クロスホール型レーダによる豪雨の地盤浸透機構の可視化と解明

• Project/Area Number: 17688011
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Irrigation, drainage and rural engineering/Rural planning
• Research Institution: National Agricultural Research Organization (2006-2007); National Institute for Rural Engineering (2005)
• Principal Investigator: 黒田 清一郎 National Agricultural Research Organization, 農村工学研究所・施設資源部, 主任研究員 (30343768)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥23,140,000 (Direct Cost: ¥17,800,000、Indirect Cost: ¥5,340,000); Fiscal Year 2007: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2006: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2005: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
• Keywords: 地中レーダ / クロスホール計測 / 地盤災害 / 豪雨災害

Research Abstract

透過電磁波を用いたイメージング手法(クロスホール型レーダ法)を、光電変換技術に基づくマルチアンテナ化(アンテナの複数化)によって計測の高速化するために、アンテナーアンテナ間およびアンテナーケーブル間の干渉が少ない光電界センサおよび光ファイバケーブル通信型計測システムを導入した。同計測システムの放射特性、周波数応答等の基礎的な諸特性を電波暗室にて測定し、野外計測のために必要なキャリブレーションデータを取得した。また野外計測に適した電磁波送受信装置(小型ネットワーくアナライザ)の導入を図った。またアンテナ昇降時の位置の不確実性に起因する、連続観測時の不安定性を回避するために、送信移動時の計測記録の総和データを総合的に解析する技術、複数点の受信波記録の相互干渉処理により電磁波送信源の不確実性に対して安定的に受信波記録を合する技術の開発を行い、野外計測データに適用することで野外実証試験を行った。そのような計測・解析手法を行っても、豪雨時の浸透現象のような動的な現象の空間分布を行うのは限界がある。そこで、飽和不飽和浸透流解析とそのパラメータの逆解析技術との融合によって、限定的な計測データから浸透現象の詳細な全体像を再現し可視化する技術の開発を行った。
上記の技術を元に、静岡県牧之原台地の牧ノ原砂レキ層および泥岩層からなる地すべり地周辺地盤、および高知県高岡郡仁淀川町にある三波川帯の地すべり地において、計測および観測を実施し豪雨時の不飽和帯地盤中での浸透現象を解明した。地盤の不均一性のため浸透量が最も不透水性の層に律せられるため、豪雨時であっても体積含水率の変化は1-2%と非常にわずかであったが明瞭な浸潤および再分配過程を示し、地下水位の変化とも調和的であった。

Research Products

• [Journal Article] 繰り返し孔井間地中レーダによる不飽和帯涵養過程の定量的評価 (2007)
  • Author(s): 黒田清一郎, 浅野将人, 二平聡, 奥山武彦, 斉藤広隆, 金喜俊, 竹内睦雄
  • Journal Title: 物理探査 60・6 Pages: 467-476
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Full-waveform inversion algorithm for interpreting crosshole radar data: a theoretical approach (2007)
  • Author(s): Seiichiro Kuroda, Mutsuo Takeuchi, Hee Joon Kim
  • Journal Title: Geosciences Journal 11・3 Pages: 211-217
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 地中レーダを用いた不飽和土中水分移動解析 (2007)
  • Author(s): 斉藤広隆, 黒田清一郎, 横田俊之
  • Journal Title: 物理探査 60・6 Pages: 455-466
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 地中レーダによる非侵襲的土壌水分モニタリング技術 (2006)
  • Author(s): 黒田清一郎, Somsak Sukachan, 濱田浩正, 奥山武彦, 竹内睦雄
  • Journal Title: 農業土木学会誌 74(11) Pages: 973-976
  • NAID: 10019369632
• [Journal Article] 孔井間地中レーダデータに基づく不均一性を考慮した不飽和透水特性パラタリゼーション (2006)
  • Author(s): 黒田清一郎, 斎藤広隆, 奥山武彦, 竹内睦雄, J.Simunek, M.Th.van Genuchten
  • Journal Title: 第114回物理探査学会学術講演会講演論文集 Pages: 119-122
• [Journal Article] Quasi 3D Image Construction of Infiltration Processes in the Vadose Zone by Combining Inter Borehole Radar Data and Numerical simulation of Water Flow Soils (2006)
  • Author(s): Seiichiro Kuroda, Hirotaka Saito, Takehiko Okuyama, Mutsuo Takeuchi, Jiri Simunek, Martinus TH, Van Genuchten
  • Journal Title: Proceedings of The 8th SEGJ International Symposium-Imaging and Interpretation- 8 Pages: 128-131
• [Journal Article] 地中レーダを用いた浅層地盤における土中水分量の原位置計測 (2006)
  • Author(s): 竹下祐二, 小林延行, 森井俊広, 黒田清一郎, 井上光弘
  • Journal Title: 地盤工学会「降雨時の斜面モニタリング技術とリアルタイム崩壊予測に関するシンポジウム」 Pages: 31-36
  • NAID: 120006746686
• [Journal Article] Time-lapse レーダイメージングのための差分フルウェーブインバージョン (2006)
  • Author(s): 黒田清一郎, 金喜俊, 竹内睦雄
  • Journal Title: 第115回物理探査学会学術講演会講演論文集 Pages: 278-281
  • NAID: 10018357245
• [Journal Article] Difference full wave form inversion for time-lapse cross-hole radar imaging (2006)
  • Author(s): Seiichiro Kuroda, Hee Joon Kim, Mutsuo Takeuchi
  • Journal Title: Eos Trans. American Geophysical Union, Fall Meet. Suppl.
  • NAID: 10018357245
• [Journal Article] 大規模農地災害における緊急対策のための調査観測技術 (2005)
  • Author(s): 黒田清一郎, 奥山武彦, 有吉 充
  • Journal Title: 農業土木学会誌 73・8 Pages: 21-24
  • NAID: 10016644333
• [Journal Article] Full waveform inversion algorithm for interpreting closs-borehole GPR data, (2005)
  • Author(s): Seiichiro KURODA, Mutsuo Takeuchi, Hee Joon Kim
  • Journal Title: Proceedings of Society for Exploring Geophysist 75 Pages: 1176-1179
• [Journal Article] Theoretical study on full-waveform inversion of transmittive ground penetrating radar data (2005)
  • Author(s): Seiichiro KURODA, Mutsuo Takeuchi, Hee Joon Kim
  • Journal Title: Technical Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Pages: 89-94
  • NAID: 110003498426
• [Journal Article] 孔井間地中レーダによる不飽和浸透流の定量的評価 (2005)
  • Author(s): 黒田清一郎, 椎名義徳, 奥山武彦, 竹内睦雄
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術報告 Pages: 95-100
• [Journal Article] Quantitative Estimation of Ground Water Recharge Process in Vadose Zone Beneath a Rice Paddy Field Using Cross-Borehole Radar (2005)
  • Author(s): S.Kuroda, Y.Shiina, T.Okuyama, M.Takeutch
  • Journal Title: Eos Trans.American Geophysical Union 86/(52)
• [Journal Article] 2003年宮城県沖地震で発生した地すべり地の水理地質特性 (2005)
  • Author(s): 奥山武彦, 黒田清一郎, 中里裕臣, 有吉 充
  • Journal Title: 日本地すべり学会誌 42・5 Pages: 61-66
  • NAID: 10017248609
• [Presentation] Quasi 3D model construction of artificial recharge through the vadose zone using time-lapse zero-offset profiling of cross borehole radar (2007)
  • Author(s): Seiichiro Kuroda, Hirotaka Saito, Takehiko Okuyama, Mutsuo Takeuchi, Jiri. Simunek, VanGenuchten MT.
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: サンフランシスコモスコーンセンター
  • Year and Date: 2007-12-13
• [Presentation] Time-lapse crosshole radar profiling of infiltration process in a vadose zone (2007)
  • Author(s): Hee Joon Kim, Hannuree Jang, Seiichiro Kuroda
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Place of Presentation: サンフランシスコモスコーンセンター
  • Year and Date: 2007-12-11
• [Presentation] Cross borehole radar monitoring for the vadose zone dynamics beneath an artificial pond (2007)
  • Author(s): Seiichiro Kuroda, Tatsuya Shibuya, Takehiko Okuyama, Mutsuo Takeuchi
  • Organizer: IEICE Technical Report SANE2007
  • Place of Presentation: 韓国 ソウル
  • Year and Date: 2007-10-26
• [Presentation] 浸透流解析における孔井間レーダに基づくフィールドスケールパラメタリゼーション (2007)
  • Author(s): 黒田清一郎, 斎藤広隆, 奥山武彦, 竹内睦雄
  • Organizer: 日本地球惑星物理学連合2007年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ 国際会議場
  • Year and Date: 2007-05-23
• [Presentation] 地中レーダを用いた不飽和砂質土地盤における土中水分動態の計測方法 (2007)
  • Author(s): 竹下祐二, 黒田清一郎, 森井俊広, 井上光弘
  • Organizer: 日本地球惑星物理学連合2007年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ 国際会議場
  • Year and Date: 2007-05-23
• [Remarks] 本研究課題の成果の一つである論文「繰り返し孔井間地中レーダ探査による不飽和帯涵養過程の定量的評価」が物理探査学会論文賞を受賞した(表彰式は20年5月14日を予定)