暗渠

暗渠は、障害物を通り抜けたり、地下水路に水を流す構造物です。通常、暗渠は土に囲まれるように埋め込まれ、パイプ、鉄筋コンクリート、またはその他の材料で作られます。英国では、この言葉は人工的に埋められたより長い水路を指すこともあります。^[1]

暗渠は、道路脇の溝の排水を緩和するための横断排水路として、また自然排水路や小川の交差点で道路の下に水を通すためによく使用されます。道路の下に設置されている場合、空になっていることがよくあります。暗渠は、水が十分に通過できるようにしながら、車両や歩行者が水路を横断できるように設計された橋のような構造である場合もあります。乾式暗渠は、消火栓を道路自体に設置する必要や危険がなく、高速道路沿いの消火活動を容易にするために、防音壁の下に消防ホースを導くために使用されます。

暗渠には、円形、楕円形、平底、開口底、洋ナシ形、箱型など、さまざまなサイズと形状があります。暗渠の種類と形状の選択は、水力性能の要件、上流水面の高さの制限、道路の盛土の高さなど、いくつかの要因に基づいています。^[2]

暗渠を撤去して屋外の水路を復元するプロセスは、デイライトニングとして知られています。英国では、この方法はデカルバーティングとしても知られています。^[3]

暗渠は、現場打ちコンクリートまたはプレキャストコンクリート（鉄筋または非鉄筋）、亜鉛メッキ鋼、アルミニウム、またはプラスチック（通常は高密度ポリエチレン）など、さまざまな材料で構築できます。 2 つ以上の材料を組み合わせて複合構造を形成することもできます。 たとえば、底が開いた波形鋼板構造は、多くの場合、コンクリート基礎の上に構築されます。

暗渠の建設や設置は、通常、その場所の土壌、川岸、川床の乱れを招き、暗渠構造に隣接する川岸の洗掘穴や陥没などの望ましくない問題の発生につながる可能性がある。 ^{[2] [4]}

暗渠は適切なサイズで設置し、浸食や洗掘から保護する必要があります。連邦道路管理局、土地管理局^[5]、環境保護庁[ ^6]などの多くの米国政府機関や州や地方自治体^[4]は、暗渠が適切に機能し、破損しないように保護するために、連邦、州、または地方の特定の規制やガイドラインを満たすように設計およびエンジニアリングすることを要求しています。

暗渠は、荷重容量、水流量、耐用年数、敷設および埋め戻しの設置要件などの基準によって分類されます。^[2]ほとんどの機関は、暗渠の設計、エンジニアリング、仕様決定の際にこれらの基準を遵守しています。

暗渠の破損は、メンテナンス、環境、設置関連の破損、容量や容積に関連する機能的またはプロセス的な破損により暗渠の周囲や下部の土壌が浸食されること、構造的または材料的な破損により暗渠の破損が生じるなど、さまざまな理由で発生する可能性があります。^[7]

突然の破綻で壊滅的な場合は、負傷や死亡につながる可能性があります。突然の道路崩壊は、暗渠横断地点の設計や技術が不十分であったり、周囲の環境の予期せぬ変化によって設計パラメータが超過したりすることが原因であることが多いです。小さすぎる暗渠を通過する水は、時間の経過とともに周囲の土壌を削り取ります。このため、中規模の雨が降ると突然の破綻が発生することがあります。暗渠の破綻による事故は、暗渠のサイズが適切でなく、洪水によって暗渠が浸水したり、暗渠の上にある道路や鉄道が寸断されたりした場合にも発生することがあります。

破損することなく暗渠の機能が継続するには、荷重、水力流量、周囲の土壌分析、埋め戻しと敷き詰め、浸食防止などについて適切な設計と工学的配慮がなされている必要があります。暗渠周辺の埋め戻し支持が不適切に設計されていると、荷重支持が不十分なために材料が崩壊したり破損したりする可能性があります。^{[7] [2]}

劣化や構造的完全性の喪失を経験した既存の暗渠、または新しいコードや基準を満たす必要がある場合は、交換よりもリライニング パイプを使用した改修が望ましい場合があります。リライニング カルバートのサイズ設定には、新しい暗渠と同じ水力流量設計基準が使用されますが、リライニング カルバートは既存の暗渠またはホスト パイプに挿入されることを意図しているため、リライニングの設置には、浸透や土壌の移動を防止または軽減するために、ホスト パイプとリライニング パイプの表面の間の環状空間にグラウトを充填する必要があります (通常は低圧縮強度グラウトを使用) 。グラウトは、ライナー、ホスト パイプ、土壌間の構造的接続を確立する手段としても機能します。充填する環状空間のサイズと、入口と出口の間のパイプの標高に応じて、複数の段階または「リフト」でグラウトを追加する必要がある場合があります。複数のリフトが必要な場合は、グラウト供給管、エアチューブの配置、使用するグラウトの種類、およびグラウトを注入またはポンプで送る場合は注入に必要な圧力を定義するグラウト充填計画が必要です。ライニング管の直径はホスト管よりも小さいため、断面積は小さくなります。ヘイゼン・ウィリアムズ摩擦係数C値がおよそ 140～150 の非常に滑らかな内面を持つライニング管を選択すると、減少した流路面積を相殺し、表面抵抗の減少によって水力流量を潜在的に増加させることができます。C 係数が高い管材の例としては、高密度ポリエチレン (150) やポリ塩化ビニル(140) などがあります。^[8]

安全で安定した川の横断は、野生動物の生息場所を確保し、川の健康を守ると同時に、費用のかかる浸食や構造物の損傷を減らすことができます。小さすぎたり、設置場所が適切でない暗渠は、水質や水生生物に問題を引き起こす可能性があります。設計の悪い暗渠は、洗掘や浸食によって水質を悪化させるだけでなく、上流と下流の生息地間の水生生物の移動を制限する可能性があります。設計の悪い横断構造物による 生息地の喪失で、魚がよく被害を受けます。

適切な水生生物の通過を可能にする暗渠は、魚、野生生物、および川内を通過する必要があるその他の水生生物の移動の障害を軽減します。また、設計が不十分な暗渠は、中規模から大規模の降雨時に堆積物や瓦礫で詰まりやすくなります。暗渠が川の水量を通過できない場合、水が道路の盛土から溢れる可能性があります。これにより、重大な浸食が発生し、最終的に暗渠が流される可能性があります。流された盛土材料は下流の他の構造物を詰まらせ、同様に崩壊させる可能性があります。また、作物や財産に損害を与える可能性もあります。適切なサイズの構造物とハードバンクの装甲は、この圧力を軽減するのに役立ちます。

暗渠式の交換は、河川の修復において広く行われている方法です。この方法の長期的な利点としては、壊滅的な崩壊のリスクの軽減と魚の通過の改善が挙げられます。最善の管理方法に従えば、水生生物への短期的な影響は最小限に抑えられます。^[9]

暗渠の排水能力は水文学的および水理工学的考慮から導かれるが、^[10]これによってしばしば樽内の流速が大きくなり、魚の通過を妨げる可能性がある。魚の通過に関して重要な暗渠パラメータは樽の寸法、特に長さ、断面形状、および傾斜である。暗渠の寸法、光条件、および流れの乱れに対する魚種の行動反応は、魚の遊泳能力および暗渠通過速度に影響を与える可能性がある。暗渠における魚の通過に最も関連する乱れ特性を突き止めるための簡単な技術的手段はないが、流れの乱れが魚の行動に重要な役割を果たすことは理解されている。^{[11] [12]}

遊泳する魚と渦構造との相互作用には、広範囲にわたる長さと時間のスケールが関係している。^{[13]最近の議論では、}二次流れ運動の役割、乱流スケールのスペクトルに関連した魚の寸法の考慮、そして魚がそれを利用できる場合の乱流構造の有益な役割が強調されている。^{[11] [14] [15] [16] [17] [18] [19]}

暗渠の魚道に関する現在の文献は、主に高速で泳ぐ魚種に焦点を当てていますが、いくつかの研究では、幼魚を含む小型魚のためのより良いガイドラインを主張しています。^[16]最後に、乱流類型をしっかりと理解することは、上流の魚道につながる水理構造物をうまく設計するための基本的な要件です。^[20]

オーストラリアのクイーンズランド州の沿岸平野では、雨期の集中豪雨により暗渠への負担が大きくなる。氾濫原の自然勾配は多くの場合非常に小さく、暗渠での落差（または水頭損失）はわずかしか許容されない。研究者らは、流入量が少なくエネルギー損失が最小の暗渠の設計手順を開発し、特許を取得した。^{[21] [22] [23]}

エネルギー損失が最小の暗渠または水路は、水頭損失を最小にするコンセプトで設計された構造です。アプローチ水路の流れは、水路幅が最小の流線型の入口からバレルに縮小され、流線型の出口で拡大されてから、最終的に下流の自然水路に放出されます。大きな形状損失を避けるために、入口と出口の両方を流線型にする必要があります。バレルのインバートは、排出能力を高めるために低く設定されることがよくあります。

エネルギー損失を最小にする暗渠の概念は、1960年代後半にビクトリア州の技術者とクイーンズランド大学の教授によって開発されました。 ^[24]ビクトリア州では数多くの小規模な構造物が設計・建設されましたが、いくつかの大規模な構造物はクイーンズランド州南東部で設計、テスト、建設されました。

林業においては、横断排水暗渠を適切に使用することで、林業作業を継続しながら水質を改善できます。^[要出典]

• 橋 – 物理的な障害物を渡るために建設された構造物
• クラッパー橋 – 大きな平らな石板で作られた橋
• 排水 – 土地から水を除去すること
• 魚道 – 魚が障害物を迂回して川を遡上できるようにする構造
• 低水位横断 – 低水位のときのみ通行可能な道路リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 下水道 – 汚水を輸送するための地下パイプ
• 排水溝 – 排水用の地下水路
• 地下河川 – 地表の全部または一部を流れる川

• オックスフォード英語辞典、ISBN 0-19-861212-5 
• 水生生物の通路のための暗渠設計。米国運輸省、連邦道路管理局

• 暗渠がサケに与える影響
• 暗渠ファクトシート
• 暗渠解析ツール
• 底なし暗渠の洗掘調査
• 魚道用暗渠 2010年7月25日アーカイブ - Wayback Machine
• 最小エネルギー損失油圧（MEL）
• 水力工学回覧
• 暗渠の使用、設置、サイズ設定 2017年8月11日アーカイブWayback Machine
• 暗渠の設計ガイドライン
• ボックスカルバートの上流魚道