東急建設技術研究所報 No. 46

U.D.C 502

水循環型ビオトープによるグリーンインフラ技術の開発( )―湿生植物の消費水量試験および水収支モデルの検証―
金内

要

約：

敦＊

柴野一則 ＊＊ 椿

雅俊 ＊＊＊

自然環境が有する機能を活用して，防災・減災，生物多様性の保全等，持続可能な地域づくりを推進するグリーンインフラ実証施設を技術研究所に整備した。水循環型ビオトープの水収支を推定するため，水路内に植栽しているセリ，ミソハギをコンテナ内で栽培し，消費水量を調査した。その結果，夏季における消費水量は，植物種により異なり，10.0 mm/日〜13.0 mm/日程度であった。植被率と平均気温が高くなることで消費水量が増加する傾向が見られた。コンテナ内での湿生植物の消費水量を考慮し，水収支モデルを検証した結果，植被率を考慮した湿生植物の消費水量を用いることで概ね貯水槽の水収支を算出することできた。本稿では，湿生植物の消費水量試験結果および水収支モデルの検証結果を報告する。

キーワード：

グリーンインフラ，ビオトープ，雨水有効利用，消費水量目

1．はじめに

4．グリーンインフラ実証施設の水収支の検討

2．グリーンインフラ実証施設概要

5．おわりに

次：

3．湿生植物の消費水量調査
決に活用する考え方である 3)。図 1 にグリーンインフラの1．はじめに
近年，降雨強度 50 mm/h を超える短時間強雨（いわゆ要素技術を示す。グリーンインフラの要素技術には，雨水るゲリラ豪雨）の発生回数が約 30 年前の約 1.4 倍に増加や河川の水を一時的に貯留する遊水地，舗装面の雨水を浸し，日降水量 100 mm，200 mm 以上の豪雨日数も増加す

透する透水性舗装，雨水を花壇等に誘導し地中に一時的にる等，気候変動（Climate Variation）が顕在化している。

貯留を行い浸透させるレインガーデン，ビル等の建物の雨

また，局所的な降雨量の増加により，内水氾濫，斜面崩壊

水を集水し貯留タンクを利用した貯留・浸透等がある 5)。

等のリスクが高まっている。2018 年 7 月に発生した西日

また，グリーンインフラの取組は，2015 年に採択され本豪雨では，14 府県で内水氾濫，斜面崩壊等により被害た持続可能な開発目標（SDGs）の目標を実現するためのが発生した。今後も気候変動の進行が予想されている。令基盤でもある。さらに投資家が環境・社会・ガバナンス

和 2 年環境白書では，海外の都市を中心に「気候非常事態（ESG）に力を入れる企業への投資を行う ESG 投資の動き宣言」の動きが広がるなど，「気候変動」から「気候危機」が世界的に強まっている。グリーンインフラの取組が環境1)へとしている 。

等に高い関心を有する民間資金を呼び込み，自然環境の有する機能を活かした社会資本整備や土地利用の推進が期待

一方，2015 年の国土形成計画，社会資本整備重点計画

されている。

では自然環境の有する機能（防災・減災，生物の生活空間

このような社会背景の中，神奈川県相模原市にある東急等）を活用したグリーンインフラの推進が盛り込まれ2)た 。また，国土交通省が 2019 年 7 月にグリーンインフ

建設株式会社技術研究所内（以下，技術研究所）にグリー

ラ推進戦略を策定し，2020 年 6〜7 月にグリーンインフラ

ンインフラ実証施設（以下，本施設）を集中豪雨時の雨水官民連携プラットフォーム第 1 回シンポジウムを開催しての貯留・流出抑制，浸透促進効果と生物多様性の保全効果いる。グリーンインフラは，1990 年代後半頃から欧米をを確認することを目的に整備した。本施設には，貯留した中心に自然環境が有する機能を社会における様々な課題解

雨水を有効活用するため，貯留水循環型ビオトープを設置
した 6)。
この貯留水循環型ビオトープの水収支モデルを検証するため，水路内に植栽している湿生植物のセリおよびミソハギをコンテナ内で栽培し，消費水量を調査した。湿生植物のコンテナ内での消費水量の調査結果をもとに，水収支モデルを検証した。その結果，植被率を考慮した湿生植物の図1

グリーンインフラの要素技術

4)

消費水量を用いることで概ね貯留槽の水収支を算出するこ＊土木事業本部 技術統括部 環境技術部 環境保全グループ兼技術研究所＊＊土木事業本部 技術統括部 環境技術部 環境保全グループ＊＊＊土木事業本部技術統括部

環境技術部

地盤環境グループ

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土木構造グループ

東急建設技術研究所報 No. 46とができた。

た。満水時の水位は，80 mm とした。潅水は，適宜満水

本稿では，湿生植物の消費水量の調査結果および水収支位になるように実施した。各試験区の水位計測は，水位計モデルの検証結果について報告する。

測用の有孔管を入れ，開水面を設け，1 mm 単位のスケー
ルを用いて目視で計測した。水位は，降雨の無い 24 時間

2．グリーンインフラ実証施設概要の う ち 午 前 10 時 と 翌 日 午 前 10 時 に 計 測 し た。試 験 は

本施設は，9.5 m×12.5 m の敷地内に延長 9 m の水路，2019 年 6 月 18 日〜2019 年 10 月 8 日に実施した。

草地，樹林地で構成されている。水路内の流水は，駐車場コンテナ側面からの熱の影響を考慮し，断熱材をコンテへ流出する降雨を地下貯水槽に貯水したものを使用していナの側面に設置した。また，コンテナ底面のコンクリートる。水路内の流水は，太陽光発電を動力とした水中ポンプ土間からの熱を考慮し，高さ 150 mm の空気層を確保した。

により循環している。
写真 1 にグリーンインフラ施設の整備状況，図 2 に貯水槽水循環イメージ図を示す。

写真 1

図3

試験区の配置表1

試験区の構成グリーンインフラ施設の整備状況

図2

貯水槽水循環イメージ図
図4

3．湿生植物の消費水量調査
3.1

3.2

調査方法

3.2.1

試験体

調査結果
湿生植物の消費水量

湿生植物の消費水量調査は，できるだけ日射量に相違が

図 5 に湿生植物の消費水量を示す。エラーバーは，最大発生しないように，技術研究所内のコンクリート土間上で値および最小値を示す。期間中の平均値は，セリ 7.0 mm/実施した。試験区の配置を図 3 に示す。各試験区は，試験day〜10.6 mm/day，ミ ソ ハ ギ 6.0 mm/day〜13.3 mm/

区内の植物の成長に影響が出る可能性に留意し，ランダムday，植栽なし 3.3 mm/day〜7.3 mm/day であった。に配置した。

各試験区とも 2019 年 7 月 30 日が最大となった。セリで

表 1 に試験区の構成，図 4 に試験体の断面を示す。内形は，最大 12.0 mm/day，平均 10.7 mm/day，ミソハギで（512×360×300 mm）のコンテナ内に植生基盤として黒土は，最大 16.0 mm/day，平均 13.3 mm/day，植栽なしでを充填した。植生基盤厚は 220 mm とした。試験区 A には，最大 8.0 mm/day，平均 7.3 mm/day であった。また，は，セリを植栽し，試験区 B には，ミソハギを植栽した。

既往研究ではアゼスゲ，ノハナショウブ，ヌマトラノオ，また，試験区 C は，植栽を行わず水面のみの試験区としコバキボウシ，クリンソウを植栽し，夏期晴天日の消費水

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量が約 11.0 mm/day であったとの報告がある 7)。本試験のあるため，ここでは植被率と消費水量について検討した。

結果も同程度の消費水量なっていることから，概ね夏期のまず，図 8 に湿生植物の植被率の経時変化を示す。試験期

湿生植物の消費水量は 10.0 mm/day〜13.0 mm/day 程度

間中の平均値は，セリで 21.7%〜51.7%，ミソハギで 1.0%〜であると考えられる。

36.7% であった。セリは水平に伸長する匍匐枝により，植被率が高くなっている。それに対しミソハギは，植被率がセリに比べて低くなっている。
図 9 にセリおよびミソハギの植被率と消費水量の関係を示す。ミソハギの植被率と消費水量は相関係数が 0.68 と相関が見られ，また，セリの植被率についても相関係数0.45 と弱い相関がみられた。
既往研究では，葉の量により蒸発散量が変動するとの報告がある 8)。この報告をふまえ植被率と消費水量に相関が見られたと考えられる。

図53.2.2

湿生植物の消費水量

平均気温の影響

温度による消費水量の影響を検討するため，技術研究所内に気象計 POTEKA（明星電気製）を設置し気温を計測した。試験期間中の技術研究所内の平均気温を図 6 に示す。期間中最も平均気温が高い日は 2019 年 7 月 30 日であった。植栽なしの蒸発量は，平均 7.3 mm/day であった。

図8

湿生植物の植被率の経時変化

ま た，そ の 時 の 水 消 費 量 は，セ リ お よ び ミ ソ ハ ギ と も2019 年 7 月 30 日が最大となった。
図 7 に平均気温と消費水量の関係を示す。植生なしの相関は，セリおよびミソハギに比べ低くなっている。セリおよびミソハギの発散の影響している可能性があると考えられる。

図93.2.4
図6

平均気温

植被率と消費水量の関係

消費水量に対する草高の影響

湿生植物の消費水量と草高の影響について検討した。図10 に湿生植物の草高の経時変化を示す。試験期間中の草高の平均値は，セリで 18.8 cm〜36 cm，ミソハギで 13.8cm〜79.3 cm であった。
測定期間中のセリおよびミソハギの草高と消費水量の関係を確認したが，相関係数 0.3 以下であり，消費水量との相関は見られなかった。そのため，水収支計算を行う場
合，草高については考慮しないこととした。

図73.2.3

平均気温と消費水量との関係

消費水量に対する植被率の影響

湿生植物の消費水量は，植被率の影響を受ける可能性が

図 10113湿生植物の草高の経時変化

東急建設技術研究所報 No. 46分，E：蒸発量，F 1：地表から地下への流出量とする。

4．グリーンインフラ実証施設の水収支の検討
4.1

実証施設の水循環の構造とモニタリング

これらの水の挙動は種々の時間スケールのものがあり，対貯留水循環型ビオトープ（以下ビオトープとする）で使象とする現象が 1 つのサイクルを閉じる時間を基礎とす

2

用する循環水は，集水面積 460 m の駐車場から集水し，る。ここでは，1 か月単位で水収支を検討した。

地下の貯留槽に貯留した。この水循環は，太陽光を電源となお，水収支モデルに用いる計算条件を表 2 に示す。

した水中ポンプにより 20 L/min 一定で稼働した。貯留量
は，Sensez 製圧力式水位センサー（PPV‑010KP）を用い表2て 10 min 毎に測定した。また，敷地内に気象計 POTEKA

水収支モデルに用いる計算条件（明星電気製）を設置し，気温，湿度，降雨量，日射量を計測した。
4.2

水収支計算

4.2.1

計算式

本施設の水収支の概念図を図 11 に示す。水収支の基本は，対象とする体積・期間についての水の質量保存則を記述するものである。

4.2.2

簡易モデルによる貯留量の水収支結果

蒸発散量の算出方法としてソーンスウェイト法やマッキング式などがある。10)ここでは必要なデータ項目が少なく実用的な方法であるソーンスウェイトの式を用いて算出することとした。
ソーンスウェイトの式 11)()〜()式より敷地内の月平均気温から各月の日平均蒸発散量を算出した。計画時には，近傍の気象庁の観測地の気温から算出することができる。
E=0.533Do
図 11

水収支の概念図t  J=∑5 

本施設のビオトープは，集水した降雨を雨水貯留槽に貯()，()()

ソーンスウェイト法により月別の日平均蒸発散量を算出した。月別の日平均蒸発散量の結果および算出するための雨強度（mm/h），A：集水面積（km 2）とする。次に雨水)，((［（12 h/day）を 1 とする］
，t ：j 月の月平均気温（℃）)

ここに Q ：雨量流出量（m 3/s），f ：流出係数，r：降貯留槽の水の貯留量は()E：j 月の日平均蒸発散量（mm/day），Do：可照時間)式から求めた 9)。

Q =f ×r×A(α=0.000000675 J −0.0000771 J +0.01792 J +0.49293

留し，その雨水をポンプで循環する。この降雨の集水量（雨水流出量）は，(10t  J

条件として用いた月別平均気温，可照時間を表 3 に示す。

)により求めた。

h(t+Δt)=r (t+Δt)
表3+{h(t)−∑q(t)⋅Δt−βh(t)⋅Δt}+ΔSs⋅Δt()q(t)=0, h(t)<Y()

q(t)=a⋅h(t)−Y, h(t)>Y()

ソーンスウェイト法による日平均蒸発散量

ここでは h(t)：時刻 t のタンク水深（m），q(t)：時刻 tのタンク流出孔からの流出高，r (t)：時刻 t における観測
降雨，a：i 番目の流出項の係数，β：下方への浸透を表す浸透項の係数，Yi：i 番目のオーバーフロー管下端高さ，Δt：計算時間間隔とする。ビオトープにおける水路の水収支は(留槽の貯留量を示す。また，ソーンスウェイト蒸発散は，4.2.1 計算式で示した水収支計算式および表 3 で示した日)の式により求めた 9)。

ΔSs=P+(D1−D2)−E−F 1

図 12 に各月の月末の貯留量を示す。実測値は，雨水貯(平均蒸発散量を使用した貯留量を示す。6 月を除いて実測)

こ こ で は，P：降 水 量，D1：地 表 水 と し て の 流 入 水，
D2：地表水としての流出水，ΔSs：ビオトープの貯留量増

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値とソーンスウェイト蒸発散の差が少ないことから，概ね貯留量を表現できた。

東急建設技術研究所報 No. 46

そのため，水路内の状況を反映出来ないと考え，7 月の値を用いることとした。

表6

水路内の植被率を考慮した消費水量

図 13 に実測値の貯留量，表 3 で示した日平均蒸発散量
図 12を使用したソーンスウェイト蒸発散量を用いた貯留量，表月末の貯留量

6 で示した水路内の植被率を考慮した消費水量を用いた月4.2.3末の貯留量を示す。植被率を考慮することで，6 月および湿生植物の影響を考慮した水収支計算

気温および可照時間から日平均蒸発散量を算出するソー

7 月は，ソーンスウェイト法による蒸発散量を算出した場

ンウェスト法を用いることで，概ね貯留量を表現できた。

合に比べ改善が見らえた。また，水路内の植被率を考慮す

しかし，実測値の貯留量は，ソーンスウェイト法を使用ることで，想定する消費水量が高くなり，安全側に設計出来る結果となった。

したモデルの貯留量に比べ少なくなっていた。そこで，精度向上を図るため，ビオトープ内に生育している湿生植物（セリ，ミソハギ）の影響を考慮した水収支計算を試みた。
なお，植物からの消費水量を予測する式は，決定的なものがないと報告されている 12)。
表 4 に 3．湿生植物の消費水量調査で示したコンテナ内での月毎の湿生植物の植被率を示す。6 月 18 日から試験を開始したため，6 月の植被率は低くなっている。
表 5 に水路内の月別の湿生植物の植被率を示す。水路内のセリの植被率は，コンテナ内の試験結果に比べ低くなっているが，ミソハギは概ね同程度になっている。
水路内に生育しているセリおよびミソハギの植被率をコンテナでの試験結果を割り戻すことで，水路内の植被率を考慮した消費水量を想定した。表 6 に水路内の植被率を考

図 13月末の貯留量慮した消費水量を示す。なお，6 月のセリおよびミソハギの植被率は，コンテナ内と水路内で大きく異なっている。
5．おわりに
表4

気温および可照時間から日平均蒸発散量を算出するソーコンテナ内の月毎の湿生植物の植被率

ンスウェイト法を用いて水収支計算を行い概ね貯留量を表現することができた。
また，精度向上を図るため，水路内に植栽している湿生植物のセリおよびミソハギをコンテナ内で栽培し，消費水量を調査した。その結果，植被率と消費水量には相関があ表5るため，植被率を考慮した水収支計算を実施した。

水路内の月毎の湿生植物の植被率

植被率を考慮した湿生植物の消費水量を用いることで，安全側に概ね貯留槽の水収支を算出することができた。安
全側の数値になることから，この水収支モデルを用いてグリーンインフラの設計に役立てていく計画である。

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参考文献
1) 環境省：令和 2 年版環境白書・循環型社会白書・生物多様性白書（概要），p 2, 2020 年
2) 国土交通省：グリーンインフラ推進戦略，p 1‑5, 2019 年
3) グリーンインフラ研究会：決定版！

グリーンインフラ，pp 2‑42，日経 BP 社，2017 年

4) 東急建設株式会社：技術研究所案内，p 6, 2020 年
5) 一般社団法人日本建設業連合会：グリーンインフラって何だろう？，2019 年6) 金内敦・椿雅俊・柴野一則：水循環ビオトープによるグリーンインフラ技術の開発，東急建設研究所報，45, p 113, 2019 年
7) 辻盛生・斉藤友彦他 2 名：屋上緑化での利用を想定したアゼスゲ等の水消費と温度上昇抑制効果，日本緑化工学会誌，32()，

pp 359‑368, 2007 年8) 日野幹雄・神田学・土岐道夫：環境変化が植物発散および流出に及ぼす影響について，水工学論文集，36, pp 535‑540, 1992 年
9) 土木学会水理委員会水理公式集改訂委員会：水理公式集，土木学会，pp 144‑161, 1990 年
10) 坂寺一洋：箱根仙石原地域における蒸発散量，神奈川県温泉地学研究所報告書，37, pp 51‑52, 2007 年11) 土木学会水理委員会水理公式集改訂委員会：水理公式集，土木学会，pp 148‑149, 1990 年
12) 武田喬男，上田豊他 2 名：気象の教室 3 水の気象学，東京大学出版会，pp 161‑163, 1992 年

Development of the green infrastructure technology by the water cycle biotope()―A consumption quantity of water examination and inspection of the water income andexpenditure model of the hygrophyte―T. Kaneuchi, K. Shibano and M. Tsubaki
Authors utilized the function that natural environments had and maintained the green infrastructure proof facilities
which promoted sustainable community improvement such as disaster prevention, disaster reduction, maintenance of thebiological diversity in institute of technology. Authors cultivated Japanese parsley, the polygonum thunbergii whichauthors planted in a waterway in a container to estimate the water income and expenditure of the water cycle type biotope
and investigated consumption quantity of water. As a result, the consumption quantity of water varied according to plant
species, but was 10.0 mm/day‑around 13.0 mm/day. The tendency that consumption quantity of water increased because
plant cover rate and mean temperature rose was seen. As a result of having inspected a water income and expendituremodel in consideration of the consumption quantity of water of the hygrophyte in the container, authors were able to almost
calculate the water income and expenditure of the water tank by using the consumption quantity of water of thehygrophyte in consideration of plant cover rate. In this report, authors report the consumption quantity of water test resultof the hygrophyte and the test result of the water income and expenditure model.

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