Departmental Bulletin Paper 土のキャピラリーバリアの社会実装を考える
Field implementation of capillary barrier of soil

森井, 俊広  ,  小林, 薫  ,  藤巻, 晴行  ,  Morii, Toshihiro  ,  Kobayashi, Kaoru  ,  Fujimaki, Haruyuki

69pp.33 - 41 , 2017-02 , 新潟大学農学部
土のキャピラリーバリア(Capillary barrier: CB)システムの地盤環境工学分野および農業分野における社会実装の可能性を検討する。キャピラリーバリアシステムは,相対的に細粒の土とその下に粗粒の土を敷設した単純な土層地盤をいう。通常,相対的に細粒の土として砂が,粗粒の土として礫が用いられることが多い。浸潤や再分布により表層土から降下移動してくる土中水は,両層の境界面に達したところで捕捉され,下部の礫層さらにそれ以深の地盤に浸潤していくことはない。この層の境界面上部での浸潤水の捕捉は,砂の水分保持能力が,礫層内の相対的に大きな間隙への水の移動を抑制するほど十分に大きなあいだ,継続する。本文では,これまでに進めてきた圃場および野外条件下での試験調査にもとづき,キャピラリーバリアシステムの地盤環境工学ならびにかんがい農業工学分野における実務展開の可能性について検討した。地盤環境工学分野を対象としたケースでは,危険な廃棄物あるいは極低レベル放射性廃棄物を安全に隔離・貯蔵するためのCB を敷設した盛土式廃棄物貯蔵施設を提案する。貯蔵施設の断面規模を決定し,構造設計に重要な役割ももつCB システムの限界長を室内土槽試験により調べた。2つめのCB の適用は,畑地における画期的なかんがい手法の展開をもたらすと考えられる。CB 土層に捕捉された土中水が植栽の生長に及ぼす効果を圃場試験により調べた。パレスチナ国ヨルダン川西岸地区の半乾燥地域に設けたCB 試験プロットにおいて土中水分の長期モニタリングを行い,降雨浸潤水がCB 土層内に効率よく保水されることを確認した。これらの調査事例を通して,土のキャピラリーバリアシステムが,地盤環境工学分野ならびに農業分野の持続的な発展の推進に役立つことを示した。
Feasible implementation of a capillary barrier (CB) system of soil in geo-environmental and agricultural fields is introduced and discussed. The CB is a simple soil layer system which constitutes of a finer soil layer underlain by a coarser soil layer. Sand and gravel are usually employed to form the finer soil layer and the coarser soil layer, respectively. Downward percolation of soil water during infiltration or redistribution virtually ceases where the water migrating through the sand layer encounters the gravel layer, and the water accumulates just above an interface between the soil layers with less percolating into the gravel layer lower. This accumulation of water continues until a moisture retention capacity of the sand is sufficiently large to force water to enter large pores of the gravel layer. In the paper, two applications of the CB system to solve a geo-environmental or geotechnical problem relating to waste disposal and an agricultural problem relating to water harvesting are described and their feasibility are discussed based on the fields experiments. In the first application, a shallow land waste repository, in which the CB’s are included to reduce water infiltration and to divert percolating water through the waste material, is proposed to isolate a hazardous waste material or a very low level radioactive waste. A diversion length of the CB which determines a structural dimension of the CB system and plays an important role in designing the shallow land waste depository is well studied by using a test soil box. The second application of the CB will contribute to development of an innovative irrigation technique in the agricultural land field. An effect of the water accumulating in the CB on plant growth is analyzed in the field test. A long-term monitor of soil water in the CB experiment plot constructed in a semi-arid region of West Bank of the Jordan River, Palestine, examines a simple and reliable catchment of infiltrating rainwater in the CB soil. Both applications demonstrate that the CB of soil may be effectively and successfully employed to advance sustainable development in our geo-environmental and agricultural fields.

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