2021 Fiscal Year Research-status Report
Pore-air pressure measurement in mountainous slope and its role on rainfall runoff process
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20K19963
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
岩上 翔 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (70612729)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 山地源流域 / 降雨流出プロセス / 土壌水 / 地下水 / 間隙空気 / 封入空気 / 測定手法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
斜面内の間隙空気の挙動については主に室内実験において流出現象との関連が指摘されているものの，現地観測によりそのプロセスを示した例は未だほとんど無いと言える．そこで本研究では山地斜面における間隙空気の観測手法について検討するとともに森林小流域において降雨や流出，地下水位等の水文観測に加えて間隙空気の観測を行い，その流出応答との関係について示す．斜面内における間隙空気の挙動の実態や流出に影響を及ぼす条件等について明らかにすることができれば新たな知見になるとともに，得られた結果は洪水発生や斜面崩壊とも関連し，災害予測において新しい提言へとつながる可能性がある．
本研究では，土層内の間隙空気の観測手法を確立するため，間隙空気の挙動を空気圧として捉える簡易な斜面内圧計を作成し，その有用性を室内実験および現地観測において検討する．さらに地下水位測定用の観測井において孔内圧を測定することで斜面スケールでの間隙空気の挙動の観測を行う．流出応答や地質条件の異なる 2 つの観測流域において，降雨流出応答および斜面内の空気の挙動について観測を行うことによって間隙空気の挙動と流出応答の関係について明らかにする．
当該年度は森林総合研究所の筑波共同試験地・常陸太田試験地の２つの観測流域において，昨年度強化した土層内の間隙空気の観測においてデータが得られてきているとともに，常陸太田試験地の観測井において開始した斜面内（基岩内）の間隙空気のデータも得られてきている．また同様な観測を筑波共同試験地においても行っている．降雨量，湧水流量，土壌水分量等のデータと合わせて，本研究で目的としている土層内・基岩内に間隙空気が封入される現象を議論するためのデータが得られてきている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当年度は森林総合研究所の筑波共同試験地と常陸太田試験地において，昨年度整備・強化した土層内・基岩内における間隙空気の観測体制を継続し，質の高いデータセットを得ることが目的であった．土層内の間隙空気の観測に用いている手作りの間隙空気圧計は孔内に設置した圧力計で孔内の気圧を測定することで，スクリーン部分（間隙空気圧計末端の多数の穴が開いている部位）周囲の土層内の間隙空気を測定することが可能となっているが，周囲の土層内の間隙空気との接点となるスクリーン部分が完全に水没してしまうとその接点が断たれ，測定不能となる．このため間隙空気圧計内の水位を注意深く測定する必要があるが本研究では間隙中の圧力を扱うために，圧力補正等が必要となる圧力式以外の方法を用いて間隙空気圧計内の水位を測定することが好ましく，昨年度より各間隙空気圧計内に静電容量式の水位計を設置してより直接的に水位の測定を開始した．また先行研究では封入空気の形成条件を考えたときに間隙空気の応答に対して降雨パターンが重要となるにも関わらず，林外雨は関係性が低いことが推定されたので，より詳しく雨との関係を評価するために各間隙空気圧計のすぐそば 30 cm の距離に雨量計を設置し，林内雨の観測を開始した．さらに基岩内の間隙空気の観測体制として常陸太田試験地の観測井における地下水位の測定と孔内圧の測定を開始した．筑波共同試験地においても同様な観測を行っている．そうした中で，本年度2021年4月から2022年3月までの間に，降雨に伴って間隙空気圧が大気圧に対して 10 hPa 以上高い値を示し，間隙空気が封入・加圧されたと考えられたイベントは土層内については常陸太田試験地において 25回，筑波試験地において 13回観測された．基岩内については常陸太田試験地において9回，筑波試験地においては0回であった．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で目的としている現場観測に必要な体制はおおよそ整っていると考えられ，今後は月1度を基本とした現地での保守点検・データ回収を行い，統計的な解析ができるだけの封入空気形成イベントのデータを蓄積させたい．データを蓄積させることで，斜面内の間隙空気の挙動，斜面内のどういった場所にどのように間隙空気が封入されるのか，そして流出応答との関係や降雨パターンとの関係について考えていきたい．可能であれば，斜面内のどういった場所に注目すべきかが見えてきたところで，現在の観測体制を拡充していきたいと考えている．
また並行して室内実験の準備を進める．こうした現地観測における間隙空気の観測例がほとんど無いこともあり，観測方法の有用性についてより明確にするためにも人工降雨装置を用いた室内実験を行う準備を進めていきたい．
また常陸太田試験地において観測井の地下水・湧水・渓流水のサンプリングを行い，無機溶存イオン等の測定を行った結果，地下水の硝酸イオン濃度が従来考えられてきた値に比べて高い濃度を示すことが分かった．硝酸イオン濃度の形成プロセスについて解明することは，研究対象流域における降雨流出過程の理解を深めることにつながり，大変有意義であるため今後これについてもその濃度形成プロセスの解明を目指す．しかし硝酸イオンを直接連続観測することは難しいため，地下水や渓流水の電気伝導度の測定や採水したサンプル水の分析を通して硝酸イオン濃度の形成プロセス解明を目指す．
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| Causes of Carryover |
次年度使用する物品費として，観測に使用している圧力センサー，水位計，雨量計，土壌水分センサーに用いる．それぞれ消耗品に近く，故障した際に欠測期間を小さく抑えるためにも予備として必要な物にも使用する．
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Research Products
(1 results)
