流出機構を規定する土壌特性の現地計測とそれに基づくモデリング

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350267
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 椎葉 充晴 京都大学, 地球環境学堂, 教授 (90026352)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市川 温 京都大学, 地球環境学堂, 助手 (30293963) ; 立川 康人 京都大学, 防災研究所, 助教授 (40227088) ; 宝 馨 京都大学, 防災研究所, 教授 (80144327)
• Keywords: 土壌特性 / 畑地 / 平面二次元地表流モデル / 飽和不飽和地中流モデル / モデルの結合

Research Abstract

前年度は、主として山地斜面域における土壌特性の計測手法に関する検討と水文モデルの開発について研究を行ったが、本年度は、畑を主体とした裸地・圃場域における土壌特性の計測と雨水浸透流出現象のモデル化に関して研究を行った。具体的な成果を以下にまとめる。
1.畑地における土壌特性の現場計測
沖縄本島北部のパイナップル畑にて土壌サンプルの採取と現地透水試験を行った。沖縄地方では、降雨時に主としてパイナップル畑などの畑地から土壌が流出し、河口や海岸付近に堆積するなどの被害が発生している。当研究グループでは、本研究課題とは別途に、畑地における土砂侵食に関する研究も行っており、本研究課題とタイアップすることでよりよい成果が得られるのではないかと考えた。すなわち、本研究課題では、水の挙動を規定する土壌特性を計測するとともに、その情報を活用したモデルの開発を目指している。一方、土砂侵食現象は水の動きによって大きく影響されるものであり、本研究課題で開発されるモデルをベースとして土砂侵食モデルを作成すれば、より精度の高い土砂侵食予測が可能となると予想される。以上の考えのもとに、土砂侵食現象のモデル化との連携を念頭におき、畑地における土壌特性の計測を行った。採取した土壌サンプルを用いて、空隙率・圃場容水量・飽和透水係数などの諸量を計測し、また現地で計測した透水性との比較を行った。
2.平面二次元地表流モデルと飽和不飽和地中流モデルの結合
畑地における水の挙動を詳細に表現するため、平面二次元の地表流モデルと、鉛直一次元の飽和不飽和地中流モデルを結合した。これまでにも畑地における水の流動をモデル化した研究は多数あるが、そのほとんどが、地表流もしくは地中流のいずれか一方のみを対象としたものであり、両者を統合的に扱った研究事例はほとんどない。本来両者は互いに影響を与えているものであり、畑地の雨水流動を詳細に表現しようとするならば、両者を結合してモデル化する必要がある。また、畑地には畝のような微地形があり、これが表面流出の形態に強く影響している。このような微地形の影響を考慮するためには、地表流を平面二次元的に取り扱う必要がある。以上のことから、本研究では、平面二次元地表流モデルと飽和不飽和地中流モデルを結合したモデルを作成した。地中流モデルは、空隙率・圃場容水量・飽和透水係数などの諸量がパラメタとなっており、実際に圃場の土壌から計測した値を使用することが可能である。また地表流モデルでは、先にも述べたように、圃場内の微地形形状を考慮できるようになっている。