土地改良事業計画設計基準及び運用・解説 設 計 ......土地改良事業計画設計基準及び運用・解説 設 計 「パイプライン」 技術書改定案（抜粋）

土地改良事業計画設計基準及び運用・解説

設 計 「パイプライン」

技術書改定案（抜粋）

令和２年９月 30 日

○基準及び運用・解説（案）の表記について

改定箇所のみ抜粋、改定箇所は赤字下線部分

参考資料２－２

技 術 書 目 次

【関連基準】《関連運用》

1. 農業用パイプライン導入の経緯と役割 ··········· 105

1.1 パイプライン導入の経緯 ··················· 105

1.2 管種の開発・導入の経緯 ··················· 107

1.3 パイプラインの特性と役割·················· 110

2. パイプラインの区分・分類及び構成 ············· 112

2.1 パイプラインの区分 ······················· 112

2.2 パイプラインの分類 ······················· 113

2.2.1 分類 ································· 113

2.2.2 機構上の分類(パイプライン形式) ······· 113

2.2.3 水圧からの分類(水圧区分) ·············· 116

2.2.4 配管上の分類(配管方式) ················ 116

2.2.5 送配水上の分類(送配水方式) ··········· 117

2.3 水管理方式の区分 ························· 118

2.4 パイプラインの構成 ······················· 119

3. パイプライン設計の標準的手順 ················· 120

3.1 パイプラインシステム設計の手順 ············ 120

3.2 施設設計の手順 ··························· 122

3.3 設計上留意すべき事項 ····················· 124

4. 調査 ········································ 125

4.1 河川・湖沼状況調査 ······················· 125

4.2 地形調査及び測量 ························· 125

4.3 地質・土質調査 ··························· 125

4.4 気象・水文調査 ··························· 126

4.5 立地条件調査 ····························· 126

4.6 環境調査 ································· 127

4.7 管理関係調査 ····························· 127

5. 管体及び継手等の選定 ························ 128

5.1 基本事項 ································· 128

5.2 検討手順 ································· 128

【5 設計の手順】

《5 設計の手順》

【6 調査】

《6-1 調査》

《6-2 調査項目》

《6-3 河川・湖沼状況調査》

《6-4 地形調査及び測量》

《6-5 地質・土質調査》

《6-6 気象・水分調査》

《6-7 立地条件調査》

《6-8 環境調査》

《6-9 管内関係調査》

【7 基本設計】

《7-9 管体及び継手等(管種等)の選定》

【2 パイプラインの定義】

《2-1 パイプラインの定義》

《2-2 パイプラインの分類》

98

5.3 既製管の概要 ····························· 132

5.4 長期特性と品質管理 ······················· 133

6. パイプラインシステムの設計 ·················· 134

6.1 一般事項 ································· 134

6.1.1 設計の目的 ··························· 134

6.1.2 設計に必要な基本事項 ················· 134

6.1.3 パイプラインシステムの設計の手順 ······ 137

6.1.4 パイプラインシステムの施設容量 ········ 141

6.1.5 路線調査と路線選定 ··················· 142

6.2 水理ユニット ····························· 148

6.2.1 水理ユニットの定義 ··················· 148

6.2.2 水理ユニットの境界条件 ··············· 148

6.2.3 水理ユニットの構成 ··················· 148

6.2.4 水理ユニットの構成上の留意事項 ········ 150

6.3 基本設計 ································· 151

6.3.1 設計流量 ····························· 151

6.3.2 設計水圧 ····························· 152

6.3.3 パイプラインシステム構成の選定 ········ 160

6.3.4 水管理制御方式の選定 ················· 164

6.3.5 パイプラインシステムの

水頭配分と通水断面の設計 ··············· 164

6.3.6 パイプラインシステムの

機能確保のための検討 ··················· 166

6.4 パイプラインシステムの比較設計············ 172

6.4.1 基本事項 ····························· 172

6.4.2 比較設計の留意点 ····················· 173

6.4.3 経済比較の方法 ······················· 173

6.5 総合設計 ································· 173

6.5.1 総合設計に必要な資料 ················· 173

6.5.2 総合設計の留意事項 ··················· 175

7. 定常的な水理現象の解析 ······················ 178

7.1 一般事項 ································· 178

7.1.1 解析の目的と区分 ····················· 178

7.1.2 水理解析に必要な資料 ················· 180

7.2 水理設計 ································· 180

7.2.1 一般事項 ····························· 180

7.2.2 許容設計流速 ························· 181

7.2.3 平均流速公式 ························· 182

【9 水理解析】

《9-1 定常的な水理現象の解析》

【7 基本設計】

《7-1 基本設計の項目》

《7-2 パイプラインシステムの設計》

《7-3 水利用形態と水管理制御方式》

《7-4 設計流量及び設計水圧》

《7-5 路線選定及びパイプライン構成の選定》

《7-6 設計流量に対する機能確保》

《7-7 運用管理に対する機能確保》

《7-8 パイプラインシステム設計の総括》

99

7.2.4 平均流速公式の特性とその適用条件 ······ 184

7.2.5 パイプラインの水理計算 ················ 188

7.2.6 管網配管の水理計算 ···················· 207

7.2.7 多点注入パイプラインの水理計算 ········ 209

7.3 定常流況解析 ····························· 212

7.3.1 一般事項 ····························· 212

7.3.2 解析手法 ····························· 215

7.3.3 水理設計への応用とその評価 ············ 222

8. 非定常的な水理現象の解析 ····················· 225

8.1 一般事項 ································· 225

8.1.1 解析の目的と区分······················ 225

8.1.2 非定常流況解析の留意点 ················ 225

8.1.3 水理解析に必要な資料 ·················· 227

8.2 非定常流況の基礎式 ······················· 228

8.2.1 非定常流況の基礎式 ···················· 228

8.2.2 圧力波の伝播速度と圧力振動周期 ········ 231

8.2.3 非定常流況基礎式の適用 ················ 232

8.3 水撃圧の計算 ····························· 233

8.3.1 一般事項 ····························· 233

8.3.2 水撃圧の推定方法······················ 237

8.3.3 理論解法による水撃圧の推定 ············ 239

8.3.4 数値解法による水撃圧の推定 ············ 241

8.3.5 経験則による水撃圧の推定 ·············· 243

8.3.6 水撃圧対策 ··························· 248

8.4 弾性体理論による非定常流況解析 ············ 251

8.4.1 一般事項 ····························· 251

8.4.2 数理モデル ··························· 254

8.4.3 コントロールモデル ···················· 263

8.4.4 結果の評価及び設計への利用 ············ 266

8.5 剛体理論による非定常流況解析 ·············· 268

8.5.1 一般事項 ····························· 268

8.5.2 数理モデル ··························· 269

8.5.3 結果の評価及び設計への利用 ············ 270

8.5.4 準定常水理解析 ······················· 270

9. 管路の構造設計 ······························ 271

9.1 一般事項 ································· 271

9.1.1 検討順序及び内容······················ 271

9.1.2 埋設深 ······························· 272

【9 水理解析】

《9-2 非定常的な水理現象の解析》

【10 管路の構造設計】

《10-1 一般事項》

《10-2 基礎工法の選定》

《10-3 荷重》

100

9.1.3 荷重に対する安全性の検討 ············· 274

9.1.4 水密性から見た許容内水圧に対する検討 ·· 275

9.2 基礎工法の選定 ··························· 275

9.2.1 埋設管の基礎 ························· 275

9.2.2 管体の基礎工法 ······················· 276

9.2.3 基礎及び埋戻し材料 ··················· 280

9.3 荷重 ····································· 282

9.3.1 土圧 ································· 283

9.3.2 活荷重 ······························· 295

9.3.3 軌道荷重 ····························· 297

9.3.4 その他の上載荷重 ····················· 297

9.3.5 管体の自重及び管内水重 ··············· 298

9.3.6 基礎反力 ····························· 300

9.3.7 内水圧 ······························· 300

9.3.8 その他の荷重 ························· 301

9.4 管体の横断方向の設計 ····················· 302

9.4.1 横断方向に生じる曲げモーメント ········ 302

9.4.2 設計支持角 ··························· 305

9.4.3 不とう性管の管種選定 ················· 305

9.4.4 とう性管の管種選定 ··················· 307

9.4.5 小口径管の管種選定 ··················· 325

9.5 管体の縦断方向の設計 ····················· 326

9.6 耐震設計 ································· 332

9.6.1 一般事項 ····························· 332

9.6.2 重要度区分と保持すべき耐震性能 ········ 341

9.6.3 調査 ································· 346

9.6.4 耐震設計上の埋設管の分類 ············· 347

9.6.5 応答変位法を用いた検討 ··············· 348

9.6.6 液状化の判定 ························· 374

9.6.7 地盤変状に対する検討 ················· 380

9.6.8 地震応答対策の内容 ··················· 389

9.6.9 被災事例から見た設計上の留意点と対策 ·· 393

9.7 配管設計 ································· 399

9.7.1 管割の手順 ··························· 399

9.7.2 ジョイントスペース ··················· 399

9.7.3 異形管 ······························· 399

9.7.4 継手 ································· 401

9.7.5 管路の曲線布設 ······················· 402

9.7.6 管種が異なる場合の接続 ··············· 403

9.7.7 構造物と管体の接続 ··················· 403

《10-4 管体の横断方向の設計》

《10-5 管体の縦断方向の設計》

《10-6 耐震設計》

《10-7 配管設計》

《10-8 スラスト力の検討》

《10-9 横断工の設計》

《10-10 防食》

101

9.7.8 管況計算及び合成角計算 ················ 404

9.8 スラストカの検討 ························· 408

9.8.1 一般事項 ····························· 408

9.8.2 検討箇所及び順序······················ 408

9.8.3 スラストカの検討······················ 409

9.8.4 スラストカの対策······················ 416

9.9 保護工の設計 ····························· 430

9.10 横断工の設計 ···························· 430

9.10.1 道路横断 ···························· 430

9.10.2 軌道横断 ···························· 430

9.10.3 河川横断 ···························· 430

9.11 防食 ···································· 430

9.11.1 腐食の種類 ·························· 430

9.11.2 ミクロセル腐食······················· 431

9.11.3 マクロセル腐食······················· 432

9.11.4 電食 ································ 436

9.11.5 腐食・防食調査······················· 437

9.11.6 防食対策 ···························· 437

9.12 傾斜部管路の設計 ························ 440

9.12.1 傾斜部管路の定義 ····················· 440

9.12.2 検討すべき事項······················· 441

9.12.3 地山斜面の安定······················· 441

9.12.4 管体の安定 ·························· 441

9.12.5 埋戻し土の安定······················· 457

9.12.6 止水壁の設置と湧水対策 ··············· 457

9.12.7 段落部における布設勾配 ··············· 458

10. 附帯施設の設計 ······························ 459

10.1 調整施設 ································ 459

10.1.1 一般事項 ···························· 459

10.1.2 調整池の規模 ························ 459

10.1.3 調整池の構造 ························ 459

10.2 調圧施設 ································ 460

10.2.1 一般事項 ···························· 460

10.2.2 調圧施設の形式······················· 460

10.2.3 調圧施設の要件······················· 461

10.2.4 調圧施設の位置と構造 ················· 461

10.3 ポンプ施設 ······························ 464

10.3.1 一般事項 ···························· 464

10.3.2 ポンプによる制御方法 ················· 464

【11 附帯施設の設計】

《11-1 附帯施設の種類》

《11-2 調整施設》

《11-3 調圧施設》

《11-4 ポンプ施設》

《11-5 分水施設》

《11-6 量水施設》

《11-7 通気施設》

《11-8 保護施設》

《11-9 管理施設》

102

10.3.3 加圧ポンプによる加圧方式············· 466

10.3.4 配水槽 ······························ 470

10.4 分水施設 ································ 471

10.4.1 一般事項 ···························· 471

10.4.2 分水工 ······························ 471

10.4.3 給水栓 ······························ 485

10.5 量水施設 ································ 487

10.5.1 一般事項 ···························· 487

10.5.2 量水計の設置条件 ···················· 487

10.5.3 量水計の種類と選択 ·················· 487

10.6 通気施設 ································ 489

10.6.1 一般事項 ···························· 489

10.6.2 通気施設の配置 ······················ 489

10.6.3 通気施設の形式と構造 ················ 489

10.7 保護施設 ································ 502

10.7.1 一般事項 ···························· 502

10.7.2 水撃圧緩衝装置 ······················ 502

10.7.3 余水吐 ······························ 504

10.7.4 排泥施設 ···························· 505

10.8 管理施設 ································ 507

10.8.1 除じん施設 ·························· 507

10.8.2 制水弁 ······························ 512

10.8.3 マンホール及び監査ます ·············· 517

10.9 バルブの選定方法と水理設計手法 ··········· 519

10.9.1 一般事項 ···························· 519

10.9.2 バルブの設置位置 ···················· 521

10.9.3 バルブ種類の選定 ···················· 522

10.9.4 バルブ口径の選定 ···················· 522

10.9.5 バルブの流量制御特性 ················ 524

10.9.6 圧力調整とキャビテーション ··········· 525

11. 水管理施設の設計 ···························· 531

12. 保全管理 ···································· 535

12.1 基本事項 ································ 535

12.1.1 保全管理の必要性 ···················· 535

12.1.2 機能と性能 ·························· 535

【12 水管理制御施設の設計】

《12 水管理制御施設の設計》

【13 管理】

《13-1 水管理》

103

12.1.3 性能に着目した管理 ··················· 535

12.2 機能診断 ································ 538

12.2.1 機能診断調査 ························ 538

12.2.2 機能診断評価 ························ 540

12.3 パイプラインの補修・補強等の対策工法 ····· 540

12.3.1 パイプラインの対策工法 ··············· 540

12.3.2 対策工法の検討における留意事項 ······· 541

12.3.3 対策工法の施工後のモニタリング ······· 542

13. 施工 ········································ 543

13.1 管路の埋設 ······························ 543

13.1.1 埋設溝の掘削 ························ 543

13.1.2 基礎及び埋戻し材料 ··················· 550

13.1.3 基礎及び埋戻し工 ····················· 550

13.2 施工管理 ································ 551

13.3 通水試験 ································ 552

13.3.1 試験の方法 ·························· 552

13.3.2 漏水試験 ···························· 552

13.3.3 水圧試験 ···························· 555

13.3.4 漏水箇所の探知と補修 ················· 555

14. 既製管の管体及び継手 ························ 557

14.1 管体の種類 ······························ 557

14.1.1 直管の種類 ··························· 557

14.1.2 異形管の種類 ························· 572

14.2 継手の種類 ······························ 577

15. パイプライン用語集 ·························· 594

16. 引用・参考文献 ······························ 606

参考資料 樹脂系管種のヤング係数 長期・短期の区分 · 610

【7 基本設計】

《7-9 管体及び継手等（管種等）の選定》

104

ることは事実上困難であった。

また、送水系パイプラインは、単純な系から複雑な系へと大規模化し、管路に附帯する施設も

送水機場、中継機場、加圧機場、減圧水槽、減圧弁、分水工、ファームポンド、バッファーポン

ドなど多くの施設が加わり、複雑なパイプラインシステムを構成するようになった。送水系パイ

プラインは、供給主導、需要主導のいずれの水管理方式にあっても、パイプラインの性格上、パ

イプラインの末端若しくは分水点で流量制御をしなければならない。この多くの施設や分水工を

パトロール隊の巡回などにより人力で監視制御することは、これもまた事実上困難であった。

このような事情から、短時間のローテーション散水を行う配水パイプラインや大規模な送水パ

イプラインでは、集中監視制御機能を持つ水管理制御システムの導入が図られた。集中監視制御

が必要な理由は、次のように整理される。

① 需要量の時間別・期別の変化に追随して用水を供給するための監視制御が必要である。

② 送水機場、管路途中の附帯施設、分水工など監視制御対象施設が広範囲に分布する。

③ パイプラインは、開きょに比べて応答性が極めて速く、ある点の水理現象がパイプライン

全般に伝播する特性を持っている。したがって、水の使い過ぎ、分水工間の水の偏り等が生

じないような監視制御を行う必要がある。

④ 河川法に基づく水利使用規則等の規制が厳しくなったので、これに適切に対応するための

監視制御が必要である。

⑤ 施設の安全性を確保するため、施設の監視が用水管理者からも社会からも求められている。

1.2 管種の開発・導入の経緯

農業用パイプラインは、新管種の開発、在来管種の改良による安全性・機能性・経済性等、性能

の向上に伴って導入量が増加し、さらにはパイプラインの役割も広がってきた。本節では、パイプ

ラインにとって最も基本的な構成要素である管種等について、開発順序に従ってその経緯を述べる。

(1)鋳鉄管及びダクタイル鋳鉄管

鋳鉄管は、1455年にドイツで開発され、1664 年にはパリのベルサイユ宮殿を中心に水道管と

して布設された。わが国では、1885年（明治 18 年）に横浜市の水道管として使用されたのが最

初である。その後、アメリカでダクタイル鋳鉄が発明された。わが国では、このダクタイル鋳鉄

を用いて、1954年（昭和 29 年）にダクタイル鋳鉄管の鋳造に成功し、広く使われるようになり、

現在に至っている。

継手は、最初は鉛ガスケットを用いたフランジ形であったが、その後ソケット形に変わり、黄

麻と鉛でコーキングする方法がとられた。その後 1920年（大正 9年）に、アメリカでゴムパッ

キンを用いたメカニカルジョイントが用いられて以来、これを基本にして改良された数多くの継

手（T 形、K 形、A 形、U 形、KF 形、UF 形、S 形、SⅡ形、NS 形、US 形、PI 形、PⅡ形、

PN 形、ALW 形など）が使用されている。

この管種は、農業用水では内外圧の高い管路、軟弱地盤の管路などに用いられることが多い。

(2)鋼管

鋼管の製造は、鋳鉄管の製造より遅く 19世紀に入ってからである。わが国において鋼管が初

めて生産されたのは、継目無鋼管が 1913 年（大正 2 年）、鍛接鋼管が 1927年（昭和 2 年）、電気

抵抗溶接鋼管が 1935年（昭和 10年）、アーク溶接鋼管が 1960年（昭和 35 年）のことである。

また、塗覆装についても技術が発達し、1957年（昭和 32年）には水道用塗装鋼管の日本工業

107

1

(6)コア式プレストレストコンクリート管

わが国で PC 管の製造が始まったのは、1956 年（昭和 31 年）のことであるが、本格的に製造

が開始されたのは 1960 年（昭和 35 年）からである。1956 年当時は、管体（コア）の外側に薄

肉鋼管を巻いたシリンダー形であったが、1960 年には現在見られるソケット形（ベルタイプ）

へと脱皮した。本格的な生産に伴って、1964年（昭和 39年）には日本工業用水協会規格（JIWA）

が制定され、1971 年（昭和 46 年）にはこれを引き継いで日本工業規格（JIS）が制定された。

さらに、1978年（昭和 53 年）には日本水道協会規格（JWWA）が制定された。JIS は、その後

幾たびかの改正を経て現在に至っている。

PC 管の継手には、ソケットにゴム輪を用いた回転式 （RO 形）、固定式 （SL 形）、ゴム輪の

離脱防止機能を備えた押輪継手等がある。

PC 管は、1960 年（昭和 35 年）ごろから農業用水路のサイホン等に使用され始め、遂次、パ

イプラインにも採用されるようになった。

(7)ポリエチレン管

ポリエチレン管は、1942 年にイギリスで生産が開始されたが、わが国でポリエチレン管の生

産を開始したのは、1958年（昭和 33 年）になってからのことである。ポリエチレン管の日本工

業規格（JIS）は、1956 年（昭和 31 年）に「一般用」が、1959 年（昭和 34 年）に「水道用」

がそれぞれ制定された。また、水道配水用として、高強度・高密度の樹脂材料を使用した管、継

手が開発され、日本水道協会規格（JWWA）が 1997年（平成 9 年）に、その後、配水用ポリエ

チレンパイプシステム協会規格（PTC）が制定された。継手には、溶着接合、電気融着接合、

メカニカル接合がある。

(8)強化プラスチック複合管

強化プラスチック複合管の材料である FRP（Fiberglass Reinforeced Plastic）は、1942年（昭

和 17 年）アメリカで発明された。わが国においては、1964 年（昭和 39 年）に研究開発に着手

し強化プラスチック複合管（FRPM 管）の製造に成功した。この強化プラスチック複合管は、

FRP で管の内外面を作製し、その中間層に樹脂モルタル層を配したサンドイッチ構造の管であ

り、軽量でしかも剛性があり、また経済的にも優れたものであった。

強化プラスチック複合管の本格的な生産・販売が開始されたのは、1970 年（昭和 45 年）であ

る。規格の制定経過を見ると、1973年（昭和48年）に強化プラスチック複合管協会規格（FRPM）、

1974 年（昭和 49年）に下水道協会規格（JSWAS）、1984年（昭和 59 年）に日本工業規格（JIS）

がそれぞれ制定された。JIS は、その後の改正を経て現在に至っている。

強化プラスチック複合管の継手は、差し口にゴム輪を接着して受口に挿し込む方法、受口にゴ

ム輪をセットしてこれに差し口を挿入する方法、鋼製の異形管と接合するための押輪方式等があ

る。

強化プラスチック複合管は、施工性に優れ、耐食性、耐摩耗性、耐電食性、耐衝撃性等が大き

く、また、管内面は滑らかで水理性に優れている。管体と継手には可とう性があり、軟弱地盤の

管路にも適している等の利点がある。

(9)ガラス繊維強化ポリエチレン管

ガラス繊維強化ポリエチレン管は、2004 年にアメリカで研究開発が開始され、アメリカでは

2008 年に、ドイツでは 2011年に規格化された。わが国においては、2011年に技術導入が行われ、

日本工業規格（JIS）が 2018 年（平成 30 年）に制定された。ガラス繊維強化ポリエチレン管は、

109

2

高密度ポリエチレン樹脂にガラス繊維を添加して製造される管路であり、管周方向に潰れない高

剛性と管軸方向に曲がる弾力性との両者をもつ管路である。

1.3 パイプラインの特性と役割

パイプラインの役割は、パイプラインの利点を活用し、欠点を補うことを考えることで明らかに

することができる。また、この役割は地区の特性によっても異なるので、設計対象地区の特性とパ

イプラインの利点・欠点を考慮して、当該地区におけるパイプラインの役割を明らかにする必要が

ある。

まず、パイプラインの利点は、次のとおりである。

① パイプラインには圧力がかかっているため、各ほ場で任意に用水を利用することができる。

また、適切な設計をすることにより、開水路に比べて合理的な水配分が可能となる。

② 開水路に比べると、複雑な地形での路線選定が可能であり、ポンプ等との組み合わせによ

って従来不可能とされていた地域への送水が可能となる。

③ 供給主導と需要主導の水利用方式を適切に組み合わせることにより、無効放流を少なくす

る（有効利用）制御ができる。

④ 管路は埋設するので、水路用地を節約できる。

⑤ 農作業機械の運行が容易となる。

⑥ 汚濁水の流入を防止し、農業用水の水質を汚染から防止できる。

⑦ 使用条件に適する管材料の開発が行われている。

他方、パイプラインの欠点は、次のとおりである。

① 通水能力の余裕がとりにくく、営農方式の変化などに伴う水利用の変更がしにくい。

② 埋設管路のため、日常の点検がしにくい。

③ 各種の弁、給水栓、散水栓、スプリンクラー等の機能を維持するため、精度の高い除塵施

設を必要とする。

④ 末端までパイプライン化すれば、土水路等に比して一般に建設コストが高くなる。

上記欠点のうち、①については自由度を見込むことにより、②については監視システムの整備に

より、また、③については除じん施設の設置により、それぞれ対応することができる。結局、④の

工事費に集約されるが、これについては極力安価な管種等の採用を図り、その上でパイプライン化

による維持管理費節減等の効果と併せて検討する必要がある。

次に、実態的な問題について見ることとする。

① わが国の用排水路は耐用年数を過ぎているものが多く、今後も更新事業が増加する傾向に

ある。既存施設は設置した時点から長年を経ているので、施設周辺の環境が設置時点と大き

く変わっており、更新施設（開きょ）の施工が困難な場合がある。

特に平地農村の一部では用水路周辺の都市化が進み、水路いっぱいに建築物が迫っている

場合が見られる。このため、更新施設を施工するための進入道路が配置できない、施工スペ

ースがない、騒音・振動対策が必要、住民への安全対策が必要などの諸問題がある。

また、水路機能に関する問題としては、周辺の家庭汚水が用水路（開きょ）に流入し、用

水を汚染している場合も多い。このような水路を更新する場合には、パイプライン化が有効

なことがある。

② 従来の暗きょ、トンネル等についても、耐用年数を超えたものが多く、今後一層改修・更

110

3

2.3 水管理方式の区分

水管理の方式は、一般に需要主導型と供給主導型に区分して呼ばれることが多い。この水管理方

式とパイプライン形式との間には密接な関係がある。

水管理方式の概要及びパイプライン形式との関係は、表-2.3.1 に示すとおりである。

表-2.3.1 水管理方式の概要及びパイプライン形式との関係

水管理方式 需要主導型の水管理 供給主導型の水管理

概 要

上水道の水管理方法と同じく、需要者が必

要なとき給水栓が操作され、その需要量を

まかなうように給水されるもの。

水需要者がその分水希望量（例えば、半旬

ごと等）を事前に管理者(供給者)に申し込

み、管理者が調整の上、水配分表を作成し、

申し込み量又は調整量の範囲と時期にの

み給水するもの。

パイプライン

形式との関係

①クローズドタイプ又はセミクローズドタ

イプパイプラインの大部分は、需要者主

導型の水管理に対応することが可能であ

る。

②オープンタイプパイプラインでも、下流

定値ゲート等を導入すれば、理論的には

可能であるが、現実には困難と考えてよ

い。

③需要量に追随して水源（ポンプ等）水量

を供給できるパイプラインシステムが必

要である。

①オープンタイプのパイプライン（開水路

系）で多く採用されている上流定値の水

管理方法である。

②クローズドタイプ又はセミクローズド

タイプパイプラインでも、分水量を管理

者(供給者）が遠方制御などで規制でき

るシステムとした場合は、供給者主導の

水管理ができる。

③管網配管内では、供給者主導の水管理は

事実上困難である。

118

4

5．管体及び継手等の選定

関連条項〔基準 7、運用 7－9〕

5.1 基本事項

管体及び継手（以下、「管種等」という）は、JIS 又はその他の規格品の中から、必要な水理条件、

構造条件及び施工条件を満足し、その特性が十分生かせるものを選定する。

管種等の選定に当たって留意すべき事項は、以下のとおりである。

① 管体は、荷重に対して十分安全な強度及び良好な水密性を有し、水の流れの抵抗が少ない

こと、耐久性、耐食性に富み施工が容易で低価格であることが望ましい。

なお、管体及び継手等は一般に市販規格品を用いれば一定品質の管体及び継手等を容易に

入手でき、しかも経済的なことが多いので通常の場合はこれを用いる。しかし、特殊な設計

条件を満足する特注品を使用することにより、有利となることもあるので検討を要する。

② 管路は、埋設されることから、静水圧や水撃圧の内圧の他に、土圧や路面荷重等の外圧が

同時に作用する。したがって、これらの荷重に対して十分安全な耐圧強度を有する管種を選

定する。さらに、屈曲部等の不平衡力、不同沈下及び必要に応じ地震時に対しても、安全性

の検討を行う。

③ 管体の選定は、不とう性管にあっては原則として、管固有の外圧及び内圧抵抗強度を基準

にして選定する。とう性管（管体の許容され得るたわみ率が 3％以上の管）にあっては、外

圧抵抗強度は一般に示していないので、管固有の材料強度を用いた応力計算とたわみ量につ

いて検討し、いずれの場合も設計条件を満足する管体を選定する。

また、継手等の選定に当たっても、管体と同じ設計条件を適用する。

④ 管体及び継手等は、長年月にわたって農業用水の送配水を良好に維持できるものから選定

する。

なお、強酸性地盤におけるコンクリート管の腐食や、鋼管、ダクタイル鋳鉄管の錆や電食

等に対する考慮も必要である。

⑤ とう性管においては強度及びヤング係数に長期特性を考慮する。管体の選定は、長期試験

の試験温度が 20℃または 23℃である規格品の採用を想定している。

5.2 検討手順

管種選定の一般的な手順は、以下のとおりである。

① 水理検討を行い、パイプラインの管径を概定する。

② パイプラインの形式、送水方式等の施設条件から設計水圧を概定する。

③ 水理検討の結果をもとにして、管種、規格を概定し、継手の水密性、管の耐水圧強度等を

検討し使用管種を概定する。

④ 選び出された管について構造設計の検討を行う。

⑤ 以上の技術的検討においても数種類の管が対象になっている場合は、経済比較とともに対

象パイプラインが埋設される位置の立地条件、施工条件、維持管理、施設の重要度等からの

総合的な検討を行い、使用管種を決定する。

なお、内水圧による使用管種の目安は、以下に示すとおりである。

128

5

(1)継手の水密性能及び耐水圧強度による使用管種の目安

a.継手の水密性能の検討を必要とする管種

ゴムリング、ゴムパッキング等を用いた接合方式による管種であり、継手性能は水密性の

検討を必要とする。一般に、以下に示す管種である。

① 遠心力鉄筋コンクリート管（RC 管）

② コア式プレストレストコンクリート管（PC 管）

③ ダクタイル鋳鉄管（DCI 管）

④ 硬質ポリ塩化ビニル管（ゴム輪接合）（PVC 管）

⑤ ポリエチレン管（フランジ接合等）（PE 管）

⑥ 強化プラスチック複合管（FRPM 管）

継手の水密性能は、内水圧をかけた状態で曲げ、又は載荷試験を行い、継手の持つ最大曲

げ角度まで曲げても漏水その他の支障がなく保持することのできる最大水圧とする。

継手の水密性能は原則として、式(5.2.1)により決定するものとする。

HSH SC ・≧ ····················································· (5.2.1)

ここに、

SCH ：管継手の水密性能（MPa）

H ：設計内水圧（静水圧＋水撃圧）（MPa） S ：安全率（一般に、2.0 以上）

b.継手の耐水圧強度の検討を必要とする管種

管端を接着、溶着等により接合する管種は、継手の耐水圧強度の検討を必要とする。

一般に、以下に示す管種である。

①硬質ポリ塩化ビニル管（接着接合）（PVC 管）

②ポリエチレン管（溶着接合等)（PE 管)

③ガラス繊維強化ポリエチレン管(溶着接合等)(PEGF 管)

継手が管体の一部となる接着、溶着等の接合方式の管種は、管体の耐水圧強度の値と継手

の耐水圧強度の値は一般的には等しいものと考える。

c.継手の水密性能及び耐水圧強度の検討を必要としない管種

溶接接合方式による管種で鋼管が該当する。継手の水密性能は管体と同等若しくはそれ以

上であり、継手の水密性能及び耐水圧強度の検討は必要としない。

表-5.2.1 は、継手の水密性能又は耐水圧強度からの作用水圧の目安を示したものであり、

同表を用いて使用管種の目安を立てることが可能である。

なお、同表の値は以下に示す基準又は資料の値によって規定したものである。

①JIS 等に定められている値又は算定方式によるもの

・硬質ポリ塩化ビニル管（JIS K 6741、K 6742）

・ポリエチレン管（JIS K 6761、JWWA K 144、PTC K 03）

・ガラス繊維強化ポリエチレン管(JIS K 6761)

②管メーカー等で実施された水圧下曲げ偏心載荷試験の値、管協会が公表している継手の水密

性能によるもの

・遠心力鉄筋コンクリート管 （B 形継手）

・コア式プレストレストコンクリート管 （標準形及び押輪形継手）

・強化プラスチック複合管 （B、C、D、T 形継手）

129

6

・ダクタイル鋳鉄管 （K、T 形継手）

・水道配水用ポリエチレン管 （電気融着継手、メカニカル継手）

表-5.2.1 設計水圧による使用管種の目安（継手の水密性能又は耐水圧強度からの目安）

管 種 設計水圧

(MPa) 備 考

遠心力鉄筋コンクリート管

（RC） 0.24

JIS A 5372

B 形の継手に適用

コア式プレストレストコン

クリート管（PC）

（1種）

標準形

押輪形

0.6

0.9

JIS A 5373、PCPA 2 に適用

PCPA 5 に適用

ダクタイル鋳鉄管（DCI） L1

L2 1.0 JDPA G 1035 に適用

硬質 ポリ塩 化 ビニ ル管

（PVC） VP 1.0

JIS K 6741、JIS K 6742、AS25

JWWA K 129、AS25-1 に適用

JWWA K 131

JWWA K 130

ポリエチレン管（PE）

（一般用）

(水道配水用)

φ50～200mm

注 8)

1.0

JIS K 6761、バット溶着、電気融着

メカニカル接合に適用

JWWA K 144、PTC K 03 電気融着、メカニカ

ル接合に適用

強化プラスチック複合管

（FRPM） （1種） 1.11

JIS A 5350、B 形、C 形

T 形継手に適用

ガラス繊維強化

ポリエチレン管（HSPE） （1種） 1.4 JIS K 6799 に適用

注 1) 設計水圧は本表を上限とする。

2) 継手の構造は JIS 及び協会規格等に定められているものとする。ただし、継手部の構造が改良された場合は、この限りでない。

3) 鋼管については管厚により一概に設計水圧は定められないが、参考までに示せば t/DP 2・ ( 引張応力Ｎ/mm2、

P 管内水圧 MPa､ t 管厚(mm)、 D 管内径(mm))の式により a =170Ｎ/mm2、 t/D ＝110の場合、 P ＝3MPa 程度と

なる。

4) ダクタイル鋳鉄管については特に設計水圧の上限を示さないが、T 形、K 形継手は保証水圧（表-14.1.10）の1/2（小数 2位以下切捨）を限度とする。

5) 硬質ポリ塩化ビニル管の設計水圧は JIS K 6741、JIS K 6742 により定めた。 6) この他の管種及び継手等で、JIS に最大使用静水圧等が規定されているものはこれによる。 7) 伸縮可とう継手等については、JIS 及びメーカー規格を検討し、管体及び管の継手と同等以上の耐圧、水密性能を有する

ものを使用する。

8) ポリエチレン管（一般用）の設計水圧は、Naday の式 c/tD/tP 12 ・ （ P ＝管内水圧 Mpa、 ＝長期静水強度 MPa、t＝管厚(mm)、D＝管外径(mm)、 c ＝設計係数）により求める。

9) ポリエチレン管（水道配水用）の設計水圧は、日本水道協会規格（JWWA K 144）により 1.0MPa とした。 10) 強化プラスチック複合管は、試験内圧の 1/2に限界ひずみ比（0.85）を乗じた値とする。 11) 本表に示す耐水圧強度は、JIS 規格等により水圧が規定される管種以外は原則として、水圧下曲げ偏心載荷試験の条件に

より定めた値である。

(2)管体の耐水圧強度による使用管種の目安

管種によっては、継手の水密性能よりも管体の耐水圧強度が小さい管種がある。パイプライン

に使用する管種は、作用する水圧に耐えられるものを使用しなければならない。

表-5.2.2 は、管種別管体の耐水圧強度からの作用水圧の目安を示したものであり、表-5.2.1

と併用して使用管種の目安を立てることが可能である。ただし、表-5.2.2 に示す値は外圧荷重

が作用しない状態で求めた管体の耐水圧強度であり、以下に示す基準によって規定したものであ

る。

130

7

①試験内水圧を基準としたもの

・遠心力鉄筋コンクリート管 ：安全率 1.5

・強化プラスチック複合管 ： 〃 2.0

②保証水圧を基準としたもの

・コア式プレストレストコンクリート管：安全率 1.5

③JIS 等に定められている値又は算定方式によるもの

・硬質ポリ塩化ビニル管

・ポリエチレン管

表-5.2.2 設計水圧による使用管種の目安（管体の耐水圧強度からの目安）

管 種 設計水圧

（MPa） 備 考

遠心力鉄筋コンクリート管

（RC）

2K

4K

6K

0.13

0.26

0.40

φ150～1,350mm JIS A 5372

（φ1,500～3,000mm）

φ150～1,350mm B 形の継手に適用

（φ1,500～3,000mm）

φ150～800mm （ ）は NC 形に適用

コア式プレストレストコン

クリート管（PC）

1種

2 種

3 種

4 種

5 種

1.33

1.06

0.80

0.53

0.40

φ 500～ 1,650mm

φ 500～ 2,100mm JIS A 5373

φ 500～ 2,400mm PCPA 2

φ 500～ 2,400mm に適用

φ 500～ 2,400mm

ダクタイル鋳鉄管（DCI） L1

L2 1.0 φ300～1500mm JDPA G 1035 に適用

硬質ポリ塩化ビニル管

（PVC）

VH

VP

VM

VU

1.25

1.0

0.8

0.6

VHφ50～300mm AS60 に適用

VPφ13～300mm JIS K 6741、JIS K 6742

VMφ350～500mm AS25

VUφ40～600mm JWWA K 129、AS33

に適用

ポリエチレン管（PE）

（一般用）

φ13～800mm

(水道配水用)

φ50～200mm

注 3)

1.0

φ 13～ 300mm JIS K 6761（2種）に適用

φ50～200mm JWWA K 144、PTC K 03 に適用

強化プラスチック複合管

（FRPM）

1種

2 種

3 種

4 種

5 種

1.11

0.89

0.60

0.43

0.21

φ 200～3,000mm JIS A 5350 に適用

ガラス繊維強化

ポリエチレン管（HSPE）

1種

2 種

3 種

1.4

1.1

0.5

φ300～2000mm JIS K 6799 に適用

注 1) 設計水圧は本表を限度とする。

2) 硬質ポリ塩化ビニル管の設計水圧は、JIS K 6741、JIS K 6742により定めた。

3)ポリエチレン管（一般用）の設計水圧は、Naday の式 c/tD/tP 12 （ P ＝管内水圧 Mpa、 ＝長期静水強度 Mpa、

t ＝管厚（mm）、D ＝管外径（mm）、 c ＝設計係数）により求める。

4) PTC：配水用ポリエチレンパイプシステム協会規格

5) 強化プラスチック複合管は、試験内圧の 1/2に限界ひずみ比（0.85）を乗じた値とする。

131

8

5.3 既製管の概要

JIS 又はその他の規格に基づいて製造・販売されている既製管の中で、基準 7(運用 7-9)に定めら

れた農業用パイプラインで使用されている 7種類について、管の規格及び特性を表-5.3.1のとおり

示している。ただし、本表は各管材協会が発行している資料のみで作成していることから、採用す

る管の検討の際には、各種試験結果の確認を行い、安全性の確認を行う必要がある。

なお、既製管の詳細については、「14.既製管の管体及び継手」を参照のこと。

表-5.3.1 既製管の一覧表

管 種 規 格 口径（呼び径） 特 性

不

と

う

性

管

コンクリート管

遠心力鉄筋コンクリート管 JIS A 5372 150～3,000mm

耐食性及び耐久性が大きい。電食のおそ

れがない。重量が比較的大きい。内面の

粗度の変化はほとんどない。A形管でも継手構造により可とう性が期待でき、B形、NC形管は継手の可とう性がある。低圧パイプラインに適する。

コア式プレストレスト コンクリート管

JIS A 5373 500～2,000mm 耐食性・耐久性及び耐荷重性が大きい。電食のおそれがない。重量は比較的大き

い。内面の粗度の変化はほとんどない。

継手の可とう性がある。

高外圧用（PCPA 8）は、特に大きな外圧に適応でき、土かぶりの大きい場合に

適用。

大口径プレストレスト コンクリート管

PCPA 2 1,800～2,400mm

高外圧用プレストレスト コンクリート管

PCPA 8 C 形 900～2,600mm

NC 形 1,500～3,000mm

と

う

性

管

ダクタイル鋳鉄管

ダクタイル鋳鉄管 JIS G 5526 75～2,600mm 強度及び耐久性が大きい。内面は普通モルタルライニングを施すので、錆こぶの発生を防止できる。外面塗装は合成樹脂

塗料を使っている。重量が比較的大きい。

電食のおそれが少ない。内、外圧の大き

い管路、軟弱地盤の管路等に適する。耐

震性の継手構造もある。

ダクタイル鋳鉄異形管 JIS G 5527 75～2,600mm

農業用水用ダクタイル鋳鉄管 JDPA G 1027 300～2,600mm

推進工法用ダクタイル鋳鉄管 JDPA G 1029 250～2,600mm

ＮＳ形ダクタイル鋳鉄管 JDPA G 1042 75～1,000mm

ＰＮ形ダクタイル鋳鉄管 JDPA G 1046 300～1,500mm

ＡＬＷ形ダクタイル鋳鉄管 3) JDPA G 1053 300～1,500mm

鋼

管

水輸送用塗覆装鋼管 (第 1部：直管)

JIS G 3443-1 80～3,000Ａ 強度が大きい。耐久性に富み、靭性、延性がよい。耐衝撃性に優れている。重量

は比較的軽い。内面エポキシ樹脂塗装、

外面プラスチック被覆で防食性に優れ

る。電食のおそれのある箇所は電食防止

措置が必要である。また継手の水密性は

高い。耐震性に優れる。水管橋に適し、内外圧の大きい管路、軟弱地盤の管路等

に適する。 注)配管用炭素鋼管と配管用アーク溶接

炭素鋼鋼管及び圧力配管用炭素鋼鋼管は原管であり、埋設に際しては内面塗覆装、

外面塗覆装をする。

水輸送用塗覆装鋼管 （第 2 部：異形管）

JIS G 3443-2 80～3,000Ａ

水配管用亜鉛めっき鋼管 JIS G 3442 10～ 300Ａ

配管用炭素鋼管 JIS G 3452 6～ 500Ａ

配管用アーク溶接炭素鋼鋼管 JIS G 3457 350～2,000Ａ

圧力配管用炭素鋼鋼管 JIS G 3454 6～ 650Ａ

水道用硬質塩化ビニル

ライニング鋼管 JWWA K 116 15～ 150Ａ

水道用ポリエチレン粉体

ライニング鋼管 JWWA K 132 15～ 100Ａ

農業用プラスチック被覆鋼管 WSP A-101 80～3,000Ａ

硬質ポリ塩化ビニル管

硬質ポリ塩化ビニル管 JIS K 6741 13～ 600mm 軽量で取扱いが容易であり、接合は TS（接着）又は RR（ゴム輪）方式であるため、スピーディな施工ができる。耐久

性、耐食性、耐電食性に優れ、管の内面

粗度は変化が小さく滑らかである。とく

に、RR は伸縮性と可とう性も備え、軟弱地盤の管路にも適する。

水道用硬質ポリ塩化ビニル管 JIS K 6742 13～50､75、100、150mm

水道用硬質ポリ塩化ビニル AS 20 65､125､200～300mm

水道用

硬質ポリ塩化ビニル管継手 JIS K 6743 13～ 150mm

水道用ゴム輪形耐衝撃性

硬 質 ポ リ 塩 化 ビ ニ ル 管(HIVP,VP)

JWWA K 129 50～100,150mm

水道用ゴム輪形 硬 質 ポ リ 塩 化 ビ ニ ル 管

(HIVP,VP) AS 33 125、200～ 300mm

農業用水用

厚肉硬質ポリ塩化ビニル管 AS 60 50～ 150mm

132

9

管 種 規 格 口径（呼び径） 特 性

と

う

性

管

ポリエチレン管

一般用ポリエチレン管 JIS K 6761 10～ 300mm(2種管)

25～ 800mm(3 種管、

公称外径)

軽量、耐衝撃性、耐食性が大きい。電

食のおそれがない。内面が平滑で摩擦

抵抗が小さい。一体管路であるため水

密性が高い。管は可とう性に富み、軟

弱地盤の管路にも適する。 水道用ポリエチレン二層管 JIS K 6762 13～ 50mm

水道配水用ポリエチレン管 JWWA K 144 50～ 150mm

水道配水用ポリエチレン管 PTC K 03 50～ 200mm

強化プラスチッ

ク複合管

強化プラスチック複合管 JIS A 5350 200～3,000mm 軽量で運搬施工が容易である。耐食性、耐磨耗性、耐電食性、耐衝撃性、耐ク

リープ性が大きい。内面粗度は変化が

小さく水理性に優れている。継手の可

とう性があり、軟弱地盤の管路に適す

る。

強化プラスチック複合管 FRPM K -1111 200～3,000mm

ガラス繊維強化

ポリエチレン管

ガラス繊維強化

ポリエチレン管 JIS K 6799 300～2,000mm

軽量、耐衝撃性、耐食性が大きい。電

食のおそれがない。内面が平滑で摩擦抵抗が小さい。一体管路であるため水

密性が高い。管は可とう性に富み、軟

弱地盤の管路にも適する。

注 1) JIS ：日本工業規格 JWWA:日本水道協会規格 PCPA：PC 管協会規格 JDPA：日本ダクタイル鉄管協会規格 AS:塩化ビニル管・継手協会規格

WSP ：日本水道鋼管協会規格 FRPM：強化プラスチック複合管協会規格

PTC ：配水用ポリエチレンパイプシステム協会規格 注 2) 管種によっては口径 3,000mm を超える規格もあるので、検討の際には必ず各種試験結果の確認を行い、安全性の確認を行

う必要がある。

注 3) JDPA G 1053 に掲載されている AL1 種管を採用する場合には、規格に記載されている「布設手間の軽減や工期短縮に資 する簡便な施工を想定した設計」は行わないものとし、本基準及び技術書に従った設計・施工などを行うものとする。

5.4 長期特性と品質管理

長期特性を考慮するためには管材の品質管理が重要となる。

長期特性を把握するための試験を管材の規格や材料を一部でも変更する場合に実施し、管材の品

質を管理する必要がある。

133

10

6．パイプラインシステムの設計

関連条項〔基準 7、運用 7-1～7-8〕

6.1 一般事項

6.1.1 設計の目的

パイプラインシステムとは、管路とそれに附帯するバルブ、水槽、ポンプ、水管理制御施設等の

諸施設からなる総合体であり、個々の機能が有機的に関連して全体として水の送配水機能を発揮す

るものをいう。

パイプラインシステムの設計は、水利用計画を前提とし、受益地の自然的・社会的条件を考慮し

て、計画上から要求される送配水機能を満たすとともに安全性と管理の合理的な機能性を確保する

ことを目的としている。したがって、個々の施設の機能が有機的に関連して全体として水の送配水

機能を発揮するよう、水理及び構造の両面から総合的に検討を行うことが重要である。

水理の面では、設計流量、必要水位、水理解析などの検討結果から要求される水理機能等を満足

する最適な組み合わせを検討する。

また、構造の面では、管体及び附帯施設の構造計算、安定計算等の検討結果から要求される構造

性能（所要の強度、安定性等）を満足する最適な組み合わせを検討する。

なお、パイプラインシステムの設計において、機能性と安全性は費用と密接な関係を持つことか

ら、全体として均衡のとれたシステムをできる限り確保することが、パイプラインシステムの設計

上の最も重要な課題である。

6.1.2 設計に必要な基本事項

パイプラインシステムの設計に当たって留意すべきパイプラインの基本特性及び機能は、次のと

おりである。

(1)パイプラインの基本特性

a.流量及び運用管理から見た基本特性

パイプラインシステムの設計に当たっては、水利用計画に基づく計画最大流量が通水できる

ように、水頭配分及び通水断面を概定するとともに、運用管理を十分考慮する必要がある。

設計流量に対する機能及び運用管理から見た基本特性は、次のとおりである。

・設計流量に対する機能から見た基本特性

① パイプラインは、流況を人為的に制御できる幅が大きく、同一の設計条件に対していく

つかの代替案を考えることが可能である。

② 路線選定に当たっては、開水路のように地形条件に支配されることが少なく、路線選択

の自由度が大きい。

③ 通水容量と工事費は、密接に関係する。上記のように選択の自由度が大きいことも加わ

るので、多くの比較案の中からいかにして適切なシステムを選択するかが重要である。

④ 流況の人為的な制御、管理の可能性が大きい反面、それを求めすぎると逆に管理施設の

費用が増大する。

・運用管理から見た基本特性

134

11

6.4.2 比較設計の留意点

比較設計を実施する場合の留意点は、以下のとおりである。

① 一般に、経済性と機能性及び安全性は相反する関係にある。したがって、比較設計の実施

に当たっては、そのコンセプト（経済性を重視するのか、あるいは経済性を犠牲にしても機

能性と安全性を重視するのか）をはっきりさせることが特に求められる。

② 経済性の比較設計において、各代替案のコスト差が 2 倍を超えるような場合は比較設計

としてほとんど意味がない。したがって、代替案の選定はパイプラインシステムの全体的な

観点から慎重に選ばなければならない。また、比較設計の実施に当たっては、コスト算定の

精度を十分に勘案しなければならない。

③ 比較設計の結果は、各代替案について比較要素別（例えば、送配水の機能性、水理的な特

性、水管理の操作性、経済性等）に特徴を対比できるように列記することが望ましい。

④ 総合検討は、受益地の自然的、社会的条件を考慮し、かつパイプラインシステムの維持管

理主体（多くの場合は、土地改良区が管理主体となるが）となる組織の能力を勘案すること

が特に重要である。

6.4.3 経済比較の方法

パイプラインシステムの経済比較は、以下のとおりである。

代替案別に施設の建設に要する経費、供用期間中の維持管理コストや廃棄にかかる経費に至るま

での全ての経費の総額（ライフサイクルコスト）を比較し、その結果から最適案を選定する。

6.5 総合設計

パイプラインシステムの設計に当たっては、設計の概要を集約的に把握し、実際の操作・管理上

の立場から検討を加え、パイプラインシステムを総合的に検討することが求められる。また、総合

設計には、運用に当たっての管理組織の構成、これを支援する管理体制の設定等、必要な調整を行

うことが重要である。

6.5.1 総合設計に必要な資料

総合設計に必要な資料は主として図表であり、この資料を用いた作業を図上あるいは机上シミュ

レーションとも呼ぶ。資料の内容はパイプラインシステムの設計、施設設計の段階により若干異な

るが、対象パイプラインの取水口から配水系入口の自由水面部（畑地かんがいの場合はファームポ

ンド等）までの区間の幹線パイプライン部の水理縦断図が中心であり、送水系パイプラインと配水

系パイプラインがクローズドタイプで連続している場合には、末端ほ場の給水栓までの水理縦断図

（図-6.5.1参照）である。水理縦断図には以下に述べる(1)、(2)の事項を記入し、施設概要縦断図

（図-6.5.2参照）として 1枚にまとめることが必要である。

また、年度設計等による変更についても、水理縦断図等を修正することが必要である。

173

12

均値が 2.0ｍ/s を超える場合は、水撃圧対策、バルブ対策等の検討を十分行う必要がある。

表-7.2.1 ポンプ圧送式の平均流速

図-7.2.1 経済性の概念図

7.2.3 平均流速公式

(1)摩擦損失係数

パイプラインの流況では、水流と管壁面との摩擦抵抗により摩擦損失が作用し、流向に沿って

水圧（又は水位）の低下が起こる。この摩擦による損失水頭の大きさは、ダルシー・ワイズバッ

ハ公式、式(7.2.1)によって求められる。

g

Vh f

2・＝

2

D

L・f ··························································· (7.2.1)

ここに、

hf ：摩擦損失水頭（ｍ）

f ：摩擦損失係数

D ：管径（ｍ）

V ：平均流速（ｍ/s）

L ：管路の長さ（ｍ）

g ：重力の加速度（9.8ｍ/s2）

摩擦損失係数 f は、一般にレイノルズ（Reynolds）数 /s)）ｍ：動粘性係数(、・（ 2 D/VRe と

管壁面の摩擦抵抗の条件を規定する相対粗度 Dk / との関数である。ここに、 kは壁面の性質か

ら定まる絶対粗度である。したがって、厳密な摩擦損失水頭の推定には、使用管種（内面の状態）

の他に、口径、流体の粘性、流速等の条件に応じた f 値の理論的解析が必要であるが、方法が

複雑で実際の計算には不便である。これに対して、古くから多くの実験が行われ、これらの資料

の蓄積に基づく経験式としての平均流速公式が数多く提案され、実用化されている。

(2)平均流速公式

実際の水理設計に当たって、平均流速公式として一般に適用されるものはマニング（Manning）

公式とヘーゼン・ウィリアムス（Hazen-Williams）公式である。マニング公式は、レイノルズ

数及び相対粗度が大きい粗面上の流れ（粗い管の領域）に対してよい精度を持つとされている。

一方、ヘーゼン・ウィリアムス公式は粗滑遷移領域の流れに適しており、一般に適用されるパイ

プラインの設計条件（使用管種、口径、設計流速）の範囲では、ほとんどヘーゼン・ウィリアム

ス公式の適用領域に入るものと考えられる。本式は、実際の水道管に対する実験を基礎として作

成されたもので、その後の実測資料も多く、送配水管の計算には最も広く用いられている。しか

し、両式の適用範囲を明確に区分することは困難である。すなわち、マニング公式の粗度係数n

口 径（mm） 平均流速（ｍ/s）

75 ～ 150 0.7 ～ 1.0

200 ～ 400 0.9 ～ 1.6

450 ～ 800 1.2 ～ 1.8

900 ～ 1,500 1.3 ～ 2.0

1,600 ～ 3,000 1.4 ～ 2.5

182

13

表-7.2.2 流速係数C の値

管（内面の状態） 流速係数C

最大値 最小値 標準値

鋳 鉄 管 （塗装なし） 150 80 100

鋼 管 （塗装なし） 150 90 100

水道用液状エポキシ塗装管（鋼）注1)

φ800mm 以上 － － 130

φ700～600mm － － 120

φ500～350mm － － 110

φ300mm 以下 － － 100

モルタルライニング管（鋳鉄） 150 120 130

遠心力鉄筋コンクリート管 140 120 130

プレストレストコンクリート管 140 120 130

硬質ポリ塩化ビニル管注2) 160 140 150

ポリエチレン管注 2) 170 130 150

強化プラスチック複合管注 2) 160 － 150

注 1) JIS G 3443-4 によるエポキシ樹脂塗装が内面に施されているが、十分な経年変化後

の水理データがないことから、タールエポキシ樹脂塗装と同等として扱い本表の値を適

用してよい。ただし、呼び径 800mm 以上については、暫定標準値としてC =150 を適用

してよい。

また、呼び径 800mm 未満で、現場溶接部の内面塗装を行わない場合には本表の値を適用

する。なお、現場溶接部の内面塗装を十分な管理の下で行う場合、C ＝150を適用する

ことができる。

2) 呼び径 150mm 以下の管路では、C ＝140を標準とする。

3) ALW 形ダクタイル鋳鉄管（シリカエポキシ樹脂粉体塗装）は十分な実績や経年変化後

の水理データがないことから、暫定標準値としてC ＝140 を適用してよい。

4)ガラス繊維強化ポリエチレン管については、ポリエチレン管と同等の流速係数とする。

7.2.4 平均流速公式の特性とその適用条件

(1)摩擦損失係数の理論式

ダルシー・ワイズバッハ公式、式(7.2.1)における摩擦損失係数 f は、流れの状態及び壁面の

粗さによって異なり、一つの理論式として表-7.2.3 の各式で与えられる。

表-7.2.3 摩擦損失係数の理論式 1)

流 れ vVDRe / 滑 ら か な 管 粗 い 管

層 流 2,100 Re Ref /64

乱 流 2,100 Re

0.8－2.0＝1 10 fRef

log ○A 1.74＋2.0＝1

210

k

D

flog

○B 粗滑遷移領域

fReD

k

f ・

18.7＋

210＝1.74－2.0

1log

この理論式は、摩擦損失係数 f について、以下の点を示している。

① 層流では、 f はレイノルズ数Reだけの関数となる。

② 乱流では、水理学的に滑らかな領域では、 f が相対粗度 Dk / に無関係でレイノルズ数

Reだけの関数となる。

184

14

図-7.2.3 粗滑遷移領域と粗い管の領域の境界

(5)大口径管に対する平均流速公式の適用

口径が 2,000～3,000mm の大口径管における流況は、粗滑遷移領域若しくは粗い管領域にある。

したがって、同一の動水勾配に対する流量の推定精度は、流れが粗滑遷移領域の場合はヘーゼ

ン・ウィリアムス公式を適用した方がマニング公式の場合より高くなり、また流れが粗い管領域

の場合はマニング公式を適用した方が高い。しかし、いずれの公式もそれぞれの係数（流速係数

C、又は粗度係数n）の取り方によって流量の推定には数％の誤差が生じ、かつそれぞれの公式

の適用範囲を明確に区分することは極めて困難である。そこで、設計実務上の観点から（一連の

パイプライン上にあって、管種により適用公式を変えることは統一性に欠ける）、本技術書では

特別な場合を除いて大口径管に対してヘーゼン・ウィリアムス公式を適用するものとする。

7.2.5 パイプラインの水理計算

(1)水理計算の方法

水理計算は利用可能なエネルギーを有効に利用して、計画最大用水量を流し得る最小断面を求

めることが目的である。最小断面は、パイプライン口径を想定し計画最大流量について、設計上

の摩擦損失水頭及び各種損失水頭を、以下のように計算することによって求められる。

水理計算に用いる内径は、水理計算上大きな影響を与えることがない場合には、呼び径を用い

てよい。

① 摩擦損失水頭：原則として、ヘーゼン・ウィリアムス公式より計算する。

② 各種損失水頭：パイプラインの縦横断線形の設計に応じて以下の各種損失水頭を計算する。

・流入による損失水頭

・流出による損失水頭

188

15

・湾曲及び屈折による損失水頭

・断面変化による損失水頭

・分流による損失水頭

・合流による損失水頭

・バルブによる損失水頭

・量水器による損失水頭

・スクリーンによる損失水頭

③ 全損失水頭：摩擦損失水頭と各種損失水頭の合計値として、全損失水頭を求める。

図-7.2.4 は、これら損失水頭とエネルギー勾配及び動水勾配の関係を説明するものである。

なお、口径 300mm 以下、かつ設計水圧 1.0MPa 以下の小口径管の定常水理計算については、

曲管、分岐管、片落管等の異形管類及び制水弁類の局所損失水頭が摩擦損失水頭に比べて小さ

いので、次の簡略式を用いてもよい。

小口径管の各種損失水頭 10% fhH

ここに、

H ：小口径管の各種損失水頭（ｍ）

fh ：ヘーゼン・ウィリアムス公式による摩擦損失水頭（ｍ）

ただし、必要水位等の水理条件が厳しい場合や曲管、分岐管、片落管等の異形管類及び制水

弁類の局所損失水頭が多い路線については、損失水頭を個別に算出し水理計算を行い確認する。

また、送配水に必要な水頭差が非常に小さいパイプラインにおいて、口径 300mm 以下、かつ

内径が呼び径よりも小さい場合の水理計算については慎重に検討を行う必要がある。

図-7.2.4 水理計算の概念

189

16

〔運動方程式〕

02

・・

2・

2

g

V

D

Vf

x

HV

xgt

V

g

11

〔連続方程式〕 ····························· (8.2.1)

0sin

x

V

g

aV

x

HV

t

H2

ここに、

V ：管内流速（ｍ/s） D ：口径（ｍ）

x ：距離（ｍ） ：管路の基準線に対する傾き角度

t ：時間（s） a ：水撃波の伝播速度（ｍ/s）

H ：基準線からの圧力水頭（ｍ） g ：重力の加速度（ｍ/s2）

f ：摩擦損失係数

または、

〔運動方程式〕

0・6.82

2

2

1671851

8520

11．．

．

・DC

VVi

x

hV

xgt

V

g

〔連続方程式〕 ··················· (8.2.2)

00

xA

k

t

hw

Q

ここに、

h ：管軸からの圧力水頭（ｍ） k ：管の等価体積弾性係数（kN/ｍ2）

i ：管軸勾配 A ：管の通水断面積（ｍ2）

C ：流速係数 Q ：通過流量（ｍ3/s）

0w ：水の単位体積重量（kN/ｍ3）

(2)剛体理論に基づく基礎式

剛体理論は水の圧縮性を考慮しない（水をあたかも剛体であるかのように考える）流れであり、

この仮定条件に基づく基礎式は、以下のように表される。

〔運動方程式〕

06.82

2

2

1671851

85201

．．

．

・DC

VV・Zh

g

V

xt

V

g

〔連続方程式〕 ····················· (8.2.3)

0)(

AV

xtAV ・　または　・ Q

ここに、

V ：管内流速（ｍ/s） D ：口径（ｍ） x ：距離（ｍ）

h ：管軸からの圧力水頭（ｍ） Z ：基準線から管軸までの高さ（ｍ）

A ：管の通水断面積（ｍ2） C ：流速係数

g ：重力の加速度（9.8ｍ/s2） )(tQ ：通過流量（ｍ3/s）

なお、流れが極めて暖やかな場合、式(8.2.3)の運動方程式は慣性効果を無視して以下のよう

に扱うことができる。このような仮定に基づく非定常流況を準定常流況と呼ぶ。

229

17

8.2.2 圧力波の伝播速度と圧力振動周期

(1)圧力波の伝播速度

パイプライン組織では、バルブ操作等の外的要因によってパイプライン中の流況が変化すると

圧力波が発生し、水の流速とは違ったある特有の速度でパイプライン系内を往復する。この圧力

波の速度を伝播速度と呼ぶ。この伝播速度は非定常的な水理現象、特に水撃圧の大きさを推定す

る場合の重要な指標となり、式(8.2.1)又は式(8.2.2)に見られるように、弾性体理論に基づく

基礎式（このうち、連続方程式）を構成する重要なパラメータである。ただし、剛体理論ではそ

の仮定から圧力波の伝播速度の要素は含まれない。

圧力波の伝播速度は、水の圧縮性、管材のヤング係数、管の支持状態から求められる。設計に

当たって、伝播速度は式(8.2.4)によって求める。

tE

CD

Kg

w

a

S・

・1

1

10

··················································· (8.2.4)

ここに、

a ：水撃波の伝播速度（ｍ/s）

SE ：管材のヤング係数（短期）（kN/ｍ2）（表-8.2.1 参照）

g ：重力の加速度（9.8ｍ/s2）

K ：水の体積弾性係数（2.03×106kN/ｍ2）

D ：管の内径（ｍ）

0w

：水の単位体積重量（kN/ｍ3）

t ：管厚（ｍ）

1C ：管の埋設状況による係数（1.0 を基準とする）

表-8.2.1 管材のヤング係数 E （×106kN/ｍ2）

管 種 SE

管 種 SE

短期注1) 短期注1)

鋼 管 200 硬 質 ポ リ 塩 化 ビ ニ ル 管 3

ダ ク タ イ ル 鋳 鉄 管 160 一般用ポリエチレン管（2 種） 1

遠 心 力 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト 管 20

一 般 用 ポ リ エ チ レ ン 管

(3 種 PE100)

水道配水用ポリエチレン管

1.3

コ ア 式 プ レ ス ト レ ス ト

コ ン ク リ ー ト 管 39 強化プラスチック複合管注 2) 15～22

ガラス繊維強化ポリエチレン管 2.5

注 1）長期のヤング係数L

E は、樹脂系管材は短期の値にクリープ係数 0.8 を乗じた値を用いる（有効桁 2 桁（3 桁め四捨五

入））。

なお、金属管、コンクリート管は短期の値を用いる。

2）FW 成形の 5～1種管の値を示す。管級や用途により本表以外の値の場合もある。

(2)圧力振動周期

管路の非定常流況では、図-8.2.1 の弾性体理論による解析例に見られるように、流量の変化

に対応した圧力の上昇と下降がある周期をもって発生し、時間経過とともに圧力の大きさが減衰

231

18

9．管路の構造設計

関連条項〔基準 10、運用 10-1～10-10〕

9.1 一般事項

9.1.1 検討順序及び内容

管路の構造設計は、地形条件、土質条件、水理条件、施工条件等を考慮して管種と埋設深を想定

した後、荷重を決定し、続いて管体の横断方向及び縦断方向の構造計算を行う。検討内容は、耐圧

強さ、移動、変形、水密性等とする。

施工中の荷重についても検討する必要があるが、施工中などの一時的な荷重から管体が決定され

ることは極力避けることが望ましい。

また、縦断方向の耐圧強さについては、埋設管の特性として管体にかかる荷重が均衡する場合が

多く、したがって、縦断方向の曲げモーメントが小さいため、その検討を省略することがある。た

だし、構造上局所的に荷重が集中する箇所等においては、縦断方向の耐圧強さの検討を行うものと

する。

縦断方向の移動については、流水による不平衡力が作用する場合、軟弱地盤等で地震に対する検

討が必要な場合等に行う。

地盤条件が高有機質土からなる泥炭質地盤や高含水比で高塑性の海成粘土等となる場合は、関連

する技術書なども参考としながら、適切な設計を行う必要がある。

管路の構造設計の手順を図-9.1.1 に示す。

271

19

cD ：管の外径（ｍ）

：安全率（1.2とする）

：管体の単位体積重量（kN/ｍ3）（表-9.4.8(p.312)参照）

：水の単位体積重量（kN/ｍ3）

：埋戻し土の飽和単位体積重量（kN/ｍ3）

式(9.1.1)は、地表面まで地下水で飽和されているとした場合のものである。現地の地下水

位が確かで地表面までの地下水位の出現の可能性がない場合には、別途その条件を前提にして

検討する必要がある。

［参考〕ジオテキスタイルによる地中構造物の浅埋設工法

浮上防止に必要な土かぶりを確保する代わりに、ジオテキスタイルを用いて地盤と構造物を

一体化させることで埋設深を低減する技術が開発されている。（図-9.1.4参照）

掘削深が浅くできるほか、施工断面の縮小、仮設資材の削減、施工機械の小型化、仮設用地

の縮小、施工期間の短縮等も考えられ、これらの結果を合わせて事業経費の縮減が期待できる

工法である。

参考となる文献は、「農業農村整備事業品質確保・向上対策事業 新技術等普及マニュアル（案）

平成 14年 3 月（土地改良測量設計技術協会）、「ジオテキスタイルによる地中構造物の浅埋設工

法 設計マニュアル（暫定版）平成 19年 5月」及び「パイプラインの浅埋設工法設計・施工・

積算指針（案）平成 19年 3月」（共に（独）農業・食品産業技術総合研究機構 農村工学研究

所）等である。

（事例地区： 新矢作川用水地区

隈戸川（一期）地区

九頭竜川下流地区 他）

図-9.1.4 埋戻し材料のジオテキスタイルによる一体化

9.1.3 荷重に対する安全性の検討

(1)許容荷重と許容応力

原則として許容応力は、管体材料の引張強さあるいは破壊応力を安全率で除した値とする。ま

た、管体材料の破壊応力に代わって破壊荷重が示されているものについては、破壊荷重を安全率

で除した値を許容荷重とする。

ただし、コンクリート製管（RC、PC 管）については、さらに管体材料の物理的特性を考慮

して、管体のひびわれ荷重に対し、所要の安全率が確保されるようにする。

また、ブルドーザ荷重等の施工中の一時的な荷重による検討を行う場合には、許容応力を高め

ることができる。

S

p

0w

w

ジオテキスタイル

274

20

(2)許容たわみ量と設計たわみ量

とう性管については、そのたわみ量の許容範囲を設定しておく必要がある。それは、たわみ量

が許容範囲を超えると、継手の水密性が損なわれたり、必要な通水断面が確保できなかったり、

さらには管体が座屈に至る場合があるからである。したがって、許容たわみ量の設定は、継手の

水密性の確保及び管体の座屈に対する安全性の確保の両面から検討する必要がある。

この技術書では、管体に発生するたわみを許容範囲内とするため、許容たわみ率（許容たわみ

量/管厚中心直径×100(％)）を定める。

また、たわみ量は、管体の強度のほか、現地盤、基礎材料の土質及び施工方法によって影響を

受ける。したがって、締固めの程度が施工上のバラツキによって変動することに対応し、たわみ

量も変動することになるため、許容たわみ率を確保するためには、設計に当たってあらかじめこ

のバラツ�