孔井間地中レーダ法による地盤中浸透過程の定量的評価

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要約

孔井間地中レーダ法による地盤中の電磁波速度分布とその時間変化の計測によって、地盤中の体積含水率分布、および、人工注水試験や豪雨時における地盤中の浸透過程を定量的に評価することができる。

• 担当:農業工学研究所・造構部・土木地質研究室
• 代表連絡先:029-838-7577
• 区分:研究
• 分類:参考

背景

豪雨時の間隙水圧の上昇過程の解明や土塊重量の増加の定量的評価は、斜面災害の機構解明や予測に寄与する。しかし従来の方法では地表から地下水までの土中の水分動態を定量的かつ連続的に捉えることは困難であった。孔井間地中レーダ法により地盤中の電磁波速度分布とその時間的な変化を繰り返し計測することで、豪雨前後の水分動態の変化を計測し、地盤中への浸透過程を把握することができた。

成果の内容・特徴

• ボーリング孔間の電磁波の透過時間を計測することによって、電磁波の伝播経路における土中の平均的な体積含水率を推定することができる(図1、孔井間地中レーダ法)。この手法の繰り返し計測を行うことによって、降雨浸透過程等の土中の水分動態を定量的に把握することができる。
• 野外適用試験として注水試験における水分動態の把握を試みた。孔間距離は3.6mで中心周波数110MHzのシステムを用いて測定を行った。送受信アンテナを2つのボーリング孔にそれぞれ同深度に配置しながら上下に動かして、電磁波の到達時間から体積含水率を推定した。その繰り返し測定によって、注水の土中への浸潤過程を明瞭に捉えることができた(図2)。浸潤速度は8.2x10^-4m/sと評価された。
• 深度毎の平均的な体積含水率の推定は、電磁波の到達時間と孔間距離を電磁波の伝播経路の距離と仮定し、電磁波速度を求め、経験式であるTopp式を用いて行った。一部コアサンプルとの比較を行ったが、体積含水率の推定値はコアサンプルのそれとほぼ一致した(表1)。
• 台風に伴う豪雨前後で同手法の適用試験を行った。人為的な注水試験と異なり自然条件下では水分変化が少ないことが懸念された。そこで電磁波の到達時間の水分増大に伴う遅延量を大きくすることによって精度を確保するため、孔間距離を約5mに設定した。また孔井間地中レーダとしては比較的高い中心周波数200MHzのシステムを用いて電磁波到達時間の計測精度を高めた。豪雨後に体積含水率が上昇し、その後表層から排水が始まり、28時間後には上部で排水された水分が下方へ浸透していることが分かる(図3)。下層土での推定体積含水率の変化は1～2%と少なかったが、その変化を明瞭に把握することができた。

成果の活用面・留意点

豪雨時の斜面災害の原因となる間隙水圧の上昇や土塊重量の増加等の、機構解明およびその予測に活用することができる。

具体的データ

その他

• 研究課題名:地すべり斜面の活動予測技術の開発
• 関連する中期計画大課題名:豪雨特性やため池崩壊機構の解明及び防災予測技術の開発
• 予算区分:交付金プロ(集中豪雨)
• 研究期間:2001～2003年度黒田清一郎、中里裕臣、奥山武彦
• 研究担当者:黒田清一郎、中里裕臣、奥山武彦
• 発表論文等:Seiichiro Kuroda, Hiroomi Nakazato, Satoshi Nihira, Motoharu Hatakeyama, Mutsuo Takeuchi, Masato Asano, Yoshinori Todoroki, Michiaki Konno, Cross-hole geo-radar monitoring for moisture distribution and migration in soil beneath an infiltration pit, Proceedings of International Society for Optical Engineering, 4758, 703-707, 2002.