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ポー ラス アス フ ァル ト舗 装 の もつ都 市 型 洪水 抑 制 効 果 に関 す る研 究

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Academic year: 2022

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(1)【第1回 舗装 工学 講 演 会 講 演 論 文 集1996年12月. 】. ポー ラス アス フ ァル ト舗 装 の もつ都 市 型 洪水 抑 制 効 果 に関 す る研 究 姫 野 賢 治1・大 川 秀 雄2・ 帆 苅 浩 三3・ 川 村 彰4 1正会 員 工 博 北 海 道大 学 助教 授 工学部 土 木 工学 科(〒060札 幌 市北 区北13条 西8丁 目) 2正会 員 工 博 新 潟 大 学教 授 工 学部 建 設学 科(〒950‑21新 潟 市五 十嵐 二 の町8050) 3正会 員 工 博 福 田道路(株)技 術 研 究所(〒959‑04新 潟 県西 蒲原 郡 西川 町 大潟 字 中 ノ島2031) 4正会 員 工 博 函 館 工業 高等 専 門 学校 助教 授 土木 工 学科(〒042函 館 市戸 倉 町14‑1). 近 年 急激 な 都市 化 に伴 い コ ンク リー トや ア ス フ ァル ト等 の非 透水 面 積 の増 加 に よ り雨の 流 出率 が大 き くな っ て い る.そ の ため 下水 道へ の 流 出 が短 時 間 に集 中 し,洪 水 ピー ク流 量 が増 大 す る ことに よ るい わゆ る都 市 型洪 水 の危 険性 が増大 して い る. 一 方 ,ポ ー ラス アス フ ァル ト舗 装 は,通 常 の密粒 度 アス フ ァル ト舗 装 とは 異な り,使 用混 合物 の骨 材 の細 粒分 を欠 き,粗 骨材 を多用 した混 合 物 であ るため,内 部 に連続 した 間隙 を有 す る多孔 質 な構造 体 で あ る.こ の た め, 雨 天 時 には舗 装 表 面の 雨水 を速 や か に舗装 体 内 の連続 した間隙 に浸透 させ るため,路 面の 安全 性 が高 ま る とい われ て い る.間 隙 に浸透 した雨 水 は,舗 装 体 の 間隙 に一 旦吸 収 ・貯 留 さ れた後,徐 々に舗 装体 か ら流 出 す る. 本研 究は,数 年 前 に東 京都 目黒 区で 生 じた ヒー トア イ ラ ン ド現 象 に よ る集 中豪雨 が も た ら した 下水 道 溢水 事 例 を用 い て,道 路 舗装 を通 常 の密粒 度 ア スフ ァル ト舗 装 か ら以 上 の よ うな性 質 を持 つポー ラスア ス ファル ト舗装 と す るこ とに よ りこの よ うな 都 市型 洪 水 の危 険性 を どの程度 軽 減 させ る こ とがで きるか ど うか を検 討 した.そ の 結果,間 隙率 が20%の 場合 も30%の 場合 も,か な りピー ク流 量 は減 り,マ ンホ ール か らの 逆流 は 防 げた で あ ろ うこ とが推 定 で きた.. KeyWords.. 1.緒. Porous asphalt pavement, Heat island phenomena,. 言. Urbanized flood, Sewerage. 下 水 道 に 集 中 し,都 市 型 洪 水 と な っ て 局 所 的 な 被 害 を も た ら して い る の で あ る.. 近年,都 市 周辺 部 において い わゆ る ヒー トアイ ラ ン. 本 研 究 で は,こ の よ う に複 雑 な 要 因 が 絡 み 合 って 発. ド現 象 によ る局所 的 な集 中豪 雨 が しば しば 発 生 して い る.こ れ は,主 と して夏 季 の午 後 か ら夕方 にか けて激. 生 す る都 市 型 洪 水 に つ い て,都 市 全 体 の 面 積 の う ち15 〜20%を 占 め る道 路 舗 装 を ,従 来 か ら広 く用 い られ て. しい雨 が 集 中的 に降 り,コ ンク リー トの建 物 や,ア ス. き た 密 粒 度 ア ス フ ァル ト舗 装 か ら,連 続 した 間 隙 を持. フ ァル ト舗 装 な どの 流 出係 数 の高 い地 表 面 を伝 わ って. ち 多 孔 質 な 構 造 で あ る ポ ー ラ ス ア ス フ ァル ト舗 装 に 置. 雨水 が 短 時間 に 下水 道 に集 中 し,下 水管 が 雨水 を呑 み. き 換 え る こ と に よ って,ど. きれ ず に逆流 した り,近 傍 のマ ンホ ール か ら溢 れ 出 し. る か を検 討 す る こ と を 目 的 と した.. の程 度 抑制 す る こ とがで き. て道 路 を冠水 させ る とい った現 象 であ る. この原 因 は,一 面に は下水道 の 整備 が不 十分 であ る. 2.研. 究方 法. とい う こ とも考 え られ るが,急 激 な 都 市化 に伴 って熱 容量 が 高 くか つ非 透 水性 な コ ン ク リー トの 建物 や ア ス. 研 究 対 象 と して は,1992年7月9日. に 実 際 に ヒー ト. フ ァル ト舗 装 な どの構 造 物 の面 積 が 急激 に増 加 して い. ア イ ラ ン ド現 象 に よ る 集 中 豪 雨 の た め に 目 黒 川 に 流 れ. る こ とが大 きな要 因 であ る と言わ れ てい る.す な わ ち,. 込 む 下 水 道 が 逆 流 し,マ ンホ ー ル の 蓋 を跳 ね 上 げ て,周. 昼 間 直射 日光 で 暖め られ た熱容 量 の 高 い コ ンク リー ト. 辺 部 に 冠 水 の 起 きた 東 京 都 目黒 区4丁 目 の 五 差 路 を選 ん. の建 物 や アス フ ァル ト舗 装 な どの 構造 物 が 午後 か ら夕. だ.こ の 日は,100mm/hと. 方 にか け てそ の 蓄 えた熱 を放 出 し,そ の上 空 の大 気 を. 雨 が 観 測 さ れ て い る.雨. 局 所 的 に 暖め,上 昇 気流 を発 生 させ て,短 時 間 に激 し. わ る 下水 道 の 管 路 図 をFigure1に. い う降雨 強 度 で10分. 間の 降. 水 が 逆 流 した マ ン ホ ー ル に 係 示 す.. い集 中豪 雨 を もた らす ので あ る.し か も,こ の よ うに して 惹 き起 こ され た豪 雨は,地 面 にほ とん ど浸 透 す る こ ともな く,流 出係 数 の 高 い コ ン ク リー トの建 物 や ア ス フ ァル ト舗装 な どの構 造物 の表 面 を伝 わ って直 ち に ―137―. (1)解. 析条件. Figure1に. 示 す よ う に,こ. の 五 差 路 で は,そ. の上. 流 の 下 水 管 か らの 水 が す べ て こ こ に 流 入 す る.そ. こ で,.

(2) こ こ の 雨 水 を 計 算 す る た め,道 図 を 用 い て,そ 員,延. 長,面. 路 地 図 や下 水 道 の配 管. 積 を,ま. た,そ. 管 網 に つ い て,直 径,勾. の下 に埋 設 され た下水 道. 配,延 長 を調 べ た.次. て の マ ン ホ ー ル に 番 号 を つ け,そ 隙 率,透. (2)解. 析 方法. の 流 域 内 の すべ て の道 路 網 に つ い て,幅. 水 係 数 を 決 め,所. に,す べ. れ に係 わ る 舗 装 の 間. 道 路 面 に お い て は,密 粒 度 ア ス フ ァル ト舗 装 の 場 合 は,Figure2の. き水 は 降 雨 開 始 直 後 に 発 生. し表 面 流 に よ り直 ち に 排 水 さ れ る も の と した.実 は,下. 与 の 降 雨 強 度 に 対 して,そ. よ う に,浮. あ る は ず で あ る が,時 間 雨 量100mm/hに. れ ぞ れ の マ ン ホ ー ル ご と に,. 際に. 水 道 に 到 達 す る ま で に 多 少 の 時 間 遅 れ と損 失 が 対 して 無 視 し. う る もの と考 え た. 1.舗 装 表 面 か ら 内 部 に 流 れ 込 む 流 量 ま た,ポ ー ラ ス ア ス フ ァル ト舗 装 の 場 合 は,Figure. 2.舗 装 体 内 に 貯 留 さ れ た 水 が 降 雨 終 了 後 に 流 れ 込 む. 3の よ う に,降. 流量 3.浮. 雨 発 生 前,舗 装 体 は 完 全 乾 燥 状 態 で あ り. 雨 水 は 道 路 面 に 着 く とす ぐに舗 装 体 内 の 間 隙 に 吸 収 さ. き水 が 発 生 す る ま で の 時 間. 4.舗 装 体 内 の 雨 水 が排 水 さ れ る まで の 時 間. れ,し. 5.マ. 浮 き水 が 発 生 し,そ の 後 の 挙 動 は 密 粒 度 ア ス フ ァ ル ト. ンホ ー ル 間 を 流 れ る の に 要 す る 時 間. ば ら く経 っ て 舗 装 体 の 貯 留 機 能 が 限 界 に な る と. 6.降 雨 開 始 か ら完 全 に 排 水 さ れ る ま で の 時 間. 舗 装 の 場 合 と 同 一で,瞬. 7.下 水 管 の 管 内 流 速. 入 る もの と仮 定 した. 降 雨 終 了 後 は 密 粒 度 ア ス フ ァル ト舗 装 は 表 面 流 が な. な ど を 定 量 化 し,各 地 点 で の 下 水 管 内 の 流 量 を算 出 し た.こ. れ ら を 流 下 時 間 を ず ら して 足 し合 わ せ る こ と. に よ り,最 終 的 に,各. 時 刻 に お け る最 流 下 点 に お け る. 時 に 表 面 流 と して 排 水 側 溝 へ. くな る た め 直 ち に 排 水 は 終 わ りに な る.ポ. フ ァル ト舗 装 の 場 合 は 舗 装 体 の 排 水 機 能 に よ りあ る 一 定 の 速 度 で 貯 留 さ れ た 雨 水 が 排 水 さ れ る.. 流 量 を 計 算 し た.. Figure. 1. The network. of sewer ―138―. ー ラ ス アス. pipes. in Meguro. area.

(3) こ こ に, n:下. 水 管 の 本 数(=846). Sj:各. 下 水 管 の 流 域 面 積[m2]. で あ る.ま た,降. 雨 終 了後 の 流 出 機 能 に よ る 各 下 水. 管 ご との 流 量q'j[m3/s]は. (3) こ こ に, Figure. 2. Water graded. drainage asphalt. on dense. sj:各. 下 水 管 ご と の 道 路 排 水 に 対 応 す るポ ー. pavement. ラ ス ア ス フ ァ ル ト舗 装 の 排 水 断 面 積[m2] va:排. 水 機 能 に よ る排 水 速 度[m/ｓ](=k・i・. λ). k:ポ. ー ラ ス ア ス フ ァ ル ト舗 装 の 透 水 係 数[m/s]. i:排. 水勾配. と な る.な お,透 水 係 数kは,全. 間 隙 の 飽 和 度 に よ り多. 少 の 変 動 を す る が 、 本 研 究 で は 、8×10‑3[m/s]を. 用. い た. 次 に,降 雨 が 終 了 して,ポ の も つ 流 出 機 能 に よ って,各. ー ラ ス ア ス フ ァル ト舗 装 下 水管 ご とに 雨水 が完 全. に 排 水 さ れ る の に 要 す る 時 間 は, Figure. 3. Water. drainage on porous asphalt pavement. こ の よ う な 考 え 方 は,屋. (4). 外 の 試 験 舗 装 で 実 測 した 観. 測 結 果 に 基 づ い て 合 理 的 に 決 め られ た も の で あ る1). ポ ー ラ ス ア ス フ ァル ト舗 装 の 場 合 に 最 終 地 点 の 流 出. な お,解 様 に,道. き水 が 発 生 す る 時 刻 を. 求 め る と,. 辺 の土地 利 用状 況 が ほ ぼ 宅地 で あ る. こ とは 確 認 で き た が,そ. な る. 確 な デ ー タ が な か っ た た め,こ. (1) こ こ に, λ:間. 隙率. て,合. 計4と. 失 雨 量 は0.3お. よ び0.4の2と. 間 遅 れ に つ い て は1分 お よ び3分. とし. お りの 組 合 せ を 設 け た.. 以 上 述 べ た 方 法 に よ り,解 析 の 対 象 とな る 流 域 内 の. fs:全. 間 隙 に 対 して 雨 水 が 入 る比. R:降. 雨 強 度[m/s]. とな る.な お,こ. た,時. こ で は 宅 地 と して の 平. ら に これ らの 値 が 変 動 し た 場 合 の. 感 度 の 確 認 を 含 め て,損 お りを,ま. 装 の 厚 さ[m]. の 部 分 の 損 失 雨 量 と,宅 地 に. 降 っ た 雨 が 下 水 道 に到 着 す る ま で の 時 間 に つ い て の 正. 均 的 な 値 を 用 い,さ. D:舗. 際 の 流 出現 象 とほ ぼ 同. 路 面 以 外 の 部 分 に も 降 雨 を 与 え検 討 の 対 象 と. す る 場 合 に は,周 流 量 の 算 出 の た め に 必 要 な 式 を 示 す と,以 下 の よ う に. ま ず,貯 留 機 能 が 失 わ れ,浮. 析 に 当 た って は,実. こ で い うfsは,た. す べ て の 舗 装 に,従. 来 の よ う に 密 粒 度 ア ス フ ァ ル ト混. 合 物 を 用 い た 場 合,間. ル ト混 合 物 を 用 い た 場 合,間 とえ ポ ー ラ ス ア. ポー ラス アス ファ. 隙 率 が30%の. ポ ー ラス ア. ス フ ァ ル ト混 合 物 を用 い た 場 合 の3つ の 場 合 に つ い て,. ス フ ァル トの 間 隙 率 す べ て に 水 が 入 り込 む わ け で は な. そ れ ぞ れ の 条 件 を想 定 して,こ. い と い う知 見 か ら,間 隙 率 を若 干 割 り引 い て 評 価 す る た め に 導 入 した 係 数 で あ る が,本 解 析 で は 常 に1.0と. 隙 率 が20%の. の五 差路 にお け る下水. 道 の ハ イ ドロ グ ラ フ を 得 た. し. た た め,以 下 数 式 上fsは 省 略 す る. 一 方 ,浮 き水 発 生 時 に お け る 各 下 水 管 ご との 流 量Qj. 3.解. は,. 析 結 果 ま ず,Figure4は,仮. 想 的 な 場 合 と して,全. 流域. の う ち,道 路 表 面 上 の み の 降 雨 を考 慮 に 入 れ た 場 合 の. (2). ―139―. 最 下 点 で あ る五 差 路 に お け る 下 水 道 の 流 出 量 の 時 間 変.

(4) 化 を 求 め た 結 果 を 示 し た も の で あ る.こ. れ は,密. 粒度. Figure5よ. り,損 失 率 が0.3の 場 合 と0.4の 場 合 と. の 舗 装 と ポ ー ラ ス ア ス フ ァル ト舗 装 の 違 い を 明 確 に 確. で 多 少 の 違 い が あ る が,い ず れ の 場 合 も密 粒 度 ア ス フ ァ. 認 し た か っ た た め で あ り,こ の 比 較 は,宅. ル ト舗 装 に比 べ て,ポ ー ラ ス ア ス フ ァル ト舗 装 で は,ピ ー. 地 か らの 流. 出 は な く,道 路 表 面 に の み 降 雨 が あ り,そ れ が 流 出 した. ク 流 量 は か な り低 減 して い る こ と が わ か る.ま. 場 合 の 比 較 を 行 っ た こ と と同 義 で あ る.約2時. 時 間 後 程 度 の 計 算 を 行 え ば,各. しか 示 して い な い の で,ポ. 間分の 図. ー ラ ス ア ス フ ァ ル ト舗 装 の. 場 合 に は 損 失 流 量 が あ る よ う に見 え る が,約1日. をか け. 条件 下 で は すべ て の流. 出 量 の 和 は 等 し く,時 間 的 な 遅 れ を 持 ち な が らも い ず れ は 流 出 す る こ とが 確 認 で き て い る.. て ゆ っ く りと流 失 して い る だ け で 損 失 は な い.. Figure 5 (a) Discharge curve considering all the area. Figure 4 Discharge curve considering only the roads これ よ り密 粒 度 アス フ ァル ト舗 装 とポ ー ラ ス ア ス ファ ル ト舗 装 で は ポ ー ラ ス ア ス フ ァル ト舗 装 の 方 が ピー ク流 量 は か な り小 さ く,ピ ー ク 時 刻 もや や 遅 くな っ て お り, しか も,そ. の 効 果 は 間 隙 率 の 高 い 方 が 著 し く大 きい こ. と が わ か る.こ. れ は ポ ー ラ ス ア ス フ ァ ル ト舗 装 の 貯 留. 機 能 に よ る も の で あ る.も. し道 路 面 積 率 が100%で,す. べ て の 面 積 を ポ ー ラ ス ア ス フ ァ ル ト舗 装 に 変 え る こ と が で き れ ば,こ. の よ う に,ピ. ー ク 流 量 を約20〜25%程. 度 に 低 減 す る こ と が 可 能 で あ る. 次 に,道 路 以 外 の 部 分 を す べ て 宅 地 とみ な して,そ の 流 出 係 数 を0.6お よび0.7,ま. た,そ. こ か ら道 路 の 下. の 下 水 道 まで に 排 出 され る時 間 を1分 お よび3分. と仮 定. して,宅 地 の 損 失 雨 量 と時 間遅 れ を 考 慮 に 入 れ て 五 差 路 の マ ンホ ー ル 位 置 で の 流 出 量 を解 析 し た結 果 がFigure 5(a)〜(d)で 15%で. あ る.こ. の 流域 内部の 道路 面積率 は ほ ぼ. あ り,そ の 部 分 に つ い て はFugure4と. 果 が 期 待 で き る が,残. りの85%に. 同様 な 効. つ い て は舗 装 の違 い. に 依 ら な い 排 水 挙 動 を 仮 定 す る こ と に な る. ―140―. た,24. Figure 5 (b) Discharge curve considering all the area.

(5) 中に示 した横 点線 は,検 討 を してい る五差路 にお け る下 水 道 の排 水許 容能 力で あ る.ど の場 合 も密粒 度 アス ファ ル ト舗 装 の場 合 は この排 水 能 力 を上 回 る流量 が流 出 し てい る ことが分 か り,事 実 と して下 水 道 が溢 れ た とい う観 測結 果 を うま く説 明 してい る.ま た ポ ー ラス ア ス ファル ト舗装 の場 合 にお い て は 間隙 率 が20%,30%の どち らの場合 で も下水 道 の排 水 能力 の値 は ピー ク流 量 を ほ ぼ上 回っ てお り,も しすべ て の舗 装 にポー ラス ア ス ファル ト混合 物 が用 い られ て いれ ば,道 路 の冠 水 は 起 き なか った か起 きて もわず か であ った で あろ う と推 定 され る.. 4.結. 言. 道路表 面 にのみ 降 雨が ある とい う仮 想 的 な条件 の場 合 は も とよ り,実 際 の土 地利 用 形 態 を考 慮 に入 れ た場 合 で も,ポ ー ラスア ス フ ァル ト舗 装 の 方 が 下水道 の最 下点 で ピー ク流 量 はか な り小 さくな り,ピ ー ク流量 に 達 す る時刻 はや や遅 くな った.そ して そ の程 度 は,下. Figure 5 (c) Discharge curve considering all the area. 水 管が格子状 に結合 して い る と仮 定 した前 報1)に比 べて よ り顕 著 とな った が,こ れ は 今 回対 象 と した流域 が よ り広 か った た めで あ り,ポ ー ラスア ス ファル ト舗 装 の 効 果 は,局 所 的 にで はな く,今 回の よ うに広 い 面積 に 適 用す るほ ど よ り有 効 に な る もの と期 待 され る. ポー ラスア ス ファル ト舗装 を用い た場 合 に都市 型洪 水 の流 出がか な り抑制 され る こ とが分 か ったが,ピ ー ク 流量 に達 す る時間 は著 しくは遅 くな らなか っ た こ とを 考 え る と,ポ ー ラス アス ファル ト舗 装 は 一 時 的 に ピー ク流 量 を カ ッ トしはす るが,植 生や 自然 の 土 な どの い わ ゆ る保 水 能力 とは メカ ニ ズ ムは やや 異 な る もの と思 われ る.. 謝辞:本. 研 究 を実施 す る に当た り,東 京 都 土木 技術. 研 究所 の 内 田喜 太 郎研 究員,お よび,東 京都 下水 道 局 久住 係 長 には,目 黒 区 内の 下水 道 の 管 路網 につい て の デ ー タ を提 供 して頂 い た.ま た,北 海 道 大 学 工学 部 土 木 工学 科 学生,岡 本伸 也 君 には解 析 の 手伝 い を して 頂 い た.な お,本 研 究 で は,土 木 学 会 土構 造 物 お よび 基 礎 委員 会舗 装 工 学研 究委 員 会 の活 動成 果 の一 部 を 引用 させ て頂い た.こ こに謝 意 を表 す る次 第 で あ る.. Figure 5 (d) Discharge curve considering all the area. 参考文献 1) 大 川 秀 雄 ほ か, 排 水 性 舗 装 に よ る都 市 流 出係 数 低 減 効 果 につ い て, 第21回. こ の マ ン ホ ー ル の 直 前 で は,下 185mmの. 水 管 は150mm×. 矩 形 を して お り,か つ,排. あ っ た の で,Manning式. に従 え ば,こ. 流 量 は,粗 度 係 数 を0.012と. 水 勾 配 は0.4%で. 3). の 地 点 で の許 容. して,8.2[m3/8]と. 日本 道 路 会 議 一 般 論 文 集(B). , PP.426‑. 427, 1995 2) 鮭 川 登, 北 川 善 廣, 都 市 下 流 域 の洪 水 流 出 モ デ ル, 土 木. な り,図. 学 会 論 文 報 告 集, 第325号, pp.51‑59, 1982 浅枝 隆, 都 市 イ ン フ ラ ス トラ ク チ ュ ア の 表 面 被 覆 と 熱 収 支, 都 市 の 熱 環 境 に 関 す る 学 際 シ ン ポ ジ ウム, PP.31‑39, 1995. ―141―.

(6) 4). 浅 枝 隆, 北 原 正 代,. 藤 野 毅,. 和 氣 亜 紀 夫, 加 熱 さ れ. た 舗 装 面 上 空 の 大 気 加 熱 過 程 の 解 析, No.467/II‑23, pp.39‑47, 1993. 土 木 学 会 論 文 集,. (1996.10.14受. INHIBITORY. EFFECT. 付). OF POROUS. ASPHALT. IN URBAN. PAVEMENTS. ON FLOODS. AREAS. Kenji HIMENO, Hideo OHKAWA, Kohzoh HOKARI and Akira KAWAMURA The surface of a rapidly urbanized city has been covered by asphalt pavements, concrete buildings , and other heat retaining structures. This coverage causes its higher temperatures even in the evening and so-called a heat island phenomenum can be found. The accumulated heat makes ambient air warmer and causes an updraft of the air, being followed by a localized torrential downpour. The materials used for these structures are usually unpearmeable and help the rain water run off quickly into sewer pipe through their surfaces. This study places an emphases on porous asphalt mixtures that can keep the water in themselves and discharge it gradually. The effect of porous asphalt pavements preventing the flood is examined by a case study in Meguro area where an actual flood took place and wide area was covered by water. It was found that it is very effective to employ the porous asphalt pavements to prevent this kind of flood. The void is recommended to be larger than 20%.. ―142―.

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