神田川流域における豪雨時の河川及び下水道施設による豪雨排水に関する研究
Study on water drainage of the river and sewerage facilities
by heavy rainfalls in Kanda river basin
14N31000041H 宮崎達文

Tatsufumi MIYAZAKI
Key Words : urban river, flood flow, sewerage system, water drainage, observed water surface profiles

1. 序論
東京都の都市域を流下する神田川には，複数の支川や複雑な下水道網から短時間に豪雨が集中し，都市型水害の危険性が高まっている．神田川流域では，豪雨災害対策として河道改修や洪水調節池の整備等の河道整備と雨水貯留管の整備等の下水道整備が行われてきた．これらの河川と下水道施設は近接して存在しており，豪雨対策としての流域の施設整備は，河川と下水道で一体的に行うことが望ましい．しかし現状は，両者の連携が必ずしも十分でないことや，下水道管内の水流の直接観測が容易でないことから，豪雨時の雨水の時空間的な移動実態が十分把握出来ていない．近年の頻発する都市の豪雨災害に対応するためには，河川と下水道による排水と洪水調節施設の調節量を一体的に把握し，雨水の移動形態を明らかにすることが必要である．
本論文では，神田川本川と善福寺川，妙正寺川，江古田川の各支川を含んだ神田川流域を対象に，河道と下水道を一体的に表現できる数値解析モデルを構築する．これを用い，観測が困難な下水道幹線から河道への流入流量，河川及び下水道豪雨対策施設の調節量を見積もり，神田川流域における豪雨の移動・調節機構を明らかにすることを目的とする．

江古⽥川
江古⽥憩い橋(1.0k)
天神橋
千歳橋
妙正川
⻄落合
(4.9k) 妙正寺⼆上

河道における下水道の吐口
地下貯留管と接続する吐口
集水域界
ポンプ施設
マンホール内水位観測位置
枝線下水道

和田本町幹線
中野本町・弥生町幹線
南台幹線
南台西幹線
堀ノ内幹線
河川

上⾼⽥上

和⽥弥⽣幹線流域とマンホールの配置

妙正寺川

㉘ ㉖

寿橋

武蔵野橋
朝⽇橋
⽩⼭前橋

水位観測地点⑨㉓

定塚橋

善福寺川

南⼩滝橋

桃園川幹線

相⽣橋
(4.5k)

㉒

㉔

氷川橋
和⽥⾒橋
神善合流

曙橋

⽥島橋 ⼾⽥平橋

環状七号線
地下調節池

㉚
㉙ ㉗㉕

昭和橋

落合上

⼀休橋
(6.1k)

末広橋
相⽣橋

⼗⼆社幹線

⽅南橋

番屋橋
(16.3k)：調節池：⽔位観測所神⽥川：⽔位・流量観測所：環七地下調節池取⽔⼝

図-1

神田川流域対象区間と和田弥生幹線流域図【縦断図の凡例】

マンホール蓋⾼

河道

分⽔堰⾼

38
36
3432
30
28
26
24
22
12.5

吐⼝管頂⾼
下⽔道管
吐⼝管底⾼

⑦ ⑥

最深河床⾼

⑫⑬⑮⑭13.0

㊶

⑳
⑯⑲㊵

⑪14.0

④⑤ ③⑰②

⑱①⑨

吐口管底高
分水堰高
最深河床高13.5

神⽥川

⑧善福寺川

14.5

吐口管頂高
マンホール蓋高
河川天端高
15.0

15.5

図-2 神田川の河道に面する下水道吐口及び分水堰の高さ示す地点には，下水道和田弥生幹線へと繋がり，河道に吐口を持つマンホールが設置されている．マンホー
ル内部には，雨水を河川と地下貯留管に分ける分水堰があり，マンホール内の水位が分水堰高を超えることで，地下貯留管へ流入する．図-2 に各マンホールの分
2. 検討対象区間の概要
水堰高と河道内の下水道吐口(以下，吐口)の高さを示す．
(1)対象区間における河川・下水道豪雨対策施設
河床に対する吐口及び分水堰の高さはマンホールごと
図-1(右)に解析対象範囲を示す．この区間では，環状に異なり，豪雨時，各マンホールから貯留管への流入七号線地下調節池(以下，環七地下調節池)と，善福寺川流量は十分に把握出来ていない．本検討ではこれら神と妙正寺川，江古田川に 8 つの調節池が設置されている． 田川流域の河川・下水道の豪雨対策施設の機能と相互豪雨時，環七地下調節池は神田川・善福寺川・妙正寺の連携について論じる．
川の河道沿いに設けられた固定堰と，調節池内にある(2)対象洪水と観測体制可動堰のゲート操作により取水量を調節している．河
対象洪水は平成 25 年 10 月 15～16 日の台風 26 号洪水
川を暗渠化した大規模下水道幹線である十二社幹線ととする．本洪水時には，約 3 時間にわたり神田川と善福桃園川幹線から雨水が神田川本川に流入する．対象区寺川の両取水口から環七地下調節池への取水と，妙正間下流で神田川は高田馬場分水路に分流し，妙正寺川寺川から上高田調節池への取水が行われた．また，和と合流後に再び本川と合流する．また，図-1(左)に示す
田弥生幹線流域では，図-1(左)に示す全ての区域のマンように，神田川と善福寺川の合流部付近の地下には，ホール・管路が流域の雨水を集め，和田弥生幹線へ繋巨大な地下雨水貯留管である下水道和田弥生幹線(最大がるマンホール(神田川 21 個，善福寺川 9 個)のうち，図貯留量約 15 万 m3)が設置されている．図-1(左)の黒丸で-1(左)の黄色の枠で囲んだ５個のマンホール内で水位と2015 年度

中央大学理工学部都市環境学科修士論文発表会要旨集(2016 年 2 月)

流速の観測が行われた．河道では，図-1(右)に示すように神田川流域全体で縦断的に密に水位観測が行われ，神田川では環七地下調節池取水口上下流で，妙正寺川では多点で流量観測が行われた．
3. 解析方法及び解析条件(1)洪水流解析方法と境界条件
本検討では，観測水面形の時間変化を用いた非定常
平面二次元洪水流解析法を用いる．本解析の境界条件には神田川の上流を番屋橋(16.3km)，下流を一休橋(6.1km)，善福寺川の上流を相生橋(4.5km) ，妙正寺川上流で千歳橋(4.9km)，江古田川上流で江古田憩い橋(1.0km)の水位観測値を用いた．下水道幹線等からの流出が中小河川の流出・氾濫形態に大きく影響している 1)．しかし，豪雨時の下水道幹線内の流れは速く，水流の直接観測が困難であることから，十二社幹線と桃園川幹線から神田川への流入流量には，各吐口下流の本川観測水位に解析水位が一致するように算定している．河川沿いの各調節池の取水量は，調節池取水口付近の地形を取り込み，河川と調節池を一体的に解くことで算定した．
(2)和田弥生幹線への取水量推算の検討方法●分水マンホールの集水流量(合理式)
1Qr (t ) 

3.6

Ar :集水面積
fr :流出係数(0.8)r(t)’ :到達時間内降雨強度●河道からマンホールへの流入流量(連続式)
Qs ( t )  v s ( t ) As ( t )Ar f r r(t )

Qr

集水管
Ag

Qsh0Qovs
Bd AsL

下水道管
マンホール ZmZ0vs(t)：下水道管内流速
As(t)：下水道管断面積

河道Z1●マンホールから雨水貯留管への流出流量(堰公式、オリフィス公式)
3Qo (t )  C (t ) Bh  2 ( Z m  Z o )Qo (t )   C 2 gho dAg(Z m  Z o )Ag■マンホール内の⽔位

Z m(t  t )  Z m( t ) 

基準高C(t): 流量係数
B : 堰幅h’ : 越流水深Ag : 流出孔断面積
ho ： 流出孔中心から水面の高さ
Zm : マンホール水位
Z1 : 河道水位
Z0 : 堰上限高(Qs (t )  Qo (t )  Qr ( t ) )tAm

図-3 モデルの模式図と計算方法
標⾼(A.P.m)

353433323130292827262524232221201911.5

⽅南橋
寿橋 和⽥⾒橋

⽅南第⼀橋

番屋橋

神善合流
環七地下調節池

氷川橋
相⽣橋
善福寺川
⼗⼆社幹線

11.9

0.020

12.3

12.70.028
13.1

13.50.016
13.90.018
14.3

14.70.023
15.1

15.5

0.020
15.9

16.3

16.7

距離(km)(a) 神田川上中流域縦断図

図-3 に本検討で用いるモデルの模式図と計算式を示
40
す．貯留管和田弥生幹線への取水計算 2)には，洪水流解393837
析で求められる吐口前方の解析水位と流域の観測降雨
36
環状七号線地下調節池
3534
神⽥川合流33量を用いて行う．本検討では，下水道から河川への流323130
入出量を吐口前方の河道水位に考慮することで，河川290.035
0.027
0.020
0.018
0.030
2827と下水道を一体的に計算し，各マンホールから貯留管0.00.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.55.0への取水量の算定をしている．河川とマンホール間の(b) 善福寺川縦断図
管内流速 vs (マンホールから河道への流出の場合にはマ
図-4 平成 25 年 10 月洪水観測水位と解析水面形（上昇期）イナスとなる)は，河川水位とマンホールの水位が，各値は観測水面形を説明している．また，妙正寺川でも吐口の管頂高以上の場合には管路流れとしてベルヌー同様に解析水面形が観測値を適切に再現している．図-5
イの式を用い，各吐口の管頂高より低い場合には開水に神田川本川の環七地下調節池取水口上下流の流量観路流れとしてマニング式を用い算出し，流入出流量 Qs
測値と解析流量ハイドログラフを示す．環七地下調節は連続式により求めている．また，各マンホールの集3)池への取水開始前の時間から，取水口上下流の観測値 4)
水域は東京都の下水道台帳 のデータに基づき設定し，に誤差が見られる．そのため，解析結果が観測値を細集水域内に降った雨量から求めた各マンホールの集水部まで再現することは必要ないが，解析値は合流前後
流量 Qr は合理式により計算している．貯留管への流入の観測値の間に入っており，概ね再現出来ていると考流量 Qo の計算には，マンホール内の水位に応じて，堰えられる．また，取水口下流の方南橋(15.4km)での解析の公式とオリフィス公式を用いている．マンホール内流量は取水時間内で大きく減少しており，環七地下調の水位 Zm は，算出した各流量の総和をマンホールの底節池(15.7km)による取水の効果が解析水面形によく表れ面積で除することで算定する．ている．図-6 に神田川と善福寺川取水口から環七地下4. 解析結果
調節池への流入量解析と観測の総貯留量を比較して示(1)河川洪水流と各洪水調節池の洪水調節量の算定
す．解析総貯留量は，観測総貯留量の時間変化を見事
図-4(a),(b)に平成 25 年 10 月洪水上昇期の神田川上中流域と善福寺川での水位観測値と解析水面形を示す． に再現している．本洪水では環七地下調節池の容量 54万 m3 のうち，8 割にあたる量が地下貯留されており，環七地下調節池への取水による水位変化を適切に再現
神田川取水口と善福寺川取水口からおよそ 3 : 2 の割合でするなど，粗度係数を縦断的に変化させる事で，解析標⾼(A.P.m)

⽩⼭前橋

定塚橋

相⽣橋

武蔵野橋

朝⽇橋

マニングの粗度係数

距離(km)

2015 年度

中央大学理工学部都市環境学科修士論文発表会要旨集(2016 年 2 月)

流量(m3)90神田川取水口上流

神田川取水口下流

方南第一橋

方南橋

貯留量(m3)

ゲート全開

神田川計算貯留量

善福寺川計算貯留量

計算貯留量合計

全体観測貯留量

500,00080

計算合計貯留量

450,00070

神田川取水口上流(15.8km)

400,000
環七地下調節池流入流量

60350,000

神田川取水口下流(15.4km)

50

ゲート全閉

ゲート全開

300,000
250,00040

計算貯留量(神田川取水口)

200,00030

150,000

20

100,000

1050,000

計算貯留量(善福寺川取水口)

00
15:00
2013/10/15

18:00

21:00

0:00
2013/10/16

3:00

6:00

4:00

時刻

9:00

流量(m3)

貯留量(m3)

120
100

6:00

7:00

時刻 8:00

図-6 環状七号線地下調節池の観測貯留量と解析貯留量

図-5 神田川本川の観測流量と解析流量ハイドログラフ
昭和橋（観測）
天神橋（観測）
昭和橋(計算)天神橋(計算)5:00

2013/10/16

65,000

西落合橋（観測）
千歳橋（観測）
西落合橋(計算)
千歳橋(計算)第一次貯留池 第二次貯留池

第三次貯留池60,00055,00050,00045,00080

昭和橋0.6k

40,000

西落合橋2.4k

35,00060

天神橋3.1k30,00025,000

千歳橋4.9k40

20,00015,000

20

解析貯留量

5,000

0
18:00

20:00

22:00

2013/10/15

0:00

2:00

4:00

6:00

2013/10/16

時刻

0

8:00

3:00

累積量(万m3)（流域⾯積7.1km2）

⾬量(mm/h)
0

5:00

⾬量(mm/h)
0

100

7:00

流量(m3/s)

時刻8:00

環七地下調節池取⽔時

120
110

③⼗⼆社幹線合流後

100
150

6:00

図-8 上高田調節池の観測貯留量と解析貯留量（流域⾯積3.2km2）

累積量(万m3)

200

4:00

2013/10/16

図-7 妙正寺川の観測流量と解析流量ハイドログラフ
200

観測貯留量

10,00090150

時間雨量(杉並)

時間雨量(弥生町)80

総降雨量

総降雨量

有効総降雨量(f=0.8)

有効総降雨量(f=0.8)50

解析総流出量1007050

解析総流出量①⼗⼆社幹線合流前

60

50 ②⼗⼆社幹線流⼊流量
4050

3050

20
10017:00

2013/10/15

100
20:00

23:00

2013/10/16

2:00

5:00

時刻

(a) 桃園川幹線

8:00

017:002013/10/15

100
20:00

23:00

2:00

5:00

2013/10/16(b) 十二社幹線

図-9 桃園川幹線・十二社幹線からの解析総流出量と有効総降雨量流入があったことが解析結果から推算される．図-7 に妙正寺川各観測地点での解析流量ハイドログラフと流量観測値を示す．解析での各地点での流量ハイドログ
ラフは観測流量を再現出来ている．図-8 に上高田調節池の解析と観測の総貯留量の比較を示す．解析での結果は観測の総貯留量を再現するなど，観測での貯留量を概ね再現している．上高田調節池は，環七地下調節池への取水開始時間より早い時間から取水を開始し，容量 160,000 m3 のおよそ 4 割にあたる量の貯留により，取水口下流側の流量を低減させていたと推算される．
(2) 大規模下水道幹線から河川への流入流量と本川流量ハイドログラフに及ぼす影響
図-9(a)，(b)に桃園川幹線と十二社幹線から神田川への解析総流出量を有効総降雨量との関係で示す．10 月
15 日 21 時～16 日 2 時の時間帯には十二社幹線からの流出量が少なく，観測総降雨量の 8 割より下に解析結果が位置しているが，両幹線の解析総流出量は観測総降雨量のおよそ 8 ～10 割の間に示されており，解析から求めた下水道幹線からの総流出量は概ね妥当な値であると判断出来る．図-10 には十二社幹線からの流入流量ハ2015 年度

時刻8:00015:002013/10/15

18:00

21:00

0:00

2013/10/16

3:006:00

9:00

図-10 十二社幹線からの流入流量と合流前後の本川流量ハイドログラフ

イドログラフと幹線合流前後の水位観測点での本川解析流量ハイドログラフを示す．環七地下調節池取水時
間帯に下流で流入する十二社幹線から多くの流入量があり，環七地下調節池は神田川下流の流量ハイドログ
ラフを大きく減少させることが出来，効果的に機能したことが分かる．
(3) 和田弥生幹線への流入流量ハイドログラフの推算
図-11(a),(b)の黒色でマンホールから地下貯留管への総流入量，赤色で河道からマンホールへの流入量の総和を示す．マンホールの番号は図-1(左)，図-2 と一致させている．図-11(a)に示す神田川に吐口を持つ
善福寺川合流付近のマンホールは，善福寺川合流により河道水位が高くなるため河道からの流入量が多く，貯留管への流入量も多い．図-11(b)に示す善福寺川に吐口を持つマンホールのうち，環七地下調節池取水口より上流に吐口を持つマンホール(㉕～㉚)では，河道水位が高いことから河道からマンホールへの流入量が多く，貯留管への流入量も多い．図-11(c)に本洪水での総貯留量の計算値と観測値を示す．本洪水では容量150,000m3 のうち約 127,000m3 の調節量があり，計算値

中央大学理工学部都市環境学科修士論文発表会要旨集(2016 年 2 月)

総流⼊量(m3)30000

フラップゲート有20,94720000
15000

善福寺川合流貯留管への総流⼊量
神⽥川合流
環七地下調節池取⽔⼝

10000

0

フラップゲート有
7,198

7,846

5,376

1,662
66 100 0 114 662 357
0 27 166 62 173
0 0 632⑫ ⑭ ⑬ ⑮ ㊶ ⑳ ⑲ ⑯ ㊵ ⑪ ⑨ ⑦ ⑧ ⑥ ④ ⑤ ③ ⑰ ② ⑱ ①マンホール
番号5,066

3,317

1,075
822

(a) 神田川に吐口を持つマンホール

5,961

5,188

5000

5000

16,634

河道からマンホールへの流量の総和

15000

11,394

10000

140,000
130,000
120,000
110,000
100,000
90,00080,00070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,000020000河道からマンホールへの流量の総和

25000

総流⼊量(m3)

総流⼊量(m3)

貯留管への総流⼊量27,594

808
0

㉒

1,625

㉓

㉔

㉕

㉖

㉗

㉘

㉙㉚マンホール
番号(b) 善福寺川に吐口を持つマンホール

124,873

127,000

合計

観測値

73,699
51174

神⽥川

善福寺川

(c) 総貯留量の計算値と観測値

図-11 和田弥生幹線への総流入量と河道から各マンホールへの総流入量
河道水位(Cal)
分水堰高
吐口管底高
マンホール内水位(Cal)⽔位(A.P.m)319

マンホール底高
吐口管頂高
マンホール内水位(観測)

流速(Cal)

流速(m/s)3流速(観測値)

499河道⇒マンホール

30

下流

22
環七地下池取⽔時

2324225260291
マンホール⇒河道

28
27
14:00

2013/10/15

18:00

22:00

2:00

2013/10/16

6:00

時刻

(a) 水位ハイドログラフ‐414:00

2013/10/15

18:00

22:00

2:00

2013/10/16

6:00(b) 流速時間変化

は観測値を概ね再現している．図-12(a),(b)に図1(左)の黄色の枠で囲んだ水位観測地点⑨での水位と流速の計算結果を示す．マンホール内の解析水位ハイドログラフは観測水位を概ね再現している．また，流速の解析結果は観測値で見られる流下方向の変化を捉えるなど概ね説明出来ている．図-12(a),(b)からマン
ホール内の水位が分水堰高に達する前は，河川水位とマンホール水位はほぼ同じとなり，流れはマンホールから河道に向いていることが分かる．一方，マンホール内の水位が分水堰高に達すると地下貯留管への流入が開始するため，河川水位よりも低くなり，流れも河道からマンホールへと変化する．水位・流速観測が行われた他のマンホールも同様に解析結果が観測値を再現出来た．解析結果は，マンホール内の観測水位や流速を説明出来ている事や，全体の貯留量も再現している事から妥当な解析値であるといえる．図-13 に善福寺川に吐口を持つマンホールから地下貯留管への流入流量ハイドログラフを示す．環七地下調節池取水開始
後の時間帯には，取水口上流側(㉕～㉚)からの流入流量は増加し続けているが，取水口下流側(㉒～㉔)の流入流量は急激に減少している．このことから，各マンホールから下水道貯留管への流入量は河川水位との関係性が高く，河川沿いの調節池による取水の影響を強く受けていることが分かる．

5. 結論

時刻

27

環七地下池

28
02:00

4:00

㉓

2013/10/16㉔ ㉒6:00

298:00

時刻30

上流

図-13 善福寺川に吐口を持つマンホールから和田

図-12 マンホール⑨へ繋がる下水道管内の解析結果と観測結果

弥生幹線への流入流量ハイドログラフ

析と，下水道貯留管へ繋がるマンホールの計算を一体的に行う事で，下水道幹線から河川への流入流量，マンホールと河道間の流出入流量，河川及び下水道豪雨対策施設の調節量の推算が可能であることを示した．
2) 下水道幹線から河川への流入や，河川から洪水調節池への流入は本川流量ハイドログラフの波形に大きく影響を与えており，観測水面形を用いた解析は複雑な河道システムの洪水水理現象を適切に説明出来る．
3) 環七地下調節池の取水時には取水口下流側のマンホールから和田弥生幹線への流入量が減少すること等から，マンホールから貯留管への流入量には河川水位が強く関係し，河川沿いの調節池による取水の影響を受けている．このことは，流域の豪雨災害軽減のためには，河川と下水道が適切な連携計画の下に流域の豪雨排水を行うことが重要であることを示した．
参考文献
1) 谷岡 康，福岡捷二：都市中小河川･下水道の連携した治水計画―台地部既成市街地を対象として―，土木学会論文集，No.733/Ⅱ-63，pp.21-35，2003.
2) 沼田麻未，福岡捷二，持田智彦，中井 隆亮：神田川流域における河川及び下水道施設による台風性豪雨の排水機構と相互の関係に関する研究，河川技術論文集，第 20 巻，本研究では，平成 25 年 10 月洪水を対象として，神田川流域における下水道幹線からの流入流量や河川及び下水道豪雨対策施設の調節量について検討を行った．
以下に主要な結論を示す．
1)

流量(m3/s)

本検討では河道群の観測水面形を再現した洪水流解2015 年度

pp.431-436，2014．
3) 東京都下水道局: 下水道台帳.
4) 小作好明，大澤健二：平成 25 年の河川流量観測について,東京都土木技術支援・人材育成センター平成 26 年度年
報,pp.243-246,2014.

中央大学理工学部都市環境学科修士論文発表会要旨集(2016 年 2 月)