雨水の収集

雨水収集（RWH）は、雨水を流すのではなく、収集して貯蔵することです。雨水は屋根のような表面から収集され、タンク、貯水槽、深いピット（井戸、立坑、またはボーリング孔）、帯水層、または浸透のある貯水池にリダイレクトされ、浸透して地下水を回復します。雨水収集は、流出水が通常屋根やその他のエリアの表面から収集され、貯蔵されて後で再利用される点で、雨水収集とは異なります。 ^{[2] ：10}その用途には、庭や家畜への散水、^[3]灌漑、適切な処理を行えば家庭用、家庭用暖房などがあります。収集された水は、長期貯蔵や地下水涵養にも使用できます。^[4]

雨水利用は、南アジアやその他の国々で何千年も前から利用されてきた、家庭向けの水の自給自足のための最もシンプルで古い方法の一つです。 ^[5]雨水利用の設備は、家庭、近隣地域、コミュニティなど、さまざまな規模に合わせて設計することができ、学校、病院、その他の公共施設などの機関にも利用できます。^[6]

屋上での雨水収集は、飲料水、生活用水、家畜用水、小規模灌漑用水、および地下水位の補充手段として使用されます。

ケニアでは、すでにトイレ、洗濯、灌漑用に雨水の収集に成功しています。2016年に水法が制定されて以来、ケニアは農業の規制を優先してきました。^{[9]さらに、オーストラリアの地域では、収集した雨水を調理や飲料に使用しています。 [10]}インドでのRWHの実現可能性に関するスタウトらの研究では、農産物の販売による収入をもたらす小規模灌漑と地下水の涵養に最も有益であることがわかりました。^[10]

都市農業に関しては、都市部での雨水収集は、流出や洪水の影響を軽減します。都市の「緑化」屋上と雨水集水池を組み合わせると、建物の温度が 1.3 度以上低下することがわかっています。都市農業と組み合わせた雨水収集は、よりクリーンで持続可能な都市、健康と福祉、食料と水の安全保障(持続可能な開発目標 6 ) に関する国連の持続可能な開発目標の達成に役立つ実行可能な方法となります。この技術は利用可能ですが、特に都市環境で水をより効率的に使用するには改造する必要があります。

カリブ海諸国5カ国への調査では、雨水の流出を捕集して後で使用するために貯蔵することで、土壌や水の不足により年間の収穫の一部または全部を失うリスクを大幅に減らすことができることがわかった。さらに、雨量の多い季節の洪水や土壌浸食に関連するリスクも減少する。小規模農家、特に丘陵地で農業を営む農家は、流出水を捕集して土壌浸食の影響を減らすことができるため、雨水の収集から最も恩恵を受けることができる。^[11]

多くの国、特に乾燥地帯の国々では、安価で信頼できる浄水源として雨水利用が行われている。^{[12]乾燥地帯での}灌漑を強化するため、丘や斜面から雨水が流れ落ちるのを防ぐため、畝（うね）を造る。降雨量の少ない時期でも、作物を育てるのに十分な水が集まる。^[13]屋根から水を集めたり、大量の雨水を貯められるダムや池を造ったりすることで、雨がほとんど降らない日でも作物の灌漑に十分な水を確保できる。

フランクフルト空港にはドイツ最大の雨水収集システムがあり、年間約100万立方メートルの水を節約しています。1993年のシステムの費用は150万dm（63,000米ドル）でした。このシステムは、面積26,800平方メートルの新しいターミナルの屋根から水を集めます。水は空港の地下にある6つのタンクに集められ、100立方メートルの容量があります。水は主にトイレの洗浄、植物への水やり、空調システムの清掃に使用されます。^[14]

ロンドンオリンピックパークであるヴェロドロームでは、施設の持続可能性を高めるために雨水収集が導入されました。公園の飲料水需要は73％減少すると推定されました。それにもかかわらず、雨水収集は公園の汚水リサイクルプログラムよりも持続可能性を高めるための資金資源の効率的な使用ではないと判断されました。^[15]

従来、貯留池を使用した雨水管理は単一の目的しか果たしていませんでした。しかし、最適化されたリアルタイム制御により、このインフラは既存の貯留能力を損なうことなく雨水収集源としても機能することができます。^{[16]これは、} EPA本部で雨水が発生する前に貯留水を排出するために使用されており、雨天時の水の流れを減らしながら、後で再利用するための水の可用性を確保しています。これにより、放出される水質が向上し、合流式下水道のオーバーフロー時に放出される水量が減少するという利点があります。^{[17] [18]}

一般的に、チェックダムは、表層水が下層土層に浸透するのを促進するために、河川を横切って建設されます。チェックダムの貯水域の水浸透は、下層土層を緩め、 露天掘りで使用されるANFO爆薬を使用することで、人工的に何倍にも高めることができます。こうすることで、利用可能な表層水を十分に利用して、乾季に 地元の帯水層を迅速に補充することができます。

雨水収集システムは、最小限のスキルで設置できるシステムから、高度なセットアップと設置を必要とする自動システムまで、複雑さの度合いはさまざまです。基本的な雨水収集システムは、建物のテラスからのすべての排水口がパイプを介して水を貯蔵する地下タンクに接続されているため、技術的な仕事というよりも配管工事に近いものです。このようなシステムには、プレフィルター (ボルテックスフィルターなど)、排水溝/側溝、貯蔵容器、またシステムが加圧されているかどうかに応じてポンプ、および UV ライト、塩素処理装置、後濾過装置などの処理装置など、一般的なコンポーネントが設置されています。

システムは、毎日の水消費量を支えるのに十分な大きさでなければならないため、乾季を通じて水需要を満たすのに理想的なサイズです。具体的には、建物の屋根などの雨水を捕集するエリアは、十分な水の流れを維持できる大きさでなければなりません。貯水タンクのサイズは、捕集した水を収容できる大きさでなければなりません。ローテク システムの場合、雨水を捕集するために、屋上システム、地表水の捕集、すでに地中に浸透した雨水や貯水池に捕集された雨水を汲み上げてタンク (貯水槽) に貯蔵するなど、多くのローテク方法が使用されています。

人口密集地の近くでは良質な水資源が不足し、消費者にとってコストがかかっています。太陽光や風力エネルギーに加え、雨水はあらゆる土地にとって主要な再生可能資源です。世界中の広大な地域が毎年太陽光発電パネルで覆われています。また、太陽光パネルは、パネルに降る雨水のほとんどを収集するために使用でき、雨水の塩分濃度が非常に低いため、簡単なろ過と消毒プロセスで、細菌や浮遊物質のない飲料水を生成することができます。^{[19] [20] [21]}雨水をボトル入りの飲料水などの付加価値製品に利用することで、降雨量が多い地域や曇りの多い地域でも太陽光発電プラントを収益性の高いものにし、追加収入を生み出します。最近、インドでは、既存の井戸での費用対効果の高い雨水収集が地下水位の上昇に非常に効果的であることがわかりました。

Groasis Waterboxx は、乾燥地帯での植樹を支援するための低規模技術の一例です。雨水と露を収集します。

雨水収集は、地域の水制限時に独立した水供給を提供し、先進国では主供給を補うためによく使用されます。雨水収集は、干ばつが発生したときに水を供給し、低地の洪水を緩和するのに役立ち、井戸の需要を減らして地下水位を維持できるようにします。雨水収集は、乾燥したボーリング井戸と井戸の水位を上げることで、乾季の水の可用性を高めます。地表水供給はさまざまな目的で容易に利用できるため、地下水への依存が軽減されます。塩分を薄めることにより、土壌の質が向上します。汚染を引き起こさず、環境に優しいです。費用対効果が高く、簡単に手頃な価格です。雨水には塩分やその他の塩分がほとんど含まれていないため、飲料水の可用性にも役立ちます。都市の水道システムにおける雨水収集の応用は、給水システムにおける浄水の必要性を減らし、下水道システムで発生する雨水を減らし、^{[22]淡水域を汚染する雨水流出を減らすことにより、}給水サブシステムと廃水サブシステムの両方に大きな利益をもたらします。

雨水収集システムの導入によって環境への影響と節約できる費用のレベルを評価するために、ライフサイクルアセスメントとそのコスト計算方法の開発に重点を置いた研究が数多く行われてきました。^[21]

雨水収集は、水制限期間中に独立した水源を提供します。きれいな水が高価であったり、入手困難な地域では、雨水収集はきれいな水の重要な供給源です。先進国では、雨水は主水源ではなく補助水源として収集されることが多いですが、雨水収集により家庭の水道料金や全体的な使用量を削減することもできます。消費者が飲用前に追加の処理を行えば、雨水は安全に飲用できます。水を沸騰させると、細菌を殺すのに役立ちます。システムにファーストフラッシュダイバーターなどの別の補助を追加することも、水の汚染を防ぐための一般的な手順です。^[23]

干ばつが発生した場合、過去数か月間に集められた雨水を使用できます。雨が少なく、予測できない場合は、雨水収集システムの使用が、降ったときに雨を捕らえるために重要になります。乾燥地帯の多くの国では、雨水収集を安価で信頼できるきれいな水源として利用しています。乾燥地帯での灌漑を強化するために、土壌の尾根が構築され、雨水が丘を流れ落ちるのを防ぎます。降雨量が少ない時期でも、作物を育てるのに十分な水が収集されます。屋根から水を集めることができ、大量の雨水を貯めるタンクを構築できます。

さらに、雨水の収集により井戸からの水の需要が減少し、地下水位が枯渇するのではなくさらに維持されるようになります。

ライフサイクルアセスメントは、システムのライフサイクル全体を通じて環境への影響を評価するために使用される方法論です。Devkotaら^{[24] [25]は}、雨水収集のためのそのような方法論を開発し、建物の設計（寸法など）と機能（教育、住宅など）がシステムの環境性能に重要な役割を果たすことを発見しました。

雨水収集システムの機能パラメータに対処するために、需要と供給の比率（D/S）という新しい指標が開発されました。これは、トイレの水洗用雨水収集の環境パフォーマンスに関して、理想的な建物の設計（供給）と機能（需要）を特定するものです。雨水の供給は飲料水を節約するだけでなく、合流式下水道ネットワークに入る雨水（そのため処理が必要）も節約するという考えに基づき、建物が合流式下水道ネットワークに接続されている場合、個別下水道ネットワークに接続されている場合よりも環境排出量の節約が大きくなります。^[25]

標準的なRWHシステムは貧困に直面する開発途上地域に水源を提供することができますが、使用される技術の種類によってはRWH設置の平均コストが高額になる可能性があります。政府の援助とNGOは、RWH設備の開発と維持に必要な資材と教育を提供することで、貧困に直面するコミュニティを支援することができます。^[26]

いくつかの研究は、雨水収集が費用対効果が高く環境に優しいため、水不足やその他の多目的利用に対する広く適用可能な解決策であることを示している。^{[26] [27]}ダムなどの新しい大規模で集中型の給水システムを建設すると、地域の生態系にダメージを与えやすく、外部社会的コストが発生し、特に開発途上国や貧困地域ではその用途が限られている。一方、雨水収集システムの設置は、貧困地域であっても、洪水からの保護や水の流出の制御など、他のさまざまな利点を伴って、地域社会に持続可能な水源を提供することが多くの研究で検証されている。 ^{[26] [28]}大規模な建設や地域外の専門家による定期的なメンテナンスを必要としない雨水収集システムは、環境に優しく、より長い期間にわたって地元の人々に利益をもたらす可能性が高い。^[26]したがって、地元の人々が設置して維持できる雨水収集システムは、より多くの人々に受け入れられ、使用される可能性が高くなります。

現場技術の使用は、雨水収集への投資コストを削減することができます。雨水収集のための現場技術は、建設に必要な材料が少ないため、農村部にとって実現可能な選択肢となる可能性があります。農業生産の拡大に利用できる信頼性の高い水源を提供できます。地上タンクは家庭用に水を収集できますが、そのようなユニットは貧困層の人々には手が出ない場合があります。^[29]

雨水収集は、干ばつ特性を持つ国々で雨水を貯めるために広く使用されている方法です。いくつかの研究は、雨水収集に適した場所を選択するためのさまざまな基準と技術を導き出し、開発してきました。いくつかの研究では、ダムを建設する可能性のある適切な場所を特定して選択し、ArcMap 10.4.1 でモデルビルダーを導き出しました。モデルは、傾斜、流出の可能性、土地被覆/利用、河川の順序、土壌の質、水文学などのいくつかのパラメーターを組み合わせて、雨水収集に適した場所を判断しました。^[30]

中東などの乾燥した都市部では、降水量が平均以下の場合、RWHシステムから得られる水は最小限になることがあります。RWHは灌漑や生活用水として水を集めるため、発展途上地域では有用です。しかし、集められた水は安全な飲用水を確保するために適切にろ過する必要があります。^[31]

雨水は適切に分析し、安全性に適した方法で使用する必要があろう。例えば甘粛省では、飲料水として使用する前に、収集した雨水をパラボラ型ソーラークッカーで沸騰させて太陽熱による水の消毒を行っている。 ^[32]これらのいわゆる「適切な技術」方法は、飲料用に貯蔵した雨水を処理するための低コストの消毒オプションを提供する。

雨水自体はきれいな水源で、地下水や川や湖の水よりも良いことが多いが、^[33]収集と貯蔵の過程で水が汚染され、飲用に適さなくなる場合が多い。屋根から集めた雨水には、人、動物、鳥の排泄物、コケや地衣類、風で運ばれたほこり、都市汚染による微粒子、農薬、海からの無機イオン（ Ca、Mg、Na、K、Cl、SO4）、溶存ガス（CO2、NOx、SOx ）が含まれている可能_{性がある。ヨーロッパでは雨水に高濃度の農薬が含まれていることが分かっており、}最も濃度が高いのは乾期直後の最初の雨である。^[34]これらの汚染物質やその他の汚染物質の濃度は、流出水の最初の流れを廃棄物に転用することで大幅に低下する。浮遊式排水機構（タンクの底からではなく）を使用したり、複数のタンクを使い最後のタンクから取水したりすることで、水質を改善することもできる。前濾過は、システムを健全に保ち、タンクに入る水に大きな沈殿物がないことを確認するために業界で一般的に使用されている方法です。

雨水を収集し、太陽エネルギーで浄化して農村部の家庭の飲料水として使用するというコンセプトが、ニムブカル農業研究所によって開発されました。^[35]

概念的には、給水システムは水質を最終使用者と一致させる必要があります。しかし、先進国のほとんどでは、すべての最終用途に高品質の飲料水が使用されています。このアプローチは、お金とエネルギーを無駄にし、環境に不必要な影響を与えます。予備的なろ過手段を経た雨水を、トイレの水洗、灌漑、洗濯などの飲料水以外の用途に供給することは、持続可能な水管理戦略の重要な部分となる可能性があります。

雨水貯水槽は病原体を運ぶ蚊の生息地にもなります。そのため、メスの蚊が貯水槽に近寄って卵を産まないように注意する必要があります。また、魚を食べる幼虫を貯水槽に追加したり、化学的に処理したりすることもできます。

雨水収集は、多くのカナダ人が日常生活に取り入れている手順になりつつあるが、データでは実施状況の正確な数字は示されていない。^[36] 雨水は、雨水削減、灌漑、洗濯、ポータブルトイレなど、さまざまな目的に使用できます。 ^[37]低コストに加えて、雨水収集は景観灌漑にも役立ちます。多くのカナダ人が、雨水削減、灌漑、洗濯、トイレの配管に使用するために、雨水収集システムの導入を開始しています。収集した雨水の権利と使用を規制するための州および市の法律が制定されています。2000年代半ば以降、カナダの法律が大幅に改正されたため、農業、工業、住宅でのこの技術の使用が増加しましたが、多くの州で法律の間に曖昧さが残っています。条例や地方自治体の規則で雨水収集が規制されることが多い。

カナダでは、雨水収集に関する教育、技術、設置を提供する複数の組織や企業が設立されています。これには、カナダ雨水管理協会（CANARM）^{[38] 、} カナダ住宅金融公社（CMHC）、クリーンフローウォーターテクノロジーズ^[39]が含まれます。CANARMは、雨水収集業界に参入する人々に対する教育、トレーニング、意識の普及を優先する協会です。^[38]

近年、都市部での雨水の収集が注目を集めているが、インドの農村部では古代から雨水の収集が行われていたことを示す証拠がある。

• ウガンダ：ウガンダでは、家庭やコミュニティ規模の水の安全保障を促進するために、長年にわたり雨水貯留が利用されてきました。既存の施設では定期的なメンテナンスが課題となっており、メンテナンス不足により失敗した施設の例も数多くあります。また、調査により、雨水貯留に関する認識や雨水貯留を実施するために必要なリソースへのアクセス方法がウガンダ社会全体で異なることがわかっています。^[1]
• タイでは、農村部の人口のうち雨水収集に頼る人の割合が最も高く（現在約40％）なっています。^[52]雨水収集は1980年代に政府によって積極的に推進されました。1990年代に集水タンクへの政府資金が枯渇した後、民間部門が介入し、数百万個のタンクを一般家庭に提供しました。その多くは今でも使用されています。^{[53]これは、世界最大の}水の自給自足の例の1つです。
• バミューダでは、法律により、すべての新築建築物には居住者に十分な量の雨水を集めることが義務付けられています。^[54]
• ニュージーランドは西部と南部に降雨量が豊富で、多くの地方自治体の奨励により、屋根からの雨水を1000リットルの貯水タンクに注ぎ込むことで雨水を集めることが多くの農村地域で一般的に行われています。^[55]
• スリランカでは、雨水収集は農業用水や農村部の家庭での飲料水を得るための一般的な方法である。雨水収集を促進する法律は、2007年都市開発庁（改正）法第36号によって制定された。^[56]スリランカ雨水収集フォーラムはスリランカの取り組みを主導している。^[57]タンクカスケードシステムはスリランカ島全体に広がる古代の灌漑システムである。

雨水を貯める貯水槽の建設と使用は新石器時代にまで遡ることができます。当時、防水性のある石灰漆喰の貯水槽がレバントの村落の家の床に建てられました。レバントはタウルス山脈の南、西は地中海、南はアラビア砂漠、東はメソポタミアに囲まれた南西アジアの広大な地域です。紀元前4000年後半^{[説明が必要]までに、貯水槽は}乾燥地農業で使用される新しい水管理技術の重要な要素でした。^[58]

エルサレムの一部と、現在のイスラエル/パレスチナの全域で、古代の貯水槽が数多く発見されている。聖書に登場するアイ（キルベト・エト・テル）の遺跡と一部で考えられている場所では、紀元前2500年頃の、容量が約1,700 m ³ (60,000 立方フィート) の大きな貯水槽が発見された。この貯水槽は堅い岩を彫り出して造られ、大きな石で裏打ちされ、水漏れを防ぐために粘土で密閉されていた。^[58]

ギリシャのクレタ島は、紀元前2600年から紀元前1100年のミノア文明時代に、雨水の収集と貯蔵のために大きな貯水槽を使用していたことでも知られています。ミルトス・ピルゴス、アルカネス、ザクロアチの4つの大きな貯水槽が発見されています。ミルトス・ピルゴスで発見された貯水槽は、容量が80 m ³ (2,800 cu ft)以上あり、紀元前1700年に遡ることがわかりました。^[58]

紀元前300年頃、バロチスタン（現在のパキスタン、アフガニスタン、イランにある）とインドのカッチの農村では、農業やその他の多くの用途に雨水の収集を行っていました。 ^{[59]雨水の収集は}チョーラ朝の王たちも行っていました。^[60]ブリハディーシュワラ寺院（インド、タンジャヴール、バラガナパティナガルにある）の雨水はシヴァガンガ貯水池に集められました。^[61]後期チョーラ朝には、飲料水や灌漑用の水を貯めるために、タミル・ナードゥ州のクダルール地区にヴィラナム貯水池が建設されました（1011年から1037年） 。ヴィラナムは長さ16kmの貯水池で、貯水容量は1,465,000,000立方フィート（41,500,000 m3 ^）です。

雨水の収集はローマ帝国でも一般的でした。^[62]ローマの水道橋はよく知られていますが、ローマの貯水槽もよく使用され、その建設はローマ帝国とともに拡大しました。^[58]たとえば、ポンペイでは、紀元前1世紀の水道橋建設以前は屋上に貯水池を置くのが一般的でした。 ^[63]この歴史はビザンチン帝国にも引き継がれ、たとえばイスタンブールのバシリカ・シスタンがそうです。

あまり知られていないが、ヴェネツィアの町は何世紀にもわたって雨水の収集に依存していた。ヴェネツィアを取り囲む潟湖は汽水で、飲用には適さない。ヴェネツィアの古代の住民は、人工の断熱集水井戸をベースにした雨水収集システムを確立した。^[64]水は特別に設計された石の床を浸透し、砂の層で濾過され、井戸の底に集められた。後に、ヴェネツィアが本土の領土を獲得すると、地元の川から船で水を輸入し始めた。それでも、井戸は使用され続け、敵が本土の水へのアクセスを遮断できる戦時には特に重要だった。

ウィキバーシティには雨水収集に関する学習リソースがあります