J. of Taroten

公務員試験, 土木計画(上下水道分野)2002，二次試験, 問題の傾向と解説

本稿のねらい

　国家公務員1種試験の2次試験の土木職種の試験は、以前は、構造，土質，水理，計画数理より一題選択と港湾計画，河川計画，交通計画，都市計画，上水道計画，下水道計画より一題選択であった。公務員試験の改革により，現在は，土木職はないが,内容的には以前のものと類似しており,土木計画系の出題は，上記の港湾計画，河川計画，交通計画，都市計画，上水道計画，下水道計画が踏襲され，別に環境工学・衛生工学が出題されることとなった。この原稿では，このうち上水道計画，下水道計画について解説を加えるものである。本問題は，記述式であるため，正答が必ずしも明らかではないので，当方の推測で答えをつけていきたいと考えている。なお，本ページの他大学土木系教官や予備校関係者による無断転載をかたく禁じます。かならず，たろてんにご連絡ください。

科目21．土木計画

　本科目の選択者は科目22.環境工学・衛生工学と科目29.資源リサイクリングを解答することはできません．A.からF.のうちから一題のみ解答してください．

A. 交通計画（省略）
B. 河川計画（省略）
C. 港湾計画（省略）
D. 都市計画（省略）

E. 我が国における水道の配水・給水に関する以下の設問に答えよ。

(1) 浄水施設で浄化された浄水は，送水管により配水池へ送られる。配水池に関する以下の問いに答えよ。
（a）配水池が有する機能を二つ挙げよ。
（b）配水池の設計に当たって考慮しなければならない事項及びそれらへの対策について述べよ。
（c）ある給水区域Aの計画給水人口を100,000人, 計画1人1日最大給水量を300リットルとする。このとき，区域Aに配水する配水池を計画する場合に必要となる容量について，考え方を示しつつ求めよ。ただし，区域Aにおける水道の取水施設，浄水施設並びに送水ポンプ等は計画1日最大給水量で計画されているものとする。また，表1は区域Aの近隣の類似都市での時間帯別給水量（1日最大給水量：24,000m3）の実績を示す。
（d）配水池は給水区域内にどのように配置するのが適当であるのかを述べよ。

表1　区域Aの近隣の類似都市での時間帯別給水量の実績

時間帯 給水量[m3] 時間帯 給水量[m3]
0時～1時 340 12時～13時 1,150
1時～2時 190 13時～14時 1,090
2時～3時 150 14時～15時 1,050
3時～4時 110 15時～16時 1,100
4時～5時 320 16時～17時 1,130
5時～6時 760 17時～18時 1,330
6時～7時 1,450 18時～19時 1,500
7時～8時 1,720 19時～20時 1,480
8時～9時 1,600 20時～21時 1,360
9時～10時 1,350 21時～22時 1,070
10時～11時 1,220 22時～23時 820
11時～12時 1,200 23時～24時 510

（2）浄水は，配水池から配水管を通って需要家へ配水される。これに関する以下の問いに答えよ。
（a）配水管が有すべき性能について述べよ。また，このような性能を有するものとして使用される配水管種を二つ挙げ，各々についてその特色を述べよ。
（b）4階以上から10階程度までの建物の給水方式として，受水槽方式と増圧ポンプを使用した直結給水方式がよく利用されているが，それぞれの方式の長所と短所について述べよ。
（c）（b）で示した方式以外に，配水管中の配水圧を上昇させることにより，建物の4階以上に配水管から直接給水することも可能である。このとき，水道事業者にとって問題となる点を述べよ。

[解説](1)(a) 水の消費量を平準化することにより浄水場の規模を小さく設計する事が可能になる．また，浄水場の小さいトラブルや原水事故の際に断水を最小限にすることが出来る．
(b)遮光性，水密性，タンクが空になった場合の浮力対策
(c) 面積法，類加曲線法
(d)適当な高所があればそこから自然流下で給水する．そうでないときは，良く考える．
(2)(a) 強度，耐地震応答性（衝撃，継手，伸縮），加工性・施工性，耐腐食性，内面の粗度変化, 価格
ダクタイル鋳鉄管, 塩ビ管
(b)受水槽方式の場合，配水管に負圧を生じない。ある程度の貯留による使用量の平準化。断水の回避。増圧の場合、水質劣化が小さく場所が節約できる．
(c)漏水量の増加，管の交換頻度の増加。

直接給水することも可能である。このとき，水道事業者にとって問題となる点を述べよ。

F. 我が国の下水道に関する以下の設問に答えよ。

図ⅠはA区域内の下水を収集する合流式下水道を概略的に表したものである。A区域は平坦な地形で，区域内の下水はすべて下水道幹線に収集され，河川沿いにある下水吐きを経由し，その一部は下水処理場へ送られる。

（a）次の条件より，図Ⅰに示すA区域内の最下流にあるB地点の計画時間最大汚水量[m3/s]を求めよ。ただし，導出過程も示せ。

人口密度〔人／ha〕 1人1日最大生活汚水量〔リットル〕 営業用水率 流出係数
住宅地域 100 300 0.2 0.6
商業地域 200 300 0.6 0.8
工業地域 50 300 0.4 0.4

地下水量：生活汚水量と営業汚水量の和の20％を見込む　　汚水の時間変動率：2倍
（b）次の条件より，図Ⅰに示すA区域内の最下流にあるB地点の計画雨水流出量[m3/s]を合 理式により求めよ。ただし，導出過程も示せ。また，合理式は次式で表される。

（c）管径が異なる場合における下水管の以下の接合方式について，それぞれ図で表し，かつその特徴を述べよ。ただし，図には管，地表面及び下水面を記せ。
　（ア）管頂接合　　（イ）管底接合　　（ウ）水面接合

（2）表Ⅱは我が国の合流式下水道の採用状況を示したものである。この表を参考にして以下の問いに答えよ。
表Ⅱ　我が国の合流式下水道の市町村別採用状況

政令指定都市 人口30万人以上 人口10～30万人 人口5～10万人 人口5万人未満 計
下水道実施市町村数(A) 13 53 161 221 1,740 2,188
合流式採用市町村数(B) 12 39 78 34 24 187
(B)/(A) 92% 74% 48% 15% 1% 9%

（出典）日本の下水道平成13年度（日本下水道協会編）
・合流式採用市町村の中には，一部分流式を採用している市町村も含まれる．
・東京都の区部は1市として扱い，政令指定都市に含めている．
・市町村の人口は．平成12年3月31日現在の住民基本台帳人口（総務省資料）による．

（a）政令指定都市や人口30万人以上の都市で，合流式下水道が多く採用されでいる理由について，下水道の整備の経緯，都市の状況から述べよ。
（b）（a）のような都市において分流式下水道で整備する場合，想定される問題点とその対策を以下の語句をすべて用いて述べよ。
　〔汚水管の能力，雨水の浸入，汚水管内の沈砂，ノンポイント（面源）負荷〕
（3）図ⅠのA区域に関する以下の問いに答えよ。
（a）雨天時において，下水吐き下流に位置する河川に対し，どのような影響が想定されるかを述べよ。
（b）A区域内で実施可能な合流式下水道改善方策を次の（ア）,（イ）,（ウ）についてそれぞれ二つずつ挙げよ。
（ア）既存の合流式下水道施設の改善　（イ）雨水流出量の抑制　（ウ）汚濁物発生量の抑制
（c）いま，下水吐きに隣接した箇所に1haの正方形用地を確保して，合流式下水道改善対策を実施することを考える。越流水の河川への影響をできるだけ軽減するために必要な処理施設のフロー図を示し，各々の施設の役割を述べよ。ただし，処理施設の中には雨水滞水池を必ず含めよ。
　さらに，図Ⅲのようなハイドログラフに相当する下水が下水吐きに流れ込む場合について，河川への放流量，遮集管への排水量，雨水滞水池への貯留量の三つに分けて，それぞれの量をハイドログラフに明確に図示するとともに，図示した考え方の根拠を述べよ。ただし，下水吐きから遮集管へ排水できる量は，最大で2.Om3/sとする。また，雨水滞水池の貯留可能容量を30,000m3とする。

[解説]今年は問題量がべらぼうに多い。
(1)(a) 単純な計算問題である。人口密度から人口を求め，一人あたりをかけて，さらに(1+営業用水率)・(1+地下水の流入率)をかける。日最大から時間最大にするために時間変動率をかける。
(b)下水管内が50分でさらに10分足したものをt として降雨強度を求める。それに面積と流出係数を掛ける。
(c)教科書にそのまま載っている。管頂接合は、最も水理学的には有利だが，下流で埋設深度が深くなり不経済。
(2)(a) 大きい都市ほど設計年次が古いのが合流式の多い最大の理由であるが，大都市ほど勾配の小さい地形であり，浸水の防止に効果の即効性を期待できる合流式を採用したという経緯もある。
(b)分流式では汚水管の勾配を大きくしないと管内に堆積が起こるが，地表面勾配が小さい場合，このような設計は下流側での埋設深度が深くなり不経済となる。また，浸水がたびたび起こる場所では，マンホールなどから汚水管への雨水の流入があり，汚水管の排除能力をこえてしまう。また，道路面積が大きく路面排水などのノンポイントソースの寄与が大きい場合には，分流式では汚濁負荷の削減効果が低くなる。
(3)(a)雨天時の衛生的な問題，河川へのごみや油塊の流出。
(b)ア遮集量の増加，雨水吐きマンホールの改造（いろいろありますが）イ透水性舗装，浸透ます，遠回り管　ウ管路や路面の清掃頻度の向上，ディスポーザーの規制，除害施設の監視の強化
(c)例えば，汚濁負荷の高い初期の雨水吐きからの流出水は貯留，その後は、沈殿池機能を持たせた貯留池で簡易沈澱処理、消毒後排水。晴天時に貯留したものと沈殿池に残ったものを処理場へ運ぶ。いずれにしても解答に時間がかかります。

科目22．環境工学・循生工学［土木系］

〔No．22〕本科目（科目22（環境工学・衛生工学［土木系］））の選択者は，科目21（土木計画）と科目29（資源リサイクリング）のいずれも選択することはできません。

　人間活動が環境に与え得る影響とそ斡についての対策に関する以下の設問に，我が国の場合を念頭に置きながら答えよ。

（1）人間活動に伴って様々な物質が排出され，環境に影響を与える。その影響が顕著に現れる空間のスケールは環境問題の種類により異なる。すなわち，発生源付近，都市（10kmのオーダー），地域（100kmのオーダー），国全体若しくは近隣諸国（1,000kmのオーダー），地球規模，のように様々な規模で問題が生ずる。次の（a）～（e）に示す物質（群）について，（ア）主な発生源は何か，（イ）主としてどの規模でどのような環境問題を起こし得るか，をそれぞれ述べよ。
　ただし，同一の物質（群）が異なった規模で異なった問題を起こし得る場合があることに留意せよ。
（a）大気へ排出された窒素酸化物
（b）大気へ排出された浮遊粒子状物質
（c）水環境へ排出された栄養塩
（d）ダイオキシン類
（e）クロロフルオロカーボン（CFC）

（2）大気汚染物質である硫黄酸化物の固定排出源に対する規制（排出規制）として，K値規制という方法がある。これは次式で表される。
q＝K×10-3He

ここに，q：硫黄酸化物許容排出量〔m3N/h〕，He：有効煙突高さ〔m〕，K：地域ごとに定める係数。ただし，単位中のm3Nは，0℃，1気圧の状態下に換算した容積を示す。
K値規制に関する以下の問いに答えよ。
（a）許容排出量が有効煙突高さに依存する理由として，その背景にある考え方を述べよ。
（b）地域ごとに異なるK値が設定されている理由を述べよ。

（3）今日の環境問題の解決のためには，〈1）,（2）で対象としているような個別の環境問題への対策とともに，人間活動が環境に与える負荷自体を軽減していくことが求められている。そのような中で，人間活動が集中する都市では，環境への負荷が小さい環境共生型のまちづくりやモデル事業が行われつつある。
　次の施策について，（ア）地球温暖化,（イ）廃棄物管理，（ウ）都市の大気環境の各側面からどのような改善，あるいは影響が予想されるかをそれぞれ述べよ。ただし，これらの施策は必ずしも（ア），（イ），（ウ）のすべての側面に対して影響をもたらすわけではない。
（a）従来の自動車交通に代えて公共交通機関として鉄道を整備する。ただし，これによって自動車利用者が鉄道利用に移行するものとする。
（b）廃棄物の発生量を抑制し，焼却後に埋立処分している焼却灰の量を減らす。それとともに現在未利用の焼却熱を利用して新たに発電を行う。
（c）各建物への太陽電池パネルの設置を大幅に増加させる。

[解説]知っていれば、土木計画の上水道下水道よりも簡単なお得な出題。K値規制は、確かに重要な概念であるが、問題のクオリティーとしてちょっとどうかなあと思わせる問題ではある。複雑な環境問題を整理分類するというコンセプトはえてして、単なる雑学博士を求めているような散漫な印象を与える。ただ、スケールの意識は重要かもしれない。この問題の問題点は,この問題の書き出しに、「我が国の場合を念頭に置きながら」と書かざるを得なかったところにあらわれている。