水田農業とエネルギー問題 吉田修一郎

8. かんがい排水用エネルギーの削減は可能か

かんがい用水は、地形勾配で配水することが最もエネルギー投入が少ないことは言うまでもないことである。しかし、4章で述べたとおり、大河川下流域の水田地帯では、地形勾配での配水が不可能な地域が多い。本章では、機械によるかんがい排水を行うことを前提とした場合、このエネルギー投入を削減することが可能かどうかを考察する。
　エネルギー投入は揚排水機場でおこなわれるため、もっとも効果が大きな部分は用排水路系の見直しであるが、この他にも地域レベルでの営農の見直しにより、大きな節水、省エネ効果が期待できることを指摘したい。

(1)水路断面とエネルギー投入（コスト計算における建設費と運転費の扱い）

水路や用排水機場の規模や配置は、用水需要がピークとなる時期の必要流量、建設費、ポンプを使用する場合にはその運転コストなどにより決定される。開水路にしても管路にしても断面積を大きく採れば、小さな損失水頭により大きな流量が得られるが、建設費は増大する。このトレードオフについて、管路の流量公式に基づき考察を行う。
　管路のマニング式（他の流量公式を用いても議論に大きなに差異はない）によれば、流量Q、管径D、動水勾配Iの間には、

*1

なる関係が成り立つ。ここで、nはマニングの粗度係数である。距離Lの水路に必要な水頭差は、LIであるから、[1]式によれば、揚水機場の揚程は、管径の約5乗に反比例する。つまり、管径のわずかな違いが投入電力に大きな影響を及ぼす。佐藤*1は、このような特徴を指摘した上で、管径の決定に際しては、農家の負担額が軽減されるように設計すべきであると主張している。つまり、事業費のうち農家の負担部分は一部であるのに対し、運転経費は基本的に全額農家負担である。事業費と運転経費の和を最小にする計画にすると、小さい管径が最適解となり、結果的に農家の負担は最小にはならないという指摘である。この議論の詳細については原著を参照されたい。


(2)流量とエネルギー投入（一時期に集中する用水需要は投入エネルギーを増大させる）

[1]式は揚水機場の揚程が、流量の2乗に比例して増大することも示している。すなわち、供給する総水量が同じでも、短時間に大きな流量を配水する場合と、長時間をかけてゆっくり配水する場合では、電力投入量は大きく異なる。このことから、用水ピークの分散化は、総用水量の確保のみならずエネルギー投入の面からも重要な視点である。用水ピークの分散化には、品種や作付体系を集落内で分散化させることが必要である。例えば、二毛作導入率が低い地域を揚水機場単位で二分し、半分に二毛作の導入を図る、あるいは中生品種の一部を晩生品種とし、代かき用水のピークを分散化させるなどである。


(3)分岐する配水システムと小規模な直行配水システム

送水距離の観点から考えれば、大きな水量を損失水頭の大きな水路で長距離輸送することは明らかにエネルギー効率が低い。取水地と需要地をできるだけ直結することが、機械による配水のエネルギー効率を高める上で効果がある。ただ、実態としては、大規模な（500ha以上の受益の）国営揚水機場・用水路に県営機場・用水路がぶら下がる分岐構造となっているケースは多く、取水点から受益地まで損失水頭の大きい水路を経由して大量の用水が輸送される。大幹線から分岐する構造は、水路延長は最小にできるが、一方で大幹線の水頭損失が大きい場合には、全体として大きなエネルギー投入につながることになる。


(4)排水はどこまで必要か

前章において、地域内に人為的に取り込まれる用水を排除するために、多くの電力が使われている実態を示した．この電力消費は、地域内の混住化や畑転換といった高い排水水準を求められる土地利用が、水田地域にモザイク上に入り込んでいることにも関係している。特に畑転換において地下水位を低く管理するためには、排水路水位を大幅に下げる必要がある．作付け品目に応じて、周囲の排水路水位を自由に上下させることができれば、排水用電力の削減は可能であるが、排水位の設定可能な区画単位の現状や畑転換率、所有者や耕作者の意向などが絡み合い、排水路水位を部分的に上下させるには、集落や土地改良区の強い調整機能が求められる。


(5)忘れてはならない節水の思想

農業に限らず、エネルギー問題の最も本質的な解決策は、末端での使用量を減らすことである。すなわち、燃費の良い車に換えたり、ガソリンをバイオ燃料に置き換えたりする前に、歩いて行けるところには車は使わないなどの努力をすべきということである。かんがい排水においても、代替エネルギーの導入や効率の向上は、本来、無駄な消費を減らした上で取り組むべきものである。このような観点から、かんがい排水におけるエネルギー投入の問題への対応で忘れてはいけないことは、節水技術の追求である。
　水田は用水の確保と連動して拡大してきたことを鑑みれば、用水を無駄にしない「節水」という考え方は当然のように受け継がれてきたことである。しかし、栽培体系の変化や気候変動は、新たな水需要の増加をもたらす可能性がある。不耕起や無代かきでの水稲栽培体系による浸透量の増大、高温対策としての夏期の湛水の積極的な入れ替えのための需要、また、地下かんがい技術を水稲の直播や転換畑作物に導入する場合、下層の浸透能が大きいと多くの用水損失が発生するといった課題などである。用水需要の問題は、ここに挙げたようにいわゆる「水管理法」で決まるものから、土壌・土層管理に関わるものまで多岐にわたる。かんがい排水にかかわるエネルギー投入という問題をかんがい排水技術者や土地改良区だけの問題とせずに、広く水田農業全般にかかわる問題としてとらえ、長期的なエネルギー供給リスクに耐えうる頑強な生産基盤を築く必要があろう。

謝辞：　揚排水機場の配置やそれらの電力使用量のデータについては，水土里ネット西蒲原，水土里ネット新利根川ならびに千葉県山武農林振興センターにご提供いただきました．ここに深く謝意を表します．

吉田　修一郎　H23.6.20

*1 佐藤政良,（1997）, 運転費用の負担を考慮したパイプライン管径決定のあり方, 農土誌, 65, 731-736
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