ピッツバーグ市、従来の雨水インフラの制限に新統計を活用
修復は困難で費用もかかるが、ペンシルベニア州の一部の地域に残るレンガ敷きの街路は、ピッツバーグ市によれば、保存する価値があるとの話です。
老朽化した900フィート（約270メートル）のレンガ造りの道路、デルローズ・ストリートは補修が必要でしたが、ピッツバーグ市はパイプや集水桝といった従来の雨水インフラの設置を制限したいと考えていました。地域の景観を守るため、市はMSコンサルタント社に透水性舗装材の設計を依頼し、従来は雨水下水道を経由して敷地外に排出されていた雨水流出量とピーク流出率を抑制するための透水性舗装材の設計を依頼しました。このプロジェクトに携わったMSコンサルタント社の雨水エンジニア、ジェイソン・ボーン氏は次のように述べています。「私たちが目指しているのは、土壌下層の原位置浸透能を理解し、過剰な水を土壌に浸透させるか、敷地外にゆっくりと放出するかのいずれかの方法で、最も効率的な自然流下抑制プロセスを特定することです。」彼は、都市の盛土材がどのように水を浸透させるかを把握するために、SATURO浸透計を使用しました。
緑のインフラが自然浸透を助ける
ボーン氏と彼のチームは、流出を遅らせる方法を検討した結果、透水性舗装材が現実的な解決策となると判断しました。ボーン氏は次のように述べています。「舗装材のような硬化した表面を敷設してしまうと、できることはあまりありません。従来の舗装材は流出を加速させてしまうため、流出水を敷地外に排出するために集水桝と大口径のパイプが必要になります。私たちは、都市の土壌や都市埋立地の一部が、浸透の観点からどのような効果をもたらすかを調査したいと考えていました。そして、これらの土壌の一部を調べ始めると、この道路には透水性舗装材が最適だと判断しました。」
浸透流計による自然浸透ポテンシャルの測定
水が砕石層（骨材層）に流入し始めると、チームはその流れを遅らせ、地中への浸透を促進する手法の検討に着手しました。ボーン氏は次のように述べています。「基本的には、段階的に配置した地中流出抑制バリアのシステムを考案しました。道路の砕石路盤内、路床（ろしょう）を横切る形で、約60基のコンクリート製流出抑制バリアを設置したのです。これほど多くのバリアが必要だったのは、道路の縦断勾配がかなり急だったためです。各バリアの背後には、通常であれば敷地外へ流出してしまうはずの雨水の一部を貯留するようにしました。理想としては、貯留した水を浸透によって処理すること、つまり路床へと導いて地中に逃がすことでした。そのため、浸透計を用いて、浸透を最大化できる場所と、他の管理手法に頼る必要がありそうな場所を特定しました。」
テスト時間を短縮する必要性
ボーン氏は、USDA（米国農務省）の土壌調査データは都市部におけるグリーンインフラへの適用にはあまりに大まかであり、土壌の透水係数についても大まかな推定値しか得られないと指摘しています。自然な浸透を促進する最適な方法を検討するには、対象地点における極めて具体的な浸透速度や透水係数を把握する必要があります。同氏は次のように述べています。「建設前に所定の深さまで掘削し、何らかの装置を用いてその地点の地下土壌の浸透能力を測定することが重要です。通常は二重環式浸透計（ダブルリング・インフィルトロメーター）を使用しますが、これは手作業を要する装置です。絶えず水を補充する必要があり、作業員が現場に張り付いて状況を監視しなければなりません。特に浸透性の高い土壌では、30分もしないうちに水がなくなってしまうこともあるため、他の作業を並行して行うことは困難です。そこで、水と時間を節約するために、自動式のSATURO浸透計と手動式の二重環式浸透計を併用し、比較検討を行いました。」
テスト時間の短縮により、設計を即座に変更可能
下層土の大部分は粘土質の都市堆積物でしたが、その粘土質から砕けた頁岩/粘土質の混合物へと明確な変化が見られました。ボーン氏は次のように述べています。「掘削後、雨が降り、砕けた頁岩/粘土質の層から水が消えていくのがわかりました。浸透試験を行ったところ、砕けた頁岩/粘土質の層は粘土質の堆積物よりも高い浸透性を示しました。そのため、観測された下層土の浸透率に基づいて、地下水流遮断壁の設計を修正することにしました。試験で透水係数の値が高くなった箇所では、チェックダム背後の水を浸透のみで除去することができました。」ボーン氏は、浸透が不十分な地域では、緩速浸透コンセプトで浸透を補強したと付け加えています。フローバリアにウィープホールをいくつか設置し、水を次のバリアへと少しずつ流し込むようにしました。自動化されたSATURO浸透計のおかげで、短時間で多くの試験を実施し、浸透の良い土壌と浸透の悪い土壌の境界値を確立することができました。これにより、設計を即座に変更することができました。ダブルリング浸透計では試験にかなり時間がかかり、請負業者が埋め戻しをして工事を進めたいと考えている場合、時間は非常に重要になります。必要な情報をより迅速に得られるツールがあったのは助かりました。
ダブルリングとSATURO の比較は？
ボーン氏は、SATURO 浸透計はより高速で、人的ミスの可能性も減ったと述べています。彼はさらにこう付け加えます。「非常に標準化されているという点が気に入りました。また、フラックスの時間経過に伴う変化を自動でプロットする機能も非常に興味深いものでした。なぜなら、得られた結果を無効にする可能性のある傾向や異常値を把握できるからです。二重リング浸透計は平衡状態に達するまでに長い時間がかかり、いつ平衡状態に達するかを把握するのは困難です。ペンシルベニア州環境保護局が推奨するガイドラインに従っていますが、それは非常に一般論的なものです。私にとって、これはあらゆる状況に適しているわけではありません。SATURO浸透計で分かったのは、非常に細かい間隔で情報を記録し、フラックスの時間経過に伴う変化の曲線をプロットし、それが安定すると基本的に平衡状態に達するということです。平衡状態への到達が早くなります。水の節約になるだけでなく、時間の節約にもなります。さらに、二重リング浸透計のように技術者ごとに原理を少しずつ異なる方法で適用する可能性がなく、標準化された結果が得られるという満足感もあります。」ボーン氏と彼のチームは最終的に、従来の雨水排水設備を不要とする透水性舗装道路の設計を完成させ、資本コストと長期的な維持管理ライフサイクルコストの両方を削減しました。この透水性舗装のコンセプトは、ピッツバーグ市が将来的に他の市街地道路の改修に適用するためのテンプレートとなることが期待されています。
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