傾斜農地での耕作放棄による水文環境への影響評価と地すべり対策の検討

• Project/Area Number: 19K15936
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 41030:Rural environmental engineering and planning-related
• Research Institution: Ishikawa Prefectural University
• Principal Investigator: 長野 峻介 石川県立大学, 生物資源環境学部, 准教授 (90646978)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 耕作放棄 / 水文モデル / 地下水 / 傾斜農地 / 棚田 / 土砂災害 / 地下浸透 / 地すべり / 防災

Outline of Research at the Start

地すべりが多発する危険地域（地すべり地域）内の棚田などの傾斜農地において，耕作放棄により雨水の排水機能が失われ降雨の地下浸透量が増大するとされており，地下水位が上昇し地すべりが発生する危険性が高まることが懸念される．本研究では，まず地すべり地域内の傾斜農地での耕作地および耕作放棄地において，雨水の流出や地下浸透等の現地観測を行う．次に，傾斜農地水文モデルを構築し，傾斜農地での耕作放棄による雨水の地下浸透および面的な地下水流動への影響の解析を行い，地下水位上昇を定量的に明らかにする．さらに，観測結果や解析結果を踏まえ，耕作放棄地に適した効果的かつ省コストな地すべり対策を検討する．

Outline of Annual Research Achievements

近年，中山間地域で耕作放棄地が拡大しており，地すべりが多発する危険地域（地すべり地域）内の棚田などの傾斜農地ではより一層深刻な状況である．耕作放棄により農地では降水の地下浸透量が増大するとされており，傾斜農地での影響評価が急務である．本研究では，耕作放棄された傾斜農地での地すべり対策を検討することを目的として，傾斜農地において耕作放棄による水文環境への影響について，現地観測と水文モデルによるシミュレーション解析によって定量的な評価を行った．
本研究の研究対象地とした傾斜農地では，地すべり対策工事が行われており，工事に伴い休耕された農地がある．現地で観測された降水量や地下水位のモニタリングデータを用いて，地すべり対策工事や休耕が地下水位や降水の地下浸透に及ぼす影響を分析した．地すべり対策として水抜ボーリング工の施工により地下水位が低下した一方で，休耕された農地では降水の浸透速度が上昇していた．休耕による田面の変化が地下浸透に影響を与えたことが推測され，耕作放棄地でも同様の影響があると考えられる．
水文モデルによる解析では，既往の分布型流域水循環モデルに耕作放棄地用のパラメータを新たに追加し傾斜農地水文モデルを構築し，従来の水循環モデルの適用領域における傾斜地の水田を耕作放棄地に設定しシミュレーション解析を行った．次に，現地観測を行った傾斜農地を含む集水域を解析領域として分布型流域水循環モデルを適用させ，モデルパラメータの検討を行った．さらに，耕作放棄地でのモデル構造を検討し，耕作放棄地における地表面の亀裂からの地表水の地下流入を考慮するために，亀裂を反映したモデル構造を導入し分布型水循環モデルの解析精度を向上させた．そして2022年8月に石川県で発生した豪雨時の降水データを用いて，耕作地と耕作放棄地との地下水位変動の比較を行い，耕作放棄が地下水文環境に与える影響を評価した．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本研究では，耕作放棄された傾斜農地での地すべり対策を検討することを目的として，傾斜農地において耕作放棄による水文環境への影響について，現地観測と水文モデルによるシミュレーション解析によって定量的な評価を行った．その結果，いくつか有用な知見も得られたが，開発した水文モデルに改善の余地も残された．
【傾斜農地における水文環境の現地観測】
現地観測として，石川県津幡町の傾斜農地を研究対象地に選定し，現地で観測された降水量や地下水位のモニタリングデータを用いて，地すべり対策工事や休耕が地下水位や降水の地下浸透に及ぼす影響を分析した．降水量や地下水位のモニタリングデータは石川県県央農林総合事務所土地改良部から提供を受けてデータ分析を実施することができ，有用な知見が得られた．
【傾斜農地水文モデルを用いた地下水流動および地下水位の解析】
既往の分布型流域水循環モデルに耕作放棄地用のパラメータを新たに検討し，耕作放棄による傾斜農地での水文環境への影響を評価する水文モデルの構築を行った．さらに，水文モデルの新たな適用領域を設定して，現地観測データを用いてモデルパラメータの同定を行った．豪雨時の解析結果では地下水位変動をおおよそ捉えることができたが，断続的な降雨時での解析結果など一部再現できていない結果も得られたため，分布型流域水循環モデルを改良したことにより，亀裂からの地表水の地下流入をモデル化した．その結果，改良前に比べ地下水位変動の解析精度を向上することができた．ただし，本モデルでは豪雨時における水路での増水等の影響は反映されておらず，実際の豪雨時にはほかにも様々な要素が複合して土砂災害が発生する可能性がある．そのため，本モデルをさらに改良し，様々な要素を複合的に考慮できるようにすれば，より詳細な解析結果を得られると考えられる．

Strategy for Future Research Activity

水文モデルを用いた地下水流動および地下水位の解析について，各種パラメータやモデルの構造について詳細な検討を進める．耕作放棄に起因する各種土壌物理性（乾燥密度，飽和透水係数，水分特性曲線）の変化や，耕作放棄後の植生などの地表の変化，農業水路の管理状況の変化についても詳しく検討し水文モデルへ反映を検討する．さらに，ワークステーションの導入など解析プログラムの開発環境を改善し，水文モデルの早急な改良および水文解析を行う．さらに，2022年8月に石川県で発生した豪雨の情報を収集し，耕作放棄による地下水位上昇が土砂災害に与える影響の分析を行う．