土中の熱伝達と水分・温度環境の形成に関する研究

• 研究課題/領域番号: 03660239
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 農業土木
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 塩沢 昌 東京大学, 農学部, 助手 (80134154)
• 研究期間 (年度): 1991 – 1992
• 研究課題ステータス: 完了 (1992年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 1992年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 1991年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
• キーワード: 土壌水の移動 / 温度勾配 / 透水係数 / マトリックポテンシャル / 温度勾配による土壌水の移動 / 不飽和透水係数 / 水分特性曲線 / 土壌物理学

研究概要

土壌水分の移動現象を支配する物理法則は今日では知られており、これに含まれる土壌の移動係数がわかれば、さまざまの境界条件の下でシミュレーションを行い、現象を再現することができる。しかし、これらの移動係数は、含水量に強く依存し、測定が容易でないことが、土壌中の水分移動現象を研究する上での最大の問題である。本研究は、砂丘砂を対象に温度勾配下の水分移動を予測再現できるようにすることが目標であり、そのために(1)マトリックポテンシャルと含水量の関係(水分特性曲線)(2)透水係数と含水量の関係、(3)温度勾配に対する水蒸気の移動係数(含水量に依存する特性曲線)、をいくつかの実験で求めた。とくに、従来から測定の少ない温度勾配下の水蒸気移動係数を求め、温度勾配下の移動現象を調べるために、温度勾配を与えた閉鎖土壌カラムの温度分布、含水量分布、溶質濃度分布の変化を追跡する実験が本研究の中心の実験であった。カラムに詰めた土の両端に温度差を与えると高温側から低温側に水蒸気の移動が低温側に向かって生じ、続いて水分量差によって生じるサクション勾配によって高温側への逆向きの液状水移動が生じ、水に解けたNaClのような溶質は、液状水とともに高側に移動して蓄積される。カラム長12cm、両端の温度を14℃と26℃とした。試料の平均含水比を0.03〜0.065の4段階に調節し、一つの含水量に対して4〜5個の同一カラムを作り、実験開始後、順次切り出して含水比、水分ポテンシャル、NaCl濃度の分布を求めた。実験結果を解析して温度勾配による土中の水蒸気移動係数を求め、空気中の移動係数との比(β)で表わしたところ、βの大きさは体積含水率0.03以下では0.3以下であるが、含水率0.04以上では1.0〜1.5の値となった。
こうして求めた諸特性(特性曲線)を含水量と温度の関数とする実験式を定め、支配物理方程式を数値的に解いた。結果を実験と比較したところ現象を十分に再現できるという成果を得た。