三次元流路形成モデルを用いた土壌中の流体流動プロセスの解明

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15082
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中村 謙吾 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (30757589)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 土壌 / 卓越流路 / 可視化 / 孔隙構造

研究実績の概要

実環境の土壌における流体流動現象は、透水係数によって表現される。しかし、土壌中の不均一な孔隙構造を評価することは困難であるため、実験室レベルの土壌中の透水性予測は、実環境の透水性を容易に再現することができない。本研究では、土壌内の孔隙分布をX線CTを用いて可視化し、土壌内の流路を部分体積効果を用いて流路の形状や透水係数などのパラメータの推定を行う。また、様々な環境の土壌コアを採取し、室内試験の結果とパラメータの比較を行うことで、実環境の土壌中の孔隙構造と流体流動特性の真値について考察していく。
土壌の粒度や地盤内の割れ目、動植物の影響による孔隙分布の偏りによって、土壌中に形成される流路の偏りが生じる。本研究のX線CTを用いて可視化する手法は、これまで不明確であった土壌コア内に形成される孔隙や流路のネットワークを多角的に観察することができ、実環境における土壌中の流体流動プロセスを明確なものとすることが可能となる。
本研究では、X線CTを用いて土壌の不均一性にも対応し得る流路形成モデルを確立することで、実環境（攪乱土壌、不攪乱土壌）の孔隙構造を可視化し、土壌内の流路形成を流体流動シミュレーションから予測する。
現在までに土壌内に形成される孔隙や流路ネットワークの可視化技術を確立し、様々な土壌においてその技術を適応している。今年度中には、土壌ごとの流れの特徴やプロセスが完了する予定である。

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

現状までに研究計画上、おおむね順調に進展している。
しかし、論文の投稿準備が遅れていることから、早期に投稿する予定である。

今後の研究の推進方策

昨年度は、予定していた調査回数が少なく、計画していた土壌種の調査ができていないものもある。今年度の早い時期に調査を実施する。また、調査結果・解析結果は、学術的に十分に集積できたので、学術雑誌へ積極的に投稿していく。

次年度使用額が生じた理由

研究計画上予定していた出張や調査が、コロナの都合で中止せざる負えなくなったため、本予算の繰り越しを行った。