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持続可能な排水システム（SuDS [ 1 ] SUDS [ 2 ] [ 3 ]または持続可能な都市排水システム[ 4 ]とも呼ばれる）は、現代の排水システムを自然の水プロセスに適合させることを目的とした一連の水管理手法であり、より大きなグリーンインフラ戦略の一部です。[ 5 ] SuDS の取り組みにより、都市排水システムは、高潮の溢流、土壌浸透、生物ろ過などの自然の水循環の要素とより適合するようになります。これらの取り組みは、人間の開発が自然の水循環に及ぼしてきた、または及ぼす可能性のある影響、特に地表流出と水質汚染の傾向を軽減することを目的としています。[ 6 ]
近年、都市開発が自然環境に与える影響についての理解が深まり、気候変動や持続可能性への関心が高まるにつれ、SuDS（持続可能な都市排水システム）が普及してきました。SuDSでは、都市排水システムを敷地内の自然排水システムにできるだけ効率的かつ迅速に統合するために、自然の特徴を模倣した人工構造物がよく用いられます。SUDSインフラは、ニューカッスル・アポン・タインのブルーグリーンシティ実証プロジェクトの重要な部分となっています。[ 7 ]
排水システムは、ミノア文明、インダス文明、ペルシャ文明、メソポタミア文明など、5,000年以上前の古代都市で発見されています。[ 8 ]これらの排水システムは、主に局所的な洪水や汚水による迷惑を軽減することに重点を置いていました。レンガや石の水路で作られた原始的なシステムが、何世紀にもわたって都市排水技術の限界でした。古代ローマの都市も、低地を過剰な降雨から守るために排水システムを採用していました。建設者が都市に真水を供給するために水道橋を建設し始めると、都市排水システムは、統一された都市水循環として初めて給水インフラに組み込まれました。[ 9 ]
西ヨーロッパでは近代的な排水システムが19世紀まで登場しなかったが、これらのシステムのほとんどは、急速な都市化に伴う下水問題に対処するために主に構築された。その一例がロンドンの下水道システムで、テムズ川の大規模な汚染に対処するために建設された。当時、テムズ川はロンドンの排水システムの主要な構成要素であり、人間の排泄物は人口密度の高い都市中心部に隣接する水域に集中していた。その結果、1854年のブロードストリートのコレラ流行や1858年の大悪臭として知られる出来事を含め、ロンドンの住民や国会議員を悩ませるいくつかの伝染病が発生した。[ 10 ]公衆衛生と生活の質への懸念からいくつかの取り組みが開始され、最終的にジョセフ・バザルゲットによって設計されたロンドンの近代的な下水道システムの創設につながった。[ 11 ]この新しいシステムは、水系病原体の脅威を軽減するために、廃水を水源からできるだけ遠くへ迂回させることを明確に目的としていました。それ以来、ほとんどの都市排水システムは、公衆衛生上の危機を防ぐという同様の目標を目指しています。
過去数十年の間に、気候変動と都市洪水がますます緊急の課題となるにつれて、環境の持続可能性のために特別に設計された排水システムが、学術界と実務界の両方でより普及してきました。英国で発生源制御を含む完全な管理トレインを利用した最初の持続可能な排水システムは、SuDS の専門家である Robert Bray Associates によって設計されたオックスフォード サービスモーターウェイ ステーションでした[ 12 ]元々 SUDS という用語は、持続可能な都市排水システムに対する英国のアプローチを説明するものでした。これらの開発は必ずしも「都市」エリアで行われるとは限らないため、混乱を避けるために、現在では SuDS の「都市」の部分は通常省略されています。他の国では、米国におけるベスト マネジメント プラクティス(BMP) や低影響開発[ 13 ] 、オーストラリアにおける水に敏感な都市設計(WSUD) [ 14 ] 、ニュージーランドにおける低影響都市設計開発 (LIUDD) [ 15 ]、日本における総合都市河川流域管理[ 14 ]など、異なる用語を使用して同様のアプローチが実施されています。
全米研究評議会の都市雨水管理に関する決定的な報告書では、都市排水システムは第二次世界大戦後に米国で始まったと述べられています。これらの構造は、水を都市の外に送るための単純な集水槽とパイプに基づいています。[ 16 ]都市雨水管理は、1970年代にランドスケープアーキテクトが低影響開発に重点を置き、浸透チャネルなどの手法を使用し始めたことで、より進化し始めました。[ 16 ]この時期と並行して、科学者たちは汚染を取り巻く他の雨水ハザードに関心を持ち始めました。全国都市流出プログラムなどの研究では、都市流出水には重金属、堆積物、病原体などの汚染物質が含まれており、これらはすべて水が不透水性の表面から流れ落ちる際に拾い上げる可能性があることが示されました。[ 17 ] 21世紀の初めに、流出水を発生源近くに浸透させるための雨水インフラが普及しました。これは、グリーンインフラという用語が作られたのとほぼ同時期です。[ 18 ]
従来の都市排水システムは、容量、瓦礫による損傷や詰まり、飲料水の汚染など、さまざまな要因によって制限されています。これらの問題の多くは、従来の排水システムを完全に迂回し、雨水をできるだけ早く自然の水源や河川に戻すことで、SuDSシステムによって解決されます。都市化の進展により、突然の雨の後、鉄砲水が増加するという問題が生じています。植生のある地域がコンクリート、アスファルト、または屋根付きの構造物に置き換えられ、不浸透性の表面になると、その地域は雨水を吸収する能力を失います。この雨は代わりに地表水排水システムに流れ込み、しばしばシステムに過負荷をかけ、洪水を引き起こします。
持続可能な排水システムの目標は、降雨を利用して特定の場所の水源を涵養することです。これらの水源は、多くの場合、地下水位、近隣の小川、湖、またはその他の同様の淡水源です。たとえば、敷地が未固結帯水層の上にある場合、SuDSは地表に降った雨をできるだけ早く地下帯水層に導くことを目指します。これを実現するために、SuDSはさまざまな透水性層を使用して、水が捕捉されたり、他の場所に流れたりしないようにします。これらの層には、多くの場合、土壌と植生が含まれますが、人工材料を使用することもできます。
SuDSソリューションのパラダイムは、管理が容易で、エネルギー投入がほとんどまたは全く必要なく（日光などの環境源を除く）、使用に耐え、環境的にも美的にも魅力的なシステムであるべきです。この種のシステムの例としては、盆地（雨が降っていないときはほとんど乾いている浅い景観の窪地）、レインガーデン（低木や草本植物を植えた浅い景観の窪地）、スウェール（通常は乾いている浅い幅広の溝）、フィルター排水路（砂利を詰めた溝）、バイオリテンション盆地（生育培地の下に砂利や砂のろ過層がある浅い窪地）、ヨシ原、その他、汚れた水を収集、貯蔵、ろ過し、野生生物の生息地を提供する湿地などがあります。
SuDS（持続可能な都市排水システム）に関するよくある誤解は、開発地の洪水被害を軽減するというものです。実際には、SuDSは、ある敷地の地表排水システムが他の敷地に及ぼす影響を軽減するように設計されています。例えば、下水道の氾濫は多くの場所で問題となっています。土地を舗装したり、建物を建てたりすると、鉄砲水が発生する可能性があります。これは、下水道に流入する水量が容量を超え、溢れ出すことで発生します。SuDSシステムは、敷地からの排水を最小限に抑えるか、あるいはなくすことで、その影響を軽減することを目的としています。つまり、すべての開発地にSuDSを導入すれば、都市部の下水道氾濫の問題は軽減されるという考え方です。従来の都市部の雨水排水システムとは異なり、SuDSは地下水の水質を保護し、向上させるのにも役立ちます。
SuDSは類似した構成要素や目標を持つシステムの集合体を表すため、SuDSと持続可能な都市開発を扱う他の用語との間には大きな重複がある。[ 19 ]以下は、SuDSシステムの構成要素として一般的に受け入れられている例である。
バイオスウェールは、雨水流出を集中させて流し、 同時にゴミや汚染物質を除去するように設計された水路です。バイオスウェールは、地下水の涵養、洪水や浸食の軽減、花粉媒介者にとって貴重な生息地の創出にも役立ちます。[ 20 ]
バイオスウェールは、一般的に植生、マルチング、または乾燥地帯に適した造園が施されています。[ 21 ]バイオスウェールは、緩やかな傾斜（6%未満）の側面を持つ溝状の排水路で構成されています。 [ 22 ] : 19バイオスウェールの設計は、水が溝にとどまる時間を安全に最大化することを目的としており、汚染物質、シルト、および破片の収集と除去に役立ちます。敷地の地形に応じて、バイオスウェールの水路は直線または蛇行する場合があります。雨水の浸透を増やすために、バイオスウェールに沿ってチェックダムが追加されることもよくあります。バイオスウェールの構成は、気候、降雨パターン、敷地の規模、予算、植生の適性など、さまざまな変数によって影響を受ける可能性があります。
雨水流出水から汚染物質を除去する効率と効果を最大限に高めるためには、バイオスウェールを適切に維持管理することが重要です。維持管理計画を立てることは重要なステップであり、目詰まりを防ぐためにフィルターや大きな石を設置することなどが含まれます。土壌検査、目視検査、機械的検査による年次メンテナンスも、バイオスウェールの健全性を維持するために不可欠です。
バイオスウェールは、道路沿いや駐車場周辺によく設置されます。これらの場所では、自動車の排気ガスなどの汚染物質が路面に堆積し、最初の雨（ファーストフラッシュ）によって洗い流されます。バイオスウェール、またはその他のタイプのバイオフィルターは、駐車場の縁に設置することで、雨水流出を捕捉・処理し、流域や雨水下水道に放流することができます。
透水性舗装面は、雨水が通過できる多孔質材料、または水が隙間を流れるように間隔を空けて配置された非多孔質ブロックのいずれかでできています。透水性舗装には、道路、駐車場、歩道用のさまざまな舗装技術も含まれます。透水性舗装面は、透水性コンクリート、多孔質アスファルト、舗装石、またはインターロッキング舗装材で構成されている場合があります。[ 23 ]コンクリートやアスファルトなどの従来の不透水性舗装材料とは異なり、透水性舗装システムでは、雨水が舗装を通して浸透し、下の骨材層や土壌に浸透します。透水性舗装システムは、表面流出を減らすだけでなく、浮遊固形物を捕捉して、雨水から汚染物質をろ過することもできます。[ 24 ]
透水性舗装は、自転車道、サービスレーンや緊急車両用通路、道路や空港の路肩、住宅地の歩道や私道など、軽車両交通のある道路、歩道、駐車場で一般的に使用されています。
人工湿地は、大量の雨水流入や流出が発生する地域に建設できます。浅い湿地を再現するように作られた湿地は、BMP として、バイオスウェールやレインガーデンよりも大きな規模で水を収集してろ過します。バイオスウェールとは異なり、人工湿地は、人工湿地内に人工的なメカニズムを設けるのではなく、自然の湿地のプロセスを再現するように設計されています。そのため、湿地の生態系 (土壌成分、水、植生、微生物、日光プロセスなど) が汚染物質を除去する主要なシステムとなります。[ 25 ]人工湿地の水は、機械化されたコンポーネントや明示的に設計されたコンポーネントを備えたシステムと比較して、ゆっくりとろ過される傾向があります。
湿地は、都市部や近隣地域からの大量の雨水流出を集中させるために利用できます。2012年、ロサンゼルス・メトロの旧バス車庫を改修して、人口密度の高い都心部にサウス・ロサンゼルス湿地公園が建設されました。[ 26 ]この公園は、周囲の地表面からの雨水流出と、市の既存の排水システムからの雨水溢流を捕捉するように設計されています。[ 27 ]
貯水池は、貯水池、湿式貯水池、または雨水管理池（SWMP）とも呼ばれ、周囲に植生があり、恒久的な水たまりが設計されている人工池です。 [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]雨水流出の管理、洪水防止、浸食防止、人工湿地としての役割、および隣接する水域の水質改善に使用されます。
これは、嵐の後に一時的に水を貯留するものの、最終的には下流の水域へ制御された速度で排水する貯水池（「乾池」とも呼ばれる）とは区別される。また、透水性の高い土壌を通して雨水を地下水に導くように設計された浸透池とも異なる。
湿地池は、水質改善、地下水涵養、洪水対策、景観改善、またはこれらの組み合わせのために頻繁に利用されます。時には、開発によって失われた森林やその他の自然プロセスの自然な吸収の代替として機能します。そのため、これらの構造物は近隣地域に溶け込むように設計され、アメニティとして見なされます。[ 31 ]
都市部では、不浸透性の表面（屋根、道路など）によって、雨水が雨水排水システムに流入するまでの時間が短縮されます。これを放置すると、下流で広範囲にわたる洪水が発生します。雨水調整池の役割は、この急激な雨水の流入を抑制し、ゆっくりと放出することです。この緩やかな放出により、下流の受水域における豪雨による洪水の規模と強度が緩和されます。また、雨水調整池は、上流での建設工事や道路への砂撒きなどによって雨水中に高濃度で含まれることが多い浮遊堆積物も回収します。
緑化屋根またはリビングルーフとは、建物の屋根の一部または全部が、防水膜の上に植えられた植物と栽培培地で覆われているものです。根止め層や排水層、灌漑システムなどの追加層が含まれる場合もあります。 [ 32 ]鉢植えの植物が維持されている屋上のコンテナガーデンは、一般的に真の緑化屋根とはみなされていませんが、これについては議論があります。屋上池は、雑排水を処理するために使用される緑化屋根の別の形態です。[ 33 ]緑化屋根は、植物、土壌、排水層、屋根のバリア、および灌漑システムで構成されます。[ 34 ]
屋上緑化は、雨水の吸収 、断熱、野生生物の生息地の創出[ 35 ]、より美しい景観を提供することで屋上周辺の人々のストレス軽減、都市の気温低下やヒートアイランド現象の緩和[ 36 ]など、建物にとって様々な目的を果たします。屋上緑化は、改修や再開発プロジェクトだけでなく、新築の建物にも適しており、小さなガレージから大規模な工業、商業、公共の建物まで設置できます[ 32 ] 。都市部や郊外の景観において、植物の自然な機能を効果的に利用して水をろ過し、空気を浄化します。[ 37 ]屋上緑化には 2 種類あります。集約型屋上緑化は、厚さが厚く、最小深さが 12.8 cm ( 5 + 1 ⁄ 16インチ) で、より多様な植物を支えることができますが、重く、より多くのメンテナンスが必要です。一方、広範型屋上緑化は、深さが2 ～ 12.7 cm ( 13 ⁄ 16～ 5インチ) と浅く、集約型屋上緑化よりも軽く、メンテナンスも最小限で済みます。[ 38 ]
グリーンルーフという用語は、クールルーフ、太陽熱コレクターや太陽光発電パネルを備えた屋根など、何らかのグリーンテクノロジーを使用する屋根を示すためにも使用されることがあります。グリーンルーフは、エコルーフ、オイコステゲ、植栽屋根、リビングルーフ、グリーンルーフ、VCP H [ 39 ] (水平植栽複合パーティション)とも呼ばれます。
レインガーデンは、雨水を集めることで雨水管理を行う方法の一つです。レインガーデンは、景観の中に浅く窪んだ場所で、屋根や舗装路から雨水を集め、雨水がゆっくりと地面に浸透するように低木や植物が植えられています。[ 40 ]レインガーデンは、雨水を捕捉し、汚染物質をろ過し、地下水を涵養することで、自然の景観機能を模倣しています。[ 41 ] 2008年に行われた研究では、レインガーデンと雨水プランターは都市部に簡単に組み込むことができ、干ばつの影響を最小限に抑え、雨水流出を助けることで街路を改善すると説明されています。雨水プランターは他の街路景観の間に簡単に設置でき、スペースが狭い場所に最適です。[ 42 ]
雨樋の分離は、屋根の雨樋を下水道システムから分離し、屋根からの雨水を透水性のある表面に誘導するグリーンインフラの一種です。[ 14 ]雨水を貯留したり、水を地面に浸透させたりするために使用できます。雨樋の分離は、合流式下水道システムのある都市で特に有益です。降雨量が多い場合、建物の雨樋は1分間に12ガロンの水を下水道システムに送り込むことがあり、地下室の逆流や下水道の溢水のリスクが高まります。[ 43 ]
グリーンインフラは、主に水の保持と水質という2つの方法で水路を清潔で健全に保ちます。さまざまなグリーンインフラ戦略は、雨水をその場で捕捉し、地中に浸透させて地下水を涵養したり、蒸発散によって大気に戻したり、造園などの別の目的に再利用したりすることで、流出を防ぎます。[ 44 ]また、雨水が他の水路に到達する量を減らし、汚染物質を除去することで水質も改善されます。植生と土壌は、吸着、ろ過、植物による吸収など、さまざまな方法で雨水から汚染物質を捕捉して除去するのに役立ちます。[ 45 ]これらのプロセスは、流出水に含まれる一般的な汚染物質の多くを分解または捕捉します。
気候変動が激化するにつれ、激しい嵐が頻繁に発生するようになり、洪水や下水道の溢水のリスクも高まっています。EPAによると、 100年に一度の洪水が発生する可能性のある氾濫原の平均面積は、今後10年間で45%増加する見込みです。[ 46 ]また、都市部の洪水は、不浸透性の表面への過剰な降雨によって引き起こされる深刻な問題であり、都市部の洪水は近隣地域を破壊する可能性があります。 [ 47 ]特にマイノリティや低所得者層の地域に影響を与え、喘息やカビによる病気などの健康問題を引き起こす可能性があります。グリーンインフラは、雨が下水道や水路に流れ込まないようにし、降った場所で雨水を捕捉することで、洪水のリスクを軽減し、コミュニティの気候変動に対する回復力を強化します。[ 48 ] [ 49 ]
都市部の大部分が不浸透性表面で覆われている場合、降雨量の半分以上が流出水となります。[ 50 ]グリーンインフラの取り組みは、雨水を捕捉して地下水供給源を補充したり、造園などの目的で利用したりすることで、流出水を削減します。グリーンインフラは、バイオスウェールなどの捕捉方法と浸透技術を使用することで、降雨の保全を促進します。屋根に降る雨の最大75パーセントを捕捉して他の目的に使用できます。[ 51 ]
暗くて熱い舗装が何マイルも続く都市は、自然の景観よりも高い速度で熱を吸収し、周囲の大気に放射します。[ 52 ]これは都市ヒートアイランド現象であり、気温の上昇を引き起こします。EPAは、人口100万人以上の都市の平均気温は、周辺地域よりも1.8～5.4 °F（1.0～3.0 °C）高くなる可能性があると推定しています。 [ 52 ]気温の上昇は、スモッグの増加により大気質を低下させます。ロサンゼルスでは、気温が1度上昇すると、大気中のスモッグが約3%増加します。[ 53 ]緑化屋根やその他の形態のグリーンインフラは、植生を利用することで大気質を改善し、スモッグを軽減するのに役立ちます。植物は冷却のための日陰を提供するだけでなく、二酸化炭素などの汚染物質を吸収し、蒸発と蒸散によって気温を下げるのに役立ちます。[ 54 ]
水質改善、気温低下、大気汚染の軽減により、グリーンインフラは公衆衛生に多くのメリットをもたらします。涼しくきれいな空気は、疲労や熱中症などの熱関連疾患や、喘息などの呼吸器疾患の軽減に役立ちます。[ 55 ]より清潔で健康的な水路は、汚染された水や魚介類による病気の減少にもつながります。緑豊かな地域は身体活動を促進し、精神的な健康を高める効果もあります。[ 55 ]
グリーンインフラは、従来型の水管理戦略よりも費用が安い場合が多い。フィラデルフィア市は、新しいグリーンインフラ計画の費用が25年間で12億ドルであるのに対し、従来のインフラでは60億ドルかかると試算した。[ 56 ]グリーンインフラの導入費用は、排水対策として雨水庭園を造成する方が、トンネルを掘ってパイプを設置するよりも費用が安い場合が多い。しかし、費用が安くない場合でも、グリーンインフラは長期的に良い効果をもたらす。グリーンルーフは通常の屋根の2倍長持ちし、透水性舗装の維持管理費が低いため、長期的に見て良い投資となる。[ 57 ]アイオワ州のウェストユニオン町は、従来のアスファルトの代わりに透水性舗装を使用することで、駐車場1か所の耐用年数で250万ドル節約できると判断した。[ 58 ]グリーンインフラは、飲料水として河川や湖から取水される水の水質も改善し、浄化や処理にかかる費用を削減し、場合によっては25%以上削減できる。[ 59 ]また、屋上緑化は暖房費と冷房費を削減し、最大 15 パーセントのエネルギー節約につながります。[ 60 ]
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