疎水材の透水性および埋め戻し土の厚さが暗渠排水能力に及ぼす影響の解明

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要約

2次元非定常飽和不飽和FEM浸透流解析を適用して、暗渠疎水材の透水性や、埋め戻し土の厚さが、暗渠排水能力におよぼす影響を解明した。

  • 担当:農業工学研究所・農地整備部・水田整備研究室
  • 代表連絡先:0298-38-7555 Mail Address
  • 区分:研究
  • 分類:参考

背景・ねらい

一般に、暗渠の吸水管を埋戻す際には、疎水材を埋設してから土による埋戻しを実施することが多い。その際に用いる疎水材は、安価に入手できる資源を活用することが多く、地区毎に多様な疎水材が使用されている。また、埋め戻し土の厚さも、施工方法などの条件により様々である。しかし、従来、その水理的妥当性については、ほとんど検討されてこなかった。そこで本研究では、2次元非定常飽和不飽和FEM浸透流解析を行い、暗渠疎水材の透水性および埋め戻し土の厚さが、暗渠排水能力におよぼす影響の解明を試みた。

成果の内容・特徴

  • 鉛直2次元断面モデル(図1)を作成し、2次元非定常飽和不飽和FEM浸透流解析(Hydrus2D Ver.2使用)を実施した。地盤浸透、降雨は考慮せず、外側境界は流束ゼロ、暗渠管壁のみ浸出面とし、初期飽和から10日目までの解析を行った。
  • 疎水材(砂、作土と同等)を圃場上面まで埋め戻した場合、心土で埋め戻した場合に比べ、著しい地下水面低減効果(図2)が算出された。心土で埋め戻した場合3日かかる地下水面低下も、疎水材で埋め戻すと1日で実現する計算となる。
  • 暗渠および各土層からの流出特性(図3)を疎水材が籾殻(透水係数が作土の約65倍)と砂(透水係数が作土と同等)の場合で比べると、一見、初期(0.01日=15分まで)の流出量が籾殻で大きく見えるが、それ以降、作土層からの流出量は、砂と籾殻で大差がない。よって、疎水材の透水性は、最大の透水性を持つ土層(作土層)と同等以上の透水性を保持できれば、土中水排除効果には支障をきたさない。
  • 埋め戻し土の厚さを10cm刻みで増して、作土層の水分低下(図4)を観察すると、耕盤まで埋めた場合(20-30cm)と暗渠管の下を埋めた場合(80-90cm)に排水機能の低下が確認され、その部位の透水性確保が重要であることが確認された。

普及のための参考情報

本解析法では、暗渠管軸方向の管内圧力分布を考慮できないため、初期流出量を実際より大きく、期間を短く見積る傾向がある。

具体的データ

図1 モデルの概略図
図2 疎水材の有無と地下水位低減効果
図3 暗渠および各土層からの流出特性
図4 埋め戻し土厚と作土層の水分低下

その他

  • 研究課題課題名:個々の圃場特性を考慮した暗渠設計技術の開発
  • 中期計画大課題名:農地の整備水準の解明と大区画ほ場等の水分制御技術の開発
  • 予算区分:依託プロ[科学技術特別研究員]
  • 研究期間:1999～2001年度
  • 研究担当者:井村英樹、谷本岳、藤森新作
  • 発表論文等:1) 井村英樹・長利洋、疎水材および埋め戻し土が暗渠排水に及ぼす影響、農土論集投稿中
                      2) 井村英樹・谷本岳・藤森新作、籾殻の不飽和水分移動特性について、平成12年度農業工学関係研究成果情報、37-38、2001