送水施設

読み仮名

そうすいしせつ

英語表記

Water Transmission Facilities

概要

送水施設とは、浄水場などから配水池や他の供給先施設へ水を送るための施設である。主に送水管、送水ポンプ、弁類、計測・制御設備などで構成され、施設の配置や地形、必要な送水量に応じて適切な設備を組み合わせる。

送水には、水位差を利用する自然流下方式と、ポンプによって必要な水頭を与えるポンプ加圧方式がある。送水施設は、浄水処理された水を安定して供給先へ届ける役割を担い、その設計と運転管理には水理条件、設備の信頼性、水質の維持、事故時の対応などを総合的に考慮する必要がある。

1．送水施設とは

水道施設では、水源から取水した原水を浄水場などへ運ぶ工程を「導水」、浄水場などから配水池等へ水を送る工程を「送水」、配水施設から需要者へ水を供給する工程を「配水」という。

送水施設は、浄水場と配水池を結ぶ施設として設けられることが多い。ただし、浄水場と配水池が同一敷地内に設置される場合や、複数の配水池へ送水する場合、途中に送水ポンプ場や調整池を設ける場合など、水道システムによって構成は異なる。

また、浄水場から配水池を経由せず、直接配水系統へ水を供給する構成もある。ただし、送水管から直接配水すると、需要変動による送水圧力の変化や、配水側の事故が送水系統へ及ぼす影響などを考慮する必要がある。このため、施設の機能や運転条件を踏まえて慎重に計画する。

送水施設の役割は、水を移動させることだけではない。必要な送水量と水質を確保するとともに、配水池などの水位や運転条件に応じて、安定した送水を継続することが重要である。

2．送水施設の構成

送水施設は、送水管を中心に、必要に応じてポンプ設備、弁類、貯留施設、計測・制御設備などを組み合わせて構成される。

主な設備と役割を次に示す。

設備	主な役割
送水管	浄水場などから供給先へ水を輸送する
送水ポンプ	送水に必要な水頭を与える
送水ポンプ場	送水ポンプや関連する機械・電気設備を設置する
調整池など	送水量の調整や、施設条件に応じた一時貯留
制水弁	管路の遮断や系統の切替えに使用する
逆止弁	ポンプ停止時などの逆流を防止する
空気弁	管路内の空気の排出や必要な吸気を行う
排水設備	管路内の水を排出し、点検や維持管理に利用する
流量計・圧力計	送水量や管路圧力を測定する
水質計測設備	残留塩素、濁度などを測定する
監視・制御設備	設備の運転状態を監視し、必要な制御を行う

送水管には、送水量、管内圧力、土質、施工条件などに応じた管材や継手を使用する。管路の途中には、必要に応じて制水弁、空気弁、排水設備などを設け、運転や維持管理に対応できる構成とする。

送水ポンプは、自然流下だけでは必要な水量や圧力を確保できない場合などに設置する。ポンプ場には、ポンプ本体のほか、電動機、弁類、電気設備、計装設備などが配置される。ポンプの吐出側には、停止時の逆流を防止するための逆止弁などを設ける。

管路の凸部には、空気の滞留を防ぎ、充水時の排気や排水時の吸気などを行うため、必要に応じて空気弁を設置する。また、管路の低部には、点検や補修時などに管内水を排出するための排水設備を設ける。排水弁は通常閉とし、排水先や排水時の安全性を考慮して計画する。

調整池は、送水施設の途中などに設けられ、送水量の時間的な変動や施設間の水量を調整するために利用される。施設の目的や有効貯留容量によっては、事故時などに供給を継続するための水量確保にも利用される。

特に水道用水供給事業では、受水者側の需要変動や配水池の容量などを考慮し、必要な貯留容量を検討する。

また、送水施設では、必要に応じて残留塩素計、濁度計、採水設備などを設け、水質の変化を監視する。水質計測設備の設置位置や監視項目は、送水系統の構成や水質管理上の必要性に応じて決定する。

長距離送水や複数施設を結ぶ系統では、途中に調整池や中継ポンプ場を設ける場合がある。ただし、これらの設備が必要となる条件は施設ごとに異なり、すべての送水施設に同じ設備構成が必要となるわけではない。

3．送水方式

送水方式は、送水に必要なエネルギーをどのように確保するかによって、主に自然流下方式とポンプ加圧方式に分けられる。ポンプ加圧方式は、ポンプ圧送方式とも呼ばれる。

地形や施設の配置によっては、自然流下方式とポンプ加圧方式を組み合わせる併用方式が採用される場合もある。送水方式の選定では、送水元と送水先の水位関係、計画送水量、管路の立地条件、経済性、省エネルギー性などを総合的に比較する必要がある。

3.1 自然流下方式

自然流下方式は、送水元と送水先の水頭差を利用して水を送る方式である。両端が大気に開放された水槽である場合には、水面の標高差が送水に利用できる水頭となる。

水槽間を満管の管路で結び、定常流れが成立している場合、自由水面での流速が無視でき、途中にポンプなどによるエネルギーの授受がなければ、両水面の水位差は管路全体の損失水頭に相当する。

自然流下方式では、送水ポンプを常時運転する必要がないため、運転に必要な動力を抑えられる。また、停電による影響を受けにくく、運転管理が比較的容易である。

一方、送水できる流量は水頭差と管路の抵抗条件によって決まり、必要な送水量を確保できるか検討する必要がある。また、送水元と送水先の水位関係だけでなく、途中の管路標高と動水勾配線の関係にも注意する。

3.2 ポンプ加圧方式

ポンプ加圧方式は、ポンプによって水にエネルギーを与え、必要な送水量を確保する方式である。送水先の水位が高い場合や、自然流下だけでは必要な流量を確保できない場合などに用いられる。

ポンプの全揚程は、吸込側と吐出側の全水頭の差で表される。両端が大気に開放された水槽で、自由水面の流速が無視できる定常流れでは、必要な全揚程は次の関係で求められる。

必要全揚程 ＝ 送水先と送水元の水位差 ＋ 管路全体の損失水頭

ここでいう水位差は、送水先水位から送水元水位を差し引いた符号付きの値である。また、管路全体の損失水頭には、摩擦損失と局部損失を含む。

図2では、水頭関係を理解しやすくするため、吸込側の損失や管内の速度水頭などを省略している。実際のポンプの全揚程を求める際には、吸込側の損失も含め、送水系統全体の水理条件を考慮する必要がある。

この関係は、送水元と送水先の水槽がともに大気に開放されている場合の基本式である。加圧された水槽や管路を接続する場合などは、各地点の圧力水頭、速度水頭、位置水頭を含めて検討する必要がある。

ポンプ加圧方式では、送水量や送水先の水位が変化すると運転条件も変化する。ポンプの性能曲線と管路の抵抗特性を考慮し、必要な運転範囲を確保することが重要である。

3.3 併用方式

送水系統によっては、自然流下とポンプ加圧を組み合わせる方式が採用される。

例えば、浄水場から中継施設までを自然流下で送水し、その先をポンプで圧送する構成が考えられる。また、施設の運転条件や水位の変化に応じて、送水経路や運転方式を切り替える場合もある。

併用方式では、各区間の水理条件に加え、施設間の水位変化、圧力の変動、運転切替え時の影響などを考慮する必要がある。

4．送水施設の設計

送水施設の設計では、計画送水量を確保するとともに、管路内の圧力、設備の運転範囲、耐震性、維持管理性などを総合的に検討する。

4.1 計画送水量と管径

計画送水量は、原則として計画一日最大給水量を基準とし、水需要の将来動向や施設の運転条件などを考慮して設定する。複数の浄水場や配水池がある場合は、各送水系統の役割や施設間の水運用を踏まえ、それぞれの計画送水量を決定する。

送水管の管径は、計画送水量に対する流速や損失水頭、必要な圧力、経済性などを考慮して選定する。管径を小さくすると一般に流速と損失水頭が増加し、ポンプ加圧方式では必要な動力が大きくなる傾向がある。

一方、管径を大きくすると管路の建設費が増加する場合がある。そのため、初期費用と運転費用、維持管理性などを考慮した適切な管径を選定する必要がある。

また、計画年次以前の小流量運転や将来の需要変化についても考慮する。計画送水量に対して実際の送水量が小さい場合には、安定した送水を確保するため、必要に応じて流量や圧力を調整する設備を検討する。

4.2 水理条件と管路の縦断線形

送水管の水理計算では、送水量、管径、管路延長、管内面の粗さ、弁や曲管などの損失を考慮する。

管路内の圧力を評価する際には、動水勾配線と管路標高の関係が重要となる。動水勾配線は、位置水頭と圧力水頭の和を表す線であり、その高さと管中心などの評価地点の標高との差から圧力水頭を把握できる。

送水管の縦断線形は、通常運転時に管内が負圧とならないよう、動水勾配線と管路標高の関係を考慮して計画する。特に管路の凸部では圧力低下や空気の滞留に注意し、送水量の変化やポンプ停止時などの過渡的な圧力変動についても検討する。

また、管路の低い部分では圧力が大きくなることがあるため、管材や継手の耐圧性能にも注意する。管路の縦断線形を検討する際には、通常運転時だけでなく、管路の充水・排水などの条件も考慮する必要がある。

4.3 水撃作用への対策

送水管では、ポンプの急停止や弁の急閉鎖などによって流速が急激に変化すると、水撃作用による圧力変動が発生する。

過大な圧力が発生すると管体や継手などが損傷するおそれがあり、著しい圧力低下によって水柱分離が発生する場合もある。

水撃作用への対策には、ポンプや弁の操作方法の調整、適切な弁設備の選定、水撃圧を緩和する設備の設置などがある。対策の選定では、管路の延長、縦断線形、流速、ポンプの特性などを踏まえ、過渡的な圧力変動を検討する必要がある。

4.4 耐震性・維持管理性と事故対応

送水管の布設計画では、水圧や土圧などの荷重に対する安全性に加え、地震時の地盤変位や液状化などの影響を考慮する。特に軟弱地盤、断層横断部、河川横断部などでは、地盤条件や施工条件に応じた管種・継手の選定、必要な防護対策を検討する。

また、送水施設は長期間にわたって使用されるため、点検、補修、更新などを行いやすい構成とすることが重要である。制水弁の配置や管路の分割、排水設備の設置位置などは、事故時の遮断範囲や維持管理作業に影響する。

主要設備の故障や停電によって送水が停止した場合の影響も考慮し、必要に応じて代替系統や予備設備などを検討する。施設更新時にも送水を継続できるよう、管路の複線化や連絡管の整備などについて検討することも重要である。

さらに、管路内の堆積物や水質異常に対応できるよう、必要に応じて採水場所、排水設備、管内洗浄の実施方法なども考慮する。

5．送水施設の運転管理

送水施設の運転管理では、必要な送水量を確保しながら、管路やポンプ設備を適切な状態で運転することが基本となる。

また、水量や圧力の管理だけでなく、送水過程における水質の維持も重要である。

5.1 送水量の調整

配水池の水位は、送水量と配水量の差によって変化する。送水量が配水量を上回れば水位が上昇し、反対に配水量が送水量を上回れば水位が低下する。

送水ポンプを使用する施設では、配水池の水位や必要な送水量に応じてポンプの運転台数、回転速度などを調整する場合がある。

また、施設によっては流量一定制御や弁開度による調整を採用する場合もある。送水量の調整方式は、施設構成、ポンプ特性、送水先の条件などに応じて選定する必要がある。

5.2 流量・圧力の監視

送水施設では、流量計や圧力計などを用いて運転状態を監視する。

送水流量や管路圧力に通常と異なる変化が生じた場合、弁の操作状態、ポンプの運転異常、管路の漏水・破損、空気の滞留などが原因となる可能性がある。

ただし、流量や圧力の変化は正常な運転操作によっても発生するため、単一の測定値だけで異常を判断することは適切ではない。ポンプの運転状態、送水先の水位、過去の運転記録などを組み合わせて確認することが重要である。

5.3 水質の監視・管理

送水施設では、残留塩素、濁度、色度などの水質管理が重要である。送水管内での滞留時間が長くなると残留塩素が減少する場合があり、管路の状態や流況によっては濁度や色度が上昇することもある。

送水管内には、浄水処理後の水に含まれる微細な濁質や、鉄・マンガンなどに由来する物質が堆積している場合がある。また、管内面には腐食生成物などが付着していることもあり、浄水を送る管路であっても、内部に堆積物や付着物が存在しないとは限らない。

通常運転時には濁りが目立たなくても、送水量の増加による流速の上昇や、送水系統の切替えによる流向の変化などによって、堆積物が巻き上がったり、付着物が剥離したりすることがある。その結果、濁度が上昇し、堆積物や付着物の性状によっては色度の上昇や着色が生じる場合もある。

水質監視には、必要に応じて残留塩素計や濁度計を設置し、連続監視や定期的な採水検査を行う。異常が認められた場合は、浄水場の処理状況、送水流量、滞留時間、管路の状態などを確認し、原因を調査する。

また、管内に蓄積した濁質などによる水質異常を予防するため、管路の状態や運転履歴などを踏まえ、計画的な管内洗浄を実施する場合がある。送水量の大幅な変更や送水系統の切替えなどで水質異常が発生した場合にも、必要に応じて管内洗浄や排水などの対策を実施する。

なお、工業用水道では、供給水質や受水事業所の使用条件などに応じた水質管理が必要となる。また、水道用水供給事業では、受水者との間で水質の管理項目や検査頻度、管理上の責任分界点などを明確にしておくことが重要である。

5.4 設備の維持管理

送水管では、漏水、管路の腐食・劣化、弁類の作動状態などを確認する。

ポンプ設備では、振動、温度、異音、電流、吐出圧力などの運転状態を把握し、設備の異常を早期に発見することが重要である。

また、計測設備の点検や校正、弁類の作動確認などを行い、必要な監視・制御機能を維持する。

6．送水施設の事故・災害対策

送水施設は、浄水場などから配水池等への水の供給を担うため、送水管の破損やポンプ設備の故障によって送水が停止すると、供給先に大きな影響を及ぼす場合がある。

事故・災害対策では、施設の重要度、代替送水の可能性、貯留容量、復旧に必要な時間などを考慮する。

6.1 主な事故と対策

送水施設で想定される主な事故には、停電、送水ポンプの故障、送水管の漏水・破損、弁類の故障などがある。

停電対策として非常用電源を設置する場合や、主要ポンプの故障に備えて予備ポンプを設ける場合がある。また、重要な送水系統では、複数系統の確保や連絡管の整備などによって送水停止の影響を軽減することが考えられる。

複数の配水池や送水系統がある場合には、非常時に他系統から水を融通できる構成も重要となる。連絡管の整備では、通常時の運転条件だけでなく、非常時に必要となる補給水量や管路の能力も考慮する必要がある。

ただし、必要な対策は施設規模や供給先の重要度などによって異なるため、すべての施設に同じ設備構成を適用するものではない。

6.2 送水停止時の対応

送水管の破損や設備故障が発生した場合は、事故箇所や影響範囲を把握し、必要に応じて送水の停止、弁による区間遮断、代替系統への切替えなどを行う。

送水先に配水池がある場合は、残存水量と需要量を把握し、供給を継続できる時間や送水再開までの対応を検討することが重要である。

複数の送水系統を持つ施設では、他系統からの応援送水が可能となる場合もある。ただし、切替えによって流向や管路圧力が変化するため、切替え先の管路能力や圧力条件を確認する必要がある。

また、送水系統の切替えに伴う流速や流向の変化によって、管内の堆積物や付着物が移動し、濁度が上昇する可能性がある。系統の切替え時には、必要に応じて水質を確認することも重要である。

6.3 再送水時の注意

送水停止後に管路を再充水する場合は、管内の空気を適切に排出しながら、急激な流量変化を避ける必要がある。ポンプの再起動や弁の操作による水撃作用にも注意する。

再送水時には、通常運転時と異なる流速や流向によって、管内に堆積していた濁質が巻き上がったり、付着物が剥離したりして、濁度が上昇する場合がある。また、堆積物や付着物の性状によっては、色度の上昇や着色が生じることもある。

特に、送水管の破損や長時間の送水停止後には、水理的な安全性だけでなく、水質の確認が重要である。残留塩素、濁度、色度、臭気などを確認し、必要に応じて管内洗浄や排水などの対策を実施する。

管路の破損などによって外部から土砂や汚染物質が流入した可能性がある場合は、既存の堆積物の巻き上がりとは区別して対応する必要がある。汚染の状況に応じて洗浄、消毒、微生物検査などを実施し、水質の安全性を確認する。

再送水時には、管路の充水状態、圧力、流量などを確認するとともに、必要な水質確認が完了するまで、汚染のおそれがある水を供給先へ流さないよう管理する。事故の状況や施設の条件に応じて、定められた復旧手順に従い、安全に送水を再開することが重要である。

関連用語

参考資料

• 日本水道協会『水道施設設計指針2024』第6編「送水施設」、419～423ページ