サンディエゴ郡、ほぼリアルタイムのデータで乾季の流量を削減
カリフォルニア州の水域を保護するため、サンディエゴ郡は、ウッド・エンバイロメント・アンド・インフラストラクチャー社（ウッド社）などのエンジニアリング会社やコンサルティング会社と提携して、 流量監視プログラムを実施している。 などのエンジニアリング会社（Wood Environment and Infrastructure Inc.
サンディエゴ郡は、カリフォルニア州で2番目に人口の多い郡で、70マイル以上の海岸線と米国で最も美しい水生レクリエーションスポットに囲まれています。サンディエゴ郡は、複数のサンディエゴ地域市町村分離暴風雨下水道システム（MS4）許可*共同許可委員会の1つで、雨水排水路網を流れる雨水以外の「乾季」の流れによって影響を受ける可能性のある海岸線沿いの水質保護に責任を負っています。これらの水域を保護するため、サンディエゴ郡は、Wood Environment and Infrastructure, Inc.（ウッド）などのエンジニアリング会社やコンサルティング会社と提携して、一過性の高流量イベントを特定し、乾季の流量減少を年ごとに追跡する流量監視プログラムを実施しています。2017年以降、WoodはMETERデータロガーと 水位センサーを使用し、プログラムのニーズを満たす高品質の流量データを提供している。
ほぼリアルタイムのフローデータ
乾季流、または「非雨水流」とは、降水**のない通常の日にMS4に流入する水のことです。乾季流はバクテリアやその他の汚染物質を運ぶ可能性があり、過度の灌漑、プールの排水、洗車、下水の不法投棄などの一過性の発生源や、地下水の浸透、地下パイプの破損などの常時流れる発生源によって引き起こされる。サンディエゴ郡の土地利用／環境プランナーであるニール・シアリング氏は、「私たちの主な目標の1つは、MS4許可を通じて雨水以外の流量を減らすことで汚染物質を削減することです。その目標を測定する必要があり、そのためにモニタリングプログラムが必要なのです。私たちの戦略が成功しているかどうかを確認するために、流量削減を定量化する方法が必要なのです」。
サンディエゴ郡では、5月から10月までの乾季の流量について、年間約80～90のMS4流出口を監視している。ほとんどの場所で使用されている主な方法は、Vノッチ堰、METERのHYDROS 21センサー（水位、温度、電気伝導率）、cloud 接続されたデータロガーを組み合わせたものです。このロガーは、ZENTRA Cloud と呼ばれるデータ管理ソフトウェアに情報を渡し、ユーザーはほぼリアルタイムで遠隔地からデータを見ることができる。
異常流量や高流量が特定されると、サンディエゴ郡とウッドの職員は、これらの流量源を減らすためのアウトリーチや教育を実施します。データをほぼリアルタイムで見ることで、高流量の検出、迅速な意思決定、データ主導の管理が可能になります。ジェレミー・バーンズとアレックス・メッシーナは、ウッドの環境科学者で、流量モニタリングプログラムの技術面とデータ分析面を担当している。Burns氏は、「サンディエゴの水質改善計画（WQIP）は、NPDES許可を遵守するためのさまざまな規制目標の達成を目指して います。その目標のひとつが、乾期 流量の経年 削減率 です。管理活動が効果的であったかどうかを確認するため、多くの場所で乾季流量を追跡しています。私たちが収集した流量データを使って、潜在的な問題を発見しています。たとえば、繰り返し流量が急増するような場合は、サンディエゴ郡が現場に出向いて観察します。壊れたスプリンクラーが雨水管に流れ込んでいるのを発見し、住民に修理を依頼することもあります」。
図3は、夜間の過剰灌漑が原因と思われる定期的な高流量が発生している場所の例である。高流量は毎晩真夜中頃に観測されている。ZENTRA Cloud の "ターゲットレンジ "機能により、ウッド社は高流量のしきい値を簡単に設定することができる。灰色は水位が堰のVノッチ以下（流れていない）、緑はVノッチを水が流れている、黄色は堰の長方形部分に水が流れている、赤は堰が完全に水没していることを示している。バッテリー残量もプロットされている。
Vノッチ堰の感度と精度は？
メッシーナによれば、Vノッチ堰のセットアップは、スプリンクラーの異常であっても、流量の変化にかなり敏感だという。一般的に言って、データのスパイクを見るのは簡単です。Vノッチ堰は、堰の背後にどれだけの水があるかにもよりますが、非常に小さな流れの変化に敏感です。流入パイプが平らな場所では、堰の後ろに50ガロンの水が溜まっていることもあります。流れが小刻みであれば、堰の池が満水になるまで時間がかかる。しかし、いったん池が満杯になれば、そのまま流れます。インフラに制約がある場合もあります。堰を設置して水をせき止め、パイプの亀裂から水がしみ出すのです。しかし、他の地域では、スプリンクラーが1つ作動しただけで、データが5分間急上昇し、その後下がることもある。
自然の河道での流量測定と比較すると、Vノッチ堰の使用は、非常に高い精度と低い不確かさを可能にする。年ごとの比較では、わずかな割合の流量変化を検出するためにデータ精度が非常に高くなければならず、堰からのデータ品質は水位センサーの精度と信頼性に直接依存します。HYDROS 21のような通気式水位センサーを使用することで、通気式でない圧力変換器に必要とされる気圧補正を行う不確実性が取り除かれ、データ処理から一段階削除され、分析者のコストを削減することができます。サンディエゴ郡とWoodは、研究室と現場での異なる圧力トランスデューサの比較研究を実施し、METERHYDROS 21（旧名CTD）センサが+/-0.1インチの精度の実環境性能を提供することを発見した（Burns, 2019）。
複数のデータソースを組み合わせる
さまざまな年に収集された流量データは、MS4流出口の多くで、一定したベースフローの変動レベルを示した。ベースフローの増加は、先行する冬の降雨量が多く、水位を上昇させ、MS4への浸透を引き起こしたことが原因であるという仮説が立てられた。サンディエゴ郡とウッドは、総流量に対する水道水と地下水の寄与を決定するために、乾季の流出源追跡調査を実施した。
メッシーナによれば、複数のデータ源は、サンディエゴ郡が十分な情報に基づいた意思決定を行えるよう、乾季流量のさまざまな発生源を特定するのに役立つという。「流量動態、地球化学、安定同位体を調べて、水源を特定することができます。安定同位体比は、水が流域を移動しても変化せず、元の流出源（水道水または地下水）の特徴を保持しているので、良い参照データになります。流量動態は、安定同位体データと組み合わせることができる。例えば、流量が一定で、同位体データが水道水であることを示す場合、おそらくパイプの水漏れだろう。同位体が水道水ではないことを示している場合は、一定の水源は地下水である可能性が高い。また、灌漑に使用される再生水のような水道水の特定の水源を検出するために、地球化学を使用しています。界面活性剤（MBAS）のような他の指標も使います。例えば、界面活性剤が検出されれば、洗車場などからの地表流出水であることがわかります」。
バーンズによれば、HYDROS 21センサーからの電気伝導率データも有用だという。以前は水位だけを測定していました。しかし、
しかし、HYDROS 21センサーに移行した利点のひとつは、手頃な価格とほぼリアルタイムの遠隔測定に加えて、導電率測定です。導電率測定は、私たちが分析するデータの新たな一面を追加してくれました。特に、プローブが乾いている（水がまったく入っていない）かどうか、あるいは雨量計では検出されないようなまばらで局地的な雨などで、流量が多い場合に導電率に変化が見られるかどうかを確認するのに役立つ。これは、雨水排水路への流入が地下水か水道水かを理解するための、もうひとつのデータポイントなのです」。
教訓
メッシーナによれば、プロジェクトの過程で、雨水排水管の流量を測定することは、当初考えられていたよりも複雑であることがわかったという。低流量』プロジェクトといっても、低流量ではない雨水管もあります。消火栓が壊れたり、誰かがプールの水を抜いたりすると、流れが大きく変わります。堰には推奨流量目標範囲があり、低流量用に設計された堰もあれば、高流量用に設計された堰もあるため、このような幅広い流量が問題となります。HYDROS 21レベルセンサーは、私たちが堰の後ろで測定している水位の広い範囲に対応することができます。さらに、私たちは密閉されたシステムで流量を測定していると誰もが思っている。しかし、水の出入りするパイプには多くの亀裂があることが判明した。また、既存の地図には記載されていない、建設されたインフラによって流量測定が複雑になるケースもある。ある住宅プロジェクトでは、自然の小川を雨水排水路に導き、開発地内を流れる水を管理する最も簡単な場所としているかもしれない。つまり、私たちは自然と人間が作り出したシステムをミックスして測定しているのであり、それは私たちが当初考えていたよりもはるかに複雑なのである。
メッシーナは、流量データと乾季の流量ソースを理解することは複雑であると付け加えた。交絡因子があります。たとえば、その年に雨が多かったり少なかったりした場合、地下水位が流量に影響を及ぼしているのでしょうか？また、絶対的な差が小さい場合、相対的な差（またはパーセントの差）が非常に大きくなることがあります。例えば、ある地点で流量が1日0.1ガロンから0.2ガロンになった場合、100％の差になります。一見大きなパーセントの変化があるからといって、サンディエゴ郡がリソースを投じてまで取り組む必要のあることではないかもしれない。"
プログラムの成功
サンディエゴ郡の水質改善プログラム全般の成功について、バーンズは言う。「私たちは、彼らが扱っている複雑な問題をうまく説明できたと思います。そして役に立っていると思います」。流量データは、過灌漑を抑制するための植生緩衝地の追加や乾燥に強い造園への転換など、ベスト・マネージメント・プラクティスを導入するよう関係者を説得するために使用された。翌年収集された流量データは、これらの取り組みが下流の雨水排水路の流量を減少させることに成功したことを示している（Wisniewska and Messina, 2019）。
プロジェクトの将来
MS4許可における雨水以外の削減要件は、WQIP目標の達成度を評価するために、地域共同許可委員会に対し、教育とアウトリーチに従事し、MS4の流量を監視することを引き続き求めている。流量のモニタリングについては、地域の関係者が同様のアプローチをとることが有益であるが、採用できる方法は多様である。この論文では、低流量モニタリングの課題の多くと、METERHYDROS 21 センサーとcloud に接続されたデータロガーを備えたカスタム堰を使用した正確なアプローチについて簡単に説明します。ほぼリアルタイムのデータの主な利点の一つは、データの異常を確認し、迅速に対応できることである。
METER では、ZENTRA Cloud の機能は、サンディエゴ郡やWoodのようなグループとの実際のプロジェクトコラボレーションを通して継続的に改善されています。将来的な改良点としては、レベルだけでなくリアルタイムの流量値を見るための一次流量デバイスのプログラミング、様々なパラメータの組み合わせに対応する複数のアラームしきい値、グループや個人へのSMSやEメール通知などがあります。通知によって、チームは環境条件に非常に敏感に反応できるようになり、理想的には、流出源を観察し、タイムリーに改善する能力を向上させることができる。各機関が困難で往々にして儚い流出源を追い求め続ける一方で、信頼性の高いデータへの迅速で手頃な、使いやすいアクセスを持つことは、流出削減目標を達成するための重要な味方となる。
参考文献
バーンズ ジェレミー2019.「How Accurate are My Flow Data?コンプライアンス評価の信頼性を評価するための水位センサー評価」California Stormwater Quality Association (CASQA) Annual Conference.2019年10月。(プレゼンテーションリンク)
Wisniewska, Joanna, and Messina, Alex.2019 "Flow Source Forensics：乾季の流出源を特定し定量化するための複数の証拠ラインの使用」。CASQA）年次会議。2019年10月。(プレゼンテーションリンク)
注釈
*命令番号 R9-2013-0001, as Amended by Order No.サンディエゴ地域内の流域を排水する市町村分離暴風雨下水道システム（MS4）からの排水に対する国家汚染物質 排出除去システム（NPDES）許可および廃棄物排出要件。
**MS4許可の乾燥天候の定義は、「過去72時間に測定可能な降水量（0.1インチ以上）がなければ、天候は乾燥しているとみなされる」である。
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