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2010 Fiscal Year Annual Research Report

不飽和土の凍結と凍土への浸潤にともなう土中の水・熱・物質移動機構の解明

Research Project

Project/Area Number 20589001
Research InstitutionMie University

Principal Investigator

渡辺 晋生  三重大学, 大学院・生物資源学研究科, 准教授 (10335151)

Keywords凍土 / 不飽和土壌 / 浸潤 / 不凍水 / 水分特性関数モデル / 不飽和透水係数 / 寒冷地水循環 / 数値計算
Research Abstract

不飽和土壌の凍結・融解、凍結層を持つ土中への融雪水の浸潤にともなう物質・エネルギー移動を理解することを目的に、本年度は試料の物性測定と装置開発、カラム室内実験と数値解析および凍結モデルの修正を行った。まず、ダブルシリンジ型通気係数測定器を作成し、様々な水分飽和度の試料の通気係数の温度依存性および凍結による変化を求めた。また、求めた凍土の通気係数を、凍結試料の不飽和透水係数の推定に応用した。回路の電極形状の工夫により薄膜試料の誘電的性質測定を可能とした周波数領域反射率測定器を作成し、各種凍結試料の不凍水量と氷量を明らかにし、凍土の水分特性曲線の推定に応用した。さらに、試料の熱的特性と氷点下における温度依存性や全水量(氷量)依存性をまとめ、学術雑誌に発表した。
不飽和凍土の一次元カラム凍結・融解浸潤実験を行い、浸潤前線の進行と凍土の融解過程の関係、浸潤に与える初期水分量や溶液濃度の影響、その際の水分特性曲線の変化、浸潤前線の進行にともなう凍土近傍の圧力と水分量変化を明らかにした。そして、実験結果を国内外の関連学会で発表し、国際誌に掲載した。
以上の物性試験とカラム実験の結果を、昨年度改良した不飽和土中の物質移動予測計算プログラムHYDRUSの凍結に関する開発バージョンを用いて解析し、凍結面近傍の不飽和透水係数を検討した。この際、凍結にともなう水分特性の非平衡な変化を考慮したモデルを用いた数値計算結果と従来の凍結モデルの計算結果を比較し、凍土中の水分移動の新しい計算モデルを提案するとともに、学術雑誌に発表した。さらに、土の凍結・融解機構解明に必要な課題やここで開発したモデルの長所と改善すべき点を整理し、内外の凍土研究者らと討議した。さらに、今後の野外調査との関連付けや調査計画、燃料電池の性能向上への応用など、関連研究者と検討した。

  • Research Products

    (15 results)

All 2011 2010 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (7 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Freezing experiments on unsaturated sand, loam and silt loam2011

    • Author(s)
      Kunio Watanabe, Tetusya Kito, Tomomi Wake, Masaru Sakai
    • Journal Title

      Annals of Glaciology

      Volume: 52(58)(in press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 凍結面近傍の不凍水量変化に基づく凍土の水分特性曲線と不飽和透水係数の検討2010

    • Author(s)
      渡辺晋生・紀藤哲矢・坂井勝・取出伸夫
    • Journal Title

      土壌の物理性

      Volume: 116 Pages: 9-18

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] サーモTDRによる凍土の不凍水分量・熱伝導率の同時測定2010

    • Author(s)
      渡辺晋生・大森陽介・和気朋己・坂井勝
    • Journal Title

      雪氷

      Volume: 72(3) Pages: 157-168

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 土中への水の浸潤 2.初期水分量の及ぼす影響2010

    • Author(s)
      取出伸夫・渡辺晋生・森崎大樹
    • Journal Title

      土壌の物理性

      Volume: 114 Pages: 71-80

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 土中への水の浸潤 3.Green and Amptモデル2010

    • Author(s)
      取出伸夫・渡辺晋生・久行雄大・坂井勝
    • Journal Title

      土壌の物理性

      Volume: 115 Pages: 51-60

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 土中への水の浸潤 4.成層土2010

    • Author(s)
      取出伸夫・渡辺晋生・中川絢子
    • Journal Title

      土壌の物理性

      Volume: 116 Pages: 27-35

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Directional freezing experiment on unsaturated sand, loam, and silt Loam2010

    • Author(s)
      Kunio Watanabe, Tetsuya Kito, Tomomi Wake
    • Organizer
      International Symposium on Snow, Ice and Humanity in a Changing Climate
    • Place of Presentation
      Sapporo
    • Year and Date
      20100621-20100625
  • [Presentation] 不飽和シルトロームの凍結・融解浸潤実験2010

    • Author(s)
      渡辺晋生・紀藤哲矢・取出伸夫
    • Organizer
      土壌物理学会大会
    • Place of Presentation
      鳥取
    • Year and Date
      2010-10-24
  • [Presentation] 不飽和凍土への水の浸潤と不凍水量のヒステリシス2010

    • Author(s)
      渡辺晋生・紀藤哲矢
    • Organizer
      雪氷研究大会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2010-09-27
  • [Presentation] 凍結層をもつ畑地土壌への水の浸潤実験2010

    • Author(s)
      紀藤哲矢・渡辺晋生・取出伸夫
    • Organizer
      土壌肥料学会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2010-09-07
  • [Presentation] 凍結過程にあるシルトロームの凍結面近傍の水分保持特性と透水係数2010

    • Author(s)
      渡辺晋生・紀藤哲矢・取出伸夫
    • Organizer
      農業農村工学会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2010-09-01
  • [Presentation] Philipの浸潤モデルにおける吸水度Sと定数Aについて2010

    • Author(s)
      取出伸夫・渡辺晋生
    • Organizer
      農業農村工学会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2010-09-01
  • [Presentation] 土壌の分野における不飽和透水係数のモデル化に関する研究2010

    • Author(s)
      渡辺晋生
    • Organizer
      積雪の構造と変質に関するワークショップ
    • Place of Presentation
      長岡(招待講演)
    • Year and Date
      2010-04-19
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.bio.mie-u.ac.jp/junkan/sec1/lab5/model/

  • [Remarks]

    • URL

      http://www.bio.mie-u.ac.jp/junkan/sec1/lab5/hydrus/

URL: 

Published: 2012-07-19  

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