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2015 年度 実施状況報告書

非等温下の土中の液状水・水蒸気・熱・溶質移動のインテンシブモニタリング

研究課題

研究課題/領域番号 15K14820
研究機関三重大学

研究代表者

取出 伸夫  三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (70212074)

研究分担者 渡辺 晋生  三重大学, 生物資源学研究科, 准教授 (10335151)
坂井 勝  三重大学, 生物資源学研究科, 講師 (70608934)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード水ポテンシャル / 鏡面冷却式センター / 土中水分移動 / 溶質移動 / 熱移動 / モニタリング / 不飽和透水係数
研究実績の概要

土壌圏では,地表面の加熱,冷却による熱の流れに伴い,液状水,水蒸気,溶質,ガスがダイナミックに動き,地温の分布に応じた土中水の相変化が生じる.本研究では,新たに開発された鏡面冷却式微小水ポテンシャルセンサーFINEDEWを土カラムのインテンシブモニタリングシステムに適用し,土の蒸発,凝縮,凍結,融解過程における水ポテンシャルを飽和から水頭単位で-300,000 cmH2O 程度の低水分領域までのモニタリングを行っている.それにより,土中水の相変化を伴う液状水,水蒸気,熱の流れ,溶質濃度の相変化に及ぼす影響などの現象を解明し,非等温下の土中の液状水・水蒸気・熱・溶質移動現象の体系化を目指している.また,この水ポテンシャルセンサーFINEDEWを不飽和透水係数測定のための蒸発法に適用し,水蒸気移動を含めた水分移動式による逆解析により,乾燥領域までのより信頼度の高い不飽和透水係数の測定手法の確立を目指している.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

FINEDEW を土中水のモニタリングとして利用するため,土中での継続使用による耐久性,測定領域の上限,下限値,応答時間,測定精度等の検討を行った.水分飽和土カラムに,FINEDEW,テンシオメータ,MPS-2,熱拡散センサー等の各種センターを挿入して,蒸発過程の水ポテンシャル測定を行い,各種センサーの特性とFINEDEW の耐久性を検討した.蒸発法では,蒸発過程の土中水圧力をテンシオメータにより-1000 cmH2O 程度まで,さらに乾燥の進んだ-300,000 cmH2O 程度分領域までの低水分領域までをFINEDEW により測定を行っている.この土中水圧力変化に対して,水蒸気移動を含めた水分移動式による逆解析により,乾燥領域までの不飽和透水係数の推定を試みている.

今後の研究の推進方策

平成27年度に得られた成果をさらに発展させて,FINEDEW,テンシオメータ,MPS-2 による水ポテンシャル,TDR による水分量と電気伝導度,密な測定間隔での熱電対による地温,排水量および土カラム重量の連続モニタリングシステムを,土の水分蒸発課程,凝縮課程,凍結課程の集中モニタリングに適用する.
水分蒸発課程では,地表面を暖めた土カラムにおける水分・熱・溶質移動過程を観察し,特に,蒸発面の低下,溶液濃度の増加に伴う水分蒸発の変化に着目した測定を行う.また,下層土を冷却した水分凝縮過程では,凝縮面近傍の水ポテンシャルの変化,溶液濃度の変化に伴う水分蒸発,凝縮の変化に着目して水分・熱・溶質移動過程を観察する.また,凍結課程では,地表面を0℃以下に冷却した土カラムに対して,凍結に伴う水ポテンシャルの急低下をFINEDEW を用いたモニタリングを試みる.
観察した非等温下の土中の液状水・水蒸気移動に対しては,Philip and de Vriesモデルを適用し,特に温度変化に着目して相変化を伴う水分・熱・溶質移動モデルと各種パラメータの検討を行う.また,従来のテンシオメータのみによる不飽和透水係数の推定と本研究で提案する低水分領域までの推定との整合性についても検討する.

次年度使用額が生じた理由

2年間にわたる効率的な研究経費の利用のため

次年度使用額の使用計画

モニタリングシステムのためのセンサー類等の消耗品に充てる

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] A complete soil hydraulic model accounting for capillary and adsorptive water retention, capillary and film conductivity, and hysteresis2015

    • 著者名/発表者名
      Rudiyanto, M.Sakai, M.Th.van Genuchten, A.A.Alazba, B.I.Setiawan, B.Minasny
    • 雑誌名

      Water Resour. Res

      巻: 51 ページ: 8757-8772

    • DOI

      10.1002/2015WR017703

    • 査読あり
  • [雑誌論文] TEセンサーで測定した土壌水分量の簡易補正と電気伝導率の検証2015

    • 著者名/発表者名
      武藤由子・渡辺晋生・山本清仁・倉島栄一
    • 雑誌名

      農業農村工学会論文集

      巻: 296 ページ: I-9-I-17

    • 査読あり
  • [学会発表] 土中水分変化から推定したダイズ根の吸水速度分布と乾燥ストレス2015

    • 著者名/発表者名
      成毛千尋,坂井 勝,取出伸夫
    • 学会等名
      土壌物理学会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • 年月日
      2015-10-24
  • [学会発表] HYDRUS-3Dを用いたFOEAS設置圃場における除塩の評価2015

    • 著者名/発表者名
      池田和弥,坂井 勝,取出伸夫,原口暢朗,宮本輝仁
    • 学会等名
      土壌物理学会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • 年月日
      2015-10-24
  • [学会発表] 圃場におけるダイズ生長過程の土中水分変化と蒸発散について2015

    • 著者名/発表者名
      岡橋卓朗,坂井 勝,取出伸夫
    • 学会等名
      土壌物理学会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • 年月日
      2015-10-24
  • [学会発表] 湿度センサーを用いた蒸発法の乾燥領域への応用2015

    • 著者名/発表者名
      伴俊和・安江俊樹・渡辺晋生・坂井勝
    • 学会等名
      土壌物理学会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • 年月日
      2015-10-24
  • [学会発表] 凍結層融解時の水分移動に関する実験および数値解析2015

    • 著者名/発表者名
      釘﨑佑樹・渡辺晋生
    • 学会等名
      土壌物理学会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • 年月日
      2015-10-24
  • [学会発表] 浸透過程にある不飽和土中の窒素の硝化と移動2015

    • 著者名/発表者名
      中西真紀・渡辺晋生
    • 学会等名
      土壌物理学会
    • 発表場所
      佐賀大学(佐賀県・佐賀市)
    • 年月日
      2015-10-24
  • [学会発表] 湛水土壌表面近傍の酸化層と脱窒層の形成過程の微視的観察2015

    • 著者名/発表者名
      竹内萌実・渡辺晋生・取出伸夫
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [学会発表] 湛水土中の有機物分解と酸化還元反応のモデル化2015

    • 著者名/発表者名
      石橋咲耶・ 取出伸夫・渡辺晋生・西村 拓
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会
    • 発表場所
      京都大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [学会発表] 土中水分変化から推定したダイズ根の生長にともなう吸水強度分布の変化2015

    • 著者名/発表者名
      成毛千尋,坂井 勝,取出伸夫
    • 学会等名
      農業農村工学会大会講演会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県・岡山市)
    • 年月日
      2015-09-01 – 2015-09-03
  • [学会発表] 土中水分量から推定したダイズ生長にともなう可能蒸散速度の変化2015

    • 著者名/発表者名
      岡橋卓朗,坂井 勝,取出伸夫
    • 学会等名
      農業農村工学会大会講演会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県・岡山市)
    • 年月日
      2015-09-01 – 2015-09-03
  • [学会発表] 蒸発過程にある土中の窒素の硝化と移動2015

    • 著者名/発表者名
      中西真紀・渡辺晋生
    • 学会等名
      農業農村工学会大会講演会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県・岡山市)
    • 年月日
      2015-09-01 – 2015-09-03

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公開日: 2017-01-06  

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