水ポンプφ250×3台の小口径ポンプに分散し、流量変化に対応して最小限の台数が稼働するものとした。なお、保圧ポンプは、末端水使用が無い場合でも、インバーター制御で常時稼働してスタンバイ状態となるため、常時、電気代が掛かる。この対策として、一定時間（任意時間の設定が可能）以上の稼働がない場合は、保圧ポンプの停止を指令する自動運転制御フローを組み込んだ。

図－8 水管理システム概要図(案)6. おわりに畑地かんがい用パイプラインの新設にあたり、万が一のリスクに備えた施設の安全性の確保に重点を置いた。
これには、胆振東部地震による被災状況から多くの教訓を得たことが非常に大きい。ウィークポイントを回避することの重要性や、やむを得ない場合の措置など、単純な中小口径パイプライン整備とは捉えず、事故発生時に与える影響の大きさなど、予測される事象に対して予め回避または軽減措置を採るものとした。
また、施設の管理面では、初めてかんがい施設の運営管理を行う美幌町の意向にも留意し、ポンプの安定稼働、監視体制の強化について併せて検討した。
今後とも、管理者，利用者が安心して利用できる施設整備に臨む所存である。
最後に、本報文をまとめるにあたり、ご指導、ご助言頂いた関係者の皆様に対し、深く謝意を申し上げます。
参考文献
1)毛利栄征，小野尚二，鈴木和志：大口径パイプラインの地震被害の状況と特徴，基礎工（2020.1）
2)大久保天，今泉祐治，寺田健司，川口清美，中村和正：農業用管水路に発生する地震時動水圧，第 68 回農業農村工学会
大会講演集（2019）

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