Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
# 地震災害時における防災担当職員の非常参集に関する研究 (その2)1993年釧路沖地震時の消防職員・団員の 非常参集の実態に関する調査結果

関沢 愛

(平成6年5月31日受理)

1993年1月15日に発生した釧路沖地震の際における非常参集に関して、釧路市消防局の消防職員、および消防団員に対して、地震2カ月後にアンケート調査を行った。

ここでは、この調査結果に基づき、釧路沖地震時に実際行われた消防職員、団員の非常参集における諸条件、すなわち、参集距離、参集手段、参集時間、および参集途上での情報収集伝達等の実態について述べるとともに、川崎市の非常参集訓練時の際に実施したアンケート調査結果との比較を行った。

その結果、首都圏の大都市である川崎市とは異なり、人口120万人規模の地方中核都市である釧路市では、参集距離が短く、参集手段が車であったことなどから、非常に短時間に大半の消防職員、団員が参集することができたことがわかった。また、参集途上において、火災や建物被害などをかなり発見しており、参集途上での災害情報収集の有効性が示唆された。

### 1. はじめに

1993年1月15日午後8時6分、釧路沖を震源とするマグニチュードM7.8の地震が発生し、釧路市を中心にかなりの地盤や建物の被害を引き起こした。火災は、釧路市消防局管内で9件発生したが、うち4件は住民らによって自力消火され事後に通報があった小火であり、残り5件が消防隊により消火された火災であった。

筆者は、地震2カ月後に釧路市消防局を訪れ、消防職員および消防団員を対象にした地震当日における非常参集と、その中での災害情報収集伝達にかかわる事項を内容としたアンケート調査を行った。このアンケート調査は、同年1月19日に実施された川崎市の非常参集訓練の際に筆者が行ったものと基本的に共通する内容となっている。ただし、川崎市の場合が訓練時の災害担当市職員を対象としたものであるのに対して、釧路市のものが実際時の消防職員、消防団員を対象としていることから、設問や選択枝の表現や一部の内容については、多少の差異がある。しかし、設問内容の基本的な主旨は共通しているので、2つの調査結果を比較して検討することも十分可能である。

ここでは、主として、釧路沖地震時の消防職員・消防団員の地震当日における非常参集と、その中での災害情報収集伝達に関してのアンケート調査結果について報告するとともに、可能な範囲で川崎市の非常参集訓練時の調査結果との比較考察を行った。なお、この2つの調査における非常参集に関する条件の比較表をTable 1に示す。

### 2. アンケート調査の方法

アンケート調査の対象は、釧路市の消防職員(290名)および消防団員(345名)の全員であるが、消防職員については地震当日の当番職員を除く非番職員213名が、非常参集に関するアンケートの対象者である。しかし、地震当日、出張中や病休等の理由により非常参集にもともと参加不可能の者は除いている。
The real case in the 1993 Kushiro-oki earthquake	The case of drill assuming an earthquake condition
City, population, city area	Kushiro city 203,276 221.38 (km²)	Kawasaki city 1,173,603 143.47 (km²)
The seismic intensity	VI	V+ (assumed)
Start time of a case	1993.1.15 8:06 p.m.	1993.1.19 6:00 a.m.
Persons recalled	Professional and volunteer firemen	The staffs of the city office
Density of population	Low	High

Table 1 The features of two emergency summonses compared here.

Fig.1 Ages of the answerers.

参集場所は、消防職員については事前に決められている直近の消防署所、また消防団員については各人が所属している自宅近辺の消防団詰所である。

アンケート票は、釧路市消防局の協力を得て、1993年3月から4月の約1ヶ月の間、局を通じて各対象者個人に配布し、本人に記入してもらったのち、再び局を通じて回収したものである。有効回答数は、消防職員204名(うち非常参集参加者162名)、消防団員312名(うち非常参集参加者231名)であった。

### 3. 回答者の年齢および自宅での被害等

Fig.1は、有効回答のあった消防職員(以下職員とよぶ)と消防団員(以下団員とよぶ)についての年齢別構

Professional Volunteer

Fig.2 Ages of the participants.

Fig.3 Presence of family members requiring helps.[multiple answer]

成比を示したものであり、Fig.2は、そのうち非常参集した人についての年齢別区分を示している。

年齢別構成は、職員、団員とも全体でも参集者だけについても、ほとんど変わらない。これは、年齢別にみた参集率もそう大きくは変わらないことを意味している。職員と団員との間の年齢別構成の違いは、職員において30代がやや多く、20代、50代では団員の方がやや多くなっている。40代についてはほぼ同じ割合である。いずれにせよ、両者とも40代が最も多く、40代以上の占める割合が両者とも60%を超えており、やや高齢化していることがわかる。

回答者の家族に介護の必要な人がいるかどうかにつ
Professional Volunteer

Fig.4 Structural damage of homes.

☑ Professional ☐ Volunteer

Fig.7 Fire potential from fire apparatuses at home.

☑ Professional ☐ Volunteer

Fig.5 Damage to furniture.

Professional ☐ Volunteer

Fig.8 Damage of gas apparatuses.

☐ Professional ☐ Volunteer

Fig.6 The injured in family.

Fig.9 Telephone troubles at home.
Fig.10 Black-outs.

Fig.11 Damage to gas supply.

いては、Fig.3に示すとおり、幼児のいる家庭が14%(職員)および12%(団員)あり、また介護の必要な高齢者のいる家庭は2%(職員)および6%(団員)あることが分かった。

Fig.4～Fig.11は、それぞれ建物被害、家具等の転倒、けが人の発生、火災発生の危険性、ガス器具の被害、電話の支障の有無、停電やガス停止の有無、など回答者の自宅での被害の有無や程度をたずねた結果を示している。被害の特徴を概括すると、家具の転倒散乱などは大半の家庭で発生し、建物被害も大きな被害こそ少ないがかなりの家庭で発生した。また、電話は支障があったと答えた人を含めると84%～88%の家庭で使用が困難だった。けが人の発生、ガス器具の被害はほとんどなかったが、放置すれば火災の発生の恐れがあったとする回答は13%～16%あり、見方によって

Fig.12 Information sources at home. [multiple answer]

Fig.13 Decisive information to report for duty. [multiple answer]

はこれは小さい値ではないとも言える。また、停電は3割前後、ガスの停止は10%~20%の家庭で発生した。

### 4. 参集開始決断のための情報入手方法

今回の地震が発生したとき、自宅(あるいは地震時にいた場所)にいる段階で、地震の様子や被害状況を知るために必要な情報はどのようにして得ようとしたのか、複数回答を許して質問した結果を示したものがFig.12である。

最も多かったのは、職員、団員とも“テレビによる”という回答でそれぞれほぼ79%、68%である。次に多かったのは、両者とも“ラジオによる”と“近所の様子を見た”であった。川崎市の非常参集訓練参加者に対する地
震時を想定して回答してもらった結果との大きな違いは、どこかに電話をして情報を入手しようとする人の割合であり、川崎市の調査の場合、“職場に電話して様子を聞く”や“消防等に電話”という回答がそれぞれ36％と22%であったが、今回の場合、職員、団員とも“消防署に電話”(E1)という回答はきわめて少なく、5%前後であった。しかしながら、釧路沖地震の場合、前節で述べたように電話の支障が多く発生したことが回答に影響を与えている可能性があり、この結果からだけでは川崎市との比較を単純に行うことはできない。

次に、こうして得られた情報の中で地震発生当日に非常参集を開始する決断の決め手になったものを複数回答を許して質問した結果がFig.13であり、職員、団員とも“自分で判断”が最も多く、ともにほぼ同じ値の75%、74%であった。

### 5. 自宅を出るまでの参集準備時間

地震当日中に非常参集した人について、地震発生(午後8時6分)から、実際に自宅を出発(参集開始)するまでの時間を「参集準備時間」として調べた結果がFig.14である。

Fig.14をみると、ほぼ95%の人が60分以内に参集開始している。職員、団員とも10分以内に参集開始した人が最も多く、それぞれ37%、36%である。10分～20分という人も含め20分以内に参集開始できた人の割合は、職員で

Fig.14 Distribution of preparation time to report for duty at one's home.

は参集者全体の70%、団員では同じく56%であった。川崎市の参集訓練時の参集準備時間をみると、10分以内だった人は18.4%であり、10分以内の割合は釧路沖地震時の職員、団員の実際時の場合より少ない。しかし、これに最も多かった11分～20分の人を加えて、20分以内という割合でみると約60%であり、大きな差はなくなる。また、川崎市の訓練参加者に地震想定時の参集準備時間予想も聞いているが、ある程度自宅での被害による影響を考慮しているせいか、31分～60分(34.1%)と答えた人が最も多く、20分以内という割合は23.3%であり、30分以内でも50.7%の割合であった。しかし、釧路沖地震時の今回の例を参考にすると、防災機関としての職種の違いを考慮に入れる必要はあるものの、川崎市の訓練時のデータはかなり現実に近い可能性がある。

### 6. 参集距離及び参集に要する時間

### 6.1 参集距離

Fig.15は、非常参集者の自宅から参集場所(消防署所や消防団詰所)までの参集距離別分布を示したものである。Fig.15をみると、釧路市は、大きな都市が隣接していない人口20万の中規模都市であるため、参集場所と職員や団員の住宅が近接しており、5km以内の人の割合が職員では81%、団員では91%ときわめて大きい。このことは、非常参集の目的の上からは非常に好都合の条件である。

この点について、Fig.16に示すように、釧路沖地震時の職員のケースと川崎市の1993年の参集訓練参加者のケースを比べると、川崎市の場合、5km以内の割合はわずか32%に過ぎず、10km以内の範囲でみても46%と半数に満たない。一方、釧路市の職員の場合は10kmの範囲では95%となっている。両市における参集距離の違いは、首都圏の大都市と地方の中規模都市という市街地条件の差や、住宅取得の困難性という経済的条件などによる住宅事情の問題に起因する事柄であるが、防災職員の非常参集という側面からは軽視できない点として、指摘しておく必要があるだろう。

### 6.2 参集手段

今回の釧路沖地震時に消防職員、団員が非常参集する際に利用した交通手段は、Fig.17に示すとおり、
Fig. 15 Distribution of distance between the participants' homes and the place to assemble.

Kushiro-oki Earthquake / Fire officials

Drill in Kawasaki City / Disaster officials

Fig.16 Comparison of distributions of distance between the participants' homes and the place to assemble.[at the Kushiro-oki Earthquake and at the drill in Kawasaki City]

大部分が自動車である。とりわけ、職員の場合は90%が自動車で、残り10%が徒歩である。団員についても、約2/3が自動車で、約1/3が徒歩である。ともに、自転車やバイクの利用は少なく、徒歩以外なら自動車を利用している結果となっている。

この点は、川崎市などのような首都圏の大都市とは

Fig.17 Transportation to report for duty.

全く事情が異なっている。首都圏等の大都市地域では、通常、非常参集に自動車を使用することは、交通障害発生の予想からもほとんど期待されておらず、むしろその使用を避ける傾向がある。原則的には、比較的近距離に居住する者は徒歩または自転車、バイクなどの手段で、また遠距離の者は鉄道などの公共交通が利用可能な限り、最寄りの駅までこれを利用し、その先は徒歩でということになっている。

釧路市において自動車の利用が可能であった理由は、まず多くの職員、団員の日常の通勤手段、交通手段が自動車であり、参集先の敷地内にも駐車スペースが確保されている点があげられる。また、釧路市のような地方中規模都市の場合、よほどの路面被害が生じなければ、今回の経験を見る限り、道路事情、交通事情に深刻な障害が発生することがなく、一刻も早く参集することが求められている場合、ごく自然に自動車の利用を考えるものと思われる。実際、ヒヤリング調査においても、非常参集手段として自動車が一般的であったことについては、何の問題も指摘されていなかった。もし、他の都市でも、上に述べた釧路市のように自動車の利用可能条件があるのなら、より速い参集手段として自動車を利用することは、今後検討する価値があると考えられる。

### 6.3 参集に要した時間

Fig.18は、自宅を出発してから参集先へ到着するまでの時間分布を示したものである。Fig.18をみると、職員については90%の人が、そして団員についてはほぼ全員に近い98%の人が20分以内となっている。
Fig.18 Distribution of time from the start of report for duty till arrival.

Fig.19 Distribution of time taken from the main shock till arrival.

参集距離が短く、また参集手段が自動車であることによって、釧路市の場合にはほとんどの人が20分以内に参集できることがわかる。ちなみに川崎市の参集訓練時の場合には、60分以内に参集できた人は49%であり、20分以内ではわずか14%であった。

次に、Fig.19は、地震発生から参集先に到着するまでの時間分布を示したもので、上のFig.18のデータと異なる点は地震発生から自宅を出発するまでの参集準備時間も含まれていることである。地震発生から

Kushiro-oki Earthquake / Fire officials

Drill in Kawasaki City / Disaster officials

Fig.20 Distribution of time taken from the main shock till arrival. [at the Kushiro-oki Earthquake and at the drill in Kawasaki City]

20分以内に参集先に到着した人の割合は、職員では33%、団員では半数の51%である。さらに、40分以内に到着した人の割合でみると、職員では83%、団員では84%と両者の間にはほとんど差がなく、かなり早い段階に大半の人が参集できていたことが分かる。

釧路沖地震時の消防職員のケースを、川崎市の非常参集訓練時のケースと比較したものがFig.20である。この2つのケースにおける参集距離と、参集手段の違いを反映して、参集時間分布の違いは一目瞭然である。川崎市の場合は、20分以内ではわずか1%であり、釧路市のケースでは大半の職員が参集していた40分以内でも12%である。なお、川崎市では、50%の人が到着するのに約90分要しているが、この結果は訓練という条件や、遠距離の人の場合最寄り駅の一つ手前の駅までは電車の利用を認めたことを考慮すれば、実際の地震災害時にはもっと遅れることも予想される。この比較から言えることは、地震などの緊急災害時の非常参集条件には地域性があるということである。川崎市に見られるような大都市地域における非常参集に関する大きな問題点、すなわち自宅と参集場所が離れていることが参集時間の大幅な遅れを生む可能性があるという事情は、釧路市のような地方中核都市の場合には必ずしもあてはまらない。また、参集条件に影響を与える地域性には、参集距離や参集手段に係わる都市規模のほかにも、予測される震度や被害程度といった一つ
の都市域内でのミクロな地域性という側面も考えられる。例えば、防災職員の居住地域や自宅における被害程度と参集開始時間や参集率との関係などは地震応急対策立案上重要な事項であり、今後明らかにすべき課題の一つである。

### 7. 参集途上での災害情報の収集伝達

### 7.1 参集途上での災害情報収集

今回の釧路沖地震のケースのように比較的早期に非常参集がなされる場合、参集途上で職員、団員が得る災害情報は、電話による通報があまり期待できない状況のもとでは、きわめて重要な情報源として位置づけることができる $ ^{2)} $ 。

そこで、アンケートでは、実際の参集体験を踏まえて、参集途上でその参集経路に沿って周囲を眺めたときに得られそうだと思う災害情報の種類について、複数回答を許して質問した。その結果を示したものがFig.21であるが、回答の傾向は職員、団員ともほぼ共通しており、多い項目は交通被害、建物被害、火災である。橋の被害は参集経路近くに橋があるか否かとの関係で決まるので、これらよりは少ないが橋の被害もおそらく発見しやすいであろう。

ところで、Fig.22には、参集途上で実際に何らかの災害情報を得たかどうかの結果を示しているが「あった」と答えた人の割合は職員23%、团員25%でほぼ共通している。約1/4の人が参集途上で何らかの災害情報を得ていたということは注目すべきであり、今後こ

Fig.21 Expected information on the way to the place to assemble.[multiple answer]

Fig.22 Information actually obtained on the way to the place to assemble.[multiple answer]

Fig.23 Contents of disaster information obtained on the way to the place to assemble.[multiple answer]

うした参集途上での災害情報収集活動をさらに明確に位置づけることにより、より大きな効果を期待することができるものと思われる。

Fig.23は、参集途上で実際に得られた災害情報の件数の内訳(複数回答)であるが、交通被害、建物被害が多く、次いで火災となっている。火災については、職員6件、団員11件である。今回の場合、消防隊が消火した火災件数は5件であり、そもそも交通被害や建物被害と比べてそう多数発生しているわけではない火災に関して、同じ火災の情報が重なっていることを考慮しても、6件や11件という数は、決して少ない数ではないと思われる。
Fig.24 Requests/ideas for improving information report system.[multiple answer]

### 7.2 災害情報収集伝達体制の改善に関する要望

今後の災害情報収集伝達体制を充実・塩化するための要望について幾つかの選択枝を設け、複数回答を許して質問したところ、Fig.24のようになった。回答の傾向は、職員、団員ともきわめて似ており、中でも最も多かったのが携帯無線機等の通信連絡機材(職員、団員とも36%)である。次いで多かったのは、参集途上において発見した災害情報を連絡できる機関の存在、および情報収集活動に関するマニュアルである。

このように、参集職員は災害情報の収集伝達活動の位置づけが明確に与えられれば、それを積極的に行うための条件整備およびそのマニュアルを求めていると言うことができる。

### 8. まとめ

1993年1月15日に発生した釧路沖地震の際における非常参集に関して、釧路市消防局の消防職員、および消防団員に対して、アンケート調査を行った。本報告では、この調査結果に基づき、釧路沖地震時における消防職員、団員の非常参集における諸条件、すなわち、参集距離、参集手段、参集時間、および参集途上での情報収集伝達等の実態について述べるとともに、川崎市の非常参集訓練時の際に実施したアンケート調査結果との比較を行った。その結果、地震災害時における非常参集条件、および参集途上での災害情報収集に関して、次のような知見が得られた。

(1) 人L120万の地方中核都市である釧路市の場合、参集場所と職員や団員の住宅が近接しており、5km以内の人の割合が職員では81%、団員では91%であった。これは、5km以内の割合がわずか32%に過ぎない川崎市の場合と比べてきわめて大きく、非常参集の目的の上からは非常に好都合の条件である。

(2)釧路沖地震時に職員、団員が非常参集する際に利用した交通手段は、大部分が自動車であった。この点は、都市ごとの市街地条件等の事情にもよるが、もし、自動車の利用可能条件があるのなら、より速い参集手段としての自動車の利用は、一考の価値があることを示唆している。

(3)釧路沖地震時の非常参集の場合、地震発生から40分以内に到着した人の割合は、職員では83%、団員では84%であり、かなり早い段階に大半の人が参集できていたことが分かった。なお、川崎市の非常参集訓練時の場合は、40分以内に到着したのはわずか12%であり、地震などの緊急災害時の非常参集条件には地域性があることが分かった。

(4) 釧路沖地震時の際、職員、団員とも約1/4の人が参集途上で何らかの災害情報を得ていた。これは、参集途上での災害情報収集活動の有効性を示唆するものと言える。

## 参考文献

1) 関沢愛：“地震災害時における防災担当職員の非常参集に関する研究—川崎市の非常参集訓練における調査結果”、消防研究所報告第76号(1993)

2) 関沢愛：“地震発生直後の災害情報の早期収集の意義とその課題”、地域安全学会論文報告集、(1992)
# Study on an Emergency Summons of Staffs in Disaster Preparedness Division

# Part2: The Emergency Summons by Professional and Volunteer Firemen at the 1993 Kushiro-oki Earthquake.

(Abstract)

Ai Sekizawa

(Received May 31, 1994)

The Kushiro-oki earthquake occurred on January 15, 1993. The seismic intensity VI (JMA Scale) was observed at Kushiro City, where considerable damage to harbor facilities, structures, and life lines occurred besides several fires. We investigated the emergency summons at the earthquake by questionnaire survey to the professional and volunteer firemen in Kushiro City.

This study, based on the information from the questionnaire survey, reports the actual conditions of the emergency summons by professional and volunteer firemen, such as the distance between their homes and the place to assemble, time from departure till arrival, means of transportation, information collection in the course of reporting for duty, etc. Also, the inquiry results are compared with those for the drill in Kawasaki City to have been analyzed.

The comparison points out that it took much shorter time for most professional and volunteer firemen to report for duty in the case of the Kushiro-oki earthquake. It is mainly due to both the shorter distance between the personne's homes and the place to assemble and the use of car to report for duty in Kushiro City, a 200,000-populated local core city, unlike Kawasaki City which is a big city in the metropolitan area.

Besides, the personnels obtained some disaster information like fires, structural damage, etc. This fact shows the possibility of collecting of disaster information by personnels on the way to the meeting places.
# 消火栓の凍結防止工法に関する研究

平賀俊哉

(平成6年7月1日受理)

寒冷地では、消火栓内の水は地下1.5m程度の所にあるメインバルブで止められており、これより下流側にある立管部の水は排水されている。消火栓凍結障害のうち最も問題となるのは、このメインバルブ内の水の凍結である。

そこで、メインバルブ内の水の凍結防止を目的とした工法について、消火栓のおかれている場を二次元非定常熱伝導問題として数値的に解析した。

数値計算の結果、実用性が高く効果的な工法は、一辺3m、厚さ10cmの断熱平板を地表面下50cmの所に水平方向に埋設するのが最適であることがわかった。その後、旭川市では、この工法が正式に採用された。現在、この工法によった消火栓の基数に経過年数を乗じ積算基数5397(年基)は一度も凍結障害が発生していない。

また、消火栓立管部を断熱材で覆う既存工法は、設置した断熱材が立管部への地熱の流入を断ち凍結を促進するはたらきをするため、対策を立てないものより悪い結果を引き起こすこともわかった。このことは、現地実験でも実証している。

### 1. はじめに

寒冷地では、消火栓内の水が凍結し、消防水利としての機能を失うような被害がしばしば発生している $ ^{1} $ 。

そこで、消火栓内の水の凍結を防止することを目的とした工法について検討した。消火栓、土壌、断熱材からなる場を二次元非定常熱伝導問題として、フィールドモデルを設けて数値的に解析した結果、実用性が高く効果的な工法をみいだすことができた。

その後、旭川市では、この工法が正式に採用され、12年を経た現在までの間に、この工法によって974基(平成6年度分を加えると1055基)が設置された。

ここでは、現時点での実績評価も含めて消火栓の凍結防止の新工法について述べるとともに、既存工法の評価を行っている。

## 記号

T: 温度(℃)。

《添字》s：地表面、g：恒温層、v：消火栓メインバルプ

T_{N·min}：断熱材埋設形式[N]タイプによる消火栓メインバルプの最低温度(℃)。[N]はFig.5に示す各タイプの総称。

T_{ST·min}：基本タイプ(ST)消火栓メインバルプ温度T_{v}の最低値[最低温度の代表値](℃)

G_{T}：G_{T}=T_{N·min}-T_{ST·min}(℃)で表される獲得温度

t：時間(hr)

Z：地表面からの深さ(m)

Z_{v}：メインバルプの埋設深さ[深さの代表値](m)

Z^{*}：Z^{*}=Z/Z_{v}で表される断熱平板埋設無次元深さ

R：消火栓中心軸からの水平方向距離(m)

R^{*}：R^{*}=R/Z_{v}で表される無次元半径

\lambda：熱伝導率(kcal/(m·hr·℃))

C：比熱(kcal/(kg·℃))

\rho：密度(kg/m^{3})

a：\lambda/(C·\rho)で表される温度伝導率(m^{2}/hr)

[断熱材埋設パターン記号]

ST(standard)タイプ：消火栓のみが埋設されている基本形式のもの。

CI(Cylinder)タイプ：消火栓立管部の周囲を凹筒状の

CL(Cylinder)タイプ：消火栓立管部の周囲を円筒状の
断熱材で覆うようにした既存工法

BD(Board)タイプ：消火栓を中心に板状の断熱材を水平方向に埋設する形式のもの。

BG(Board+Gasket)タイプ：BDタイプで、かつ立管フランディー断熱性の高いガスケットが挿入されているもの。

BD、BGタイプの添字W(Wrap)は消火栓地上露出部分を断熱材で被覆したもの、O(Open)は被覆しないものである。

### 2. 消火栓の凍結箇所

Fig.1は、地上式消火栓の設置図である。

通常、水道水はメインバルブで止められている。使用後、メインバルブから下流の立管部の水は排除することになっている。従って、水のあるところ、即ち、凍結の危険性のあるところはメインバルブから水道本管までの間である。

ここで、Fig.1に示されている水道本管と消火栓メインバルブとを考える。水道本管は、気温の影響を受け難い凍結深度以下のところに水平方向に配管されており、管内には水が流れていることから冬期でも0℃以上の温度である。

一方、消火栓メインバルプは、温度伝導率が土壌に比べ100倍も大きい鋳鉄製 $ ^{2} $ の立管と連結されているため、気温の影響を受け易く、かつ止水されているので水からの熱の流入も期待できない。このため、冬期には、水道本管より消火栓メインバルプ側の方が温度が低くなるので、凍結はメインバルプ側から水道本管側へと進行すると考えられる。よって、メインバルプ付近の水が凍らなければ支管(サービスパイプ)内の水も凍らない。

水道消火栓について述べたが、このことは地中埋設の屋外消火栓すべてについて当てはまる。

### 3. フィールドモデルと基礎方程式

### 3.1 フィールドモデル

消火栓のおかれている場は、土壌、鋳鉄、空気、水など熱物性値の互いに異なる各層からなり、このうち土壌の熱物性値だけみても複雑である $ ^{3} $ 。そこで、ここでは、Fig.2に示すようなフィールドモデルを設けて、このフィールドモデルに埋設された消火栓の温度変化などから凍結防止工法について検討することとした。

Fig.1 Fire hydrant

ST Type

Fig.2 Field model for calculated use(STtype)

Fig.3 Ground surface temperature(Ts) of field model(cf Fig.2)
Specific gravity kg/m³	Specific heat kcal/kg℃	Heat conductivity kcal/(m·hr·℃)
Soil	2000	0.44	0.45
Castiron	7270	0.10	41
Insulation & Gasket (Polystyrene foam)	30	0.29	0.035
Air (0 t)	1.251	0.240	0.0207
Water (0 t)	999.9	1.008	0.489

Table1 Materials list for calculated use

フィールドモデルは、地表面付近の気温がFig.3のように変化し、Fig.2に示すように地下に周年温度変化のない恒温層があり、この場に鋳鉄製の消火栓が埋設されているとしている。気温、恒温層温度ともに、旭川市のデータ $ ^{4.5)} $ を参考にしている。

なお、Fig.2の消火栓は、消火栓のみが土壌の場に埋設されている最もシンプルなスタイルのもので、これをSTタイプと称し、以後、他のタイプを評価する上での比較の基準としている。

消火栓は、現在、主に使用されている双口型地上式消火栓を参考にして、材質を鋳鉄とし、外径200mm、肉厚10mmで、埋設深さ1.5mとした。Table 1はフィールドモデル内の各層の熱物性値である $ ^{2.6)} $ 。

### 3.2 基礎方程式

Fig.2に示す消火栓のおかれている場の基礎方程式は次式で示すことができる。

Fig.4 Comparison of calculated(solid lines) and measured values(dotted lines)(Calculated result for checks computer program)

$$ \partial\mathrm{T}/\partial\mathrm{t}=a\{\partial^{2}\mathrm{T}/\partial\mathrm{R}^{2}+(1/\mathrm{R})(\partial\mathrm{T}/\partial\mathrm{R})+\partial^{2}\mathrm{T}/\partial\mathrm{Z}^{2}\} $$

ここで、Zの地表面(Z=0)に対する深さの他端を $ Z_{max} $ とし、消火栓中心軸(R=0)に対する水平方向の他端を $ R_{max} $ とすると、初期条件、境界条件は次のようになる。

$ t=0\theta $ とき、 $ T=T_{in} $ （土壤内初期温度）

Z=0θとき、 $ T=T_{s} $ （地表面付近温度）

$ Z=Z_{max} $ のとき、 $ T=T_{g} $ （土壤恒温層温度）

R=0及び $ R=R_{max} $ のとき $ \partial T/\partial R=0 $

(1)式は厳密解の得られない二次元非定常熱伝導問題となるのでコンピュータを用いて数値的に解析する。

### 3.3 解析結果の妥当性のチェック

コンピュータによって解析した数値解は、プログラムの誤りやデータ入力等のミスが原因で現実(厳密解)をはるかに超えた値となることがある。そのチェック方法は種々あるが、ここでは、数値解と実験値とを比較することにより今回使用するプログラムのチェックをすることにした。Fig.4は、過去に旭川市で実測したデータを利用してプログラムチェックした結果の一例で、Z=0.8mと2.7mの地中計測温度を境界条件として、この間の土壤内の温度を計算し、深さ1.2m、2.0m、2.4mの土壤計測温度と数値解とを比較している。図から計算結果と実験結果はほぼ一致しているのがわかる。

### 4. 新しい工法の基本的考え方

凍結防止には、「消火栓周辺土壌の温度」と「消火栓立管部からの寒気の進入」についての改善が最大のポイントとなる。

土壌のみの場をマクロ的にみれば、冬期には土壌内の熱の流れは地表面方向に向かっている。地表付近に、例えば直径が1m程度の断熱平板を水平方向に埋設したとすると、この付近では、局所的に熱抵抗が増加するはずであるので、熱流束(heat flux)に変化が生じて、広い面積の大地であっても、埋設した小面積の板下では微小とはいえ温度上昇は起こるものと考えられる。この現象を消火栓の凍結防止に利用しようというのが、基本的な考え方の一つである。

次に、伝熱面から立管部を観ると、消火栓の凍結は、熱伝導率や温度伝導率の大きい鋳鉄製の立管部を経由しての熱の流出、言い換えると寒気の進入がネックとなっている。そこで、この立管部をなくせば、メイン
バルブ部分は、伝熱的に観ても自身のみが地中に存在することになり、地表面からの寒気の影響を受けるのは熱的に緩慢な動きをする土壌からの熱伝導のみとなる。また、メインバルブの位置は、凍結深度以下に設置されている水道本管と同レベルにあるので、メインバルブの凍結防止の点からは非常に有利となるものと考えられる。この考えが凍結防止対策のもう一つの柱である。

この2つの考えは、5節に述べる既存工法の検討を行った結果から出た発想である。

### 5. 既存工法(CLタイプ)の評価

CLタイプ(Fig.5参照)は、消火栓の立管部の周囲を断熱材またはコンクリート管で円筒状に覆う既存工法で、円筒管垂直(埋設)工法、凍結防止管工法、凍害防止管工法などと呼ばれているものを模したものである。なお、Fig.5のRCLは円筒形断熱材の半径である。

Fig.6は、地中の立管を断熱材で被覆した消火栓(CLタイプ)と被覆しない場合(STタイプ)について数値的に解析した結果で、図は時間tとバルブ温度Tの関係を示している。STタイプと比較すると、CLタイプは、T_{v}<0℃の期間が長く、バルブの最低温度(T_{CL\min})も悪い結果を示しているのがわかる。

Fig.7に、CLタイプの円筒形断熱材の半径( $ R^{*}_{CL} $ )と獲得温度( $ G_{T} $ )の関係を示す。Fig.7では、 $ R^{*}_{CL} $ 全域に渡って $ G_{T}<0 $ となっている。このことから、既存工法であるCLタイプは、対策を立てていないSTタイプより良い結果をだすことは困難であるといえる。

土壤は消火栓(鋳鉄)より熱伝導率が悪く、温度伝導率が約1/100である $ ^{2} $ 。このため、土壌内の寒気の進行は消火栓のそれに比べて非常に緩慢となる $ ^{7} $ 。STタイプの場合、消火栓付近の土壌の寒気の進行と平衡した状態で立管部の寒気も進行すると考えられる。他方、立管部を断熱材で覆う既存工法(CLタイプ)は、立管部周辺の土壌から立管部への熱の流入を遮断することになり、凍結防止には逆効果であるといえる。このことは、現地実験でも実証している $ ^{8} $ 。

### 6. BDoタイプの計算結果と考察

BDタイプは、「新しい工法の基本的な考え方」のところで述べたことを具体化したものである。

BDoタイプについて、使用する断熱平板の厚さδ=

Fig.5 Types of heat insulating materials arrangement
Fig.6 Changes of temperature(Tv) on hydrant main valve(calculated)

Fig.7 Relation between nondimensional depth(Z*) on heat insulating board and gain temperature(Gτ)

100mmとして、断熱材の円面積(半径R)及び埋設位置(深さZ)を検討する。δは、保温保冷工事施工時の値 $ ^{9} $ などを参考にしている。

### 6.1 断熱平板の埋設深さ

断熱平板埋設の無次元深さ $ (Z^{*}=Z/Z_{v}) $ と、 $ G_{T} $ の関係をFig.7に示す。計算条件は、R=1.4m、としている。Fig.7から、 $ G_{T} $ は、初めやや増加し、 $ Z^{*}=1/3(Z=500\mathrm{mm}) $ で最大となり、その後は減少した概して右下がりの傾向であるようにみえる。

土壤のみの場に、ある深さに適当な広さの断熱平板を水平方向に埋設すると、埋設しない場合に比べて、この断熱平板を境に、これより浅い領域の土壌は、冬季の気温の影響をより受けやすくなり、これより深い領域では恒温層の影響力が一層強くなると考えられる。従って、断熱平板の埋設位置を深さで比較すれば、冬期間、特に気温の下がる冬季においては、気温の影響力を弱め、恒温層の支配力を強化する点から断熱平板を浅く埋設する方が効果的であるといえる。

Fig.7のBDタイプのG_{T}が概して右下がりの傾向であるのは、このことによるものと考えられる。

次に、気温が下がる冬季、BDタイプの消火栓について検討する。Fig.8は、BDoタイプの温度場(60day)で、図の右半分がZ=0.1m、図の左半分がZ=1.0mの場合である。断熱平板の条件は共にR=1.4mとしている。断熱平板下方、特に直下の等温線を観ると、R=0.7m付近は土壤温度の上昇がみられるが、R=0.1m付近は土壤温度が下がっているのが凸状カーブからわかる。図の左半分の断熱平板上方を観ると、R=0.7m付近では、土壤温度の下降があるが、R=0.1m付近では土壤温度が上がり等温線が凹状になっているのがわかる。

これらのことから、断熱平板の下方では、熱が立管部を経由してその上部方向へ流出し、断熱平板の上方では、気温の影響を強く受けて地表面方向へ熱が流出するが、立管部からの熱の流入によって立管周辺の土

Fig.8 Relation between thermo pattern (BDtype 60days) and depth of insulating material (left side; Z=1.0m, right side; Z=0.1m)
Fig.9 Thermo pattern (120days)

壊温度が上がったものと考えられる。

図の左半分の立管部は、断熱平板の上方では土壌や大気中へ放熱する役割を、その下方では吸熱的役割を果たすあたかも熱輪送器のようにもみえる。

このことから、気温が下がる冬季においては、放熱部分が短い方がよいことから、断熱平板は概して浅い埋設が凍結防止に有利であるといえる。

### 6.2 断熱平板埋設の最適位置について

気温が上昇する春先になると、これまで地表面であった最低温度領域は地中に移り、この低温領域に向かって地表面と恒温層方面から熱が流入すると考えられる。

この土壌の場に断熱平板を埋設した場合、その位置が低温領域の下方すぎると恒温層方面からの熱の流入を阻害し、上方すぎると地表面からの熱の流入を減少させることになる。

また、土壌の場に消火栓を設置したとすると、地表面側とメインバルブ側の両管端部が吸熱器的役割を、断熱平板付近が放熱的役割を果たして低温領域の消滅を促進させるはたらきをすると考えられる。従って、この季における断熱平板は、低温領域を上下に適当な比で分割するようなところに埋設するのがより効果的であるといえる。その一例としてT_{s}が負から正に変わる120dayの場合をFig.9に示す。Fig.9において3つの図に共通して存在する最も低い温度の等温線-2.5℃を低温領域とし、断熱平板埋設深さZ=0.5mの低温領域を観ると、他のものに比べ、面積が小さく、その領域が消火栓立管から最も離れており、断熱平板が適した位置に埋設されているのがわかる。

以上のことから、BDタイプの断熱平板は、地表面下に最適な埋設位置が存在している(計算結果では0.5m)といえる。

### 6.3 断熱平板の大きさ

Fig.10は、計算条件をZ=0.5mとした場合の断熱平板の大きさを表すR*と、獲得温度G*の関係を示したものである。Fig.10を観ると、G*は、R*が大きくなるに従い増加の傾向を示し、その増加率dG*/dR*は、R*=4/5付近で最大となっているのがわかる。

Fig.10 Relation between nondimensional radius(R*) on heat isolating board and gain temperature [G_{T}]
Rの増加を経費、特に土壌の排除費用の増加とすれば増加率dG_{T}/dR*は、費用対効果、即ち経済的効率をも意味することになる。

一般的な消火栓は最下端までの深さが1.2～1.5m程度であるので、 $ Z_{v}=1.5m $ とすると、断熱平板の経済効率的な大きさは $ R^{*}=4/5 $ からR=1.2mとなる。この値に、断熱平板の破損などを考慮した余裕分10%程度見込んで、実用的断熱平板の大きさはR=1.4m以上とするのが効果的である。

以上のことから、最下端深さ1.5mの消火栓には、断熱平板の厚さが100mmで、直径2.8m以上の円板状断熱平板を、地表面下0.5mの位置に水平方向に埋設するのが効果的であるといえる。

### 7. 断熱平板埋設パターンと埋設深さ

Fig.7から、BGタイプは断熱平板を深く埋設する方が効果的であり、BDタイプは浅くする方がよく、CLタイプは埋設の意味がないことがわかる。また、図中の $ G_{T} $ の値から、最も効果的なのは $ BG_{w} $ で、以下BGo、 $ BD_{w} $ 、BDo、CLの順となっていることがわかる。

基本的考え方で述べているようにBGタイプは、消火栓立管部をガスケットにより熱的に切り離して、メインバルブのみを土壤内に孤立化させ、バルブの置かれている土壤の温度に同化させようとするものである。従って、ガスケットの挿入位置は、立管部のないメインバルブ直近が理想であるので、ガスケットと同レベルにある断熱平板は、深い位置に埋設するのが効率的であるといえる。なお、この際の断熱平板は、局所的に土壤温度を上げることの他に、メインバルブと立管との間で土壤を介して流れる熱的リークを抑える役割も果たしていると考えられる。

### 8. 消火栓凍結防止工法の選択

最も理想的な工法はBG_{w}タイプであることがわかったが、実用性の高い工法は次の理由からBD_{0}タイプである。

(1) BG_{w}に用いるガスケット材を調査した結果、断熱性に優れ、ガスケット特性があり、寒冷地の屋外消火栓に要求される強度を有した素材が見あたらない。

(2) 消火栓地上露出部を断熱材で被覆すると非常時における操作の迅速性に欠けるとの意見がある。

(3) 現地冬期実験の結果 $ ^{8)} $ 、BD0タイプが実用可能であることがわかった。

(4) 旭川市水道局にBDoタイプの工法が正式に採用され $ ^{10} $ 、過去に凍結障害が発生した箇所を中心にこの工法により工事がされた $ ^{11} $ 。BDoタイプ工法による消火栓の設置基数は、同市消火栓の総数2493基の約39％に当たる974基(平成6年度分を加えると1055基、42%)で、設置基数に経過年数を乗じた積算年基数5397(年基)は現在までに凍結障害が一度も発生していない $ ^{11} $ 。

### 11. 結論

(1) 効果的な消火栓凍結防止工法は、断熱平板の厚さ10cmを使用する場合、一辺約3mの円板状または正方形の断熱平板を地表面下50cmの所に水平に埋設することである(平板水平埋設工法、消研方式)。旭川市ではこの工法により設置した消火栓基数に経過年数を乗じた積算年基数5397(年基)は一度も凍結障害が発生していない。

(2) 既存工法、即ち、消火栓立管部を断熱材で覆う工法(円筒管垂直理設工法)は、凍結防止のため設置した断熱材が立管部への地熱の流入を絶ち凍結を促進させるはたらきをするため対策を立てないものより悪い結果となることがわかった。このことは、現地実験でも実証している。

謝辞：本研究に関して次の方々から指導、助言、協力を賜った。記して感謝の言葉にかえる。

関信弘北海道大学名誉教授、旭川市消防本部、旭川市水道局、前沢工業k.k 武田隆史技術部長、同山田松男課長、石川島播磨重工k.k 技術研究所矢野歳和航空宇宙開発部課長、同岡利春氏、k.k AMIE遠藤真氏

## 参考文献

1) 消防研究所、雪寒地消防の技術的問題に関する調査研究報告書(1978)

2) 伝熱工学資料第3版改訂分科会、“伝熱工学資料”、改訂第3版、p.296

3) 平賀俊哉、断熱材を用いての消火栓の保温方法の検討一非定常熱伝導数値解による一、日本雪氷学会講演予稿集、p.68(1983)

4) 気象庁、“日本気候表、その5日・半旬別平滑平年値(1951－1980)”、 (1983)
5) 山口久之助、“鑿泉の電気検層法”、p.137、昭晃堂、(1964)

6) 牧廣ほか、“プラスチックフォームハンドブック”、p.233、日刊工業新聞社、(1973)

7) 平賀俊哉、金田節夫、消火栓の凍結とその対応策、消研輯報、第42号、p.9、(1988)

8) 平賀俊哉、断熱材を用いての消火栓の凍結防止一

その2.理論解にもとづく現地実験結果一、日本雪氷学会講演予稿集、p.221(1982)

9) JIS A 9501、“保温保冷工事施工標準”、(財)日本規格協会(1990)

10) 旭川市水道局、“旭川市における消火栓凍害防止工法”(昭和59年2月)

11) 旭川市消防本部及び旭川市水道局調べ(1994年3月)
# Investigation of Antifreezing Method of a Hydrant

(Abstract)

Syunya Hiraga

(Received July 1, 1994)

In the cold region, the water in a hydrant is stopped by the freezing of the main valve of a water pipe which exists at about 1.5 meter below the ground surface in depth. The water in the vertical part of the pipe between main valve and hydrant is always exchanged with air. The most important problem is the obstructions due to frozen water in the main valve. Therefore, the transient thermal conduction of two dimensions around a hydrant is numerically analyzed on the purpose of development in an antifreezing method of the main valve. According to the numerical analysis, the most effective and practical method is proved that the heat insulating board(3,3 by 0.1 meters in sizes) is to be horizontally buried at 0.5 meter in depth in the ground. The 5397 hydrants in total which were set up by this method in Asahikawa city have never caused the obstruction since their establishments. This analysis gives that the conventional protection method, that the vertical part of the hydrant is covered by the insulating materials, causes the obstruction more than no protection. The reason is that the heat conduction from the earth to the vertical part of the hydrant is stopped by insulating materials. This fact has already been found by experiments at Asahikawa city.
# 所外発表論文

目次

Extinguishment of Plastics Fires with Plain Water and Wet Water

Satoshi Takahashi..... 89

A STUDY ON THE DETONABILITY OF METHYL HYDROPEROXIDE

Kazutoshi Hasegawa, Fumio Hosoya, and Tadao Yoshida.....100

Numerical Modeling for Potential Relaxation of Charged Oil Containers

Yoshiyuki Matsubara, and Thomas B. Jones.....117

Effect of Fill Pipe on Transient Decay of Surface Potential in

a Cylindrical Vessel Containing Charged Liquid

Yoshiyuki Matsubara, Robert J. Pazda, and Thomas B. Jones.....122
# Articles of Staff of FRI Published by Outside Organizations

Contents

Extinguishment of Plastics Fires with Plain Water and Wet Water

Satoshi Takahashi..... 89

A STUDY ON THE DETONABILITY OF METHYL HYDROPEROXIDE

Kazutoshi Hasegawa, Fumio Hosoya, and Tadao Yoshida.....100

Numerical Modeling for Potential Relaxation of Charged Oil Containers

Yoshiyuki Matsubara, and Thomas B. Jones.....117

Effect of Fill Pipe on Transient Decay of Surface Potential in a Cylindrical Vessel Containing Charged Liquid

Yoshiyuki Matsubara, Robert J. Pazda, and Thomas B. Jones.....122
消防研究所报告___

通 卷 78 号

平成6年9月30日発行

编 集 行 自治省 消防厅 消防研究所

東京都三鷹市中原3丁目14番1号

電話（0422）44-8331（代表）