都市流出水

都市流出水は、都市化によって生じた雨水、景観灌漑、洗車^[1]の表面流出です。土地開発の過程で不浸透性表面(道路、駐車場、歩道) が構築されます。雨、嵐、その他の降水事象の際、これらの表面 (アスファルトやコンクリートなどの材料で構築) は、屋根とともに、汚染された雨水を土壌に浸透させる代わりに雨水排水溝に流します。^{[2]これにより、}地下水位が低下し(地下水の涵養が減少するため)、表面に残る水の量が増えるため洪水が発生します。^{[3] [4]}ほとんどの自治体の雨水下水道システムは、未処理の雨水を小川、川、湾に排出します。この余分な水は、地下室の逆流や建物の壁や床からの浸透によって人々の所有物に流れ込む可能性もあります。

都市部の流出水は、世界中の都市コミュニティにおける 都市洪水や水質汚染の主な原因となる可能性があります。

都市部の不浸透性表面から流れる水は、道路や駐車場からガソリン、エンジンオイル、重金属、ゴミ、その他の汚染物質を拾い、芝生からは肥料や農薬を拾いやすい。道路や駐車場は、ガソリンやその他の化石燃料の燃焼の副産物として生成される多環芳香族炭化水素（PAH）や、重金属のニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、鉛の主要な発生源である。屋根からの流出水は、高レベルの合成有機化合物と亜鉛（亜鉛メッキの雨どいから）を供給している。住宅の芝生、公園、ゴルフコースでの肥料の使用は、肥料が不適切に散布された場合、または芝生に肥料が多すぎる場合に、都市流出水における硝酸塩とリンの測定可能な発生源となる。 ^{[3] [5]}

土壌の浸食や建設現場の整備不良は、流出水の沈殿増加につながることが多い。沈殿物は水域の底に沈むことが多く、水質に直接影響を与える可能性がある。水域の沈殿物レベルが高すぎると、土壌に含まれる高レベルの栄養素を通じて感染症や病気のリスクが高まる可能性がある。これらの高レベルの栄養素は酸素を減少させ、藻類の成長を促進する一方で、在来植物の成長を制限し、水生生態系を乱す可能性がある。沈殿物と浮遊物質のレベルが高すぎると、既存のインフラに損害を与える可能性もある。沈殿物は地下注入システムを詰まらせ、表面流出を増加させる可能性がある。沈殿レベルの上昇は、貯水池の後ろの貯水量を減少させる可能性もある。この貯水池容量の減少は、公有地管理機関の費用増加につながる可能性があり、水レクリエーションエリアの品質にも影響を与える。^[6]

流出水は海洋生物における毒素の生物蓄積や生物濃縮を引き起こすこともあります。流出水によって少量の重金属が海洋に運ばれ、水生動物の体内に蓄積して金属中毒を引き起こす可能性があります。この重金属中毒は人間にも影響を及ぼします。なぜなら、毒を盛られた動物を摂取すると重金属中毒のリスクが高まるからです。^{[7] [8]}

雨水が雨水排水溝や表層水に流れ込むと、受水域に排出される自然堆積物の量は減少しますが、水の流れと速度は増加します。実際、典型的な都市の不浸透性被覆は、同じサイズの典型的な森林の5倍の流出を生み出します。^{[9] [説明が必要]}

スプリンクラーによる灌漑で水が過剰に供給されると、低水量時に流出水が受水域に達する可能性があります。 ^[10]流出水は蓄積された汚染物質を異常に低い希釈率で小川に運び、地域の降雨事象中に見られるよりも高い汚染物質濃度を引き起こします。^[11]

都市流出水は、都市洪水の主な原因です。都市洪水とは、雨水下水道などの排水システムの能力を超える降雨によって、建物が密集した環境で土地や財産が浸水することです。 ^{[12]都市洪水は、}突発的な洪水、高潮、堤防の氾濫、雪解けなどの事象によって引き起こされ、氾濫原内や水域の近くになくても、コミュニティに繰り返し、コストのかかる体系的な影響を及ぼすことが特徴です。 ^[13]

雨水が建物内に侵入する方法はいくつかあります。下水管、トイレ、シンクから建物内に逆流、建物の壁や床からの浸水、敷地内や公共の道路に水が溜まる、川や湖などの水域から水が溢れるなどです。建物に地下室がある場合、都市部の洪水が地下室浸水の主な原因です。^[要出典]

都市からの流出水は水質問題の一因となっている。2009年、米国国立研究評議会は都市の雨水の影響に関する包括的な報告書を発表し、それが米国全土の多くの流域で依然として主要な汚染源となっていると述べた。^{[14] : vii}この報告書は、「…より拡散した汚染源の典型である土地利用の変化に対処しなければ、水質はさらに悪化する可能性が高い…これには、雨天時に監視が困難な汚染物質が発生する、土地を撹乱する農業、林業、都市、産業、建設活動が含まれる。これらの景観からの汚染は、全国の水域と水生生態系の回復に対する最も差し迫った課題としてほぼ普遍的に認識されている。」と説明している。^{[14] : 24}

流出水は川の水温も上昇させ、魚や他の生物に害を及ぼします。（暴風雨による突然の流出は、魚を死滅させるほどの熱湯ショックを引き起こす可能性があります。）また、歩道や道路の雪を溶かすために使用される道路塩は、川や地下水帯水層を汚染する可能性があります。^[15]

都市流出水の最も顕著な影響の 1 つは、歴史的に乾期には水がほとんどまたはまったくなかった水路 (しばしば短命河川と呼ばれる) に対するものです。このような河川の周囲が都市化されると、その結果生じる流出水によって、年間を通じて不自然な水流が発生し、水路の植生、野生生物、川床が損傷します。都市流出水は、水に対する堆積物の歴史的比率に比べてほとんどまたはまったく堆積物を含まないため、川の水路を流れ下り、蛇行や砂州などの自然の特徴を破壊し、深刻な浸食を引き起こします。つまり、河口の堆積物量が増加し、上流の川床がひどく削られます。たとえば、水路の河口にある南カリフォルニアの多くのビーチでは、都市流出水がゴミ、汚染物質、過剰なシルト、その他の廃棄物を運び、中程度から深刻な健康被害を引き起こす可能性があります。

都市部の流出水には肥料や有機廃棄物が含まれることが多いため、この種の流出水の影響を受ける水路では富栄養化が頻繁に発生します。大雨の後、水路内の有機物は自然レベルに比べて比較的多く、藻類の繁殖を促し、すぐにほとんどの酸素を消費します。水中の自然発生的な酸素が枯渇すると、藻類は死に、その分解によってさらに富栄養化が進みます。これらの藻類の繁殖は、主に川の水たまりや、ダム、堰、一部の落差構造物の後ろの水たまりなど、水が止まっている場所で発生します。富栄養化は通常、魚類やその他の水生生物に致命的な影響を及ぼします。

川岸の浸食が進むと、洪水や財産被害を引き起こす可能性があります。長年にわたり、政府は都市部の川の浸食問題に対処するため、コンクリートや石材を使用した強化堤防や類似の制御構造物を建設して川を改造してきました。これらの硬い材料を使用すると、魚や他の動物の生息地が破壊されます。 ^[16]このようなプロジェクトは、洪水被害が発生した地域を安定させるかもしれませんが、多くの場合、問題を川の上流または下流のセグメントに移すだけです。^[17] 河川工学を参照してください。

汚染された都市流出水が人間に危害を加える方法は多岐にわたります。飲料水を汚染したり、食料源を破壊したり、病気のリスクがあるためにビーチの一部が閉鎖されたりします。大雨で雨水が溢れると、汚染された水が人々のレクリエーションや釣りの場である水路に影響を及ぼし、ビーチや水辺でのアクティビティが閉鎖されることがあります。これは、流出水によって水中の有害な細菌の増殖や無機化学物質による汚染が急増した可能性が高いためです。^[要出典]最も有害であると考えられる汚染物質はガソリンや石油の流出ですが、肥料や殺虫剤の影響は見落とされがちです。植物に水をやり、畑に灌漑を行うと、芝生や作物に使用された化学物質が地下水面に流れ込む可能性があります。これらの化学物質が導入された新しい環境は、在来植物、無脊椎動物、脊椎動物を殺すため、化学物質の存在によって被害を受けます。^[要出典]

都市流出水の効果的な制御には、雨水の速度と流れを減らすこと、および汚染物質の排出を減らすことが含まれます。地方自治体は、都市流出の影響を軽減するためにさまざまな雨水管理技術を使用しています。一部の国では水質汚染に対する最善の管理方法（BMP）と呼ばれるこれらの技術は、水量の制御に焦点を当てている場合もあれば、水質の改善に焦点を当てている場合もあります。また、両方の機能を実行するものもあります。^[18]

汚染防止対策には、低影響開発（LID）やグリーンインフラ技術（英国では持続可能な排水システム（SuDS） 、オーストラリアと中東では水に配慮した都市設計（WSUD）として知られている）があり、緑の屋根の設置や化学物質の取り扱いの改善（例：自動車燃料と油、肥料、農薬、道路凍結防止剤の管理）などがある。^{[9] [19]}流出軽減システムには、浸透盆、バイオリテンションシステム、人工湿地、貯留盆、および同様の装置が含まれる。^{[20] [21]}

都市流出水に対する効果的な解決策を提供するには、コミュニティのニーズと違いを考慮した適切な都市プログラムが必要になることがよくあります。都市の平均気温、降水量、地理的位置、空気中の汚染物質レベルなどの要因はすべて、都市流出水の汚染率に影響を及ぼし、管理に特有の課題をもたらします。都市化率、土地利用の傾向、不浸透性表面の建築材料の選択などの人的要因は、これらの問題を悪化させることがよくあります。

街路清掃プログラムなどの都市全体のメンテナンス戦略の実施も、都市流出水の質を改善する効果的な方法です。街路清掃用掃除機は、公共駐車場や道路によく見られる、流出水に流れ込むことが多いほこりや浮遊物質の粒子を収集します。^[22]

教育プログラムも都市流出水の管理に効果的なツールとなり得る。地元の企業や個人は、単に実践するだけで都市流出水の汚染を減らすのに重要な役割を果たすことができるが、規制について知らないことが多い。都市流出水と家庭用品の効果的な処分の重要性について建設的な議論をすることは、都市と地域経済へのコストを削減しながら環境に優しい慣行を促進するのに役立つ。^[23]

流出水による熱汚染は、バイオリテンションシステムや浸透盆地など、流出水を吸収したり地下水に流したりする雨水管理施設によって制御できます。バイオリテンション盆地は、水が受水河川に排出される前に太陽によって加熱される可能性があるため、温度を下げる効果が低い傾向があります。^{[18] ：p. 5–58}

雨水収集は、小川、峡谷、一時的な河川、その他の地上輸送からの流出水の収集を扱います。雨水収集プロジェクトには、敏感な水域への汚染された流出の削減、地下水の涵養の促進、トイレの水洗や灌漑などの飲料以外の用途など、複数の目的があることがよくあります。^[24]

• 農業廃水処理 - 栄養塩流出
• ファーストフラッシュ（暴風雨の最初の流出）
• 米国環境保護庁が実施する研究プロジェクト「全国都市流出プログラム」
• 非点源汚染
• 雨水の収集
• 表面流出 - 農業問題

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