リル網が発達した農地からの流出土砂量の予測法

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要約

リル網の発達をみた農地からの一雨ごとの総流出土砂量を予測する方法を開発した。この方法により一雨に関するハイエトグラフとリル網の幾何学的特性を表すいくつかのパラメータから、完全なリル網図なしにしかも代数計算のみで、この流出土砂量が予測できる。

  • 担当:農業工学研究所・地域資源部・水文水資源研究室
  • 代表連絡先:0298-38-7537
  • 部会名:農業工学
  • 専門:資源利用・環境保全
  • 対象:現象解析技術
  • 分類:研究

背景

農業の持つ国土保全機能を維持・増進したり、農業流域の水環境を評価・保全するうえで、流域内の農地からの流出土砂量を的確に予測する必要がある。通常の農地でも地表面にリル網が発達することがある。この場合、農地からの侵食土砂の流出はリル網の幾何学的な形態特性の影響を受ける。最近リルに関する侵食-流出モデルを開発したが、これは1本ずつのリルあるいはウネ間に適用するものである。一方、地表面にリル網が発達した場合に、リル網からの流出土砂量を予測する式を開発したが、現地の完全なリル網図と複雑な計算手続きが必要であった。今回、リル網の幾何学的形態に関するいくつかのパラメータにより、完全なリル網図と複雑な計算の手続きなしに、流出土砂量を予測する方法を開発した。

成果の内容・特徴

  • 今回開発した予測法では、リル網からの流出土砂量の予測式(1)(図1)を構成するリル網の幾何学的特性関数THに対して、リル網末端でのTHの積算値を、開発した近似モデルにより近似計算する。(1)式は、リル網を形成する各リルからの流出土砂量を予測するモデルより数学的に導いたもので、このモデルの予測精度を図3により事例的に示す。
  • THの近似モデルを用いれば、降雨データ(一降雨のhyetograph等)、土壌侵食係数およびリル網の幾何形態を表すパラメータ;(1)ソース数(リルの谷頭数)、(2)平均外部リンク長と平均内部リンク長、(3)リルリンク長分布の母数およびリルリンク勾配(図2)により、現地の完全なリル網図がなくても、流出土砂量が予測できる。また、従来の予測法では、作成したリル網の全てのリルに沿って下流に向けて追跡計算を行うが、新しい予測法ではその膨大で複雑な計算は必要ない。
  • リル網が発達した(Strahler次数が3次以上)農地であれば、上述のパラメータの適切な値により、TH((1)式中)のリル網末端での積算値TTHは、近似モデルを用いて、高い精度で近似できる(図4に示す)。
  • リル網の幾何学的特性パラメータのうち、ソース数、リルリンク勾配(斜面で近似も可)については、現地で測定するか既存のデータにより、そしてリンク長に関するパラメータについては既存のデータより推定する。

成果の活用面・留意点

このモデルでは、勾配の3°以下の農地は適用外である。

具体的データ

図1 従来および新規の予測手法
図2 リル網図
図3 キャベツの植生と影響度を示す係数
図4 新しい予測法の近似モデルの計算精度

その他

  • 研究課題名:畑地および草地における表面流出とそれに伴う土砂流出の特性解明
  • 予算区分:経常
  • 研究期間:平成11年度(平成9年～11年)
  • 研究担当者:高木 東・松田 周・塩野隆弘(土地資源研究室)
  • 発表論文等:Takagi,A., Shiono,T. and Nakano,M.:Analysis of geometric characteristics of rill network.CATENA ELSEVIER SCIENCE(投稿中)