透過型電磁波探査データに基づく地盤中浸透現象解析技術

• 担当機関: （独）農業・食品産業技術総合研究機構 農村工学研究所
• 研究期間: 2006～2007
• 研究担当者: 奥山武彦; 黒田清一郎
• 発行年度: 2007
• 要約: 原位置で地盤を乱さずに繰り返し測定できる物理探査技術であり、体積含水率分布を定量的に評価できる孔間レーダ法によって得られた水分浸透の実測値を、飽和不飽和浸透流解析に適用することにより、地盤の浸透現象を再現する解析技術である。
• キーワード: 地盤浸透現象、浸透特性原位置評価、物理探査、浸透流解析
• 背景・ねらい: 農地や浸透池からの浸透現象を評価するためには、地盤の透水性を原位置で評価する技術が必要である。しかし単独ボーリング孔を用いた検層技術やセンサを埋設する方法は点的な測定にとどまり、観測対象がセンサ近傍の現象に限定される。またコアサンプルを用いた要素試験結果では小さなサンプルを地盤全体の巨視的現象に適用する場合、スケール依存性が問題となる。原位置で地盤を乱さずに繰り返し測定できる物理探査技術であり、体積含水率分布を定量的に評価できる孔間レーダ法によって、浸透現象と水分動態の観測を行い、その観測結果を飽和不飽和浸透流解析に適用することによって、地盤の浸透現象を数値モデル化することができる。

成果の内容・特徴

1. 図１のように浸透施設等の測定対象を挟むように設置した２本のボーリング孔に送受信アンテナを挿入して、孔間の透過電磁波の伝播速度を測定する透過型の電磁波探査すなわち孔間レーダ法によって、対象地盤を乱さずに体積含水率の鉛直分布と時間的変化を連続的に測定できる。
2. 浸透現象の支配方程式としてDarcy-Richards方程式、地盤の間隙水圧と体積含水率および透水性の関係を表すvan Genuchten-Mualem モデルに基づいた飽和不飽和浸透流解析を行う。物理探査で実測した含水率変化に浸透流解析結果が適合するように（図２）、逆解析によってvan Genuchten-Mualemモデルのパラメータを同定する。
3. 同定されたパラメータに基づき飽和不飽和浸透流解析を行うことによって、浸透試験における地表付近から深層までの連続的な水分変化や浸透量のシミュレーションが可能である（図３）。さらに難透水層が存在する等の複雑な地盤条件においても浸透量に影響する要因の解明、効率的な浸透施設の計画設計や運用方法の比較検討が可能になる。

成果の活用面・留意点

1. 体積含水率分布の変化がさらに大きくなった場合は、電磁波速度の変化による屈折の影響等が大きくなるが、電磁波伝播過程を正確に考慮することによってさらなる高精度化が望める。
2. 農地がもつ地下水涵養機能の解明、調整池等を利用した人工涵養の計画および周辺環境への影響評価等に活用できる。