表４

表紙

Rainbows

Reliable, Advanced and Innovative Network for Building Optimum Water System

プ ロ ジ ェクト公益財団法人 水道技術研究センター

水道技術研究センター

2017.10.20

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《プロジェクトの研究内容》■重要管路の再構築に関する研究 重要管路研究委員会
1 計画手法の研究

重要管路※の中でも、工事中の水運用や施工の難易度、事業費などの理由により、特に更新が難しい、大口径・単線の基幹管路に焦点をあて、計画手法を研究しました。給水量の減少を踏まえた口径設定の手法と、更新に合わせて冗長化を図る新たな計画手法を検討し、事業体の計画事例を交えながら手順としてまとめました。

2 再構築における課題と対策の研究
事業体の重要管路 ※に関する取り組み事例を、計画、設計、施工、維持管理の面から調査し、課題に対する取り組みとその 解決 策についてまとめました 。重要管路の更新・再 構築に取り組む機 運を高めるため、先行事例をまとめた事例集を作成しました。

将来の不確実性に対応した水道管路システムの再構築に関する研究Rainbows プロジェクト■新技術を取り入れた管網管理に向けた研究 管網管理研究委員会
1 適正口径選定手法に関する研究
将来の不 確実性を主に人口減少に起因する水需要の減少と捉え、新たな管網管理手法として、将来の水需要減少に伴う配水圧の不均一や滞留水による水質低下などの問題を解決すべく、平常時、火災時及び事故時における水理面、水質面を満足できる配水管網全体の管路口径を決定する適正口径選定手法を提案しました。また、消火用水量が適正口径選定に与える影響を検討しました。

2 水道のスマート化に関する研究
水需要減少に対する管網管理手法として、管網管理のスマート化の可能性について検討しました。限られたリソースでの管網管理への適用性について、ICTの活用に着目し、ICT類の事例集の作成やICT導入による管網管理へのメリットについて検討しました。

《プロジェクトの研究体制》

Reliable, Advanced and Innovative Network for Building Optimum Water System

管路技術研究推進委員会

我が国の水道事業では、給水人口や給水量の減少を前提に、老朽化施設の更新に対応するために重要管路研究委員会

様々な施策を講じなければならないという、未だ経験したことのない時代が到来しています。
人口減少やそれに対応するための広域連携等、将来の不確実性に対応するために、基幹管路等の重要管路の再 構 築と、効率的な管路 網 への再 整 備に伴う管網 管 理に関する課 題 及びその管網管理研究委員会

重要管路研究委員会
委員長

解 決 策 を 明らか に すること が 求 められて いま す 。そ のた め 、公 益 財 団 法 人 水 道 技 術 研 究センターでは、平成26年度から平成28年度までの3ヶ年にわたり、産官学連携による共同研究※本研究では、基幹管路と重要施設給水管路を重要管路と位置づけています。

学識者

首都大学東京小泉特任教授東京都市大学 長岡教授
首都大学東京 荒井准教授

プロジェクトとして「 将 来 の 不 確 実 性に 対 応した 水 道 管 路システムの 再 構 築 に 関 する 研 究大阪広域水道企業団、神奈川県内広域水道（ Rainbows プロジェクト）」を実施しました。

事業体

管網管理研究委員会
鳥取大学

細井副学長・理事

大阪大学 鎌田教授
名古屋大学 平山准教授
鳥取大学 増田准教授
神 奈 川 県 企 業 庁 企 業 局 、神 戸 市 水 道 局 、

札幌市水道局、豊中市上下企業団、川崎市上下水道局、埼玉県企業局、 さいたま市水道局、名古屋市上下水道局、福岡市水道局、千葉県水道局、東京都水道局、新潟市水道局、 水道局、八戸圏域水道企業団、広島市水道局

横須賀市上下水道局、横浜市水道局㈱クボタ、㈱栗本鐵工所、㈱ジオプラン、㈱クボタ、㈱クボタケミックス、㈱栗本鐵工所、 ㈱NJS、
コスモ工機㈱、JFEエンジニアリング㈱、積水企業

水ing ㈱、積水化学工業 ㈱、㈱東芝、㈱日立化学工業㈱、大成機工㈱、㈱東京設計事務所、 製作所、日之出水道機器㈱、フジテコム㈱㈱日水コン、日鉄住金パイプライン＆エンジニア
リング㈱、日本 水 工設 計 ㈱、日本 鋳鉄管㈱、㈱日立製作所、日之出水道機器㈱（公財）水道技術研究センター（公財）水道技術研究センター

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重要管路研究委員会

重要管路の再構築に関する研究
3 基幹管路の更新・再構築計画策定手順

1 計画手法の研究●基幹管路の更新・再構築計画策定フロー
次の３つを手順とする計画策定フローを新たに作成しました。

基 幹 管路を対 象に、更 新に合わせて冗長 性を持たせる 、❶基幹管路システムの設定

更 新・再 構 築 の計画手法を研究しました 。

基本情報の整理を行い、基本方針の設定と想定事象の抽出を行う。

1 再構築モデルにおける計画策定手法の検討
更新が 難しいとされている、大口径・単線の基 幹 管路を対 象に、更新に合わせて、緊急時や次期・次々期の更新工事に備えて冗長 性を持たせ、更に需 要減少にも対応できる計画 策 定手法を検 討しました。冗長 性を持たせる整備手法として、「 二重化」「、 ループ化」「、系統連絡」を取り上げました。
仮想のモデル管路である再構築モデルにおける、計画策定のシミュレーション並びに計画実施事例の❷基幹管路システムの現況評価

管路の物理的評価、重要度評価に、新たに冗長性評価を加えてまとめる。

❸基幹管路システムの再構築計画

冗長性を有する「二重化」、「 ループ化」、「 系統連絡」及び冗長性がない「単純更新」を、便益や費用の面から比較して整備案を選定する。

調査を行うことにより、更新・再構築計画策定フロー（素案）を作成しました。
整備手法

START

定義
既設管と同じ路線で、新設管整備+既設管にPIPを行う

ループ化

任意節点から隣接した節点に、最短で連絡する路線の整備を行う

系統連絡

浄水場間、配水池間を連絡する管路の整備を行う

対象施設の設定❶ 設定

二重化

基本方針の整理
基本方針の設定
想定する事象の抽出

2 実管路モデルにおける計画策定手法の検証
実管路をモデル化した実管路モデルにおいて、計画策定のシミュレーションを行い、更新・再構築
更 新・再 構 築 計画 策 定フローを作成しました。

❷ 現況評価計画策定手順の検証を行いました。その結果を踏まえて、計画策定フロー（素案）を一部修正し、配水系統 境界基幹管路（対象外）
更新対象管路配水系統連絡箇所

水運用における評価

管路の機能評価

冗長性評価

更新優先度評価
評価のまとめ
整備方針の決定

B配水場

冗長化施策メニューの選定と整備案の抽出

実管路モデル
それぞれ１つの浄水 場と１つの配 水 池を有A配水場する２つの隣接する配水系統からなっており、A浄水場

配 水系 統 間の 連 絡が 可能となっています。
B浄水場

検 討した 基 幹 管 路 は口 径 4 0 0 m m 以 上の送 水管8.8km、配 水 本 管88.6kmです。

❸ 再構築計画

B系区域
A系区域

整備案の検討
整備案の比較評価
NO

その他の個別評価

整備案の妥当性評価
整備案の選定
更新・再構築計画の決定
END

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重要管路研究委員会

重要管路の再構築に関する研究●計画期間と計画水量の設定方法
計 画 期 間を10 年から15 年に設 定し 、設 計に用い る計 画 給 水 量は 計 画 期 間ごとに設 定 することとしました。整備対 象の管路は、計画期間終了後に運用を開始することとし、計画給水量
は 、運 用開 始後の 最 大 給 水量とします 。例えば 、水需 要が 減少する場 合は 、運 用開 始当初の給水量を用います。
人口や 一人一日給 水量 が 減 少しない 場 合 や 、人口の 偏 在 が 発 生する場 合 等 、水需 要が 予 測どおりに推 移しない 場 合を想 定して 、計 画した管口 径でどの 範 囲の水 量に対 応 できるかを把握し、計画期間ごとに見直しを行いながら進める手順としています。

2 再構築における課題と対策の研究
重 要管路に関する課 題と解決 策を研究するため、全国の事 業 実 施 事例を調 査しました 。

■重要管路の再構築に関する事例集
全国の重要管路に関する事業実施事例を、計画・設計・施工・維持管理の面から調査し、事業を進める上での課題と解決策を整理しました。
計画・設 計・施 工事例では、事 業の計画 期間や財 源（事 業予算の確 保 手段）を、維 持管 理事例では、直営か委託かといった維持管理体制も調査しました。

水量

調 査した事例の中から 、他の事 業体 の 参 考となる事例を「 重 要管路 の再 構 築に関する事例 集 」として 取りまとめました。

計画給水量（設定給水量≧運用開始後の最大水需要）計画・設計・施工の課題と解決策
課題

一日最大給水量（水需要予測）更新・再構築計画（α＝10〜15年）
第Ⅰ期

第Ⅱ期

第Ⅳ期

第Ⅲ期

解決策

計画・設計・施工事例
対象施設

バックアップ強化

二重化

導水施設

基幹管路の更新

系統連絡送水施設

重要給水施設管路の耐震化

ループ化

配水施設

更新計画の策定

相互融通

その他

ダウンサイジング
その他

現在

α年後

2α年後

3α年後

4α年後

100年後

●整備案の評価方法

冗 長 性の 確 保 に 当たっては 、給 水 量 減 少下 で の既 存 施 設 の 能 力を有 効 に活 用する 手 法を維持管路の課題と解決策組み込みました。
冗長性を有する基幹管路の便益については、評価方法が定められていないため、新たに定性的な評価項目の抽出を行いました。
さらに 、次 期 更 新 時及び 属 具 の更 新 時 の 費 用 低 減 、もらい 事 故 時 の 被 害 低 減 、等について定 量化 する方法を提 案しました。

研究成果

課題

解決策

点検業務の効率化

施設点検

流量・水圧測定

洗管作業の効率化

管内調査

水質測定

未然の漏水事故防止

洗管作業

管体腐食調査将来計画の策定

漏水調査

その他

その他

・更新が難しいとされている大口径・単線の基幹管路を対象に、緊急時や次期・次々期の更新工事の時に備えて、更 新に合 わせて冗長 化を図る新たな計画手法を検 討し 、基 幹 管路 の更 新・再 構 築 計画 策 定
フローを作成しました。
・計画期間や計画水量の考え方を明らかにし、将来の人口減少を踏まえた口径設定手法を提案しました。
また水需要の減少が予測どおりに推移しない場合を想定し、感度分析手法を取り入れ、計画期間ごとに見直しを行う手順を組み込んでいます。
・冗長性を有する管路の便益について、新たな評価項目を抽出し、可能な限り定量化する方法を提案しました。

研究成果
・重要管路に関する事業実施事例を調査し、課題とその解決策を整理しました。
・他の事業体の参考となる事例について、事例集として取りまとめました。

維持管理事例

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管網管理研究委員会

新技術を取り入れた管網管理に向けた研究

将 来の水需 要の 減少に伴う管路 の適 正口径を選 定する手法について検 討しました 。

1 「適正口径選定手法」とは「適正口径選定手法」とは、将来の水需要減少に対する平常時、火災時及び事故時における水理面、水質面を満足できる配水管網全体の口径を決定する手法と定義しました。

2 適正口径選定手順の設定、口径の評価解析」の手順としました。
計画管網モデルの設定に当たっては、標準導水勾配を5‰以下、消火用水量の確保を条件としました。

3 評価指標目標値

管網評価指標管網モデルの評価は、右 記の評価指 標を設

平常時：0.15MPa〜0.74MPa

水圧定して実 施しました。ただし、設 定した評価になります。

基本事項の設定
現況管網モデルの構築
水量配分
管路評価指標の設定
解析①：現況管網モデルの検証解析
現況管網モデルの妥当性検証

0.2〜3.0m/s

残留塩素濃度

0.1〜0.4mg/L

解析②：現況管網モデルの評価解析
現況管網モデルの評価
計画管網モデルの構築

4 「適正口径選定手法」の有効性
平常時

平常時、火災時及び 事故時において、水 理面、水質面を考慮し、将来の水需要に対応できる手法として有効であることが確認できました。

水量の影響が大きいことが分かりました。

現状

20,000減径（増径）後：消火用水量を考慮した場合の適正口径10,000減径（増径）後：消火用水量を考慮しない場合の適正口径

075100150200250300350

口径（㎜）6 最適化アルゴリズムの適応性
迅 速・容易に適正口径を選定できる手法となる可能性があることが分かりました。

研究成果
・適正口径選定手法は、実管路モデル（管網状管路、樹枝状管路）における将来の水需要に対応できる手法であることが分かりました。
・消火用水量が管路の口径の減少（ダウンサイジング）に大きく影響することが判明しました。

評価指標の判定

火災時の条件設定

管路口径見直しNGOKNGOK

事故時の条件設定
解析⑤：事故時の評価解析
評価指標の判定
OK

適正口径の決定END

残留塩素濃度の判定

NGOK

解析④：火災時の評価解析
評価指標の判定

事故時

最 適化アルゴリズム（コンピューターで 適 正な管路口径の組合 せを高 速自動計算する方法）は、解析③：平常時の評価解析

OK火災時ング ）するに当たっては、消火用延 長︵ m ︶管 路 口 径を 減 少（ ダウン サイジ

口径別管路延長30,000❸ 計 画 管 網 モ デルの設 定 ︑口径の評 価 解 析

5 消火用水量の影響

NGOK

火災時：正圧であること

流速

指 標は、事業体の特性に応じた設定が必要

START
データ収集・整理❷ 現 況 管 網 モ デル評 価

適正口径の検討は、「 条件設定・現況管網モデル構築」、「 現況管網モデル評価」、「 計画管網モデル❶ 条 件 設 定・現 況 管 網モデル構 築

1■適正口径選定手順

適正口径選定手法に関する研究

NG

注入率変更・捨水の検討

NG

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管網管理研究委員会

新技術を取り入れた管網管理に向けた研究

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水道のスマート化に関する研究

管 網 管 理における水道のスマート化の可能 性について検 討しました。

1 「水道のスマート化」とは「水道のスマート化」とは、管網管理においては、管路施設の状 態や流況のモニタリングなどで配水管網の健全度を把握し、潜在リスクを可視化することで、将来に発 生しうるリスクの最小化を

3 ケーススタディによる検証
実フィールドに お いて 計 測した スマートメーター ※ 給 水 量 デ ータ 、消 火 栓 水 圧デ ータ 、配 水 池
流量データの組み合わせから、下記の①〜④について、実現の可能性について検証しました。
計測データ
・給水量データ：スマートメーター から計測
（約100箇所）※

水圧データ取得

・水圧データ：消火栓に水圧計を設置して計測（約30箇所）図ることと定義しました。

・流量データ：配水池で配水量を計測（１箇所）

2 スマート化技術の整理と事例集の作成

計測間隔

ICTに関する情報を項目別（適応箇所、課題、効果等）に整理し、活用しやすい事例集を作成しました。

給水量データ取得

・データは、40日間・1分単位で計測※本ケース スタディでは、電 子 式 メーターにデータロガーを取り付けたものをスマートメーターとして活用

活用事例表

1 漏水範囲の予測

給水量データ、水圧データ及び 配 水池流量データを用いて、漏水範囲の絞り込みの可能性について検証しました。
取 得した デ ータから漏 水 範 囲 を 絞り込 んだ 結 果 、実 漏 水 エリアと合 致した た め 、漏 水 範 囲 を予 測 できる可 能 性 があ ることが 分 かりました 。

2 残留塩素濃度の低減

給水量データから、各需要家の水使用状況による管網内における水の到達時間、滞留状況の把握に基づく残留塩素濃 度の低 減の可能性について検証しました。
管網内の水の到達時間が分かるため、残留塩素濃度の低減の可能性があることが分かりました。

3 宅内漏水の検知

給 水 量 データから 、需 要水 量 の 最小値 が「 0 」か 否かを基 準に 宅 内 漏 水の 有 無について検 証しました 。
ICT機器情報

遠隔で宅内漏水の検知の可能性があることが分かりました。

4 流況のモニタリング

取得データから、流況をモニタリングすることにより、管網の健全度の把握、潜在するリスクの可視化の可能性について検証しました。
管網の健全度を連続的にデータから把握できるため、潜在リスクの可視化や要因特定の可能性があることが分かりました。

研究成果
・水道のスマート化に寄与できる ICTに関する情報を事例集としてまとめました。
・スマートメーターの活用により、漏水範囲の予測、残留塩素濃度の低減、宅内漏水の発見、流況のモニタリングなど、管路の維持管理向上に期待できることが分かりました。