簡易河川環境評価ツールEvaTRiPを用いた治水と環境を両立させる川づくり

はじめに

  中小河川は全国の河川総延長のおよそ90％を占めており、我が国の河川環境保全上重要な位置づけにありますが、過去の河川改修等の影響により環境面で多くの課題が残されています。中小河川のほとんどは都道府県や市長村が管理する河川であるため、予算上の制約が大きく、国管理の河川に比べて整備水準が低いこと、維持管理が負担となる場合が多いこと、また、川のサイズが小さいため、河道の整備によって河川環境や自然景観が大きく変わりやすいことなどが中小河川の特徴として挙げられます。自然共生研究センターでは、こうした課題に応え、河道整備や管理が適切になされるよう支援するための研究開発を行っています。

簡易河川環境評価ツール EvaTRiP

  中小河川において河川改修を行う場面の多くは災害復旧時となります。その中でも改良復旧事業は、河道の形を大幅に変更するため環境改善の機会となりえる一方、非常に短い期間で河道計画を立案する必要があることから、環境への配慮が後手に回る恐れがあります。また、計画案の定量的な検討は1次元不等流計算による流下能力の評価に留まっており、生息場の良否等の環境面の評価は実施されていません（図-1）。改良復旧の場面でも配慮された多自然川づくりを実施するためには、迅速かつ定量的に治水と環境両面での評価ができ、河道計画立案を補助するツールが必要です。

  こうしたことから、自然共生研究センターでは簡易環境評価ツール「EvaTRiP (Evaluation Tools for River environmental Planning)」の開発を行いました。EvaTRiPは、フリーの河床変動計算ソフトウェアである「iRIC」の機能の一部（ソルバ）として動作し、河床変動計算で得られた時々刻々の水深・流速の計算結果を取り込んで環境に関する評価値を算出するものです。具体的には，河道内の植物の繁茂の可能性や、既存の知見をベースとした魚類の生息場好適度が出力されます。また、河岸の環境保全に関係するため、護岸の要不要の判定や河床材料の安定性についても評価されます。

  現場適用の一例を図-2に示します。それぞれ同一河川に近接する過去の改修により直線化している区間（直線区間）と拡幅区間とを対象としています（同図a））。この区間の河床変動計算結果から、掃流力分布を示したのが同図b)、さらにEvaTRiPを用いてオイカワ成魚の生息適地ポテンシャルを示した同図c)です。これらより、拡幅区間に対して直線区間では掃流力が全域で大きく、生息場の好適度についても低いことが視覚的に確認できます。このように、計算結果を即座に評価値にできるため、河道改変の効果を治水・環境の両面から簡易かつ定量的に評価することが可能になりつつあります。

新たな河道設計プロセスの構築に向けて

  実際の検討を念頭とすると、河道地形を変えつつ都度評価し、最適形状を探索するプロセスとなります。そのため、河道地形を自在に編集するためのツール（図-1中のRiTER）についても開発中です。これらは河川におけるCIM（Construction Information Modeling）の導入を加速させるものでもあると考えています。自然共生研究センターでは、今、ご紹介したこれらの統合的ツールにより新たな河道計画・設計プロセスを構築し、中小河川における多自然川づくりの発展に寄与していきたいと考えています。

(問い合わせ先 : 水環境研究グループ 自然共生研究センター)

大区画水田圃場における地下水位制御システムの高度利用に関する研究

  北海道は耕地面積が全国の１／４を占め、国内最大の食料供給地域です。農家数が減少する中、担い手へ農地を集積し、生産性の高い農業を実現することが課題となっています。大規模水田地帯では、圃場の大区画化に加え、地下水位制御システム（図-1）の導入が進められています。このシステムは、圃場の地下に埋められたパイプ（暗渠管）から作物の生育に余分な水を速やかに排水できる暗渠排水機能を持つだけでなく、暗渠管に用水を注水して暗渠管を清掃することや、地下から作物に必要な水を供給する地下灌漑を実施することができます。

  地下灌漑は、水稲直播栽培での播種後の水管理や干ばつ時の転作作物への灌水に有効です。例えば、乾田直播では、播種後の苗立ちを安定化させるために、地下灌漑によって地表面を湿らすことができます。また、大豆では、開花期からさや肥大期にかけて水分要求量が大きく、干ばつの場合には地下灌漑が有効です。しかし、地下灌漑を効果的に実施するためには、圃場全体で速やかにムラなく均一に給水・排水ができなくてはなりません。本研究では、現地圃場において、地下灌漑実施時の地下水位の動きやばらつきを調査し、圃場の土壌条件などとの関係を明らかにし、できるだけ給排水ムラを生じさせない方策を見い出すことを目的としています。

  これまでの研究では、道央や道南の泥炭を下層土とする大区画水田圃場で、地下灌漑時に地下水位とその変動を測定し、地下水位は上昇するけれども圃場内でムラが生じる事例や、地下灌漑を行っても地下水位が変化しない事例が確認できました（図-2）。その原因として、土壌の透水性、排水性の圃場内、圃場間のばらつきが考えられます。圃場を大区画化すると、これまで水稲と畑作物などといった異なる使い方をしていた圃場どうしが一つの圃場として整備されることがあります。また、地域によっても土壌とその特性は異なります。当チームでは、給排水ムラと土壌など、圃場条件間の関係を明らかにするとともに、心土破砕の効果などの検証にも取り組んでいきます。

(問い合わせ先 : 寒地土木研究所 資源保全チーム)

寒冷地における電線類の浅層埋設実現に向けた取り組み

～光ケーブル管路滞留水の凍結実験～

はじめに

  景観・防災等の観点から電線類地中化等の無電柱化が強く求められています（図－１）。しかし、我が国においては、欧米諸国のみならずアジア諸国と比較しても無電柱化率は極めて低い状況にあります。この主要因として、電線共同溝方式をはじめとする電線類地中化の高額な整備コストを要することが挙げられます。そこで国土交通省では、低コスト手法のひとつとして、管路を従来よりも浅い位置へ埋設できるよう、平成28年2月に道路空間における埋設基準を緩和しました。

  しかし、北海道のような寒冷地では凍結や凍上による電力・通信線や道路の機能障害に対する安全性を考慮し、地盤の凍結深さより深い位置へ埋設しています。そのため、基準の緩和を適用できていませんが、実際には凍結深さより浅く埋設した場合に支障が生じるのかについては把握されておらず、埋設深さの安全性が過大に見積もられている可能性があります。

  そこで、実際の管路を再現した供試体を用いた凍結実験を行い、寒冷地における浅層埋設の可能性について検証し、この結果を基に、自治体で実道における浅層埋設の施工を行いました。

研究の概要

  寒冷地における浅層埋設の技術的課題として、特に電力ケーブルに比べて発熱しない通信ケーブルにおいて、管路内に滞留した水の凍結による体積膨張が通信性能に支障をきたす可能性が考えられます。そこで、平成28年２月に光ケーブルを通した１ｍの密閉管路を満水及び半水にした供試体を室内で凍結・融解させる基礎的な実験を行いました。その結果、管路内満水、半水いずれのパターンも通信障害や断線は確認されませんでした。

  また、平成29年１月には、実際の埋設管路の屈曲や満水になった状況を供試体（図－２）で再現し、屋外暴露実験を行いました。供試体は２種類とし、一般道路の敷設を想定した直線形状、建物への引き込みなどを想定した凹部２箇所を有する曲線形状としました。また、管路内の滞留水の状況を再現するため、管路内を満水と半水にした２パターンとしました。通信ケーブルは200心光ケーブル、また、凍結の状況を確認するため透明VU管を採用しました。

  実験では６日間継続して通信減衰量の測定、管路内滞留水凍結状況の観測を行いました。

  実験結果は、実験期間の全日程で外気温０度以下を記録し、いずれの供試体も２ 回管路内の滞留水が全て凍結したことを確認しました。通信減衰量は規格値より十分小さい結果となり、通信障害も確認されませんでした。さらに、管路滞留水の凍結時の体積膨張や氷の移動によるケーブルの変形は確認されませんでした。

  これらのことから、水が移動できる開放された空間がある状況下であれば，寒冷地においても浅層埋設が実施できる可能性があることを明らかにできたと考えています。

  本実験結果の活用事例として、千歳市において市が管理する簡易水道施設の埋設ケーブル更新工事の低コスト化に向けて、大幅な浅層埋設(120 → 60cm)を採用し（図－３、図－４）、大きなコスト縮減を図りました。当研究所では施工後の状況調査として、管路内温度や凍上量の測定等を行い、寒冷地における浅層埋設が可能な条件の検証を深めていきたいと考えています。

(問い合わせ先 : 寒地土木研究所 地域景観ユニット)