気候変動の影響で増加している洪水は、都市部に甚大な被害をもたらし、長期にわたる高額な復旧工事を招くことがある。都市には、流入する雨水を管理する新たな戦略が切実に求められている。MITの工学者と都市計画家による学際的なチームが、このたび解決策を開発した。雨水の制御・浄化と生態系・レクリエーション上の利点をシームレスに組み合わせた、多機能型の都市雨水湿地と池だ。
都市インフラは、都市部の雨水洪水を悪化させる。降雨を吸収していた自然の生態系の多くが舗装に置き換えられ、地面に水が浸透する能力が大幅に低下しているためだ。その結果、雨水は地表にとどまり、ごみ、重金属、工業用化学物質など、あらゆる汚染物質を取り込む。こうした汚染物質は最終的に近隣の水域へ流れ込み、そこには地域の水道水源が含まれることも多い。
雨水流出は、都市部の河川の水質・生態系を損なう最大の単一要因だが、多くの都市ではその処理に十分なシステムが整っていない。雨水処理施設には大規模な投資が必要で、既存の排水・水処理システムとの統合も求められる。汚染水が水循環や自然環境に戻る前に蓄え、浄化できる場所やプロセスがなければ、都市部では、飲料水や地下水の涵養など、生態系に必要な用途に使えるはずの淡水が失われる。
自然の雨水管理システム、すなわち人工的に整備した緑地は、手頃な費用で実現できることもあり、都市にとって人気の選択肢となりつつある。MITチームの湿地は、単純な貯水池や蛇行水路など既存の設計よりも、水循環の制御と雨水の浄化においてはるかに高い効果を発揮し、同時に生態系とレクリエーションの利点ももたらすよう設計されている。
MITチームは、研究の詳細を誰でも無料で入手できる報告書「都市雨水湿地の設計指針」として公開し、都市がこの手法を採用することを期待している。この報告書は、シード助成金による2年間の研究に基づいている。助成はMITのアブドゥル・ラティフ・ジャミール水・食料安全保障研究所（J-WAFS）が行い、さらにMIT建築・都市計画学部のノーマン・B・レベンタール先端都市主義センター（LCAU）が支援した。指針は、MITのネプフ環境流体力学研究室で実施した物理実験に基づいており、その成果は最近学術誌Ecological Engineeringに掲載された。
「急速に変化する気候、大規模な嵐、そして経済的に実現可能な解決策の不足に直面する都市が、自らの問題を緩和できるよう支援することが、私たちの研究の目標です」と、共著者でノーマン・B・アンド・ミュリエル・レベンタール先端都市主義教授、LCAU共同ディレクターのアラン・M・バーガーは述べる。バーガーと共著者らは、設計の実施方法を話し合うため、関心のある自治体関係者からの連絡を歓迎している。5月には、政府関係者や地域計画担当者など、米国各地の都市関係者にオープンソースの設計案を届けるため、チームは outreach 活動を行った。
この指針は、工学、都市計画、ランドスケープ・アーキテクチャの専門知識を組み合わせ、多用途の緑地を設計する。湿地や池は雨水を管理するだけでなく、都市に緑をもたらし、地域住民のレクリエーション空間となり、野生生物にとって貴重な生息地にもなる。
島を複数集めた配置が特徴の設計は、モジュール式で拡張可能なため、さまざまな都市環境のニーズや資源に合わせて調整できる。この指針を異なる地域に適用できるよう、ヒューストンとロサンゼルスという2つの具体的な事例をもとに研究が進められた。
「ロサンゼルスとヒューストンを選んだのは、どちらも温暖な気候にある大都市で、急速に成長し、大部分が郊外型であり、緑地の整備が期待できるからです」と、主任研究者・筆頭著者であるセリーナ・バルデラス・グスマン（’07年卒、MCP ’13年、SM ’13年）は述べる。「さらに、一方は非常に乾燥し、もう一方は非常に雨が多い。異なる条件に設計を適応させられることを示したかったのです。」当時LCAUに所属し、現在はカリフォルニア大学バークレー校に在籍するバルデラス・グスマンは、MIT建築・都市計画学部の卒業生で、雨水湿地に関する修士論文を執筆した。それがやがて、この共同学際プロジェクトにつながった。
この指針は、まだ実際には使われていない。しかしチームは現在、複数の地域の自治体幹部と、実証用湿地システムの建設の可能性について協議している。研究チームに属さない研究者らも、この指針の価値を高く評価している。
「私の知る限り、工学者やランドスケープ・アーキテクトの研究成果を、これほど明快に実践へとつなぐものは、実務者向けには存在しません」と、カリフォルニア大学バークレー校の環境工学教授で、バークレー水センターの共同ディレクターでもあるデビッド・L・セドラックは述べる。
指針の策定にあたり、土木・環境工学のドナルド・アンド・マーサ・ハーレマン教授であるハイディ・ネプフが率いる環境流体力学研究室の研究者らは、30種類を超える湿地システムの設計を検証した。立体的に造形した模型の中を水がどう循環するかを観察し、雨水の流れを遅らせて均等に分散させるのに最も効果的な地形を特定した。これにより、水を汚染物質から浄化する自然のプロセスを最大限に促せる。こうした包括的な試験を経て、湿地の流入口付近に流線形の島を密集させる設計が導かれた。
水が湿地にとどまるよう流れを制御することは、生態系が水質を改善する時間を確保するうえで欠かせない。湿地は、生物学的・化学的なプロセスを組み合わせて水を浄化する。その中には、汚染物質が水中から沈殿する時間を与えることも含まれる。湿地の植生も優れたフィルターとなる。植物の表面や、そこに形成されるバイオフィルムは、汚染物質や過剰な栄養塩を効果的に捕捉する。
雨水処理に最も効果的な設計を見極めることは、プロジェクトの重要な要素だった。一方でチームは、湿地システムの価値は水管理機能だけにとどまらないと強調する。工学者と都市計画家の協働により、景観、生態系、レクリエーションの質を損なわずに効率を最大化する設計が生まれた。
「雨水管理の指針は、通常、工学者が作成し、非常に細かな規定を定めています。従来、生態系の促進やレクリエーションの実現を目的に設計されてはいません」とバルデラス・グスマンは述べる。
チームは、独自の学際的な構成を生かし、多面的な湿地システムの設計を実現した。研究の共著者であるネプフによると、工学者は水理機能の革新に貢献し、ランドスケープ・アーキテクトは、湿地を都市の構造に欠かせない価値ある一部にする方法を構想した。
学際的な協働を促すことはJ-WAFSのシード助成金の目標の一つだ。ネプフは、設計プロセスや「異なる言語」の隔たりを越え、工学者と都市計画家が協力するうえでJ-WAFSが役立ったと評価する。
「J-WAFSは、私たちがお互いに話す方法を学べる場を提供してくれました」とネプフは述べる。
この独自の協働によって、指針は多彩な利点を備えている。島々をつなぎ、街路から心地よい緑地へと人々を導く遊歩道が含まれる。最も大きな島には市民向けイベントの会場を設けられ、湿地に隣接する氾濫原は運動場やピクニックエリア、遊び場として活用できる。島々は、乾燥した高地から浅瀬、さらに深い水域まで、複数の生態学的な生息環境を提供する。自然湿地が失われる中で、こうした生息地は湿地に生息する種にとって特に貴重となる可能性がある。
多目的な設計には、政治面での利点もある。雨水湿地は地域住民の支持を得にくく、実施が難しいプロジェクトとなることが多いが、こうした設計は自治体が導入に向けて市民の賛同を得る助けになる。雨水が水道水源をどれほど汚染しているか知らない地域住民は、公園や遊び場にできる場所をそのようなプロジェクトに使うことに賛成しないかもしれない。レクリエーション施設を加えることで、人工湿地は受け入れられやすくなる。
「都市部の土地をどのように多目的に活用できるか、人々に気づいてもらうきっかけとして、この指針が役立つことを願っています」とネプフは述べる。「『そうか、雨水流出に対処するものが必要だ。なら、環境や都市の暮らしやすさにも役立つものを、どう作ればいいだろう』と考えてもらえればと思います。」
