豊洲市場の地下空間問題の最大の問題点/マスメディアの悪意報道 | マスメディア報道のメソドロジー

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豊洲市場



実は私、地盤内の物質移動現象に関する専門知識をちょっぴり有している(笑)のであえて言わせていただきます。

豊洲市場「地下空間問題」の最大の問題点は何かといえば、物質の移動現象のイロハも知らずに安全性を判定することなど到底できない素人の皆さん(例えば建築エコノミストやら経済評論家やら弁護士やら元政治家やら元競馬評論家やら自称ジャーナリストやら司会者やら)が、ワイドショーなどのマスメディアで、まるで物質移動分野の権威のように安全だとか危険だとか根も葉もない結論をアテズッポで語っていることであると私は考えます(笑)。根拠薄弱な言説や非論理的な言説をもって東京都を理不尽に締め上げるような態度は既に常軌を逸している悪意報道であると思います。今回の問題で東京都が正当に批判されるのは当然であると考えますが、不当な批判をするのは厳に慎むべきです。これらの人物は、テレビの視聴者が専門知識を持っていないことをよいことにして、かなり浅くいい加減な言説を連発してミスリードを続けています。

この記事では、このようなマスメディアや運動家がほとんど理解していない【地盤内浸透流 groundwater flow】による【物質移動 mass transfer】についてエレメンタリーな知識を紹介した上で豊洲市場の地下空間における【浸出水(たまり水)seepage】の発生メカニズムについて考察してみたいと思います。



豊洲市場の地下水環境

まず、物質移動について紹介する前に豊洲市場における地下水環境について簡単に紹介しておきたいと思います。豊洲市場の【地下水環境 groundwater conditions】を概念的に示すと次の図のようになります。

豊洲市場地下水概念図

実際に豊洲市場でどのような【土壌汚染 soil contamination】の対策が行われたかを概略理解するには、次の動画を観るのが便利です。



都が発行している[工事概要パンフレット] [豊洲新市場の土壌汚染対策工事の概要資料] [専門家会議の提言]も理解に役立つものと考えます。

非常に簡潔に言えば、豊洲市場では、不透水層よりも上部にある層のうち2mを掘削除去すると同時に2m以深の地盤についても高濃度の部分を除去し、下部の砕石層を含む4.5m高さの【盛土(もりど) Embankment】を行ったと言えます。地下水のモニタリングは7回実施されていますが、その[結果]を見れば、いずれの汚染物質も基準値以下に抑えられており、土壌汚染対策が有効に機能していることがわかります。過去7回の調査の結果に観測値のトレンド(時間平均)の変化は認められず、8回目の観測結果の確認を理由にした小池都知事の移転延期には工学的な有意性はほとんどないものと考えます。

ちなみに、調査サイトに仮想のメッシュを設定して調査を実施する方法をグリッドシステムと言います。これにより、調査を系統的に行うとともに調査の偏りを除去して見落としを防止することができます。豊洲のような大規模なサイトにおいて10mメッシュで詳細調査するのは極めて異例なものであり、極めて丁寧な調査が実施されていると言えます。

このような形で安全性が確認されれば、[地下水制御システム]によって地下水面の位置が制御され、汚染物質の地表への到達が抑止されることになります。




汚染物質の移動現象と豊洲市場への影響

自然界において、地下水に溶存(溶けている)あるいは混在(溶けていない)する気体・液体・固体を移動させているのは、基本的に【移流 advection】【分散 dispersion】【拡散 diffusion】という現象です。それぞれの現象が豊洲市場における汚染物質の移動にあたってどのような影響を与えるか考えてみたいと思います。

移流

移流とは地下水の流れに乗って物質が移動する現象です。したがって、その移動は地下水が流れる速さである【流速 flow velocity】に影響を受けることになります。

地盤内の地下水が流れる空隙を【水みち water pathway】と言います。土の場合は土の粒子の間の空隙が主な水みちであり、岩やコンクリートの場合には亀裂の空隙が主な水みちとなります(岩やコンクリートは空隙が存在する率が低いため粒子間を通る流れに対して亀裂内を通る流れが卓越します)。この空隙の大きさによって【ダルシーの法則 Darcy's law】における【透水係数 hydraulic conductivity】(水の通りやすさ)が決まりますが、盛土材料の場合、透水係数はどんなに大きくても0.001cm/秒程度であるといえます。この数値に、【動水勾配 hydraulic gradient】(ある場所とある場所の水位換算された水圧の差をある場所とある場所の距離で割った値)をかけると【平均流速 averaged flow velocity】を求めることができます。移流による汚染物質の移動速度はこの平均流速あるいはそれ以下の値であると言えます。

ここで、重要なのは豊洲の地下水は埋立地を取り囲むように設置された遮水壁によって水平方向の流速が生じない地下水環境である【不透水境界 impermeable boundary】となっていることです。豊洲の【地下水位 GWL】は【涵養(かんよう) Cultivation】(雨水などによる外部からの水の供給)によって鉛直方向に上昇することになりますが、この場合、涵養は敷地全体にわたって一様に生じるため、水平方向の動水勾配は極めて小さい値になります。

もし仮にエリアを囲んでいる遮水壁に沿って水位が瞬間的に5m上昇するという絶対にありえない最悪の地下水圧分布が生じたとしても埋立地中心までの最短距離は200mあるので動水勾配は5/200=0.025であり、このときの地下水流速は0.00025cm/秒という速度になります。これは1時間にすると約1mm、1日にするとたった2cmという流速です。こんなにあり得ないような地下水圧分布が仮に1年間続いたとしても年間の水平移動量は約8mであるといえます。豊洲の汚染評価のグリッドシステムの幅は10mですので、隣り合う観測井戸でも変化が検出されないことになります。

なお、透水性が高い砕石層部においては流速は大きくなります。仮に1cm/秒と仮定すると、上述の地下水圧分布の場合、1時間に1mの流速で水平方向に進むことになります。ただし、この場合水の鉛直方向の移動は下方に進むため、未掘削部の帯水層に存在する可能性がある汚染物質が砕石層部を移動する可能性はありません。砕石層部を移動する水はすべてクリーンな水であると言えます。

このように、移流現象によって汚染物質が短期間に水平方向に大きく移動する可能性は極めて低いと言えます。通常の地下水環境を考えれば、100年にわたる長期間であっても移流現象に起因する汚染物質の顕著な水平移動は考え難いと言えます。

一方で鉛直方向における地下水の移動は水位の変動によって確実に生じます。しかしながら、豊洲市場においては、揚水井戸(地下水をくみ上げる井戸)を利用して地下水位がA.P.1.8mの標高よりも高くならないように【地下水制御 groundwater control】されることになります。したがって、地下水制御が正常に機能している場合には、移流による鉛直方向への汚染物質の移動も発生することはないと言えます。

ところで、移流現象としてもう一つ考えておかなければならないことがあります。それは、土粒子間の間隙における表面張力の作用によって液体が吸い上げられる【毛細管現象 capillary action】という物理現象です。この現象は粒子径が大きい場合には発生しないので、豊洲市場では未掘削部の上部に粒子径が大きい砕石層を設置して現象の発生を防止しています。常識的には、この砕石層の存在によって毛細管現象による水位上昇が発生することはないと考えられます。

分散

地下水の通り道である地盤内の水みちは必ずしも直線状ではなく、複雑な形をしています。このため、地下水の流れはこれらの間隙を回り道をしながら一定の方位に進んでいくことになります。このときの回り道の広がり(水みちのばらつき度合)を分散と言い、物質の濃度が場所によってはらつくことになります。

この分散の広がりを示す係数としては、流れの進行方向に定義される【縦分散長 longitudinal dispersion coefficient】と進行に垂直な方向に定義される【横分散長 lateral dispersion coefficient】があります。豊洲のような土質地盤において、縦分散長は移動距離の1/10程度、横分散長は縦分散長の1/10程度であることが知られています。つまり、分散が汚染物の移動に影響を与える程度は移流の影響の1/10程度であり、今回の場合はほぼ無視できるものと考えられます。

拡散

拡散は流体の分子の運動によって物質が移動して拡がっていく現象です。例えば水にインクを静かに入れたときに徐々に広がっていく現象がこの拡散にあたります。

拡散現象は、【濃度勾配】(異なる場所の濃度の違いをその距離で割った量)が【流束 flux】(流量)に比例するという【フィックの法則 Fick's laws of diffusion】に従います。このときの比例定数は【拡散係数 diffusion coefficient】と呼ばれますが、豊洲で検討の対象となっているヒ素や六価クロムの水中における拡散係数は約10-9m2/秒という値です。この値が具体的にどの程度のものかと言えば、10cm離れた場所の濃度が変化するのに4ヶ月近くかかる値です(フィックの第2法則)。

このように、豊洲サイトにおいて、拡散現象によって汚染物質が短期間に大きく移動する可能性は極めて低いと言えます。地下水位を制御する地下水環境を考えれば、拡散現象に起因して汚染物質が地表に到達することは考え難いと言えます。

一方、揮発性のベンゼンは気体であるため、その水中の拡散速度は非常に速いと言えます。しかしながら、土の粒子の間に存在するベンゼンが自由に水中を上昇してくるかと言えば答えはノーです。土粒子内では【毛管圧 capillary pressure】が作用するために鉛直方向の動水勾配が1以上の時には漏気が発生しないことが知られています。これは、[Aberg]の研究によるものであり、地下水制御の実務ではすでにこの現象が利用されています。

また、JOGMECが波方と倉敷に建設した水封式LPG地下貯蔵タンクの建設事例では、鉛直方向の動水勾配が0.5でもプロパンの漏気が発生しないことが実証されています。ベンゼンの蒸気圧は20℃で10kPa程度あるので、1m程度の水深を確保すればそれだけでベンゼンを封じ込めることが可能であると言えます。



以上、移流・分散・拡散という物質移動の各観点から豊洲市場の地下水環境を考察した場合、豊洲市場の地下水制御の考え方は妥当なものであり、地下水制御システムが妥当にオペレーションされた場合には、汚染物質が短期間に急激に移動して市場に影響を与える可能性は極めて低いと言えます。移流・分散・拡散の数値解析手法としては【オイラリアン=ラグランジアン法 Eulerian-Lagrangian method】による飽和不飽和浸透流解析がありますが、この問題はこのような数値解析を実施する必要がないほどの自明な問題であると言えます。



豊洲市場の地下空間における「たまり水」の水文学的考察

ここでは、ここまでに示してきた基本的状況を踏まえた上で、豊洲市場の地下空間における浸出水(たまり水)について水文学的に考察してみたいと思います。豊洲市場の地下空間に水が浸入したシナリオとしては、地表水浸透説地下水浸透説の2つの可能性があります。


地表水浸透説

豊洲市場建屋の地下空間内のたまり水の原因として、雨水等の地表水が地盤内を浸透して地下空間に浸出した可能性があります。基本的に豊洲市場建屋の地下空間は地下水位よりも上にあると考えられます。一般に、地下水位よりも下の部分の地盤は【飽和帯 saturated zone】、地下水よりも上の部分の地盤は【不飽和帯 unsaturated zone / vadose zone】と呼ばれますが、この説では、大気圧よりも低い不飽和帯の水が地下空間に浸入したと考えるものです。

豊洲市場地下空間地表水浸透ケース

この説が真である場合、豊洲市場の地下水環境は保持されていると言えますが、逆に地下空間部における建物の構造に問題があったということになります(笑)。建物内に浸出している水の量は少なくなく、盛土と地下空間を結ぶ明瞭な水路がない限りこのような状況が生じる可能性は極めて低いと言えます。

さて、その水路が具体的に何かということですが、コンクリートの接合部の欠陥といった企業体の施工不良である可能性は極めて低いと言えます。この現象は各棟で生じていますが、各棟の企業体(清水JV、大成JV、鹿島JV)がそろいもそろって信じられないような施工不良を起こす確率は極めて低いと考えられるからです。

この場合、水路となる可能性があるのが未掘削土と盛土の間にある高透水性の砕石層です。報道において、この砕石層が地下空間内で露出していたことが確認されています。透水係数が0.001cm/秒程度の未掘削土の上部に高透水性の砕石層が存在する条件下において、多量の降雨などで一時的に大きな涵養が生じた場合、もう一つの地下水面が形成されることが十分に考えられます。これは「二重地下水面」と呼ばれます。

私が考えるに、8月中旬の積算約300mm(30cm)の雨によって未掘削土の地下水面の上部に砕石層を含む飽和帯が一時的に形成され、その地下水面が空洞の底面よりも高くなったため、砕石層から地下空間内に水が浸入し、たまり水が生じた可能性があると考えています。この場合、たまり水から検出された微量なヒ素・六価クロムは砕石層下面に存在したものが移流によって運搬されてきたものと考えられます。

東京降水量2016

このケースが真である場合には東京都としての対応は、地下空間の下面に遮水製のシートを設置した上でコンクリートを底面に打設すればよいと考えられます。また、この際には、二重地下水面が生じないように砕石層から揚水できるポンプを取り付けることが重要です。もちろん既存の地下水制御システムで対処可能であれば、ポンプは不要となります。


地下水浸透説

豊洲市場建屋の地下空間内のたまり水の原因として、雨水等の地表水が地盤内を浸透して地下水の水位を押し上げて、最終的に地下空間の底面よりも高い位置となったため、地下水が地下空間に浸入したと考えるものです。

豊洲市場地下空間地下水浸透ケース

この説が真である場合、良い知らせと悪い知らせがあります。

まずは精神衛生上、悪い知らせの方から説明しますと(笑)、今回の降雨において地下水制御システムが有効に機能していなかったということです。情報によれば、最近まで地下水制御システムは運用していなかったということです。この場合、揚水ができずに地下水面が上昇するのは当然起こり得る状況であり、今回それが起こってしまったということです。もしも、今回仮に基準値を上回る汚染物質が検出されていたとしたら、その時点で大金をかけて設置した盛土にも同様の汚染物質が到達したと考えられ、不飽和帯の毛細管現象によって地表に汚染物質が将来到達するシナリオを検討する必要もあったと考えらえます。東京都は、盛土の存在を一瞬で無意味にする可能性もあったこのような杜撰なオペレ―ションを猛省すべきであると考えられます。

次に、良い知らせの方ですが、今回たまり水から検出されたヒ素・六価クロムは基準値を下回る微量なものであり、おおむねこれまでに実施されてきたモニタリング調査結果と整合するものでした。これが何を意味するかと言えば、豊洲の地下水は広範囲にわたって、十分に浄化されているということです。地下水制御システムを運用していなかった東京都は盛土という高額なアセットを一気に無意味化するリスクを冒すという恐ろしいほど大きな失策を演じましたが、その結果、逆に豊洲市場の地下が安全であることが判明したということになります(笑)。

このケースが真である場合には東京都としての対応は簡単です。地下空間の下面に遮水製のシートを設置した上でコンクリートを底面に打設すればよいと考えられます。ポンプは基本的に不要です。

なお、コンクリートで下面処理を行うことを前提とした場合、地下空間の存在自体は水文学的に問題があるものではありません。専門家会議で問題視されたベンゼンについて、基本的に現在の地下水位1m以浅のベンゼンは既に大気中に放出されているものと考えられ、1m以深のベンゼンはAbergの理論に従って水封されていると考えられるからです。当時の専門家会議でこのgas entry pressureの議論がなされなかったことは専門家の資質としてかなり問題があると私は思います。さらに言えば、東京都は専門家会議の提案を厳守する必要はありません。専門家会議の提案はあくまでも参考意見であり、最終的な意思決定は科学的根拠に基づいて東京都が行い、政治家が責任を持てばよいことです。建設の実務において、専門委員会の提案が却下されるのはごく普通のことであり、これを金科玉条のような拘束力があるものと考えているマスメディアはあまりにもナイーヴな「超」がつくほど世間知らずであると考えます。



おわりに

東京都は今回の原因が地表水浸透なのか地下水浸透なのかを科学的に判定し、対策工を迅速に行う必要があると考えます。地表水浸透なのか地下水浸透なのかを判定するには、過去半年程度の地下水位の時系列の観測データが重要になるものと考えられます。オイラリアン=ラグランジアン法による飽和不飽和浸透流による移流・分散・拡散解析を実施すれば、自ずと答えは出るはずです。

いずれにしても、「羽鳥慎一モーニングショー」や「新報道2001」のようなド素人の皆さんが科学的な内容を評価して国民を過度に不安視させる有害なおバカ番組(笑)は国民の批判の対象となるべきであると考えます。都民を中心に国民は今こそ冷静で科学的な議論を行うことが必要であると考えます。

東京都が基本的情報を公表しないことは民主主義社会にとって問題があると考えられます。ただし、なぜ東京都が情報を公開しないかということについても考える必要があると思います。東京都が情報を公開しない理由としては次の2つが考えられます。

(1) 自らの行動が招いた不都合な状況が明らかとなって社会から正当な批判を受けることを回避するため。
(2) 自らの行動がマスメディアや反対運動家の不当な宣伝により社会から不当な批判を受けることを回避するため

このうち(1)は自明なことですが、(2)はあまり指摘されていません。例えば、原子力関連の事業者(例えば電力会社やJAEA)が何かの安全対策を実施すると、マスメディアや反対運動家は「何か問題があるから安全対策が必要なのであろう」として現状を常に否定してきました。今回も「羽鳥慎一モーニングショー」でテレビ朝日のコメンテイターがまったく同じことを言っていました。これはバックフィットの考え方まで否定するものであり、このような権力者の発言によって事業者は萎縮し、必要な安全対策もとれなくなる事例が過去に何例もあるとされています。私たち国民にとって重要なことは、今回の東京都の運営について批判することが必要であると同時に、マスメディアや運動家の非論理的な言説についても厳しく批判することが必要であると考える次第です。