(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圃場を長手方向に延びるように地表面から掘削された長溝と、前記長溝の底部に敷設された有孔の給排水管と、前記長溝内で前記給排水管上に形成された疎水材層と、前記疎水材層を被覆する作土層を有する本暗渠と、
前記給排水管より上位において前記本暗渠と交差して前記疎水材層と連通するとともに地表面まで形成された補助暗渠または明渠と、
前記圃場の地表面に給水するための地表給水装置と、
前記給排水管の上流側に設けられた地下給水装置と、
前記給排水管の下流側に設けられた地下排水装置と、
を有する圃場の給排水改善構造。
【請求項２】
複数列の本暗渠が互いに並行するとともに、複数列の補助暗渠または明渠が互いに並行し、前記本暗渠と前記補助暗渠または明渠が直交する、請求項１記載の圃場の給排水改善構造。
【請求項３】
前記地表給水装置は、用水路から前記圃場の地表面に給水するための取水口を含み、
前記地下給水装置は、前記用水路と前記給排水管とに連通する取水管を含み、
前記取水口は隣り合う取水管の間に設けられ、前記取水管は隣り合う取水口の間に設けられている、請求項１又は２記載の圃場の給排水改善構造。
【請求項４】
前記疎水材層は、砂利、貝殻、火山礫および破砕瓦のいずれか１つの素材、または、２以上の素材の組合せよりなる、請求項１ないし３のいずれかに記載の圃場の給排水改善構造。
【請求項５】
圃場を長手方向に延びるように地表面から掘削された長溝と、前記長溝の底部に敷設された有孔の給排水管と、前記長溝内で前記給排水管上に形成された疎水材層と、前記疎水材層を被覆する作土層を有する本暗渠と、前記給排水管より上位において前記本暗渠と交差して前記疎水材層と連通するとともに地表面まで形成された補助暗渠または明渠と、前記圃場の地表面に給水するための地表給水装置と、前記給排水管の上流側に設けられた地下給水装置と、前記給排水管の下流側に設けられた地下排水装置とを有する圃場の給排水方法であって、
前記本暗渠の疎水材層より下位の水位で給水および排水を繰り返すことを特徴とする、圃場の給排水方法。
【請求項６】
日の出以前に給水を開始して日の出直後に給水を停止することを特徴とする、請求項５記載の圃場の給排水方法。
【請求項７】
日の入り後は、減水深以上に前記圃場を排水することを特徴とする、請求項６記載の圃場の給排水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圃場の給排水改善構造に関する。本発明は、また、前記圃場への給排水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圃場への灌漑は、川湖などから水を引いてきて行うことが一般的である。圃場は畦畔などで区画されており、灌漑水は圃場の一角の水口から地表水として導入される。地表水としての灌漑水は、区画された圃場内にゆっくりと行きわたり土中に浸水する。
【０００３】
上記灌漑方法とは異なり、地下灌漑として土中から灌漑水を供給こともある（特許文献１）。この公報記載の方法は、圃場の土中に用水管理システムとしての水管理ラインを埋設し、水管理ラインへの供給水を調節することにより耕作地を水田と畑地に使い分けようとする技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３８０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
灌漑水を土中から供給することにより土中水位を調節することができる。しかし、土中水位を調節するだけでは不十分である。
【０００６】
課題の１つとして、例えば、作物が稲の場合、迅速に土中水を供給し、迅速に土中水を排水する必要がある場合がある。前記公報記載の技術では、土中水位を調節はできるが、迅速に土中水位を調整することは困難である。
【０００７】
他の課題として、作物の生育・成長には水温が大きく影響することにある。例えば、発芽時期には水温を一定の状態（稲作の場合は１０〜１５度）にすることが好ましい。すなわち、作物の生育状況によって水温を管理する必要がある。前記公報記載の技術では、水温管理については何ら示唆されていない。
【０００８】
本発明は、地下灌漑のような土中水位を管理しつつ、迅速に土中水を給水し、迅速に土中水を排水して土中水位を迅速に調整することを目的とする。
【０００９】
本発明は、また、地下灌漑のような土中水位を管理しつつ、さらに、水温を管理することができる農地給排水改善方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は、さらに、前記農地給排水改善方法に適した圃場形成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明は、さらに、前記農地給排水改善方法において好ましい給排水方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、圃場を長手方向に延びるように地表面から掘削された長溝と、前記長溝の底部に敷設された有孔の給排水管と、前記長溝内で前記給排水管上に形成された疎水材層と、前記疎水材層を被覆する作土層を有する本暗渠と、前記給排水管より上位において前記本暗渠と交差して前記疎水材層と連通するとともに地表面まで形成された補助暗渠または明渠と、前記圃場の地表面に給水するための地表給水装置と、前記給排水管の上流側に設けられた地下給水装置と、前記給排水管の下流側に設けられた地下排水装置を有する圃場の給排水改善構造を特徴と有する。
【００１３】
地下排水装置を閉状態にして地下給水装置を開状態にすると、灌漑水は本暗渠の給排水管を通じて圃場地下に供給される。供給された灌漑水は有孔の給排水管から溢流する。灌漑水は、本暗渠を充填するように疎水材層に供給される。補助暗渠または明渠は、給排水管とは干渉せず、すなわち、本暗渠の底部から上位において疎水材層と連通するように形成されている。疎水材層に供給された灌漑水は、次いで、補助暗渠または明渠に流れ込むか浸透する。また、表給水装置から圃場の地表面に給水する。圃場には、本暗渠を介するほか、補助暗渠または明渠を介して、灌漑水が広がる。本発明では、灌漑水の供給路として疎水材層を形成し、その疎水材層と連通するように補助暗渠または明渠が形成されているので、灌漑水は圃場に迅速に広がる。
【００１４】
地下給水装置を閉状態・地下排水装置を開状態にして圃場を排水する際においては、補助暗渠または明渠は本暗渠の疎水材層に連通しているので、圃場に余剰に存在する水は本暗渠から迅速に排水されることになる。つまり、本暗渠の疎水材層の排水が早いと、それに連通する補助暗渠または明渠からもまた迅速に排水されることになる。
【００１５】
以上のように、本発明による圃場の給排水改善構造では、必要なときに必要な量の灌漑水を迅速に供給でき、余剰の灌漑水を迅速に排出することができる。
【００１６】
また、本発明では、複数列の本暗渠が互いに並行するとともに、複数列の補助暗渠または明渠が互いに並行し、前記本暗渠と前記補助暗渠または明渠が直交する、圃場の給排水改善構造を提供する。
【００１７】
本暗渠や補助暗渠または明渠を複数設けることで圃場の給水および排水の迅速性を高めることができる。
【００１８】
また、本発明では、前記地表給水装置は、用水路から前記圃場の地表面に給水するための取水口を含み、前記地下給水装置は、前記用水路と前記給排水管とに連通する取水管を含み、前記取水口は隣り合う取水管の間に設けられ、前記取水管は隣り合う取水口の間に設けられている、圃場の給排水改善構造を提供する。
【００１９】
季節要因、天候、一日の時間帯にもよるが、灌漑水の水温は一定していない。地下給水装置から供給される灌漑水と地表給水装置から供給される灌漑水とでは水温に差が生じる。したがって、圃場への灌漑水の供給を二系統とすることで、地下給水装置から供給される灌漑水の水温と地表給水装置から供給される灌漑水の水温の差の範囲内ではあるが、灌漑水によって圃場の水温、ひいては土中温度を調節することができる。こうすることにより、作物に適した水温の灌漑水を提供しやすくなる。
【００２０】
また、本発明では、前記疎水材層は、砂利、貝殻、火山礫および破砕瓦のいずれか１つの素材、または、２以上の素材の組合せよりなる、圃場の給排水改善構造を提供する。
【００２１】
それぞれの疎水材は浸透性が高いことが当然であるが、これらの疎水材のうち、破砕瓦が好ましい。特に、粒度調整５ｍｍ〜３０ｍｍに調整された破砕瓦が最も好ましい。
【００２２】
また、本発明では、圃場を長手方向に延びるように地表面から掘削された長溝と、前記長溝の底部に敷設された有孔の給排水管と、前記長溝内で前記給排水管上に形成された疎水材層と、前記疎水材層を被覆する作土層を有する本暗渠と、前記給排水管より上位において前記本暗渠と交差して前記疎水材層と連通するとともに地表面まで形成された補助暗渠または明渠と、前記圃場の地表面に給水するための地表給水装置と、前記給排水管の上流側に設けられた地下給水装置と、前記給排水管の下流側に設けられた地下排水装置を有する圃場の給排水方法であって、前記本暗渠の疎水材層より下位の水位で給水および排水を繰り返すことを特徴とする圃場の給排水方法を提供する。
【００２３】
土中水位を疎水材層より下位とすることで、灌漑水の供給が迅速なだけでなく、土中水位の低下が迅速に生じる。給水および排水を迅速に行うことにより、特に、夏場等の高温時のような作物に悪影響を及ぼす温度になりそうなときは、給水および排水を迅速に繰り返すことにより土中の温度を迅速に調節することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、迅速に土中水を供給し、迅速に土中水を排水することができる。また、本発明によれば、圃場の土中水の水温を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本暗渠が敷設された圃場の一部断面を含む斜視図である。
【図２】本暗渠に交差する補助暗渠（有材心破渠）および弾丸暗渠が形成された圃場の一部断面を含む斜視図である。
【図３】本暗渠、補助暗渠または補助心破渠が形成された圃場の平面図、および、平面図のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】地下給水構造の一例を示す断面図である。
【図５】地下排水構造の一例を示す断面図である。
【図６】給水時の灌漑水の供給挙動を示す断面図、および排水時の灌漑水の排水挙動を示す断面図である。
【図７】一日を単位とした給排水サイクルを示すグラフであり、地下水位の変化、地下灌漑水または地表灌漑水を利用したときの水温変化、地下灌漑水および地表灌漑水を利用したときの水温変化を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の農地給排水改善方法の好適な実施形態を説明する。図１乃至図３は、圃場に暗渠または有材心破渠を形成する方法を示している。図１は主として暗渠を示し、図２は暗渠と交差する有材心破渠を示し、図３は圃場への給水構造を示している。例えば、農地のような圃場１０において、互いに並行な暗渠が形成される。暗渠は有材・無材のいずれでもよい。
【００２７】
本実施形態では本暗渠して有材暗渠を例示するとともに、補助暗渠として有材心破渠を例示するが、有材暗渠は無材暗渠であってもよいし、明渠であってもよく、有材心破渠は弾丸暗渠のような暗渠であってもよいし、明渠であってもよい。
【００２８】
図１に示されるように、まず、トレンチャー等によって互いに並行な掘削溝が形成される。掘削溝の間隔および深さは、土質状況によって異なるが間隔７．５ｍ〜１２ｍ、深さ１２００ｍｍ〜８００ｍｍが一般的である。掘削幅については、圃場の給水量、排水量を考慮して管径が選択されるが、本実施形態では例えば１５０ｍｍ〜２００ｍｍとしている。この掘削溝は上方に開く逆台形であることが好ましい。こうすることにより、圃場１０への給水および圃場１０からの排水が促進されるからである。
【００２９】
次に、それぞれの掘削溝の底部において有孔のプラスチック管が実質的に水平に敷設される。プラスチック管は掘削溝と同様に長手方向に敷設される。このプラスチック管が給排水管１４として機能し、本暗渠および有材心破渠を介して圃場１０へ給水および排水の機能を担う。プラスチック管の両端の構成は後述する。
【００３０】
次に、給排水管１４の上に疎水材が投入され、疎水材層１６が形成される。疎水材は、作土層１８を覆土として投入する高さを残して投入される。作土層１８は本実施形態では１５０ｍｍ〜２００ｍｍとしているが特にこの値に拘らない。本発明では、本暗渠における疎水材層が有材心破渠に通連することが重要である。
【００３１】
作土層１８の直下には疎水材として、セラミックチップ（粒度調整５ｍｍ〜３０ｍｍに調整された破砕瓦など)、貝殻(ホタテ殻、カキ殻)、クリンカッシュ(石炭殻）が投入されて疎水材層１４が形成される。各疎水材を一層又は二層にて投入する事によって、地中の水分及び農地表面水の給排水を素早く出来るようになる。また、排水量調節水閘にて土中水分及び農地表面水深をコントロールして、植作物に適切な水分供給ができ、植作物の育成健全化に緊がり、品質の向上、収穫物の増産も期待できる。
【００３２】
次に、図２に示されるように、本暗渠１２と直交するとともに、互いに並行な複数の有材心破渠２０が形成される。有材心破渠２０の間隔は、作物の生育及び収穫物生産量の調査データにより４ｍ〜６ｍが一般的である。また、有材心破渠２０の掘削幅については７０ｍｍ〜１００ｍｍが一般的である。
【００３３】
有材心破渠２０の深さは農地へ面的に給水灌漑するのが第一目的であり、本暗渠における疎水材層１６と通連するように、有材心破渠２０の底部は疎水材の投入上面より深い位置にある。有材心破渠２０は形成時に給排水管１４との干渉を避けることが必要であるので、その底部は給排水管１４より上位に位置する。具体的には本実施形態では、有材心破渠２０の深さは、例えば、５００ｍｍ〜７００ｍｍである。
【００３４】
有材心破渠２０の機能は本暗渠から供給される土中水を圃場に面的かつ迅速に供給し、圃場に滞留する土中水を面的かつ迅速に排水するためであり、有材心破渠２０の代わりにまたは有材心破渠２０に追加して弾丸暗渠２２などの他の給排水手段が設けられてもよい。上記のように圃場に本暗渠１２と有材心破渠２０を形成し、本暗渠１２の疎水材層１６まで有材心破渠２０（さらには弾丸暗渠２２）のように補助暗渠を交差融合させることにより、本暗渠１２からの給水および本暗渠１２への排水は、有材心破渠２０を通して地中亀裂部及び地上表面部へ面的に素早く上昇または下降して、給水および排水を迅速に行うことができる。
【００３５】
図３は、本暗渠１２および有材心破渠２０が形成された圃場の平面図およびＡ−Ａ断面図を示している。図３の実施形態では、用水路２４から２系統で取水を行う圃場１０を例示している。
【００３６】
給排水管１４は、取水管２５を介して用水路２４と連通している。給排水管１４は本暗渠１２の底部を伸びており、給排水管１４に水が供給されると、その水は疎水材１６の層から有材心破渠２０を介して圃場１０へ均一に広がろうとする。給排水管１４に流れ込む水は土中水として圃場１０に供給される。
【００３７】
また、本実施形態では圃場１０に取水口２６が設けられている。取水口２６は、圃場１０の土手・畦の一部を欠損させることで形成される。取水口２５を通じる水は地表水として圃場１０に供給される。
【００３８】
２系統で取水を行うことにより、圃場１０の温度調整が行いやすい。すなわち、土中水は、地中を通じて圃場１０の地下から作物が植えつけられる圃場表面に供給されるので、圃場１０の温度変化を伴いにくい。一方、地表水は、用水路２４から直接的に圃場１０の表面に供給されるので、圃場１０の温度変化を伴いやすい。圃場１０の温度変化への影響に差があることを利用して、２系統で圃場１０への水の供給を行うことにより圃場１０の水温の管理を行うことができる。
【００３９】
図４は、用水路ではなく、給水用パイプライン３０から圃場１０に土中水を供給する実施形態を示す断面図である。
【００４０】
給排水管１４の上流側には、圃場への土中給水装置が設けられている。給水装置は、例えば、給水枡２８と、その給水枡２８に取り付けられたゲートバルブ３２よりなる。圃場１０には、上方を開口する中空の給水枡２８が敷設されている。給水枡２８の底部にはその内部にゲートバルブ３２が設置されている。このゲートバルブ３２は圃場１０の表面から調整ハンドル３４を操作することにより開閉される。ゲートバルブ３２が開状態に操作されると、給水用パイプライン３０から給排水管１４に水が供給され、その水は疎水材１６の層から有材心破渠２０を介して圃場１０へ均一に広がろうとする。
【００４１】
図５に示されるように、給排水管１４の下流側には排水装置が設けられている。排水装置は、給排水管１４に連通する排水量調節水閘３６と、その排水量調節水閘３６によって分岐するバイパス３９およびパイプよりなる。排水量調節水閘３６は、土中水の排出機能（排出をさせないことにより給水のバルブとしても機能）、および、土中水の水位調整機能を有する。
【００４２】
排水量調節水閘３６は、給排水管１４の下流端においてシャッターバルブ３７を備えている。シャッターバルブ３７が開状態のとき、給排水管１４は、排水路に連通するパイプを介して排水路３８につながる。その結果、既に貯留されている土中水があるときは、その土中水が迅速に排出される。
【００４３】
シャッターバルブ３７が閉状態のとき、給排水管１４は排水量調節水閘３６と連通し、給排水管１４内の水は排水量調節水閘３６内を上昇する。排水量調節水閘３６内の水位が所定の高さになると、水は水閘３６内に溢流してバイパス３９およびパイプを介して排水路３８に排出される。
【００４４】
排水量調節水閘３６は内部にロッド等を備えており、このロッドの操作することにより排出水位の調節ができる。すなわち、排水量調節水閘３６を操作することにより圃場１０における土中水の水位を調節することができる。
【００４５】
次に図６および図７を参照して、圃場における給排水方法を説明する。図６は、給水時の灌漑水の供給挙動を示す断面図、および排水時の灌漑水の排水挙動を示す断面である。図７は、一日を単位とした給排水サイクルを示すグラフであり、地下水位の変化、地下灌漑水または地表灌漑水を利用したときの水温変化、地下灌漑水および地表灌漑水を利用したときの水温変化を示している。
【００４６】
給水装置を操作することにより、図６（Ａ）に示されるように、給排水管１４に灌漑水が供給される。灌漑水はプラスチック管の有孔から溢流し、まず疎水材層１６に供給される。灌漑水は所定の水位まで本暗渠１２中の疎水材層１６を上昇する。所定の水位とは作物に応じて、その他の季節要因や温度要因を基準にして定められた水位のことである。
【００４７】
灌漑水は作土層１８に到達する前に、有材心破渠２０に浸透する。灌漑水の一部は作土層１８にも浸透する。本暗渠１２の疎水材層１４から有材心破渠２０に浸透した灌漑水は毛細管現象等により水平に面的に圃場１０を広がる。圃場全体にわたり複数の本暗渠１２および複数の有材心破渠２０を設けることにより、その圃場１０へ迅速かつ均等に灌漑水を供給することができる。
【００４８】
排水装置を操作することにより、図６（Ｂ）に示されるように、給排水管１４を介して圃場１０から灌漑水が排水される。まず、疎水材層１６から迅速に排水されるが、その疎水材層１６に連通する有材心破渠２０からも疎水材層１６を介して灌漑水が迅速に排出される。
【００４９】
次に図７に示されるように、土中給水装置、地表給水装置と排水装置を操作することにより、土中水位と土中水温を調節する。図７において横軸は一日の時間サイクルであり、縦軸は本暗渠１２の高さに相当する。
【００５０】
圃場１０では減水深があるので、灌漑水を供給しても徐々に土中水位は低下する。土中水位の右傾斜は前記減水深を示す。作物の種類にもよるが、例えば、稲の場合は、生育状況によって土中水の温度管理が重要となる。本実施形態では、日の出および日の入りを基準事項として、給排水の操作を行うとともに、水温管理のために給排水を行う。
【００５１】
具体的には、日の出の前（午前５〜７時）に土中給水装置を操作して土中から灌漑水を供給する。灌漑水は本暗渠１２の疎水材層１６を介して急激に上昇し、そこから有材心破渠２０を介して作土層の亀裂部を浸透して面的に圃場１０に広がる。稲作の場合、土中水の上昇および下降を迅速に行うことにより、食味に影響が出ると考えられている。
【００５２】
日の入り時刻には、排水装置を操作して土中から灌漑水を排水する。減水深さ以上に強制排水することにより、稲作の場合は食味に影響が出ると考えられている。圃場１０から総ての灌漑水を排水するのではなく、土中に灌漑水を残した状態で排水することが好ましい。排水装置を操作して一定量の灌漑水を土中に残すことにより、次回の給水時に土中温度が急激に低下することがなくなるからである。
【００５３】
図７において、点線は圃場１０に供給された灌漑水の水温を示している。太い点線は土中給水装置のみを利用したときの灌漑水の水温であり、細い点線は土中給水装置と地表給水装置を併用したときの灌漑水の水温である。
【００５４】
例えば、フェーン現象等により一時的に圃場１０の温度が上昇することが考えられる。その場合、２系統の給水装置、すなわち、土中給水装置および地表給水装置を併用することで、圃場１０の灌漑水の温度を調整することができる。
【００５５】
以上の実施形態では特定の装置・操作を例示したが、本発明の範囲は上記実施形態に限定されるべきものではない。当業者であれば、各種装置の変更・操作の変更が容易であり、季節要因や環境に応じて適宜変更を加えて実施することができる。
【００５６】
ここに本発明による効果を列挙する。
【００５７】
（１）圃場への濯漑給水を本暗渠排水管上流部より給水する事によって灌漑用水に混合している雑草の種子が地中に封入される事によって圃場における雑草を抑制することができる。
【００５８】
（２）畑地帯、転作畑等の干ばつ時には農地給排水改善化工法にて給排水管渠より給水して排水量調節水聞にて地中に水分を供給する事ができ、作物の根域部に迅速かつ均等に水分を供給して、天候に左右されずに安定した作物の収穫が確保できる。
【００５９】
（３）給水装置からに液肥等を調合し、給排水管の上流部よりを圃場に供給する事によって、作物の根域に液肥の供給が容易にできる。
【００６０】
（４）灌漑水の供給・排水
農地給排水改善構造は給排水管渠と有材心破渠を交差融合させ、疎水材にはセラミックチップ、貝殻、クリンカッシュなどを使用する事によって、水管理(給水、排水)が素早くでき、給水時には給排水管渠、有材心破渠、土中の亀裂より水田表面に素早く灌漑水を供給できる。
【００６１】
排水時には地中の亀裂、有材心破渠、給排水管渠排水管を通じ、素早く排水する事ができる。それによって農地等の圃場の乾土効果の向上に繁がり、機械化作業が容易となり、省力化や生産物のコスト削減となる。
【００６２】
（５）高温対策
稲作の高温対策として農地給排水改善構造および給排水方法は灌漑水を地温の低い地中より灌漑する事によって温度の低い灌漑または恒温の灌漑ができる。
【００６３】
（６）減水深を排水調節水閘によって強制的に拡大させ、水を圃場内で縦移動することによって水温の上昇を抑制することができる。
【００６４】
（７）６月〜９月には太陽の日照によって、水田の表面水の温度が上昇してメタンガスが発生し、通常であればメタンガスは二酸化炭素の２３倍もの地球温暖化の促進となる。本発明では、排水量調節水閘にて排水量の調節をして水田の土中水を縦浸透させて減水深を大幅に確保する。それによって土中水の停滞をなくし、水を縦移動させ、水田の中の有機物(炭素分Ｃ)と水の水素(Ｈ)との化学反応を発生しづらくさせることで、メタンガス発生を抑制し、地球温暖化を抑制する効果もある。
【符号の説明】
【００６５】
１０  圃場        １２  本暗渠    １４  給排水管    
１６  疎水材層    １８  作土層    ２０  有材心破渠    
【図１】
0005530670.tif 000002
【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】
0005530670.tif 000008