蒸発過程下にある非一様土壌での水分・化学物質の動態とその仕組に関する実験的研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17560464
• Research Institution: Daido Institute of Technology
• Principal Investigator: 下島 榮一 大同工業大学, 工学部, 教授 (80027276)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀内 将人 大同工業大学, 工学部, 教授 (00157059)
• Keywords: 蒸発実験 / 赤玉土層 / 空隙二重構造 / 塩類集積

Research Abstract

本研究は、乾燥・半乾燥地域で生起している地面蒸発、それに伴う塩類集積の仕組みを、特に、空隙非一様場を対象にし、実験を通して考究するものである。
非一様な蒸発場を、前年度と同様に、PVCパイプ(直径10cm、長さ100cm)に市販の赤玉土を充填して作り、重量計上に設置した。その際、前年度に実施できなかった条件(常設の地下水面として高濃度の食塩水を使用)や再現性の確認のため(食塩水による脱水平衡の一様水分量分布を初期条件に)の蒸発実験を実施した。また、小空隙の蒸発過程の影響を調べるために、赤玉土粒子径と同程度のガラス玉の模擬土層を対象にした場合、並びに地表風の影響の調べるために、field capacity状態の赤玉土による直方体の土層を作り、その上面に1.5m/sの風を与え続ける実験も実施した。何れの実験でも、温度25℃、湿度20%に設定した恒温恒湿室で実施した。
1.実験終了時の土層内の塩分濃度分布は特徴的である。即ち、地下水面の設定や土壌層表面への熱照射の有無に係わりなく、層表面付近では塩の析出などを含め高濃度となり塩類集積が顕著である。その下方では初期濃度より低い値(約半分)に向かう低減領域が現れた後、初期値に移行する。回復は地下水面を設置した方が早くなるが、この低濃度化は塩分の吸着・イオン交換などによると考えられる。
2.熱照射を与えた場合、土層内の水蒸気密度分布は、ある深さでピークを示し、その両側で傾きの符号が異なる。即ち、上部では水蒸気が上方に、下部では下方に向かう移動が現れる。これら水蒸気移動のソースは同ピーク付近での蒸発であり、特に後者は凝結現象の生起を示唆する。これらの状況は単一空隙系を持つ砂層などでの場合と同様である。
3.ガラス玉層の場合、空隙系に小空隙の部分がない分、drying frontの前方はほぼ絶乾状態の領域となり、土壌水分量分布形は特徴的である。
4.土層表面に強制的に地表風を与えた場合、与えない場合と比較して、特に実験開始直後は蒸発が促進されるが、その後の蒸発強度の低減は早く、差異が不明確となる。