地震時損傷管路網の給水性能評価
武蔵工業大学 学生員 ○孫 正涛 武蔵工業大学 正会員 小池 武
1. はじめに 解析データとして，配水本管に実際な値を与え，GIS
マップ上にモデルを作り，詳細な配管データ（延長管 路，管径）を取り扱った2)．ただし，漏水係数ｃ=0.0005，
流速 1 ㎥/sec と節点条件（地盤高，管中心高，需要水 量，許容取出水量，エネルギー位）は仮定の値 3) であ る．
大規模な地震時，上水道システムの配水本管は，断 水状態に陥る恐れがある．それは水圧・水量の低下や 管路漏水などにより，水源からの送水が不可能となる ためである．その状態になったとき，水道管理者は水 を供給することがどの程度できるかを把握し，耐震対 策や震災後応急対策などをしなければならない．
3. 解析方法 そこで本研究の目的は地震後，配水本管の給水ノー
ドに対する給水性能（水圧・取出水量）がどの程度低 下するか評価する．
漏水モデル 損傷管路 正常管路
地震後
2. 対象上水道配水本管のモデル化
解析対象地区モデルとして，図１のように，川崎市 の上水道配水本管1) 2)を採用した．
リンク番号とノード番号を付け，図 2 のように配水 本管をモデル化した．
図1 対象地区モデル化
図2. 上水道配水本管図
キーワード 給水性能 上水道システム 損傷評価
モデル化
図3漏水モデル化示図
本研究は漏水を考慮した管網解析法3)を採用した．管 路破断の代わりに，管路両端のノードの漏水係数ｃを 正常時の1000倍にし，得られた漏水量は破断した管路 の漏水量と同等であるとした．
そのため，本研究で扱われた配水本管における各リ ンクを図3のように漏水モデル化した．
1
2
3
10 7 8
11
12 5 6
4 16
13
14 35
19
15 20
22
34 17
23
33
31 24
18 25
21
26
32
28 29
30
9
27
12 1 4 3 5
8 6
9 10
7
13 14
15
16 17
34 35
36 37 39
42
43 48
51
53 52
23
32 24
22
20 19 18
38 25
31
33 40
45 46
54 50 49
29 30
28
27 26
41 44 2
47 21
浄 水 場
配 水 施 設
11
破壊確率major
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52
link number
%
図4.地震時管路破壊確率
Ⅶ-033 第35回土木学会関東支部技術研究発表会
漏水モデル化を用いて，各管路に図 4 のようの地震 時破壊確率を与え，モンテカルロ・シミュレーション
3)を行った，地震時，各ノードのエネルギー位と取出水 量を通常時の値と比較し，その平均値と標準偏差を計 算2)結果として評価した．
4, 数値検討結果 (1) 評価基準
図5 給水性能評価基準
図5のように，水量水圧共に80%を超えている場合 を小損傷，60％未満を大損傷，そのどちらでもないと きを中損傷と定義する．
(2) 解析結果
図６で表されたのは川崎市配水本管の水理管網解析 結果分布である．
図6 解析結果分布
ここで，通常時における給水ノードへの水量，水圧を
， とし，地震時を ， をとすると，
Qn En Qe Ee 地震時における水量の割合=Qe/Qn
地震時における水圧の割合=Ee/Enとなる．
楕円が各ノード取出水量比とエネルギー比の標準偏差 を表している．
(3)評価
解析結果により，大，中，小損傷の割合を表 1 で表 した．
表1 損傷評価
総ノード数 大損傷数 中損傷数 小損傷数
35 5 3 27
割合 14% 9% 77%
図 6における3つの損傷モードは以下のように評価 小 損 傷 した．
中
小損傷ノードは取出し水量比がほぼ 100%であるが，エネルギー比が 85%に低下した．すなわち，完全に水 が出せるが，水圧低下のため，流速が遅くなる．
取出水量比
％
80%
大 損 傷
大損傷ノード Bの楕円範囲では，エネルギー比と取 出水量比のバラつき範囲が非常に広いので，ノード B が地震時どのような損傷が起こるかを判断するのが難 しい．
60%
損 傷
ノードAの位置が中損傷であるが，取出水量比のバ ラつき範囲が大損傷にも至るため，地震時大損傷とな る可能性もある．
60% 80%
エネルギー比 ％
大中損傷地区
図7 川崎市大中損傷発生地区
地震時における給水性能評価は，川崎市東部のノー ド施設に大中損傷が集中しているので，配水本管の耐 震対策を行う必要があると判断した
本 線 管 網 地 震 時 破 壊 結 果
80%
100%
（％） ノード
5. 結論
本研究では地震時の川崎市配水本管の給水機能を評 価した．地震発生前後おける水圧，取出水量を比較す ることで，各ノード施設の被害を推定することができ た．図5，6は，地震後にどの給水拠点から応急対策を 行うことが最も効果的であるか判断できる評価基準で ある．
参考文献
1)川崎市水道局：水道管網図―平成十四年版 2)大場 亨：ArcGIS8で地域分析入門,成文堂,2004
3)高桑哲男：配水管網の解析と設計,森北出版,1978 年
4)浦 昭二：FORTRAN77入門,培風舘,昭和61年
0%
20%
40%
60%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
エ ネ ル ギ ー 比 Ee/En （％）
取 出 水 量 比Qe/Qn
標準偏差による バラつき
B A
Ⅶ-033 第35回土木学会関東支部技術研究発表会
