2015年11月5日 於：法政大学 日独国際シンポジウム「レジリエントシティ―気候変動への緩和と適応、エネルギーセキュリティ―」 水循環レジリエンス： レジリエンス定量評価手法の設計と災害時化学物質管理への適用 Resilience on water circulating system: Development of resilience assessment method and its application on chemical substances management in a time of disaster 東海 明宏1)，〇中久保 豊彦2) Tokai, Akihiro1), 〇 Nakakubo, Toyohiko2) 1) 大阪大学 大学院工学研究科 教授 Professor, Graduate School of Engineering, Osaka University, Japan 2) お茶の水女子大学 基幹研究院自然科学系 助教 Assistant Professor, Faculty of Core Research, Natural Science Division, Ochanomizu University はじめに Introduction 2 サブテーマ３（大阪大学） Research project 3 (Osaka University) （1）リスク論に基づくレジリエンス定量評価手法の開発 Development of quantitative resilience assessment method based on risk theory （2）ケースステディ：水循環を対象とした環境レジリエンス評価 Case study: Environmental resilience assessment intended for water circulating system （3）ケースステディ：都市リスク認知と施策の充実度からみた自治体のレジリエンス評価 Case study: Assessment method of local government’s resilience from a viewpoint of citizens’ perception of urban risk and sufficiency of local government’s measures 本日の発表内容［（1）, （2）］ Today’s topic • レジリエンスの定量評価手法の体系化と分類． Review and classification of quantitative assessment methods for resilience. • ライフラインとしての上下水道，サプライチェーンとしての化学物質管理から構成される 都市水循環を取り上げ，災害時における化学物質管理を対象としたケーススタディを実 施した．淀川流域圏（上流側：京都府域，下流側：大阪府域）を対象とした． We targeted water circulating system, composed of water supply and sewerage systems as infrastructure and chemical substances flow as supply chain. Case study was conducted intended for management of chemical substances in a time of earthquake. Case study area is Yodo river basin (Kyoto pref as upstream, and Osaka pref as downstream). レジリエンスを評価する視点 その１ Viewpoint to assess resilience approach (1/2) リスクの3重項：Risk = f（発生確率, 被害, シナリオ） Main three term of Risk: Risk = f (Probability, Damage, Scenario) 回復・適応の観点を含む対策戦略 Resilience approach as the aspect of measures including recovery and adaptation • 古典的なリスク管理が発生確率の評価に重点を置くのに対し，レジリエンスは被害の 大きさの評価に重点を置くアプローチである． Classical risk management focuses on assessment of probability, however, resilience approach focuses on assessment of damage. • 林 (2014) は，レジリエンスのアプローチの特徴を，①大規模災害において被害の発生 を前提とする点，②これまで行われてきた予防力（ハザード，曝露量，脆弱性）の向上 を目指すことを継続する点，③回復力（人間活動，時間）を追加して，予防力と回復力 を組み合わせて災害に立ち向おうとする点，にあるとしている． Hayashi (2014) points out three characteristics of resilience approach: i) Permitting occurrence of damage against a catastrophic disaster; ii) Maintaining measures for improving prevention (represented by hazard, exposure, and vulnerability); iii) Adding recovery (represented by human activity and time) and combining prevention and recovery for coping with disaster. 3 レジリエンスを評価する視点 その２ Viewpoint to assess resilience approach (2/2) 4 リスクの3重項：Risk = f（発生確率, 被害, シナリオ） Main three term of Risk: Risk = f (Probability, Damage, Scenario) ハザード未特定事象への対策戦略 Resilience approach as the aspect of measures toward an event where hazards are unknown • 将来起きうるリスクを評価するためにはハザードを特定し，リスクシナリオを設定する必 要があるのに対し，災害事象や突発性事象についてはどこまでを想定するかという課 題がつきまとい，リスクシナリオの設定が困難となる． In order to discuss risk events which might happen in a future, risk scenario has to be drawn by identifying hazards. However, drawing risk scenario intended for events by a disaster and a crisis is difficult because we can’t answer whether assumed events are enough or not. • リスク解析の実施にはハザードの特定が必須であるのに対し，突発的に発生する脅威 を対象とした場合にはハザードの特定が困難であり，リスク解析が困難となる．レジリエ ンスのアプローチは，予期できないことに対する準備が必要視される (Park et al., 2013)． Identifying hazards is required to conduct risk assessment, then it is difficult to do risk assessment intended for unexpected events. Resilience approach is ordered to deal with and prepare unexpected events. 定量評価手法の類型結果 The results of classification of resilience assessment methods 5 評価対象とするレジリエンスのアプローチ Assessment method responding to each resilience approach 主体 Stake holder 供給部門 Supply sectors 需要部門， コミュニティ Demand sectors/ Local communities 回復・適応の観点を含む 対策戦略 Resilience approach as the aspect of measures including recovery and adaptation ハザード未特定事象への 対策戦略 Resilience approach as the aspect of measures toward an event where hazards are unknown 外力応答評価 Pressure - response assessment 網羅性評価 Comprehensive assessment 外力に対するライフライン ライフラインレジリエンスの 機能の応答評価 網羅性評価 Pressure - response assessment Comprehensive assessment of infrastructure resilience of infrastructure performance ライフライン機能の停止 に対する耐性評価 Tolerability assessment for infrastructure disruption コミュニティレジリエンスの 網羅性評価 Comprehensive assessment of community resilience 淀川流域圏による水循環システム Water circulating system in Yodo river basin 下水処理場（京都府） Wastewater treatment plants (Kyoto) S1 吉祥院 下水処理場 S2 鳥羽 下水処理場 S3 伏見 下水処理場 S4 石田 下水処理場 S5 洛西 下水処理場 S6 洛南 下水処理場 S2 S1 S4 6 名古屋市等 木曽三川 Nagoya city Kiso river basin 下流部 の人口 Population living in downstream 610 上流部 の人口 Population living in upstream 180 S3 S5 東京都等 荒川 Tokyo metro Ara river basin S6 P1 P2 720 350 東京都等 江戸川 Tokyo metro Edo river basin 1,030 370 P3 P5 P6 P4 浄水場（大阪広域企業団，大阪市） Water purifying plants (Osaka) P1 P2 P3 P4 P5 P6 豊野 浄水場 村野 浄水場 庭窪 浄水場 庭窪 浄水場 三島 浄水場 柴島 浄水場 楠葉取水場 磯島取水場 （同地点取水） （同地点取水） 一津屋取水場 一津屋取水場 大阪府等 淀川 Osaka pref Yodo river basin 1,120 480 0 500 1,000 1,500 人口 [万人] Population [104 persons] （出所）淀川河川事務所HP 水循環システムへの外力応答評価の適用 Applying pressure - response assessment to water circulating system 機能 (performance or functionality) 外力 Prenewal P0 P’(t) P(t) Pthreshold f(t) r(t) Pworst ~ ~ レジリエンスの視点では，「影響の 大きさ」を「機能の低下性」と「回復ま でに要する期間」に分割． “Damage” is focused in resiliencebased assessment, and “damage” is divided into “reduction of performance” and “time of recovery”. Pressure ~ ~ リスク＝「影響の発生確率（頻度）」 と「影響の大きさ」の視点で評価． Risk assessment is done from a perspective of “Probability” and “damage”. 7 t0 ti tf tw tr trenewal 時間 (time) 図．外力応答評価の枠組み Framework of Pressure - response assessment. 都市水循環に係るリスクの整理 List of risk related to water circulating system 8 表．影響の特性 Characteristics of damage 影響の特性 Characteristics of damage 機能低下 Performance’s reduction 回復期間 Recovery time 渇水 Drought 大きい Large 長い Long 地下水枯渇 Groundwater depletion 特大 Very large 超長期 Very long 地震 Earthquake 特大 Very large 長い Long テロ Terrorism 特大 Very large 長い Long 水質事故（表流水汚染） Surface water contamination 特大 Very large 極短期 Very short 地下水汚染 Groundwater contamination 大きい Large 超長期 Very long テロ Terrorism 特大 Very large 短い Short 富栄養化 Eutrophication 大きい Large 超長期 Very long 輸送機能 Water transport 地震 Earthquake 地滑り・陥没 Landslide 大きい Large 大きい Large 長い Long 短い Short 水処理機能 Water treatment 地震 Earthquake 大きい Large 長い Long 量的危機 Quantitative crisis 質的危機 Qualitative crisis 厚生労働省 (2006) 緊急時の水質リスクに対応した連携方策検討調査報告書. より抜粋し作成． Quoted from Ministry of Health, Labour and Welfare (2006) 解析対象 Analysis object レジリエンス対策の分類 Classification of measures based on attributes of resilience 予防策 Prevention 主体 Actors 抵抗力 resistance; 臨機応変性 resourcefulness; 冗長性 redundancy 取扱 需要 下水 水道業 事業所 部門 Water 道業 Facilities Water Sewerage supply using demand business business sector chemicals • 発生確率の低減を主たる目標とした対策． Measures to reduce probability. 順応策 Adaptation 回復力 recovery; 適応力 adaptability • 被害の大きさの低減を主たる目標とし， 回復力や適応力を高める対策． Measures to reduce damage. 転換策 Transformation 転換力 transformability • 既存システムへの影響が甚大なリスクに 対し，ハザード自体をなくすため，新しい システムへ移行する対策． Creating new system by updating existing system to remove hazard itself. 9 対策 Meas ures 予防策 Prevention 順応策 Adaptation 転換策 Transformation 本研究では，地震による化学物質流出の河川 表流水汚染をリスクの対象とし，事業所による 予防策の対策効果分析を行うための評価枠組 みを構築した． In our study, we covered surface water contamination by releasing chemicals in a time of earthquake, and constructed a framework for assessing measure effectiveness of prevention by facilities using chemicals. 水循環レジリエンスの評価枠組み Framework for assessing resilience of water circulating system 10 • 京都市ならびに京都府南部を中心に発生が予想される大規模地震を想定し，それに 起因する工場・事業所（PRTR届出事業所）からの化学物質流出が，大阪府域における 浄水場の原水/浄水濃度に与える影響を解析対象とした． We developed the model for evaluating effects to water supply function by chemicals release from facilities caused by earthquake in upstream of Yodo river basin. S2 化学物質 流出シナリオ Chemicals release scenario S1 S4 S3 S5 S6 P1 村野浄水場での水質解析 Estimation of water quality P2 流量m3/s 河川水 〔mg/L〕 河川底泥液相mg/l 河川底泥固相〔mg/L〕 1.00E+00 0 1.00E-01 200 1.00E-02 400 1.00E-03 1.00E-04 600 1.00E-05 800 1.00E-06 1000 1.00E-07 10/12 10/11 10/10 10/09 10/08 10/07 10/06 10/05 10/04 10/03 10/02 1200 10/01 1.00E-08 09/11 P4 09/12 P3 P5 P6 09/10 想定地震： 花折断層帯地震 （京都府，2008） マグニチュード7.5, 京都市を中心に震度 6～7. Assumed earthquake: Hanaore fault zone earthquake (kyoto pref, 2008); Magnitude 7.5, Seismic Intensity 6 – 7 around Kyoto city. 地震による水質影響解析モデル 11 Framework for estimating water quality effect in a time of earthquake 流出シナリオ Release scenario 想定地震の震度分布 Seismic intensity map of assumed earthquake 災害時に流出が発生 する事業所の設定 Setting of chemicals release scenario 災害時流出量の推計フロー Estimation of chemicals flow 排出・移動量 Annual amount of emission [kg/year] 貯蔵量 Amount of chemicals stock [kg/day] 非平常排出量 Amount of chemicals release [kg/day] AIST-SHANEL 非定常解析モデル Non-stationary analysis model 原水濃度時間変動値 Concentration in raw water [mg/L] 浄水濃度時間変動値 Concentration in tap water [mg/L] パラメータ Parameters 取扱量換算係数 Conversion rate into amount of use [kg-use/kg-emission] 貯蔵量換算係数 Conversion rate into amount of stock [kg-stock/kg-use] 貯蔵量に対する流出率 Release rate for stock [-] 公共用水域への移行率 Transfer rate to public water [-] 浄水場での除去率 Removal rate in water purifying plant [-] 花折断層帯地震での流出期待値，流出発生確率の推計 Estimated results of expected value and probability of release 表．流出件数の期待値 Expected value of release cases (1) 被災事業所数 （震度6以上） Number of facilities 施設 facilities タンク貯蔵施設 Facilities having storage tank 給油取扱施設 Facilities for distribution and sales of oil 一般取扱施設 General facilities a 12 (2) 流出係数（震度6以上）a (1)×(2) 流出発生の期待値 Coefficient of chemicals release Expected value of chemicals by earthquake (> intensity 6) release cases 件/1,000施設 件 cases/ 1,000 facilities cases 125 2.9 0.36 164 0.2 0.03 16 1.8 0.03 消防庁（2011）より，東日本大震災における知見を踏まえて設定． Data obtained from survey by Fire and Disaster Management Agency intended for the Great East Japan Earthquake. ポアソン分布の適用 Application of Poisson distribution 𝑚𝑚𝑛𝑛 𝑃𝑃𝑛𝑛 = × 𝑒𝑒 −𝑚𝑚 𝑛𝑛! 𝑛𝑛: 流出発生件数 number of cases 𝑚𝑚: 流出発生の期待値 expected value 表．流出発生確率の推計値 Estimated probability of release 流出発生件数 number of cases 0件 cases 1件 cases 2件 cases タンク貯蔵施設 Facilities having storage tank 給油取扱施設 Facilities for distribution and sales of oil 一般取扱施設 General facilities 0.70 0.25 0.05 0.97 0.03 5.2×10-4 0.97 0.03 4.0×10-4 災害時流出シナリオの設定と対策効果分析 Setting of release scenario and Analysis of measure effectiveness • 給油取扱施設から1件の流出を想定．One release case is assumed from facilities for distribution and sales of oil. 100%：対策なし No measures 1%：緊急遮断弁の導入 Introducing emergency shutoff valve 非常時流出量＝（貯蔵量）×（貯蔵量に対する流出率） Amount of release = Amount of stock × Release rate 評価指標 Evaluation indicator ∑𝑖𝑖 ハザード比𝑖𝑖 𝑗𝑗 = ∑𝑖𝑖 ∑𝑖𝑖 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑖𝑖 𝑗𝑗 𝑖𝑖: 化学物質 𝑗𝑗: 流出ケース 推計浄水濃度𝑖𝑖,𝑗𝑗 水道水質基準濃度𝑖𝑖 = ∑𝑖𝑖 13 Estimated 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑖𝑖,𝑗𝑗 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤 𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞𝑞 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑖𝑖 𝑖𝑖: chemicals 𝑗𝑗: release scenario 表．流出ケースの設定（BTEX系物質を対象） Setting of release scenario intended for petroleum hydrocarbons 貯蔵総量を踏まえた流出ケース [件 cases] Release scenario based on amount of stock (X) 5t以上 1t以上 1t未満 最大 10t以上 10t未満 5t未満 X <1t X = Max X >10t 5t< X <10t 1t< X <5t 1 給油取扱施設 Facilities for distribution and sales of oil 1 1 1 1 貯蔵量 [kg/day] Amount of stock トルエン toluene キシレン xylene ベンゼン benzene 18,381 8,235 4,421 5,947 2,681 1,377 3,136 1,283 674 865 364 196 141 57 36 影響評価結果 Evaluated results of measure effectiveness 8.00 7.51 7.00 6.00 b. 緊急遮断弁導入時 Introducing emergency shutoff valve toluene トルエン xylene キシレン benzene ベンゼン 5.00 4.00 3.06 3.00 2.00 1.44 1.00 ハザード比 [-] Hazard ratio ハザード比 [-] Hazard ratio a. 防護対策なし No measures 14 4.50 4.00 toluene トルエン 3.50 xylene キシレン 3.00 benzene ベンゼン 2.50 2.00 1.50 1.00 0.44 0.31 0.50 0.38 0.16 0.00 0.00 最大 X = Max 10 t以上 5 t以上、 1 t以上、 1 t未満 10 t未満 5 t未満 X >10t 5t< X <10t 1t< X <5t X <1t 最大 X = Max 0.08 0.03 0.03 10 t以上 5 t以上、 1 t以上、 1 t未満 10 t未満 5 t未満 X >10t 5t< X <10t 1t< X <5t X <1t 図．ハザード比の和での評価結果（村野浄水場，浄水濃度＝原水濃度×（1－0.9）[-]） Evaluated results of summation of hazard ratio (removal rates are 0.9 in water purifying plant) おわりに Conclusion 15 • 淀川上流域における事業所からの化学物質の公共用水域への流出について，緊急遮 断弁の対策効果を分析した．結果，BTEX系物質について，貯蔵量5t以上の施設に対し， 緊急遮断弁の導入が求められることが指摘される． We evaluated measure effectiveness of introducing emergency shutoff valve by facilities located in upstream of Yodo river basin. The results indicate that facility carrying in stock 5 ton of petroleum hydrocarbons should introduce emergency shutoff valve. • BTEX系物質は浄水場での粉末活性炭処理による除去率を90%としたため，同処理法で 除去できない物質を貯蔵している事業所については，貯蔵量0.5t以上の事業所で緊急 遮断弁の導入が求められる． In addition, facility carrying in stock 0.5 ton of chemicals which cannot be removed in water purifying plant should introduce emergency shutoff valve in light of its removal rate. • 化学物質管理の広がり Growing extent of management of chemical substances 排出規制 → 自主管理 Discharge regulation → Voluntary management 平時の環境排出 → 災害時の突発性流出 Usual emission → Unusual emission • レジリエンス研究：将来起きるか起きないかわからない事象に対し，どこまで対策すべき か，という施策判断の支援につながる研究が重要． Meaning of resilience research: To support several judgment against unexpected events. 16 ご清聴ありがとうございました． Thank you for your kind attention. 参考文献 • 中久保豊彦，東海明宏：ライフライン分野におけるレジリエンス定量評価手法 の類型化に関する研究，土木学会論文集F6（安全問題），Vol.71，No.2， pp.I_89-I_96，2015/11. • 多田悠人，中久保豊彦，東海明宏：地震災害を想定した化学物質流出による 浄水場の給水機能への影響評価：淀川水系のレジリエンスに注目して，日本 リスク研究学会年次大会講演論文集，Vol.28，6頁，2015/11. • 中久保豊彦，東海明宏，山口治子，中澤暦：レジリエンスの定量評価手法のレ ビューと都市水代謝への適用に向けた枠組みの設計，環境システム研究論 文発表会講演集，Vol.42，pp.141-148，2014/10.
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