不飽和土壌中水分物質移動のリアルタイム測定システムの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555170
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 米田 稔 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40182852)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀内 将人 大同工業大学, 建設工学科, 助教授 (00157059) ; 森澤 眞輔 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50026340)
• Keywords: 土壌カラム / 水分量測定 / イオン濃度測定 / インピーダンス測定 / リアルタイム測定 / コンダクタンス / サセプタンス / 誘電緩和

Research Abstract

本年度は、非接触型電極を用いて、実験用土壌カラムの外部から、土壌カラム内の水分と電解質の移動をリアルタイムで追跡できるシステムの開発を行った。測定原理としてはインピーダンスメーターを用いて土壌の誘電率と導電率の周波数変化を測定し、これを水分量とイオン濃度に変換する方法を採用した。本測定法の最も大きな長所は、ガード電極を用いることにより、測定している範囲をはっきり定義できることだと思われる。実験結果より、あらかじめいくつかの水分量とイオン濃度のときの誘電率と導電率の周波数変化を測定しておけば、これらの測定値を内挿する検量線を作成することにより、リアルタイムでの水分量とイオン濃度の追跡が可能となることがわかった。しかし土壌カラムが示す誘電率と導電率の値を理論的に導出することは困難であった。これは電解質による誘電緩和の影響が非常に大きいためだと考えられる。本研究で開発したシステムは、むしろこの誘電緩和の周波数変化を水分量と電解質濃度推定のために積極的に応用したものであると考えられる。この測定システムを実際に土壌カラムの水分物質移動の追跡に使用した。不飽和土壌中にNaCl溶液が浸透していく様子を観測し、イオン濃度が高い場合、水分量とイオン濃度両方に誤差が大きくなることがわかった。しかし、イオン濃度が低い場合は、本システムは十分に実際の使用に耐えられると考えられる。また、NaClを用いて得た検量線を他のイオンを含む水溶液に適用すると、特に低含水率で誤差が大きくなることがわかった。これは低含水率の場合、イオン粒子の移動しやすさの差が特に大きくきいてくるためだと考えられる。このことは本システムにより物質の同定もある程度可能となる可能性も示している。