(57)【要約】【課題】土壌の保水機能を高めることができ、容易に維持管理できる植栽基盤を提供すること。【解決手段】所定の地下水位を確保する保水部分である帯水層１上に砂層３を形成する。また、砂層３の地表面１３および帯水層１から所定の距離をおいて、砂層３中に礫層５を埋設する。そして、砂層３および礫層５を貫通する灌水手段７を設置する。灌水手段７は、下端部９が帯水層１内に、上端部１１が地表面１３上に配置される。地表面１３から砂層３ａへ浸透した雨水や散水は、礫層５で浸透抑制されて礫層５の上方に位置する砂層３ａに貯留される。灌水手段７は、砂層３ａにおける水分蒸発や施肥による塩分濃度の上昇に対して、下端部９から帯水層１の水を汲み上げ、上端部１１から地表面１３に散水することにより、砂層３ａに定期的に水の供給を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の地下水位を確保する保水部分と、
前記保水部分上に形成される砂層と、
地表面および前記保水部分から所定の距離をおいて、前記砂層中に埋設される礫層と、
前記砂層に散水可能な灌水手段と、
を具備することを特徴とする植栽基盤。
【請求項２】
前記保水部分が、帯水層または貯水された構造物であることを特徴とする請求項１記載の植栽基盤。
【請求項３】
前記礫層が勾配をもって配置されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の植栽基盤。
【請求項４】
前記灌水手段が、前記保水部分から水を汲み上げ、前記砂層に散水することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の植栽基盤。
【請求項５】
前記砂層に埋設される電気伝導度センサと、
前記電気伝導度センサによる測定値に基づいて、前記灌水手段を作動する制御装置と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の植栽基盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植栽基盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物処分場の覆土などとして、毛管力の働きによって形成される浸透抑制層であるキャピラリーバリアが利用されてきた。一般に、土層内に浸透した水は毛管力の大きいほうへと移動する性質を有する。そのため、粒子が小さく毛管力が大きい砂層を上層に、粒子が大きく毛管力が小さい礫層を下層に配置したキャピラリーバリアでは、砂層に浸透した水は礫層へは浸透せず、砂・礫境界面が浸透抑制層として機能する。二層の境界に勾配を設けることにより、上方からの浸透水を傾斜に沿って側方に排水させ、下方への水の浸透を抑止することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
最終処分場におけるキャピラリーバリアは、埋立地の地表面から降雨などが浸透し埋立廃棄物層内を経由して発生する浸出水の量を抑制することを目的としてきた。
【０００４】
一方、乾燥地においては、農業開発等のため、土壌中に水分を貯留したり、土中への塩分集積を防止したりする目的で、保水性を高めたシート材や、吸水性を有するシートと防塩シートとを積層したものを地中に埋設することが提案されてきた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３８１７４号公報
【特許文献２】特開平７−３２２７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、キャピラリーバリアの浸透抑制機能に着目して農地や緑地に適した植栽基盤に適用することについては、これまで検討されてこなかった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは土壌の保水機能を高めることができ、容易に維持管理できる植栽基盤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するための本発明は、所定の地下水位を確保する保水部分と、前記保水部分上に形成される砂層と、地表面および前記保水部分から所定の距離をおいて、前記砂層中に埋設される礫層と、前記地表面に散水可能な灌水手段と、を具備することを特徴とする植栽基盤である。
【０００９】
保水部分は、天然の帯水層とするのが望ましい。保水部分は、水路や貯水槽などの貯水された構造物を利用してもよい。また、礫層は、必要に応じて、勾配を付して配置される。灌水手段は、例えば、保水部分から水を汲み上げ、地表面に散水するものとする。
【００１０】
本発明では、砂層に埋設される電気伝導度センサと、電気伝導度センサによる測定値に基づいて灌水手段を作動する制御装置とをさらに設けてもよい。
【００１１】
本発明は、砂層と礫層とを有するキャピラリーバリアを備えた基盤構造を用いることにより、土壌の保水機能を高める。本発明は、特に乾燥地の農地や緑地等に適する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、土壌の保水機能を高めることができ、容易に維持管理できる植栽基盤を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態を詳細に説明する。図１は、植栽基盤Ａの断面図を示す。図１に示すように、植栽基盤Ａは、帯水層１、砂層３、礫層５、灌水手段７等からなる。
【００１４】
保水部分である帯水層１は、可能であれば天然のものを利用する。砂層３は、帯水層１上に形成される。礫層５は、砂層３の地表面１３および帯水層１から所定の距離をおいて、砂層３中に埋設される。
【００１５】
なお、一般に、砂は粒径が０．０７５ｍｍ〜２ｍｍのものをいい、礫は粒径が２ｍｍ〜７５ｍｍのものをいう。砂および礫は、既往の網ふるい等を用いて上述した粒径に分類することができる。
【００１６】
礫層５の粒径の選定は、フィルタ則に従うことを基本とする。礫層５の粒径がフィルタ則を満たさない場合は、礫層５への砂粒子の混入を抑えるとともに礫層５へ流入する水の流速を低減させる目的で、砂層３ａと礫層５の間にシート（不織布もしくは通気性防水シート）を敷設する。このようなシートとしては、ＡＤＫシート（登録商標）を例示することができる。
【００１７】
なお、フィルダムのフィルタ則は、５×Ｄ８５（周辺土砂）＜Ｄ１５（フィルタ材料（ここでは礫層））＜５×Ｄ１５（周辺土砂）である。但し、Ｄ１５は粒径加積曲線における加積通過率が１５％に相当する粒径であり、Ｄ８５は粒径加積曲線における加積通過率が８５％に相当する粒径である。
【００１８】
灌水手段７は、砂層３および礫層５を貫通して設置される。灌水手段７は、下端部９が帯水層１内に配置され、上端部１１が地表面１３の上方に配置される。灌水手段７は、矢印Ｂに示すように、下端部９から帯水層１の地下水を汲み上げ、地表面１３に散水する。
【００１９】
礫層５の上方の砂層３ａには、必要に応じて複数の電気伝導度センサ（図示せず）が埋設される。電気伝導度センサ（図示せず）は、砂層３ａの土壌塩類濃度を測定する。さらに、電気伝導度センサ（図示せず）による測定値に基づいて灌水手段７を作動する制御装置（図示せず）を設ける場合もある。
【００２０】
植栽基盤Ａでは、地表面１３から砂層３ａへ浸透した水が、礫層５で浸透抑制され、礫層５の上方に位置する砂層３ａに滞留する。灌水手段７は、砂層３ａにおける水分蒸発や施肥による塩分濃度の上昇に対して、定期的に水の供給を行う。
【００２１】
電気伝導度センサ（図示せず）および制御装置（図示せず）を設けた場合、制御装置（図示せず）は、電気伝導度センサ（図示せず）による塩類濃度の測定値を監視する。そして、塩類濃度が限界値を超えた場合に灌水手段７を作動し、限界値以下になるまで灌水を継続させるように制御する。限界値は、例えば、大抵の作物で塩害が起こらない限界値とされる４ｍＳ／ｃｍとする。
【００２２】
灌水手段７を用いて水を供給すると、砂層３の保水量が次第に大きくなり、当該層の毛管力とのバランスが崩れた時点から礫層５への水の浸透が生じる。これにより、砂層３ａの過剰な塩分が礫層５を通過して帯水層１まで流される。
【００２３】
次に、キャピラリーバリアによる保水機能を１次元不飽和浸透流解析に基づいて説明する。図２は、解析メッシュおよび解析ステップを示す図である。図２の（ａ）図は、使用する解析メッシュである。図２の（ｂ）図は砂層３および礫層５の初期状態を、図２の（ｃ）図は２４時間経過後の状態を示す。
【００２４】
解析では、図２の（ａ）図に示すように、高さ４ｍ、幅０．０５ｍの全８０要素から成る解析メッシュを使用する。また、図２の（ｂ）図に示すように、地下水位が地表面１３と一致している状態を初期状態とする。その後、図２の（ｃ）図に示すように、地下水位を地表面１３から２ｍ下方に設定し、２４時間経過させる。
【００２５】
図３は、砂および礫の物性を示す図である。図３の（ａ）図は砂層３の砂の物性を示す。図３の（ａ）図に示す実線１５は水分特性曲線、点線１７は不飽和透水係数である。砂の飽和透水係数は２．８６×１０−２とする。図３の（ｂ）図は礫層５の礫の物性を示す。図３の（ｂ）図に示す実線１９は水分特性曲線、点線２１は不飽和透水係数である。礫の飽和透水係数は２．８６×１０−１とする。
【００２６】
図４は、解析ケースＩの設定を示す図である。解析ケースＩでは、礫層５の有無による比較を行う。図４の（ａ）図に示す、解析ケースＩのｃａｓｅ（ａ）は、砂層３のみからなり、礫層５を設置しない。図４の（ｂ）図に示す、解析ケースＩのｃａｓｅ（ｂ）では、砂層３の地表面１３から０．５ｍの深さに層厚０．５ｍの礫層５を設置する。
【００２７】
図５は、解析ケースＩのｃａｓｅ（ａ）の解析結果である。図５の（ａ）図から図５の（ｆ）図は、初期、水位低下１２時間後、水位低下２４時間後における、圧力水頭および有効飽和度と高さとの関係を表したものである。
【００２８】
図６は、解析ケースＩのｃａｓｅ（ｂ）の解析結果である。図６の（ａ）図から図６の（ｆ）図は、それぞれ、初期、水位低下１２時間後、水位低下２４時間後における、圧力水頭および有効飽和度と高さとの関係を表したものである。
【００２９】
図５から、礫層５を設置しない場合、水位低下後１２時間が経過した時点で地表面１３付近の水分量がほとんど無くなっていることがわかる。一方、図６から、礫層５を設置した場合、水位低下後２４時間が経過した時点でも、礫層５の浸透抑制効果によって、礫層５の上方の砂層３に飽和度５０％程度の水分量が残されていることがわかる。
【００３０】
なお、解析結果における「圧力水頭」とは、地盤内の水圧を水の単位体積重量で除したもので、水圧の大きさを水柱の高さに換算したものである。地下水位以浅は負の圧力水頭となる。圧力水頭により毛管力が働き、土は水を保持しようとする。
【００３１】
「有効飽和度」とは、地盤の間隙に存在する水分量のうち、土粒子集面に吸着した水分（吸着水）を除いた割合であり、Ｓｅ＝（Ｖｗ−Ｖｗ０）／（Ｖｖ−Ｖｗ０）と表される。但し、Ｓｅは有効飽和度、Ｖｗは地盤内の水の体積、Ｖｗ０は吸着水の体積、Ｖｖは地盤の間隙の体積である。有効飽和度の概念を用いると、吸着水の多い粘土から吸着水の少ない砂まで、同じ０〜１００％の範囲をとる指標で飽和度を取り扱えることになる。
【００３２】
図７は、解析ケースIIの設定を示す図である。解析ケースIIでは、礫層５の厚さによる比較を行う。図７の（ａ）図に示す、解析ケースＩのｃａｓｅ（ａ）では、砂層３の地表面１３から０．５ｍの深さに層厚０．２５ｍの礫層５を設置する。図７の（ｂ）図に示す、解析ケースＩのｃａｓｅ（ｂ）では、砂層３の地表面１３から０．５ｍの深さに層厚１．０ｍの礫層５を設置する。
【００３３】
図８は、解析ケースIIのｃａｓｅ（ａ）の解析結果である。図８の（ａ）図から図８の（ｄ）図は、初期、水位低下１２時間後における、圧力水頭および有効飽和度と高さとの関係を表したものである。
【００３４】
図９は、解析ケースIIのｃａｓｅ（ｂ）の解析結果である。図９の（ａ）図から図９の（ｄ）図は、それぞれ、初期、水位低下１２時間後における、圧力水頭および有効飽和度と高さとの関係を表したものである。
【００３５】
図８および図９から、０．２５から１．０ｍの厚さの礫層５を設置した場合、水位低下後１２時間が経過した時点でも、礫層５の浸透抑制効果によって、礫層５の上方の砂層３に飽和度７５％程度の水分量が残されていることがわかる。
【００３６】
図１０は、解析ケースIIIの設定を示す図である。解析ケースIIIでは、礫層５の深さによる比較を行う。図１０の（ａ）図に示す、解析ケースIIIのｃａｓｅ（ａ）では、砂層３の地表面１３から１．０ｍの深さに層厚０．２５ｍの礫層５を設置する。図１０の（ｂ）図に示す、解析ケースIIIのｃａｓｅ（ｂ）では、砂層３の地表面１３から１．５ｍの深さに層厚０．２５ｍの礫層５を設置する。
【００３７】
図１１は、解析ケースIIIのｃａｓｅ（ａ）の解析結果である。図１１の（ａ）図から図１１の（ｄ）図は、初期、水位低下１２時間後における、圧力水頭および有効飽和度と高さとの関係を表したものである。
【００３８】
図１２は、解析ケースIIIのｃａｓｅ（ｂ）の解析結果である。図１２の（ａ）図から図１２の（ｄ）図は、それぞれ、初期、水位低下１２時間後における、圧力水頭および有効飽和度と高さとの関係を表したものである。
【００３９】
図８、図１１、図１２から、０．５〜１．５ｍの深さに礫層５を設置した場合、水位低下後１２時間が経過した時点でも、礫層５の浸透抑制効果によって、礫層５の上方の砂層３に飽和度７５％程度の水分量が残されていることがわかる。また、礫層５の深さは、植物種の根域に応じて設定する必要があることがわかる。
【００４０】
なお、解析ケースＩ〜IIIでは、地表面１３での水収支（雨水流入、蒸発散、植物の吸水）を考慮していない。また、礫層５への砂層３の流入、根の伸入なども考慮していない。
【００４１】
第１の実施の形態では、礫層５の上方に砂層３ａを配置し、キャピラリーバリアによる礫層５の浸透抑制効果を利用することにより、礫層５の上方に位置する砂層３ａの保水機能を向上させることができる。また、灌水手段７を用いて定期的に水の供給を行い、砂層３ａの過剰な塩分を帯水層１まで流すことにより、農業・緑化環境の持続可能性が向上する。
【００４２】
次に、第２の実施の形態を詳細に説明する。図１３は、植栽基盤Ｄの断面図を示す。図１３に示すように、植栽基盤Ｄは、植栽基盤Ａとほぼ同様の構成であるが、礫層５の代わりに礫層５ａを有する。礫層５ａは、砂層３の地表面１３および帯水層１から所定の距離をおいて、砂層３中に勾配を付けて埋設される。
【００４３】
植栽基盤Ｄでは、地表面１３から砂層３ａへ浸透した雨水や散水が、礫層５で浸透抑制され、矢印Ｅに示すように礫層５に付された勾配に沿って排水される。灌水手段７は、矢印Ｆに示すように下端部９から帯水層１の地下水を汲み上げ、地表面１３に散水する。灌水手段７は、砂層３ａにおける水分蒸発や施肥による塩分濃度の上昇に対して、定期的に水の供給を行う。
【００４４】
植栽基盤Ｄにおいても、必要に応じて砂層３ａに複数の電気伝導度センサ（図示せず）を埋設し、灌水手段７を作動する制御装置（図示せず）を設ける。電気伝導度センサ（図示せず）および制御装置（図示せず）を設けた場合、制御装置（図示せず）は、電気伝導度センサ（図示せず）による塩類濃度の測定値を監視する。そして、塩類濃度が限界値を超えた場合に灌水手段７を作動し、限界値以下になるまで灌水を継続させるように制御する。限界値は、例えば、大抵の作物で塩害が起こらない限界値とされる４ｍＳ／ｃｍとする。
【００４５】
灌水手段７を用いて水を供給すると、砂層３の保水量が次第に大きくなり、当該層の毛管力とのバランスが崩れた時点から礫層５への水の浸透が生じる。これにより、砂層３ａの過剰な塩分が礫層５を通過して帯水層１まで流される。
【００４６】
第２の実施の形態では、礫層５ａに勾配を持たせることにより、砂層３ａを浸透した雨水や散水を、礫層５ａに付された一定の方向の勾配に沿って効率よく帯水層１に排水させることができる。また、灌水手段７を用いて定期的に水の供給を行い、砂層３ａの過剰な塩分を帯水層１まで流すことにより、農業・緑化環境の持続可能性が向上する。
【００４７】
なお、第１および第２の実施の形態では、下端部９から帯水層１の地下水を汲み上げ、地表面１３に散水する灌水手段７を用いたが、灌水手段７の散水口となる上端部１１が礫層５の上方の砂層３ａ中に配置されてもよい。灌水手段は砂層３にほぼ均一に散水できるものであれば、これらに限定されない。
【００４８】
また、第１および第２の実施の形態では、保水部分として天然の帯水層１を利用したが、天然の帯水層が利用できない場合は、植栽基盤の下層に水路や貯水槽などの構造物を構築して所定の地下水位を確保してもよい。
さらに、第１および第２の実施の形態では、砂層３の地表面１３に勾配は付されていないが、礫層５ａと同様に、勾配をもって配置させることもできる。
【００４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる植栽基盤の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】植栽基盤Ａの断面図
【図２】解析メッシュおよび解析ステップを示す図
【図３】砂および礫の物性を示す図
【図４】解析ケースＩの設定を示す図
【図５】解析ケースＩのｃａｓｅ（ａ）の解析結果
【図６】解析ケースＩのｃａｓｅ（ｂ）の解析結果
【図７】解析ケースIIの設定を示す図
【図８】解析ケースIIのｃａｓｅ（ａ）の解析結果
【図９】解析ケースIIのｃａｓｅ（ｂ）の解析結果
【図１０】解析ケースIIIの設定を示す図
【図１１】解析ケースIIIのｃａｓｅ（ａ）の解析結果
【図１２】解析ケースIIIのｃａｓｅ（ｂ）の解析結果
【図１３】植栽基盤Ｄの断面図
【符号の説明】
【００５１】
Ａ、Ｄ………植栽基盤
１………帯水層
３、３ａ………砂層
５、５ａ………礫層
７………灌水手段
１３………地表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010051175.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010051175.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2010051175.tif 000013
【図１２】
2010051175.tif 000014
【図１３】
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