(57)【要約】  土壌層上に配置され、撥水処理された撥水砂で構成される遮水層（２）と、遮水層上に配置され、撥水処理されずに保水可能な砂で構成される保水層（１）と、遮水層の一部に配置され、遮水層を貫通し、土壌層と保水層とに接触しかつ撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体（４）とを備える人工土壌構造体であり、かつ、遮水層の水浸入圧は、前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高くしている。
2013018314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌層上に配置され、撥水処理された撥水砂で構成される遮水層と、
前記遮水層上に配置され、撥水処理されずに保水可能な砂で構成される保水層と、
前記遮水層の一部に配置され、前記遮水層を貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触しかつ撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体とを備え、
前記遮水層の水浸入圧は、前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高い、人工土壌構造体。
【請求項２】
前記遮水層の前記水浸入圧は、前記撥水機能付き土壌体の前記水浸入圧よりも１．２倍高い、請求項１に記載の人工土壌構造体。
【請求項３】
前記撥水機能付き土壌体は、前記保水層に含まれる水分により、所定の圧力が加わると崩壊し、前記保水層に含まれる水分を前記土壌層に流す排水機能を有する請求項１又は２に記載の人工土壌構造体。
【請求項４】
前記遮水層は、水が浸透しない疎水性粒子にて構成される請求項１〜３のいずれか１つに記載の人工土壌構造体。
【請求項５】
前記撥水機能付き土壌体は、水が浸透しない疎水性粒子にて構成される請求項１〜４のいずれか１つに記載の人工土壌構造体。
【請求項６】
前記撥水機能付き土壌体及び前記遮水層は、それぞれ、水が浸透しない疎水性粒子にて構成され、前記撥水機能付き土壌体を形成する粒子の径を、前記遮水層を形成する粒子の径よりも大きい疎水性粒子にて形成する請求項１〜３のいずれか１つに記載の人工土壌構造体。
【請求項７】
前記遮水層は水が浸透しない疎水性粒子にて構成されるとともに、前記撥水機能付き土壌体は、撥水処理されずに水を通す砂で構成される土壌と、水が浸透しない疎水性粒子とを混合した混合土壌にて形成する請求項１〜３のいずれか１つに記載の人工土壌構造体。
【請求項８】
前記撥水機能付き土壌体は、撥水処理されずに水を通す砂で構成される土壌と前記遮水層を形成する疎水性粒子とを、１対３〜１対７の割合で混合した混合土壌にて形成する請求項７に記載の人工土壌構造体。
【請求項９】
一端が外気に開放され他端が前記撥水機能付き土壌体と接触して、前記撥水機能付き土壌体を通気する通気用パイプをさらに備える、請求項１〜８のいずれか１つに記載の人工土壌構造体。
【請求項１０】
人工土壌構造体を形成する場所の土壌層上に、筒状の排水孔型を配置し、
前記排水孔型内に、前記土壌層と接触するように撥水処理された砂を挿入して撥水機能付き土壌体を形成し、
前記遮水層の水浸入圧が前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高くなるように、前記排水孔型外に、撥水処理された撥水砂を配置して遮水層を形成し、
前記撥水機能付き土壌体と接触しかつ前記撥水機能付き土壌体と前記遮水層との上に、撥水処理されずに保水可能な砂を配置して保水層を形成する、人工土壌構造体の形成方法。
【請求項１１】
前記遮水層を形成したのちで前記保水層を形成する前に、前記排水孔型を取り去る、請求項１０に記載の人工土壌構造体の形成方法。
【請求項１２】
前記遮水層は、平面部と、前記平面部の周縁より立ち上がった側面部とを備える凹部の形状に構成され、
前記保水層は、前記遮水層の前記凹部内とその上面に設けられ、
さらに、前記遮水層の前記側面部の一部の上面から下に貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触しかつ撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体とを備え、
前記遮水層の前記凹部の前記平面部と前記側面部の上端面との高低差は、前記遮水層が水圧に耐えうる水浸入圧と前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧との差よりも小さく形成する、請求項１〜８のいずれか１つに記載の人工土壌構造体。
【請求項１３】
前記遮水層は、水浸入圧が異なる２種類以上の疎水性粒子で構成され、
前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する疎水性粒子の水浸入圧は、前記遮水層の前記凹部の前記平面部を構成する疎水性粒子の水浸入圧よりも低く、
前記土壌排水孔は、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する疎水性粒子の水浸入圧よりも低い水浸入圧を有する疎水性粒子で構成されている、請求項１２に記載の人工土壌構造体。
【請求項１４】
前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する前記疎水性粒子の平均粒径は、前記遮水層の前記凹部の前記平面部を構成する前記疎水性粒子の平均粒径よりも大きくすることにより、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する前記疎水性粒子の前記水浸入圧は、前記遮水層の前記凹部の前記平面部を構成する前記疎水性粒子の前記水浸入圧よりも低くし、
前記土壌排水孔を構成する前記疎水性粒子の粒径は、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する前記疎水性粒子の粒径よりも大きくして、前記土壌排水孔は、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する前記疎水性粒子の前記水浸入圧よりも低い前記水浸入圧を有する前記疎水性粒子で構成されている、請求項１３に記載の人工土壌構造体。
【請求項１５】
前記遮水層の前記凹部の前記平面部と前記側面部との間は、階段状の底面形状で構成されている請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の人工土壌構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分を保持できない土壌に対して、水分を保持できる土壌に改良するための人工土壌構造体及びその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土壌に水分保持能力が少ないことが原因で農地として機能しない乾燥地を緑化するために、乾燥地の土壌を、水分を保持可能な土壌に改良する活動が盛んに行われている。乾燥地の土壌を植物に適した土壌にする条件としては、一定量の水分を保水することに加え、地下水からの塩分を遮断可能であることが重要である。さらに、なるべく簡単に安価に改良可能な土壌構造が必要である。【０００３】
前記の条件を考慮して、従来、砂などの粒子を撥水加工し、撥水された砂を用いて遮水層を形成することで、簡単に安価に保水土壌に改良する人工土壌構造体が提案されている（特許文献１）。図３５に、特許文献１で提案している人工土壌構造の図を示す。これは、地表から所定深さ、具体的には、植物の根が十分根付くだけの深さを確保した土壌中の位置に、疎水性粒子からなる遮水層２０２を設け、遮水層２０２の上部の保水土壌層２０１に水分を溜めることで、水分が土壌下に抜けてしまうことのない土壌を形成でき、さらに、地下水からの塩分を遮水層２０２で遮断する効果も見込める。２０３は元土壌層である。【０００４】
しかしながら、前記の土壌構造は、乾燥地における雨季などで、短期間に比較的多くの雨量が供給される時期には、水圧に耐え切れない遮水層２０２が決壊したり、過剰な水分による植物の根腐れなどが起こる場合がある。遮水層２０２が一度決壊すると、決壊部分から地下水の塩分上昇し、遮水層２０２による塩害防止もできなくなる。さらにこの構造では、決壊は遮水層２０２のどの部分で起こるかが予め特定できず、決壊状況（たとえば決壊の径の大きさなど）も特定できない。従って、補修のための状況分析又は補修手段の検討は、遮水層２０２が決壊してから行わなければならず、時間又は手間がかかる。また、遮水層２０２の決壊場所によっては、（たとえば、決壊した部分の真上に植物を植えたり、建物を建てた場合など）補修が困難である。【０００５】
一方、ダムなど貯水を目的として設計された建築物には、水圧の低減を目的に、一定量を越える貯水量になった場合に、水を排水するための排水孔が設けられている。が、前記のような疎水性粒子からなる遮水層を用いた場合にも、特許文献２で提案されている土壌構造を設計すると、一定量を越える水量になると、水が排水するしくみが可能となる。図３６は、特許文献２に提案の土壌構造体で、基本的には特許文献１と同様に元の土壌の内部に撥水砂からなる遮水層２０５を設け、遮水層２０５の上部層を保水土壌２０４に改良するが、遮水層２０５の一部に、通常土壌（撥水処理しない土壌）が貫通している部分（以下、通常土壌排水孔という）２０７を設けている。２０６は元土壌層である。特許文献２は、植物が育成するための貫通部分として図３６に記載の土壌構造体が記載されているが、このように、土壌構造体の通常土壌排水孔２０７にて、水が遮水層２０５の下に透過するしくみを導入することで、短期間に比較的多くの雨量が供給されても、過多な水が透過するため、水が地表に流出したり、遮水層２０５が決壊したり、根腐れすることのない土壌構造を形成できる。また、水が流れている部分が特定できるので、通常土壌排水孔２０７から下に流れる水の流量を変更したい場合などの補修工事も、予め計画を立てやすい利点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１１３６７３号公報
【特許文献２】特開平６−６２６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２における土壌構造では、乾季のように比較的少ない雨量しか供給されない時期で、少しの水も漏れることなく保水したい状況においても、水が通常土壌排水孔２０７から流れてしまう課題がある。さらに、通常土壌排水孔２０７から塩分が上昇するため、塩害を防止することもできない。一定の保水が保障できてかつ、遮水層の決壊防止又は塩害防止を保障できる土壌構造が必要である。【０００８】
世界の多くの地域は、一年を通して常に同量の雨がコンスタントに降るとは限らず、比較的多く雨が降る時期と、少ない時期とがある。たとえば、ガーナのクマシの年間降水量を調べると、雨の多い時期５月−６月は一月に１５０ｍｍ以上の雨が降るが、雨の少ない１２月−１月は５０ｍｍ以下である。降雨量の少ない時期に水分をなるべく保持し、降雨量の多い時期には、必要以上の水分を放出できる土壌構造であり、さらに、常に塩分の上昇を防ぐことが可能な土壌構造を形成する必要がある。【０００９】
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、遮水層の上層の土壌での保水を可能とし、供給水量が多い際には、水は遮水層が決壊する前に排水孔から下に流れることで、遮水層が決壊することなく過多な水を透水することが可能でかつ塩分が保水土壌層に上昇することを防ぐことも可能な人工土壌構造体及びその形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。【００１１】
本発明の１つの態様によれば、土壌層上に配置され、撥水処理された撥水砂で構成される遮水層と、
前記遮水層上に配置され、撥水処理されずに保水可能な砂で構成される保水層と、
前記遮水層の一部に配置され、前記遮水層を貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触しかつ撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体とを備え、
前記遮水層の水浸入圧は、前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高い、人工土壌構造体を提供する。【００１２】
本発明の別の態様によれば、人工土壌構造体を形成する場所の土壌層上に、筒状の排水孔型を配置し、
前記排水孔型内に、前記土壌層と接触するように撥水処理された砂を挿入して撥水機能付き土壌体を形成し、
前記遮水層の水浸入圧が前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高くなるように、前記排水孔型外に、撥水処理された撥水砂を配置して遮水層を形成し、
前記撥水機能付き土壌体と接触しかつ前記撥水機能付き土壌体と前記遮水層との上に、撥水処理されずに保水可能な砂を配置して保水層を形成する、人工土壌構造体の形成方法を提供する。【００１３】
本発明の別の態様によれば、前記遮水層は、平面部と、前記平面部の周縁より立ち上がった側面部とを備える凹部の形状に構成され、
前記保水層は、前記遮水層の前記凹部内とその上面に設けられ、
さらに、前記遮水層の前記側面部の一部の上面から下に貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触しかつ撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体とを備え、
前記遮水層の前記凹部の前記平面部と前記側面部の上端面との高低差は、前記遮水層が水圧に耐えうる水浸入圧と前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧との差よりも小さく形成する、前記態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の前記態様にかかる人工土壌構造体は、土壌層上に配置され、撥水処理された撥水砂で構成されて水分をそれより下の層に透さない遮水層と、前記遮水層上に、撥水処理されずに保水可能な砂で構成されかつ遮水層にて溜められた水分を含むことが可能な保水層とが層状に形成されており、さらに、前記遮水層を貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触する撥水機能付き土壌体を前記遮水層の一部に設け、遮水層の水浸入圧は、前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高く構成している。このように構成することにより、供給水量が少ない際には、遮水層の下層に流出する水を溜めるか又は流出する水を少なくすることで遮水層の上層の土壌への保水を可能とし、供給水量が多い際には、水は遮水層が決壊する前に撥水機能付き土壌体から下に流れることで、遮水層が決壊することなく過多な水を透水することが可能となる。【００１５】
また、撥水機能付き土壌体を撥水処理された砂で構成するため、塩分が保水層に上昇することを防ぐことも可能となる。【００１６】
さらに、外気を前記土壌体に通気するための１つまたは２つのパイプを前記土壌体に接触して配置するようにすれば、保水層の土壌への保水がより安定して可能となる。【００１７】
本発明の前記態様にかかる人工土壌構造体の形成方法によれば、撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体を、遮水層の一部に、遮水層を貫通し、かつ土壌層と前記保水層とに接触しつつ確実に安定して配置することができる。【００１８】
本発明の前記態様によれば、前記遮水層は、平面部と、前記平面部の周縁より立ち上がった側面部とを備える凹部の形状に構成され、
前記保水層は、前記遮水層の前記凹部内とその上面に設けられ、
さらに、前記遮水層の前記側面部の一部の上面から下に貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触しかつ撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体とを備え、
前記遮水層の前記凹部の前記平面部と前記側面部の上端面との高低差は、前記遮水層が水圧に耐えうる水浸入圧と前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧との差よりも小さく形成するように構成している。【００１９】
このように構成することにより、水の供給の少ない時期にも一定量以上の保水を保障しながら、水の供給の多い時期には必要以上の水分を放出することで遮水層の決壊を防ぐことが可能であり、しかも、常に塩水が保水土壌に浸入するのを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の縦断面図、
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の排水孔と遮水層とを示す平面図、
【図２】図２は、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の形成手順を示すフローチャート、
【図３】図３は、土壌の粒径と粒径分布との関係例を示す図、
【図４】図４は、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の撥水砂の製造手順を示すフローチャート、
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の形成工程を示す断面図、
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの平面図、
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａに続く、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の形成工程を示す断面図、
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ｃの平面図、
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ｃに続く、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の形成工程を示す断面図、
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ｅの平面図、
【図５Ｇ】図５Ｇは、図５Ｅに続く、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の形成工程を示す断面図、
【図５Ｈ】図５Ｈは、図５Ｇの平面図、
【図６Ａ】図６Ａは、各砂土の限界水位の確認実験を示す図、
【図６Ｂ】図６Ｂは、各砂土の限界水位の確認実験の拡大図、
【図７Ａ】図７Ａは、土の種類と限界水位の関係を示す図、
【図７Ｂ】図７Ｂは、撥水砂の塩分上昇防止効果の確認実験を示す図、
【図７Ｃ】図７Ｃは、撥水砂の塩分上昇防止効果の確認実験結果を示す図、
【図８Ａ】図８Ａは、図３５の従来の土壌構造体において、水が限界水位を越えて保水土壌層に貯水された場合に遮水層が決壊する状態を示す概略断面図、
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａで遮水層が決壊したのち、水が、壊した部分から遮水層の下方に流れ出て、保水土壌層の水分が抜けた状態を示す概略断面図、
【図８Ｃ】図８Ｃは、図８Ｂで遮水層が決壊したのち、地下の塩水が、決壊した部分から遮水層内に上昇する状態を示す概略断面図、
【図９Ａ】図９Ａは、図３６の従来の土壌構造体において、水が限界水位を越えて保水土壌層に貯水された場合に排水孔から水が抜ける状態を示す概略断面図、
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａで、水が供給されなくなると、保水土壌層の水はすべて遮水層の下に抜けてしまう状態を示す概略断面図、
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａの従来の土壌構造体において、地下の塩水が、決壊した部分から遮水層内に上昇する状態を示す概略断面図、
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の一例において、保水土壌層に、限界水位以下の水が貯水される状態を示す概略断面図、
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の一例において、保水土壌層に限界水位を超えて貯水されると、排水孔が決壊して、水は排水孔から遮水層の下層に流れる状態を示す概略断面図、
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の一例において、一旦、水道が途切れると（水道を形成していた排水孔内の撥水砂が乾燥すると）、再び、限界水位以下の水を保水土壌層で確実に保水する状態を示す概略断面図、
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の一例において、撥水砂で構成する排水孔の一部が乾燥すると、地下の塩水は、排水孔で遮断され、保水土壌層に侵入することがない状態を示す概略断面図、
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の排水孔において、低水圧では、排水孔の表面で遮水されている状態を示す概略拡大断面図、
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の排水孔において、限界水位を超えると、排水孔が水圧に耐えられず、排水孔に水が浸入する状態を示す概略拡大断面図、
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の排水孔において、水位が再び限界水位以下に下がった場合、水道が途切れない限りは、水は流れやすいが、水道が途切れる箇所ができると、再び遮水する状態を示す概略拡大断面図、
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、従来の、撥水処理しない砂（言い換えれば、通常土壌）で構成する排水孔の場合は、水が砂の表面全域に拡がりながら、場合によっては、砂内に侵入しながら水が浸入する状態を示す概略拡大断面図、
【図１２】図１２は、撥水していない砂と撥水砂との混合率と遮水性との関係を示す図、
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態の人工土壌構造体の形成手順を示すフローチャート、
【図１４】図１４は、本発明の第３実施形態の人工土壌構造体を示す断面図、
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第３実施形態の土壌構造体の形成工程を示す概略断面図、
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの平面図、
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａに続く、本発明の第３実施形態の人工土壌構造体の形成工程を示す断面図、
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、図１５Ｃの平面図、
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、図１５Ｃに続く、本発明の第３実施形態の人工土壌構造体の形成工程を示す断面図、
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、図１５Ｅの平面図、
【図１５Ｇ】図１５Ｇは、図１５Ｅに続く、本発明の第３実施形態の人工土壌構造体の形成工程を示す断面図、
【図１５Ｈ】図１５Ｈは、図１５Ｇの平面図、
【図１５Ｉ】図１５Ｉは、図１５Ｇに続く、本発明の第３実施形態の人工土壌構造体の形成工程を示す断面図、
【図１５Ｊ】図１５Ｊは、図１５Ｉの平面図、
【図１５Ｋ】図１５Ｋは、本発明の第３実施形態の土壌構造体の排水孔と通気用パイプの下端との配置関係の概略拡大断面図、
【図１５Ｌ】図１５Ｌは、本発明の第３実施形態の土壌構造体の排水孔と通気用パイプとの間での通気状態を説明するための概略拡大断面図、
【図１６】図１６は、本発明の第３実施形態の人工土壌構造体の形成手順を示すフローチャート、
【図１７】図１７は、本発明の第３実施形態における人工土壌構造体の遮水層と排水孔との平面図、
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の第３実施形態の人工土壌構造において、遮水層が決壊することなく、限界水位分の水量が保水土壌層で保水できる状態を示す概略断面図、
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の第３実施形態の人工土壌構造において、限界水位を超える分の水量は、排水孔から土壌層に抜け落ちる状態を示す概略断面図、
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、本発明の第３実施形態の人工土壌構造において、通気用パイプを配置することにより、排水孔が乾燥しやすい状態となり、所定の限定水位分の水量が保水土壌層で保水できる時点で排水孔が乾燥し、安定した保水が可能となる状態を示す概略断面図、
【図１９Ａ】図１９Ａは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の、排水孔の配置密度が部分的に異なる例において、排水孔と遮水層とを示す平面図、
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の、補助排水孔を備える例において、排水孔と遮水層とを示す平面図、
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の、補助排水孔を備える例を示す断面図、
【図２０Ａ】図２０Ａは、本発明の第４実施形態の人工土壌構造体の縦断面図、
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、本発明の第４実施形態の人工土壌構造体の、保水土壌層を除く、縦断面図、
【図２１Ａ】図２１Ａは、図２０Ａで示した前記人工土壌構造体を上面から見た平面図、
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、図２０Ｂで示した前記人工土壌構造体の遮水層と土壌排水孔とを上面から見た平面図、
【図２２Ａ】図２２Ａは、撥水機能の無い通常土壌で構成される土壌排水孔の場合には、水分は、遮水層の内側のみにしか保水できない状態を示す縦断面図、
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、限定水位を越える水分が供給されると、水分は凹部から溢れて、土壌排水孔を通って遮水層の下層に流れてしまう状態を示す縦断面図、
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、塩分を含む地下水も、土壌排水孔を通って、保水土壌層に侵入する可能性の状態を示す縦断面図、
【図２３Ａ】図２３Ａは、本発明の第４実施形態の人工土壌構造体における水の流れにおいて、遮水層に囲まれた保水土壌層の土壌部分に水分の保水が可能な状態を示す縦断面図、
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体における水の流れにおいて、土壌排水孔の上部に位置する保水土壌層の部分にも、土壌排水孔を形成する疎水性粒子の限界水位の高さまでの水分の保水が可能な状態を示す縦断面図、
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体における水の流れにおいて、限界水位を越えで水分が供給されると、土壌排水孔を通って遮水層の下層に水分が流れる状態を示す縦断面図、
【図２３Ｄ】図２３Ｄは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体における水の流れにおいて、塩分を含む地下水は、土壌排水孔及び遮水層にて遮断されるため、保水土壌層に塩水が浸入することを防ぐ状態を示す縦断面図、
【図２４】図２４は、疎水性粒子の粒径と限界水位との関係を示す図、
【図２５】図２５は、本発明の第４実施形態の人工土壌構造体の施工方法を示すフローチャート、
【図２６】図２６は、本発明の第４実施形態の人工土壌構造体の撥水砂の製造手順を示すフローチャート、
【図２７】図２７は、本発明の第４実施形態の人工土壌構造体における各粒径の使用場所を示す縦断面図、
【図２８Ａ】図２８Ａは、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の施工工程を示す断面図、
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、図２８Ａに続く、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の施工工程を示す断面図、
【図２８Ｃ】図２８Ｃは、図２８Ｂに続く、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の施工工程を示す断面図、
【図２８Ｄ】図２８Ｄは、図２８Ｃに続く、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の施工工程を示す断面図、
【図２８Ｅ】図２８Ｅは、図２８Ｄに続く、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の施工工程を示す断面図、
【図２９】図２９は、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体の施工に使用する土壌排水孔及び遮水層側面部用の円筒型の斜視図、
【図３０】図３０は、本発明の第５実施形態の人工土壌構造体の縦断面図、
【図３１】図３１は、本発明の第５実施形態の変形例の人工土壌構造体の縦断面図、
【図３２】図３２は、本発明の第５実施形態の変形例の人工土壌構造体の縦断面図、
【図３３Ａ】図３３Ａは、本発明の第５実施形態の人工土壌構造体の施工工程の縦断面図、
【図３３Ｂ】図３３Ｂは、図３３Ａに続く、本発明の第２実施形態の人工土壌構造体の施工工程の縦断面図、
【図３３Ｃ】図３３Ｃは、図３３Ｂに続く、本発明の第２実施形態の人工土壌構造体の施工工程の縦断面図、
【図３３Ｄ】図３３Ｄは、図３３Ｃに続く、本発明の第２実施形態の人工土壌構造体の施工工程の縦断面図、
【図３３Ｅ】図３３Ｅは、図３３Ｄに続く、本発明の第２実施形態の人工土壌構造体の施工工程の縦断面図、
【図３３Ｆ】図３３Ｆは、図３３Ｅに続く、本発明の第２実施形態の人工土壌構造体の施工工程の縦断面図、
【図３４】本発明の第５実施形態の変形例の人工土壌構造体の縦断面図、
【図３５】特許文献１で提案している人工土壌構造の断面図、
【図３６】特許文献２で提案している土壌構造体の断面図、
【図３７】混合砂が、地下から上昇する塩水を遮断できるかを確かめる実験を示す図、
【図３８】図３７の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００２３】
本発明の第１態様によれば、土壌層上に配置され、撥水処理された撥水砂で構成される遮水層と、
前記遮水層上に配置され、撥水処理されずに保水可能な砂で構成される保水層と、
前記遮水層の一部に配置され、前記遮水層を貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触しかつ撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体とを備え、
前記遮水層の水浸入圧は、前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高い、人工土壌構造体を提供する。
【００２４】
前記第１態様によれば、撥水処理された撥水砂で構成されて水分をそれより下の層に透さない遮水層と、前記遮水層の上に、撥水処理されずに保水可能な砂で構成されかつ遮水層にて溜められた水分を含む保水層とが層状に形成されており、さらに、前記遮水層を貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触する撥水機能付き土壌体を前記遮水層の一部に設け、遮水層の水浸入圧は、前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高く構成している。このように構成することにより、供給水量が少ない際には、遮水層の下層に流出する水を溜めるか又は流出する水を少なくすることで遮水層の上層の土壌への保水を可能とし、供給水量が多い際には、水は遮水層が決壊する前に撥水機能付き土壌体から下に流れることで、遮水層が決壊することなく過多な水を透水することが可能となる。また、撥水機能付き土壌体を撥水処理された砂で構成するため、塩分が保水層に上昇することを防ぐことも可能となる。
【００２５】
本発明の第２態様によれば、前記遮水層の前記水浸入圧は、前記撥水機能付き土壌体の前記水浸入圧よりも１．２倍高い、第１の態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００２６】
前記第２態様によれば、撥水機能付き土壌体の水浸入圧は、遮水層の水浸入圧に比べて大きくなればなるほど、遮水層の保水限界量が小さくなる。前記第２態様によれば、遮水層の水浸入圧を、撥水機能付き土壌体の水浸入圧の１．２倍程度に設定することで、前記第供給水量が少ない場合の保水又は塩分上昇防止の効果を、効率良く実現することが可能となる。
【００２７】
本発明の第３態様によれば、前記撥水機能付き土壌体は、前記保水層に含まれる水分により、所定の圧力が加わると、崩壊し、前記保水層に含まれる水分を前記土壌層に流す排水機能を有する第１又は２の態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００２８】
前記第３態様によれば、前記撥水機能付き土壌体は、前記保水層に含まれる水分により所定の圧力が加わると、前記保水層に含まれる水分を前記土壌層に排水する排水機能を有する。このとき、前記保水層に含まれる水分が少量の水であれば保水し、前記保水層に含まれる水分が多量の水であれば排水するための、別途のシステムを用いて排水制御を実現しなくても、撥水機能を持つ土壌を設定しておけばよく、シンプルな構成で、前記第１態様に記載した効果を実現することができる。
【００２９】
本発明の第４態様によれば、前記遮水層は、水が浸透しない疎水性粒子にて構成される第１〜３のいずれか１つの態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００３０】
前記第４態様によれば、遮水層を、水が浸透しない疎水性粒子にて構成するだけで、前記第１態様に記載の効果を実現することができる。
【００３１】
本発明の第５態様によれば、前記撥水機能付き土壌体は、水が浸透しない疎水性粒子にて構成される第１〜４のいずれか１つの態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００３２】
前記第５態様によれば、撥水機能付き土壌体を、水が浸透しない疎水性粒子にて構成することにより、前記第１態様の効果を、前記第３態様に記載したシンプルな構成で実現することができる。
【００３３】
本発明の第６態様によれば、前記撥水機能付き土壌体及び前記遮水層は、それぞれ、水が浸透しない疎水性粒子にて構成され、前記撥水機能付き土壌体を形成する粒子の径を、前記遮水層を形成する粒子の径よりも大きい疎水性粒子にて形成する第１〜３のいずれか１つの態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００３４】
前記第６態様によれば、別途の材料又は複雑な材料処理を行わなくても、撥水機能付き土壌体を形成する粒子の径を、前記遮水層を形成する粒子の径よりも大きい疎水性粒子にて形成するという簡単な構成で、前記第１態様に記載の効果を実現することができる。
【００３５】
本発明の第７態様によれば、前記遮水層は水が浸透しない疎水性粒子にて構成されるとともに、前記撥水機能付き土壌体は、撥水処理されずに水を通す砂で構成される土壌と、水が浸透しない疎水性粒子とを混合した混合土壌にて形成する第１〜３のいずれか１つの態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００３６】
前記第７態様によれば、別途の材料又は複雑な材料処理を行わなくても、遮水層は水が浸透しない疎水性粒子にて構成されるとともに、前記撥水機能付き土壌体は、撥水処理されずに水を通す砂で構成される土壌と、水が浸透しない疎水性粒子とを混合した混合土壌にて形成するという簡単な構成で、前記第１態様に記載の効果を実現することができる。
【００３７】
本発明の第８態様によれば、前記撥水機能付き土壌体は、撥水処理されずに水を通す砂で構成される土壌と前記遮水層を形成する疎水性粒子とを、１対３〜１対７の割合で混合した混合土壌にて形成する第７の態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００３８】
前記第８態様によれば、別途の材料又は複雑な材料処理を行わなくても、前記撥水機能付き土壌体は、撥水処理されずに水を通す砂で構成される土壌と前記遮水層を形成する疎水性粒子とを、１対３〜１対７の割合で混合した混合土壌にて形成するという簡単な構成で、前記第１態様に記載の効果を実現することができる。
【００３９】
本発明の第９態様によれば、一端が外気に開放され他端が前記撥水機能付き土壌体と接触して、前記撥水機能付き土壌体を通気する通気用パイプをさらに備える、第１〜８のいずれか１つの態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００４０】
前記第９態様によれば、外気を前記土壌体に通気するための１つまたは２つのパイプを前記土壌体に接触して配置するようにすれば、保水層の土壌への保水がより安定して可能となる。
【００４１】
本発明の第１０態様によれば、人工土壌構造体を形成する場所の土壌層上に、筒状の排水孔型を配置し、
前記排水孔型内に、前記土壌層と接触するように撥水処理された砂を挿入して撥水機能付き土壌体を形成し、
前記遮水層の水浸入圧が前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧よりも高くなるように、前記排水孔型外に、撥水処理された撥水砂を配置して遮水層を形成し、
前記撥水機能付き土壌体と接触しかつ前記撥水機能付き土壌体と前記遮水層との上に、撥水処理されずに保水可能な砂を配置して保水層を形成する、人工土壌構造体の形成方法を提供する。
【００４２】
前記第１０態様によれば、撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体を、遮水層の一部に、遮水層を貫通し、かつ土壌層と前記保水層とに接触しつつ確実に安定して配置することができる。
【００４３】
本発明の第１１態様によれば、前記遮水層を形成したのちで前記保水層を形成する前に、前記排水孔型を取り去る、第１０の態様に記載の人工土壌構造体の形成方法を提供する。
【００４４】
前記第１１態様の構成によれば、前記撥水機能付き土壌体により、供給水量が少ない際には、前記遮水層の下層に流出する水を溜めるか又は流出する水を少なくすることで、遮水層の上層の土壌への保水を可能とし、供給水量が多い際には、水は遮水層が決壊する前に撥水機能付き土壌体から下に流れることで、遮水層が決壊することなく過多な水を透水することが可能となる。
【００４５】
また、撥水機能付き土壌体を撥水処理された砂で構成するため、塩分が保水層に上昇することを防ぐことも可能となる。
【００４６】
本発明の第１２態様によれば、前記遮水層は、平面部と、前記平面部の周縁より立ち上がった側面部とを備える凹部の形状に構成され、
前記保水層は、前記遮水層の前記凹部内とその上面に設けられ、
さらに、前記遮水層の前記側面部の一部の上面から下に貫通し、前記土壌層と前記保水層とに接触しかつ撥水処理された砂で構成される撥水機能付き土壌体とを備え、
前記遮水層の前記凹部の前記平面部と前記側面部の上端面との高低差は、前記遮水層が水圧に耐えうる水浸入圧と前記撥水機能付き土壌体の水浸入圧との差よりも小さく形成する人工土壌構造体を提供する。
【００４７】
前記構成によれば、水の供給の少ない時期にも一定量以上の保水を保障しながら、水の供給の多い時期には必要以上の水分を放出することで疎水層の決壊を防ぐことが可能であり、しかも、常に塩水が保水土壌に浸入するのを防ぐことが可能となる。さらに遮水層が平面ではなく凹型に設定されることで、より保水土壌における保水が効率よく行われる。
【００４８】
本発明の第１３態様によれば、前記遮水層は、水浸入圧が異なる２種類以上の疎水性粒子で構成され、
前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する疎水性粒子の水浸入圧は、前記遮水層の前記凹部の前記平面部を構成する疎水性粒子の水浸入圧よりも低く、
前記土壌排水孔は、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する疎水性粒子の水浸入圧よりも低い水浸入圧を有する疎水性粒子で構成されている、第１２の態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００４９】
前記第１３態様によれば、凹型に設定されることで、より保水土壌における保水が効率良く行われる効果を保持しながら、凹型遮水層の側面部の高さに応じて、段階式に水浸入圧を調整することにより、水の供給の少ない時期の保水を保障するとともに、水の供給の多い時期の疎水層の決壊を防止するといった効果を、さらに安定して実現することが可能となる。
【００５０】
本発明の第１４態様によれば、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する前記疎水性粒子の平均粒径は、前記遮水層の前記凹部の前記平面部を構成する前記疎水性粒子の平均粒径よりも大きくすることにより、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する前記疎水性粒子の前記水浸入圧は、前記遮水層の前記凹部の前記平面部を構成する前記疎水性粒子の前記水浸入圧よりも低くし、
前記土壌排水孔を構成する前記疎水性粒子の粒径は、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する前記疎水性粒子の粒径よりも大きくして、前記土壌排水孔は、前記遮水層の前記凹部の前記側面部の上部を構成する前記疎水性粒子の前記水浸入圧よりも低い前記水浸入圧を有する前記疎水性粒子で構成されている、第１３の態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００５１】
前記第１４態様によれば、疎水性粒子の平均粒径を操作して、水浸入圧を調整することで、粒径を操作する簡単な構成で、遮水層を凹型に設定することで保水土壌における保水が効率良く行われる効果を保持しながら、段階式に水浸入圧を調整することにより、水の供給の少ない時期の保水を保障するとともに、水の供給の多い時期の疎水層の決壊を防止するといった効果を安定して実現することができる。
【００５２】
本発明の第１５態様によれば、前記遮水層の前記凹部の前記平面部と前記側面部との間は、階段状の底面形状で構成されている第１２〜１４のいずれか１つの態様に記載の人工土壌構造体を提供する。
【００５３】
第１５態様によれば、疎水性粒子層を凹型に設置する際には、層の崩れを防止するために、下層から少しずつ崩れないように遮水層及び内部の保水層を形成する必要があるが、前記構成によれば、前記凹部の前記平面部と前記側面部との間を階段状に設置することで、より簡易に施工ができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５４】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【００５５】
（第１実施形態）
まず、図１Ａ〜図２を用いて、本発明の第１実施形態の人工土壌構造体６の構成を説明する。この人工土壌構造体６の概略は、水を通さない遮水層２を地表から所定深さの土壌中に設け、水が遮水層２の上に留まるしくみを作った上で、遮水層２を貫通する排水孔４にて、過多な水分を下に抜けるしくみを導入している。この排水孔４を、遮水層２よりも限界水位（水浸入圧、又は、限界水頭圧）が低い疎水性粒子で形成することにより、降雨量の少ない時期には水分を排水孔４で保持し、降雨量の多い時期には、必要以上の水分を排水孔４を通して放出し、さらに塩害防止を排水孔４で可能とするものである。以下、詳細に説明する。
【００５６】
図１Ａは、本発明の第１実施形態の土壌構造体６の一例である。
【００５７】
本土壌構造体６は、下層から上に向けて順に、現地（土壌構造体６を形成すべき場所）の元々の土壌（元土壌という）からなる土壌層３と、遮水層２と、保水土壌層（保水層）１と、が層状に形成されている。
【００５８】
たとえば、土壌層３と保水土壌層１とは、それぞれ、例えば平均粒径１００μｍの砂土で形成されており、比較的透水しやすい（透水係数は例えば約１０−２ｃｍ／ｓｅｃ）性質のものとする。
【００５９】
遮水層２は、例えば、前記元土壌の砂土を、後に示す製造方法で撥水化した撥水砂で形成されており、この撥水砂を上から所定の深さに層状に配置している。
【００６０】
土壌層３と保水土壌層１との砂土は、それぞれ、前記に述べたように同じものであるが、地表から与えられた水分は遮水層２で遮断され、それより下層には流れないため、遮水層２より上層の砂層で水が保持される。従って、遮水層２の上層を、ここでは、保水土壌層１と呼ぶことにする。
【００６１】
一例として、本土壌構造体６を植物育成のための農地として活用する場合は、遮水層２を形成する地表からの深さを植物の根よりも深い位置に配置する。例えば、植物の根の長さが最長５０ｃｍの植物であれば、地表より５０ｃｍ以上の深さに遮水層２を形成する地表からの深さを設定する。遮水層２の厚さは、第１実施形態では、たとえば５ｃｍの厚さで設定する。
【００６２】
地表に短時間で多量の雨水が与えられた際には、雨水の重量に耐えられず遮水層２が決壊してしまう可能性がある。これを避けるため、遮水層２を貫通するように排水孔（撥水機能付き土壌体）４を配置し、保水土壌層１と土壌層３とを接続して、過多な水分を保水土壌層１から土壌層３に流すように構成されている。
【００６３】
なお、この明細書において、「決壊」又は「崩壊」とは、土壌体自身が崩れて変形したりすることを意味するものではない。疎水性粒子で構成される層の上に貯められた水の水圧が、水浸入圧を上回る状態になると、疎水性粒子で構成される層の間隙に水が浸入し、不均一な水の流れが水道となって、砂層を貫通する。このような状態を「決壊」又は「崩壊」と呼んでいる。言い換えれば、所定の圧力が加わると、疎水性粒子で構成される層に水が浸入する状態を意味している。
【００６４】
排水孔４は、従来のように土壌層３と同じものから形成されているのではなく、遮水層２を形成している砂粒の粒径よりも粒径の大きい撥水性粒子にて排水孔４が形成されて、撥水機能付き土壌体として機能するものである。なお、この明細書では、「排水孔」と称している部分は、いわゆる穴ではなく、疎水性粒子で円柱状に形成された土壌部分であり、排水孔として機能する（排水機能を有する）部分のことを意味する。
【００６５】
この排水孔４の具体的な仕様と構築手段は、以下の説明で述べる。排水孔４の配置又は大きさは、保水土壌層１で溜める水の量、又は、排水孔４により排水したい速度若しくは量に応じて、適宜決める。排水孔４を複数個配置する場合も、排水孔４の大きさは同一ではなく、異なる大きさにしてもよい。例えば、排水性を良くしたい部分７０には、排水孔４の大きさを他の部分の排水孔４の大きさよりも大きくしたり、排水孔４の配置密度を他の部分の排水孔４の配置密度よりも密にして、排水速度を調整するようにしてもよい（図１９Ａ参照）。具体的には、立地条件（例えば、その付近だけ、周りから水が流れ込み易く、水が溜まり易い、あるいは、水が流れ込みにくく、水の溜まる速度が遅いなど）により、部分的に排水速度を調整したい場合は、その付近の排水孔４の数を増やすようにすればよい。図１９Ａには、参照符号７０で囲った部分の排水を早くしたい場合を示す。このようにすれば、場所により、水の供給速度が異なっても、所望の貯水量に調整することが可能となる。
【００６６】
また、排水孔４よりさらに限界水位の低い補助排水孔（例えば、より粗砂で構成するなど）を補助的に作成しておき、通常は補助排水孔４Ｘから水が抜けないように、補助排水孔４Ｘの上端に蓋７１をしておく（図１９Ｂの黒丸７１及び図１９Ｃの参照符号７１を参照）。蓋７１を配置する代わりに、例えば、補助排水孔４Ｘの上端表面にのみ、周りの遮水層２と同じ細粒撥水砂で覆っておいても良い。このような構造でしばらく使用した後、水が溜まりすぎて、遮水層２が決壊する危険が有る場合は、保水土壌層１の、補助排水孔４Ｘの場所の保水土壌層１のみ掘り返し、補助排水孔４Ｘの蓋７１を外して（又は、細粒撥水砂を掘り返して）、再度、保水土壌層１を配置すれば、補助排水孔４Ｘが排水孔４として機能することができる。使用後に想定した水量保存ができなかった場合、簡単に修正施工が可能になる。
【００６７】
また、地中にある排水管の開口向けて排水孔４から排水する場合には、排水管の開口に対応して配置された排水孔４の大きさを他の部分の排水孔４の大きさよりも大きくしたり、排水孔４の配置密度を他の部分の排水孔４の配置密度よりも密にしてもよい。また、地表の土壌構造体６を形成する領域において、土壌構造体形成領域の一端部で水を供給し、土壌構造体形成領域の他端部で水を排出する場合には、一端部での排水孔４の大きさを他の部分の排水孔４の大きさよりも小さくしたり、排水孔４の配置密度を他の部分の排水孔４の配置密度よりも粗にして、水を排水せずに、他の部分に水を供給しやすくする。一方、土壌構造体形成領域の他端部では、排水性を良くするため、排水孔４の大きさを他の部分の排水孔４の大きさよりも大きくしたり、排水孔４の配置密度を他の部分の排水孔４の配置密度よりも密にしてもよい。
【００６８】
図１Ｂは、図１Ａで示した人工土壌構造体６の遮水層２と排水孔４との断面を上面から見た平面図である。例えば、土壌構造体形成領域として５ｍ四方の正方形の地面を保水土壌の人工土壌構造体６に改良する場合で、遮水層２を形成する正方形の各角と正方形の中心の５箇所に、例えば直径２０ｃｍの排水孔４をそれぞれ配置する場合を示している。図１Ｂの点線で示した断面は、全て遮水層２であり、遮水層２の各角と中心との位置に、それぞれ、排水孔４が斜線の円形断面として配置されている。
【００６９】
図２は、前記の人工土壌構造体６を形成する手順を示したフロ−図である。
【００７０】
図１Ｂに示した位置に排水孔４を配置し、地表より５０ｃｍの深さに遮水層２を配置する場合は、現地の土壌の地表から遮水層２までの深さに遮水層２の厚さｔ（ｃｍ）を加えた深さを目安に土壌を掘り、掘り起こした土壌の一部を、撥水処理をするために採取する（ステップＳ５０）。例えば５ｃｍの厚さの遮水層２を配置する場合には、５５ｃｍ分を目安に土壌を採取し、その一部を遮水層分の５ｃｍ＋α（αは２〜３ｃｍ分））の砂を撥水処理するために分けておく。
【００７１】
次に、撥水処理をするために分けておいた土壌を篩にかけ、土壌を粒径ごとに分類する（ステップＳ５１）。たとえば、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍの４種類の篩いを順次使用することで、土壌を粒径の違う５種類の土に分けても良い。
【００７２】
分類した土壌から、遮水層２として使用する細土と、排水孔４に使用する粗土とのみを取り出す。例えば、現地の土壌のほとんどの砂粒が０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、この間に図３のような粒径分布になっていたとする。
【００７３】
予定している遮水層２の厚さ５ｃｍに対して、８ｃｍ分の土壌を採取した際には、たとえば、全体の５／８の量の細粒土（図３のＡ区間に相当する土）を遮水層分として使用し、残りの粗粒土の一部（残りの土の約１／５０の量）を排水孔分として使用する。最も細粒の土から約５／８の量の土（たとえば、図３中にＡの区間に入る０．４ｍｍ以下の土）と、比較的に粗い土（例えば、Ｂの区間に入る０．６ｍｍ〜０．８ｍｍの土の一部）を撥水処理すべく取り出し、残りの土は、掘り起こした残りの土壌に戻す。
【００７４】
撥水処理（ステップＳ５３）の手順は図４に示す。
【００７５】
まず、撥水処理の対象となる土を乾燥させる（ステップＳ１００）。乾燥は、人工土壌構造体形成領域の近くに、乾燥室又は乾燥機を配置して土を乾燥させるか、又は、太陽熱などを利用した自然乾燥が考えられる。
【００７６】
乾燥させながら、土の重さを測定し、単位時間当たりの重量変化が見られなくなった段階で乾燥を終了する。乾燥室又は乾燥機にて乾燥させる場合には、予め容器など重量計ごと乾燥室又は乾燥機に入れ、室内又は機内を高温に保ったまま重量の経時変化を確認しながら乾燥させる。例えば約５０℃に設定した乾燥室又は乾燥機内で、容器に入れた砂をかき回しながら乾燥させ、１時間の重量変化が無くなった段階で乾燥を終了する。自然乾燥の場合は、太陽光で土を乾燥させるが、一部の土をサンプルとして容器に数センチ（例えば３ｃｍ）に高さに入れ重量計上に置いて屋外に放置しておく。１時間あたりの重量変化が無くなった段階で表面近傍の厚さ３ｃｍ分の土の乾燥が完了したとみなし、乾燥した土を採取した後、その下層にある土を同様の手段で自然乾燥させる。
【００７７】
次に、乾燥させた土を表面処理剤溶液に浸す（ステップＳ１０１）。表面処理剤溶液としては、例えばフッ素系溶媒もしくは炭化水素系溶媒を用いる。撹拌せずに静止して浸ける場合は、約１日浸けたまま放置した後、溶液を濾過する（ステップＳ１０２）。
【００７８】
濾過後、土を表面処理剤洗浄剤にて洗浄する（ステップＳ１０３）。たとえば、表面処理剤がフッ素系の場合は、フロリナート又はノベックなどのフッ素系溶媒を洗浄液として用いる。また、表面処理剤が炭化水素系の場合は、ヘキサン又はヘキサデカンとクロロホルムの混合液を洗浄液として用いてもよい。洗浄した後の土の一部を取り出し、洗浄剤を弾いていることが観察できれば上記処理は終わるが、まだ土表面に洗浄剤の濡れが観察された場合は、洗浄剤が弾いていることを確認できるまで、濾過と洗浄とを繰り返す（ステップＳ１０４）。
【００７９】
土表面が洗浄剤を弾いていることを確認できたら、土の乾燥を行ない（ステップＳ１０５）乾燥したところで、撥水処理が終わる。
【００８０】
本撥水処理は、土を薄い膜で覆うことになるため、従来の土の大きさ又は形又は色を損なうことなく土を撥水化できる。さらに、物理的に撥水剤を塗布する撥水処理ではないため、撥水コーティングが、こそぎとられたりすることのない頑健な撥水処理である。
【００８１】
次に、ステップＳ５３で撥水処理された撥水砂を用いて、土壌構造体６を構築する。構築手順を図式化したものを図５Ａ〜図５Ｈに示す。排水孔４を構成する撥水砂は締め固めができないため、通常の土壌と同様に取り扱うことができない。このため、土壌構造体６を構築するときに、以下の構築手順が有効である。
【００８２】
図５Ａは、図１Ｂの土壌構造体６の側面から見た断面図である。図５Ｂは、図１Ｂの土壌構造体６の上面から見た平面図である。
【００８３】
まず、地表の土壌構造体６を形成すべき領域（土壌構造体形成領域）７で、掘り起こした地面（土壌層３の表面）７ａの上に、貫通穴５ａを有する排水孔４の筒状の型５を配置する（ステップＳ５４、図５Ａ及び図５Ｂ）。例えば、直径２０ｃｍの排水孔４を配置する場合には、排水孔型５は、貫通穴５ａを有する直径２０ｃｍでかつ高さ５ｃｍの円筒の筒である。円筒の筒の厚さは、薄ければ薄いほど、型を抜いた後の隙間が薄くなるので好都合であり、例えば、折り曲げて円筒を形成できる薄さとして１ｍｍの厚さでも良い。排水孔型５は、材質は問わないが、たとえばプラスチックで製造したものでもよい。土壌構造体形成領域７のうちの、排水孔４を形成すべき位置である５ｍ四方の角と中心５箇所に、排水孔型５をそれぞれ置き、各排水孔型５内に、図３の区間Ｂに相当する撥水処理後の粗土（撥水砂）を挿入して配置する（ステップＳ５５）。
【００８４】
次いで、土壌構造体形成領域７のうちの、排水孔型５を配置した部分以外の部分には、図３の区間Ａに相当する撥水処理後の細砂を、排水孔型５と同じ高さまで配置して遮水層２を形成する（ステップＳ５６、図５Ｃ及び図５Ｄ）。
【００８５】
５ｃｍの高さに遮水層２及び排水孔４の砂の配置が終わると、排水孔型５を抜き、（ステップＳ５７、図５Ｅ及び図５Ｆ）、排水孔型５を抜いた後に遮水層２の砂と排水孔４の砂との間に形成される小さな隙間を埋めるため、遮水層２の砂と排水孔４の砂との境界を中心に上から圧力をかける。
【００８６】
その後、始めに掘り起こした土壌を、遮水層２と排水孔４との上に戻す。すなわち、土壌構造体形成領域７のうちの、遮水層２と排水孔４との上に、始めに掘り起こした土壌を入れて、保水土壌層１を形成する（ステップＳ５８、図５Ｇ及び図５Ｈ）。
【００８７】
上記の方法では、円筒にプラスチックを用いており、プラスチックは撥水処理ができず水を通してしまうので、型を抜かないと円筒部分から水が透水してしまい、保水性能が低下してしまう。このため、撥水砂型５を抜いているが、円筒の材質をたとえばテフロン（登録商標）など撥水加工できる材料を用いる場合は、撥水砂型５を抜かずにそのまましておいても保水性能には影響がないと思われる。撥水砂型５をそのまま保持する場合は、遮水層２の砂と排水孔４の砂との境界付近に圧力をかける必要はない。
【００８８】
この土壌構造体形成方法により、遮水層２を貫通する排水孔４の撥水土壌を、それ自体が締め固めできなくても、周辺の遮水層２を形成する撥水土壌と混じることなく切り分けて施工することが可能となる。
【００８９】
図６Ａ及び図６Ｂ及び図７Ａに、砂層３１の土粒が平均０．０３ｍｍの撥水砂（１）、平均０．１５ｍｍの撥水砂（２）、平均０．８ｍｍの撥水砂（３）、及び撥水していない平均粒径０．１５ｍｍの砂（４）の透水実験の図と結果を示す。この実験では、ガラスのシリンダー２９に直径約５ｍｍの穴３０ａを数個明けたアルミニウム板３０ｂを固定し、そのアルミニウム板３０ｂの上に、布目０．０１ｍのサイズの不織布３０ｃを敷き、水は不織布３０ｃを抜けるが、砂土は不織布３０ｃに積むことができるしくみを作る。その不織布３０ｃの上に砂層３１を作り、上部に単位時間に一定量の水３２（具体的には、５分ごとに１０ｍｍ）を供給する。そして、砂層３１が決壊して、砂層３１の下に水が抜け始めた際の水浸入圧（以下、「限界水位」と呼ぶ。）を調べた。限界水位は、平均粒径０．０３ｍｍの撥水砂（撥水ガラス）（図７Ａの（１）参照）で１００ｃｍ、平均粒径０．１０５ｍｍの撥水砂（撥水ガラス）（図７Ａの（２）参照）で２９ｃｍ、平均粒径０．１５ｍｍの撥水砂（撥水豊浦砂）（図７Ａの（３）参照）で２１ｃｍ、平均粒径０．８ｍｍの撥水砂（撥水海砂）（図７Ａの（４）参照）で１０ｃｍであった。平均粒径０．１５ｍｍの撥水化しない砂（撥水していない豊浦砂）（図７Ａの（５）参照）で２ｃｍであった。
【００９０】
また、前記撥水砂（１）、（２）、（３）の３種類の撥水砂が、地下から上昇する塩水を遮断できるかを確かめた。図７Ｂに実験の図を示す。遮水層２を撥水処理をしていない砂は、塩分上昇を遮断することはできなかったが、撥水処理をした後は、撥水砂（１）、（２）、（３）では全て塩分上昇を遮断できることが確認された。実験状況を図７Ｂに示す。
【００９１】
この実験では、脚３７付きの２つの容器３８のそれぞれに、図６Ａの実験と同様に、直径約５ｍｍの穴３０ａを数個明けたアルミニウム板３０ｂを固定し、そのアルミニウム板３０ｂの上に、布目０．０１ｍのサイズの不織布３０ｃを敷く。その不織布３０ｃの上から、一方の容器３８では、撥水処理をしていない豊浦砂の砂層３４を１５ｃｍ入れた場合（土壌構成Ｂ）と、他方の容器３８では、撥水砂の砂層３３を５ｃｍ入れた上に、撥水処理していない豊浦砂の砂層３４を１０ｃｍいれた場合（土壌構成Ａ）を準備する。前記２つの容器３８を塩水容器３９内の４％の塩水３５に浸して放置し、土壌構成Ａ、土壌構成Ｂの塩分含有率を調べた。結果を図７Ｃに示す。土壌構成Ａを形成する撥水砂として、前記の撥水砂（１）、（２）、（３）を用いたが、どの撥水砂を用いた場合でも、放置して一週間後の土壌構成Ａの塩分含有率は０％で、塩水が土壌に含まれていなかった。一方、放置して一週間後の土壌構成Ｂの塩分含有率は約３％であり、浸した塩水３５が土壌３４に上昇していることがわかった。
【００９２】
これらの結果から、図３５の従来の土壌構造体において、例えば遮水層１０２に平均０．１５ｍｍの撥水砂層を用いた場合には、図８Ａに示したように、水が、限界水位である２１ｃｍを越えて保水土壌層１０１に貯水された場合、遮水層１０２は決壊してしまう可能性がある。図８Ａにおいて、９９は水によるクラック箇所を示す。この決壊する場所は特定できない。
【００９３】
遮水層１０２が決壊すると、図８Ｂに示したように、水は、決壊した部分９９から遮水層１０２の下方に流れ出て、保水土壌層１０１の水分が抜けてしまい、保水できなくなり、元土壌層１０３内に、水が抜け出て溜まる部分９８が形成されてしまう。決壊場所によっては、補修も困難になる。また、図８Ｃに示したように、地下の塩水が、決壊した部分９９から遮水層１０２内に、参照符号９７で示すように上昇してしまうため、塩害を防止することも困難となる。
【００９４】
また、図３６の従来の土壌構造体において、排水孔１０７に撥水処理していない土壌（通常土壌）を用いた場合には、図３５のように遮水層１０２が決壊することを防止できるが、図９Ａに示したように、遮水層１０７の保水土壌層１０４に水の供給が始まる（図９Ａの参照符号９６の水分を参照）と同時に、例えば限界水位２ｃｍを越える水分が遮水層１０７の下に抜けていく（図９Ａの参照符号９５の水分を参照）ことで、保水土壌層１０４の保水効率が悪い。水が供給されなくなると、図９Ｂに示したように、保水土壌層１０４の水はすべて遮水層１０７の下に抜けてしまう。このような不具合に加えて、図９Ｃに示したように、地下の塩水９３が排水孔１０７を通じて保水土壌層１０４まで上昇する（図９Ａの参照符号９４の塩分を参照）ので、塩害を防止することが困難となる
これに対して、前記実験で用いた平均０．８ｍｍの撥水砂を用いて図１Ａの排水孔４を配置し、遮水層２に平均０．１５ｍｍの撥水砂を用いて、第１実施形態の図１Ａの土壌構造体６の一例を構成する。このような構成の土壌構造体６では、保水土壌層１に、例えば限界水位１０ｃｍ以下の水（図１０Ａの参照符号８０を参照）は貯水され（図１０Ａ）、保水土壌層１に１０ｃｍを超えて貯水されると、排水孔４が決壊して、水は排水孔４から遮水層２の下層に流れる（図１０Ｂの参照符号８１を参照）。限界水位１０ｃｍを超える水の供給があっても、水は排水孔４を用いて流出するため、遮水層２自身が決壊する問題は起こらない。排水孔４内の決壊してできた、遮水層２の上から下までの水道（水の流路）が水分で満たされている間は、水は遮水層２の上から下に流れるが、一旦、水道が途切れると（水道を形成していた排水孔４内の撥水砂が乾燥すると）、再び、限界水位１０ｃｍ以下の水（図１０Ｃの参照符号８０を参照）を保水土壌層１で確実に保水することが可能となる（図１０Ｃ）。また、排水孔４に平均０．１５ｍｍの撥水砂を用い、遮水層２に平均．００３ｍｍの撥水砂を用いて第１実施形態の図１Ａの土壌構造体６の別の例を構成する場合には、保水土壌層１に、さらに２１ｃｍまで貯水することが可能となる。また、撥水砂で構成する排水孔４は、排水孔４の一部が乾燥すると、地下の塩水８２は、排水孔４で遮断され、保水土壌層１に侵入することがない。ょって、粒径によらず排水孔４から塩水上昇することを防げることができるので、保水土壌層１に塩水８２の塩分が上昇して塩害になることを防止することも可能である（図１０Ｄ）。
【００９５】
排水孔４において水道が途切れずにいつまでも水が滞留する状態になった場合には、より効率良く保水する状態にするために、排水孔４を構成する撥水砂の撥水処理をさらに施すか又は撥水砂の粒径を変更するなどの補修を行い、水道を途切れやすくすることも考えられるが、排水孔部分のみの補修で済むので、特許文献２と同様に、計画的に効率良く補修できる。
【００９６】
また、第１実施形態では、遮水層２に疎水性粒子を用いたが、排水孔４を形成する疎水性粒子により、限界水位の高い（例えば、限界水位が１．２倍だけ高い）状態で排水孔４を形成できるならば、本構成の土壌構造体６の遮水層２は疎水性粒子に限らなくでもよい。たとえば、排水孔４に撥水した豊浦砂を用いる場合は、図７Ａに示したように撥水豊浦砂の限界水位は２１ｃｍであったので、それ以上の限界水位を示すもの、たとえばセメントと又はアスファルトで結合したコンクリート構造（一般に限界水位は１ｍ以上ある）を遮水層２に用いた場合でも、同様の効果が期待できる。
【００９７】
ここで、排水孔４における水の流れについて、図１１Ａ〜図１１Ｄに基づいて説明する。
【００９８】
まず、図１１Ａに、第１実施形態の土壌構造体６の排水孔４を示す。４ａは撥水砂、４ｂは撥水砂４ａの砂粒、４ｃは撥水砂４ａの撥水コーティングである。８は排水孔４の表面上の水である。この構造の排水孔４では、低水圧では、排水孔４の表面で遮水されている。
【００９９】
図１１Ａの排水孔４において、図１１Ｂに示すように限界水位を超えると、排水孔４が水圧に耐えられず、排水孔４に水が浸入する（図１１Ｂの８ａを参照）。但し、排水孔４を構成する撥水砂４ａは撥水処理されているため、水は拡がらず、細い水道８ａを抜けていく。
【０１００】
その後、図１１Ｃに示すように、水位が再び限界水位以下に下がった場合、水道が途切れない限りは、水は流れやすいが、水道が途切れる箇所ができると、再び遮水する。排水孔４内に孤立して、水分８ｂが排水孔４内に残る場合もある（図１１Ｃの参照符号８ｃで示す円形の囲み部分を参照）。
【０１０１】
一方、図１１Ｄに示すように、従来の、撥水処理しない砂（言い換えれば、通常土壌）で構成する排水孔１０７の場合は、水８が砂１０７ａの表面全域に拡がりながら、場合によっては、砂１０７ａ内に侵入しながら水８が浸入する。このため、乾季のように比較的少ない雨量しか供給されない時期で、少しの水も漏れることなく保水したい状況においても、水が通常土壌排水孔１０７から流れてしまうことになる。
【０１０２】
これに対して、第１実施形態にかかる土壌構造体６において、撥水砂４ａで排水孔４を構成することにより、前記したように、乾季のように比較的少ない雨量しか供給されない時期で、少しの水も漏れることなく保水したい状況でかつ限界水位以下の低水圧では、排水孔４の表面で遮水されて、排水孔４の上、すなわち、遮水層２の上の保水土壌層１に水を確実に保持することができる。また、限界水位を超えると、排水孔４が水圧に耐えられず、排水孔４に水が浸入して、水の排出が行われる。この結果、排水孔４が一種の圧力制御弁のように機能することになる。なお、排水孔４を構成する撥水砂４ａは、砂に限定されず、撥水処理されたガラスビーズ又は合成樹脂ビーズなどの撥水粒子体で構成してもよい。また、第１実施形態では、排水孔４に、遮水層２を形成している粒子径よりも、粒径が大きい疎水性粒子を用いているが、排水孔４に、撥水砂と撥水していない砂とを混入した混合土壌を用いても良い。
【０１０３】
第１実施形態にかかる土壌構造体６は、下層から順に、土壌構造体６を形成する土地（現地）の元々の土からなる土壌層３と、水分をそれより下の層に透さない遮水層２と、現地の元々の土であるが先の遮水層２にて溜められた水分を含む保水土壌層１とが層状に形成されている。さらに、遮水層２を貫通し、土壌層３と保水土壌層１とに接触する土壌体を遮水層２の一部に排水孔４として設けている。排水孔４の土壌体は、遮水層２よりも限界水位（水浸入圧）を低い（例えば、１．２倍）撥水砂で構成することにより、供給水量が少ない際には、遮水層２の下層に流出する水を留めるか又は流出する水を少なくすることで、遮水層２の上層の土壌すなわち保水土壌層１への保水を可能とし、供給水量が多い際には、水は遮水層２が決壊する前に排水孔４から下に流れることで、遮水層２が決壊することなく、過多な水を透水することが可能となる。また、排水孔４を撥水砂で構成することにより、塩分が保水土壌層１に上昇することを防ぐことも可能となる。
【０１０４】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態にかかる土壌構造体６では、排水孔４に混合土壌を用いた場合を説明する。
【０１０５】
図１２に、排水孔４に混合土壌を用いる場合に、混合土壌の撥水処理していない砂と撥水砂との混合率と耐水圧性との関係を調べた結果を記載する。図１２の表は、各混合率で混合した土壌の決壊した限界水位を表している。撥水処理なしの砂：撥水後の砂との混合比が１：３の混合土壌は、撥水していない砂と、決壊する限界水位が同じで２ｃｍであり、撥水砂を混合した効果がほとんどないことがわかる。逆に、撥水処理なしの砂：撥水後の砂との混合比が１：７の混合土壌は、撥水砂が１００％の場合と限界水位が２ｃｍしか変わらず、この割合で混合した土壌を排水孔４に用いても、撥水砂層の決壊を防ぐことができない可能性がある。決壊する限界水位は混合比に依存し、この実験では、撥水処理なしの砂：撥水後の砂との混合比が１：３〜１：７の混合比以外の混合比では、排水孔４が一種の圧力制御弁のように機能するといった本発明の効果はなく、適切なのは、撥水処理なしの砂：撥水後の砂との混合比が１：５前後であることがわかった。
【０１０６】
また、上記混合砂が、地下から上昇する塩水を遮断できるかを確かめた。図３７と図３８に実験図とその結果を示す。この実験でも、脚１３７付きの２つの容器１３８のそれぞれに、図７Ｂの実験と同様に、直径約５ｍｍの穴４３０ａを数個明けたアルミニウム板４３０ｂを固定し、そのアルミニウム板４３０ｂの上に、布目０．０１ｍのサイズの不織布４３０ｃを敷く。その不織布４３０ｃの上から、一方の容器１３８では、第１実施形態で示した図７Ｂに記載の、撥水処理をしていない豊浦砂の砂層１３４Ｂを１５ｃｍ入れた土壌構成Ｂと、他方の容器１３８では、撥水処理後の豊浦砂と撥水処理をしていない豊浦砂とを混ぜた混合砂１３３Ｃを５ｃｍ入れた上に、撥水処理していない豊浦砂１３４Ｃを１０ｃｍ入れた土壌構成Ｃとを準備する。前記２つの容器１３８を塩水容器１３９内の、４％の塩水１３５に浸して放置し、土壌構成Ｃ、土壌構成Ｂの撥水していない砂部分の塩分含有率を調べた。混合砂における、撥水処理なしの砂：撥水後の砂との混合比は、１：２．１：３、１：４の場合で実験を行なった。
【０１０７】
４日後の塩分含有率の結果を３１に示す。混合比が１：２の場合は、塩分が僅かに１％混入していたが、１：３、１：４の場合は、塩分が土壌に含まれていなかった。一方、土壌構成Ｂの塩分含有率は約３％であることは、第１実施形態に示した結果と同様であった。
【０１０８】
上記より、保水が可能であり、かつ、塩分上昇を防止できる排水孔を形成するための混合比としては、１：５前後が適切であり、さらに１：３〜１：７の範囲であれば、通常土壌での排水孔と比べて保水でき、かつ塩分上昇を防止できる排水孔が形成できる。塩分上昇防止のみを行いたい場合は、１：２よりも撥水砂の割合が多くなるように両方の土壌を混合させればよい。
【０１０９】
図１３は、第２実施形態における前記混合土壌を用いた人工土壌構造体を形成する手順を示したブロック図である。
【０１１０】
第１実施形態のステップＳ５０と同様に、まず、地表より例えば５５ｃｍ分の土壌を取り除き、取り除いた土壌の中から５ｃｍ分の土壌を撥水処理のために採取する（ステップＳ７０）。
【０１１１】
そして、撥水処理のために採取した土壌に撥水処理を行う（ステップＳ７１）。第２実施形態では、排水孔４を、現地（土壌構造体６を形成すべき場所）の撥水した土壌と撥水していない土壌との混合土壌で作る。このため、前記ステップＳ７０で取り除いた土壌の一部は、混合土壌作成のために、撥水処理せずに残しておく。撥水処理せずに残しておく土壌量は、排水孔４の混合土壌として使用する量である。具体的には、たとえば、第１実施形態の例と同様に、土壌構造体形成領域７として５ｍ四方の正方形の各角と中心点の５箇所に半径１０ｃｍの排水孔４を作る場合には、（１０ｃｍ×１０ｃｍ×π×５）／（５００ｃｍ×５００ｃｍ）≒０．６３％の面積が排水孔４の部分である。さらに混合土壌における撥水していない砂と撥水砂との適切な割合が１：５であるとすると、０．６３％のさらに１／５、つまり、取り除いた土の約０．１２〜０．１３％が、排水孔４に含まれる、撥水していない土壌の割合である。この撥水していない土壌の土量を除いて、残りの土壌に対して撥水処理を行い、撥水土壌（撥水砂）を作る。この際の撥水処理は、第１実施形態に記載した撥水処理と同様に行う。撥水処理を行った後に、前記で撥水処理せずに除いた土を、撥水処理した土と混ぜて、混合土壌を作る（ステップＳ７２）。
【０１１２】
次に、第１実施形態と同様に、排水孔型５を土壌構造体形成領域７内に配置する（ステップＳ７３）。
【０１１３】
次いで、各排水孔型５内に前記の混合土壌を挿入して配置する（ステップＳ７４）。
【０１１４】
次いで、排水孔型５外には、排水孔型５と同じ高さまで、撥水処理を行った砂を配置して遮水層２を形成する（ステップＳ７５）。
【０１１５】
その後、排水孔型５を抜く（ステップＳ７６）。
【０１１６】
その後、排水孔４及び遮水層２の上に、前記掘り起こした土壌を戻して、保水土壌層１を形成する（ステップＳ７７）。
【０１１７】
本土壌構造体形成方法は、第１実施形態に記載した効果に加えて、混合土壌にて排水孔を形成するため、第１実施形態の形成方法では必要であった砂の粒径の篩い分けの必要がなく、決められた混合比で、撥水処理前の土壌と撥水処理後の土壌を混合するのみなので、第１実施形態の手法に比べて、より簡易に土壌構造が形成できる。
【０１１８】
さらに、撥水砂は、そのものが水を弾く性質上、砂に水を加えて締め固めすることが困難であり、締め固めによる形状の維持が難しい。したがって、排水孔のように、撥水砂を貫通する部分を形成するためには、この第２実施形態に記載のように土壌が崩れてしまうのを防ぐための排水孔型が必要であり、その場合、最後に排水孔型を抜く際に、周辺の撥水土壌との境界は崩れてしまう場合がある。しかしながら、本混合砂は、第２実施形態に記載した混合率では、撥水砂同様に締め固めは難しいが、撥水砂よりは形が崩れにくくなるので、排水孔型を抜く際に、周辺の撥水土壌との境界が保ち易く、形成方法が容易になる効果もある。
【０１１９】
（第３実施形態）
排水孔４に水道ができ、水道が切れることなく水が通っている限りは、保水土壌層１に水は留まらず、時間が経つと、いつかは、保水土壌層１の下に水が抜けてしまう。排水孔４を形成している撥水砂層の遮水性を保障して、さらに保水土壌層１に確実に保水状態を作り出すためには、一度できた排水孔４の水道を断つ手段が必要である。
【０１２０】
そこで、本発明の第３実施形態では、図１４に示すように、排水孔４の遮水性を保障するための撥水砂で形成された排水孔４に、通気用パイプ１５ａ、１５ｂを配置し、水道を空気で遮断する工夫を施した人工土壌構造体６Ｃの一例を説明する。ここでは、１１は第１実施形態の保水土壌層１に相当し、１２は第１実施形態の遮水層２に相当し、１３は第１実施形態の土壌層３に相当し、１４は第１実施形態の排水孔４に相当する。
【０１２１】
図１４は、排水孔１４を構成する撥水砂を乾燥させるための通気用パイプ１５ａ、１５ｂを導入した人工土壌構造体６Ｃの図である。第１実施形態で示した土壌構造体６と同様な構造の土壌構造体６Ｃにおいて、外気を排水孔１４に導入するための通気用パイプ１５ａ、１５ｂが、排水孔１４の周囲に、例えば、排水孔１４に関して対向して配置されている。
【０１２２】
通気用パイプ１５ａ、１５ｂの各先端（下端）１５ｃは排水孔４に接触するように配置されており、もう一つの地上側の先端（上端）１５ｄは外気が通るように、人工土壌構造体６Ｃの外の地上に出ている。通気用パイプ１５ａ、１５ｂの地上側の先端１５ｄはそのまま真上に向けられていても良いが、水平方向沿いの空気の流れにより、通気性を向上させるため、図１４に記載のように、地上側の先端１５ｄが、土壌中のパイプよりも９０度曲げられて水平方向沿いに向けられていても良い。通気用パイプ１５ａ、１５ｂの直径寸法は特に条件はないが、排水孔１４と接触している側の先端１５ｃは、遮水層１２の厚さよりも小さい方が効率が良い。一方、地上側の先端１５ｄは、多くの外気を送り込むために、なるべく直径が大きいことが望ましい。例えば、遮水層１２の厚みが５ｃｍの場合には、地上側の先端（図１３の１５ａ−１、１５ｂ−１の円形部分で囲った部分）１５ｄの直径は８ｃｍ、残りの排水孔側の先端１５ｃと遮水層１２に垂直な部分の通気用パイプ１５ａ、１５ｂの直径は２ｃｍでもよい。また、図１４では、通気性を確保するために二つの通気用パイプ１５ａ、１５ｂを左右対称に配置しているが、１本目の通気用パイプは図示のいずれかの通気用パイプのように配置しかつ２本目の通気用パイプを排水孔１４の上面から垂直方向上向きに延びるように配置しても良い。また、通気効率は落ちるが、通気用パイプ１５ａ、１５ｂをどちらか片側一本でも、効果はある。
【０１２３】
図１５Ａ〜図１５Ｊは、図７Ａで示した人工土壌構造体６Ｃの施工手順を図化したものであり、図１６は配置手順フローを示している。土壌構造体形成領域７において、土壌を掘り起こし、土壌を粒径ごとに分類し、粗い土壌と細かい土壌とに対して撥水処理を行う（図１６のステップＳ６０〜ステップＳ６３（それぞれ、図２のステップＳ５０〜ステップＳ５３に相当。））。
【０１２４】
ここまでは、第１実施形態の手順と同様である。但し、通気用パイプ１５ａ、１５ｂを配置する幅が必要なので、通気用パイプ１５ａ、１５ｂの水平部分の長さ分、掘り起こした正方形の土壌構造体形成領域７の地面の四隅より、内側に排水孔１４を配置する。たとえば、通気用パイプ１５ａ、１５ｂの水平部分の長さが１５ｃｍ、排水孔１４の半径が１０ｃｍとすると、四隅の内側２５ｃｍ以上（たとえば３０ｃｍ）の所に排水孔１４の中心が来るように配置しても良い（図１７）。
【０１２５】
次に、土壌構造体形成領域７の四隅の内側及び中心にそれぞれ排水孔型１８を配置する（ステップＳ６４、図１５Ａ及び図１５Ｂ）。
【０１２６】
次いで、配置した各排水孔型１８内に、撥水処理をした粗砂を入れる（ステップＳ６５）。排水孔型１８の仕様は、例えば、第１実施形態の排水孔型５と同様で、円の直径５ｃｍ、高さ５ｃｍのプラスチックで形成された円筒とする。
【０１２７】
次いで、排水孔型１８を配置した後に、排水孔型１８の側面にそれぞれ接するように１つの排水孔型１８に対して２本通気用パイプ１５ａ、１５ｂを配置する（ステップＳ６６、図１５Ｃ及び図１５Ｄ）。このような配置は、１つの排水孔型１８に対して２本の通気用パイプ１５ａ、１５ｂが左右対称になるように配置することと、排水孔型１８を抜いた際に、なるべく排水孔１４内の土壌に、２本の通気用パイプ１５ａ、１５ｂの下端１５ｃが接するように配置したいことから、２本の通気用パイプ１５ａ、１５ｂの下端１５ｃが排水孔型１８を横から押さえ付けるように配置する。この際に通気用パイプ１５ａ、１５ｂの下端１５ｃ内に排水孔１４の中の土が侵入しないように、通気用パイプ１５ａ、１５ｂの下端１５ｃの出口を不織布１７ａ、１７ｂで覆っておく（図１５Ｋ参照）。このようにすれば、図１５Ｌに示すように、例えば、一方の通気用パイプ１５ａの下端１５ｃから、一方の不織布１７ａを通過し、排水孔１４を構成する多数の撥水砂４ａの表面に沿って通過し、他方の不織布１７ｂを通過し、他方の通気用パイプ１５ｂの下端１５ｃ内に入ることにより、撥水砂４ａの水分を奪って乾燥しやすくすることができる。通気用パイプ１５ａ、１５ｂの下端１５ｃの高さは、排水孔１４の側面に接触する位置ならば任意の高さに配置することで、効果は変わらない。次いで、遮水層１２として撥水砂を入れて遮水層１２を形成する。遮水層１２を形成した後は、通気用パイプ１５ａ、１５ｂは撥水砂に埋もれて固定される。このとき、通気用パイプ１５ａ、１５ｂと排水孔型１８との位置を前記した所定の位置に支持できるように、支柱１６ａ、１６ｂを排水孔型１８の周囲に配置して、支柱１６ａ、１６ｂにて、通気用パイプ１５ａ、１５ｂを固定支持する必要がある。このように、通気用パイプ１５ａ、１５ｂを支柱１６ａ、１６ｂで支持しつつ配置した後、撥水処理をした細かい砂にて撥水砂を配置して、遮水層１２を形成する（ステップＳ６７、図１５Ｅ及び図１５Ｆ）。
【０１２８】
その後は、第１実施形態同様に、排水孔型１８を抜き取る（ステップＳ６８、図１５Ｇ及び図１５Ｈ）。
【０１２９】
次いで、撥水土壌（撥水砂）の遮水層１２の上に、現地の土壌を戻して、保水土壌層１１を形成する（ステップＳ６９、図１５Ｉ及び図１５Ｊ）。
【０１３０】
このような第３実施形態の構造によれば、第１実施形態の効果と同様に、遮水層１２が決壊することなく、例えば限界水位１０ｃｍの高さ分の水量が保水土壌層１１で保水でき（図１８Ａ参照）、塩水の上昇も排水孔１４で防止することができる。限界水位１０ｃｍの高さを超える分の水量は、排水孔１４から土壌層１３に抜け落ちる（図１８Ｂの水８０を参照）。さらに、第１実施形態の場合は、排水孔１４の水がいつまでも滞留する場合は、水が保水土壌層１１に溜まらず、保水土壌層１１の下に全て抜けてしまうリスクがある。しかしながら、通気用パイプ１５ａ、１５ｂを配置することにより、排水孔１４が乾燥しやすい状態となり、所定の限定水位、例えば１０ｃｍの高さ分の水量が保水土壌層１１で保水できる時点で排水孔１４が乾燥することになり、安定した保水が可能となる（図１８Ｃ参照）。
【０１３１】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【０１３２】
（第４実施形態）
まず、図２０Ａ〜図２１Ｂとを用いて、本発明の第４実施形態の人工土壌構造体２６の構成を説明する。
【０１３３】
土壌構造体２６は、下層から上に向けて順に、現地（土壌構造体２６を形成すべき場所）の元々の土壌（元土壌という）の土壌層２１と、凹型形状の遮水層２２と、遮水層２２の凹型形状である凹部２２ｃの内部と凹部２２ｃの上に配置された保水土壌層（保水層）２３とが、それぞれ層状に形成されている。
【０１３４】
例えば、土壌層２１と保水土壌層２３とは、それぞれ、例えば平均粒径１００μｍの砂土で形成されており、比較的透水しやすい（透水係数は例えば約１０−２ｃｍ／ｓｅｃ）性質のものとする。これらの土壌は、特に撥水処理はされていない。すなわち、土壌層２３は、撥水処理されずに水を通す砂で構成されているとともに、保水土壌層２３は、遮水層２２上に配置され、撥水処理されずに保水可能な砂で構成されている。
【０１３５】
遮水層２２は、土壌層２１上に配置され、撥水処理された撥水砂で構成されている。例えば、遮水層２２は、前記土壌層２１の砂土を、後に示す製造方法で撥水化した撥水砂、すなわち、多数の疎水性粒子で形成されている。遮水層２２は、例えば四角形の底面である平面部２２ａと、平面部２２ａの全ての周縁より立ち上がった側面部２２ｂとを備えて構成される凹部２２ｃで構成されている。
【０１３６】
保水土壌層２３は、遮水層２２の凹部２２ｃの内部及びそれより上層に配置されている。
【０１３７】
土壌層２１と保水土壌層２３との砂土は、それぞれ、前記に述べたように同じものであるが、地表から与えられた水分は遮水層２２で遮断され、遮水層２２より下層には流れないため、遮水層２２の凹部２２ｃの内部及びそれより上層の保水土壌層２３で水が保持される。従って、遮水層２２の凹部２２ｃの内部及びそれより上層にて水が保管される土壌部分を、ここでは、保水土壌層２３と呼ぶことにする。
【０１３８】
土壌構造体２６を植物育成のための農地として活用する場合は、遮水層２２の水平方向沿いの底面の部分（平面部２２ａ）の地表からの深さを、植物の根よりも深い位置に配置する必要がある。例えば、植物の根の長さが最長５０ｃｍの植物であれば、地表より５０ｃｍ以上の深さに遮水層２２の底面の部分（平面部２２ａ）を設定する。遮水層２２の厚さは、第４実施形態では、例えば５ｃｍの厚さで設定する。
【０１３９】
さらに、遮水層２２の側面部２２ｂの上面から側面部２２ｂを下に貫通するように土壌排水孔２４が撥水機能付き土壌体の一例として設けられ、土壌排水孔２４で保水土壌層２３と土壌層２１とを接続する。土壌排水孔２４は、土壌層２１と保水土壌層２３とにそれぞれ接触している。土壌排水孔２４は、一例として、平面部２２ａが正方形の場合、遮水層２２を形成する正方形の各角と正方形の中心の５箇所に配置している。土壌排水孔２４は、遮水層２２を構成する疎水性粒子の限界水位（水浸入圧）よりも低い限界水位を有する疎水性粒子で構成されている。土壌排水孔２４の上にも一部にもかかるように、保水土壌層２３が配置されている。
【０１４０】
ここで、土壌排水孔２４における水の流れについては、先の実施形態の図１１Ａ〜図１１Ｄと同様である。
【０１４１】
ところで、供給される水量が多すぎると、保水土壌層２３の最も底に当たる遮水層（図２０Ａの点線円で囲った部分２７Ｂ）２２の平面部２２ａが決壊する可能性がある。そのため、遮水層２２の凹部２２ｃの底面部分の平面部２２ａに、撥水砂の限界水位以上の水圧がかからないような工夫が必要である。
【０１４２】
そこで、本発明の第４実施形態では、凹部２２ｃで高低差をもって設計された遮水層２２の最も地表に近い面（図２０Ａの実線円で囲った部分２７Ａ）に、土壌排水孔２４の上端開口を設けることで、必要以上の水が保水された場合には、土壌排水孔２４から水が遮水層２２の下に抜けて、遮水層２２の決壊を防ぐ構造となっている。
【０１４３】
ここで、図２２Ａに示すように、先の説明とは異なり、土壌排水孔２４が疎水性粒子で形成されていない、撥水機能の無い通常土壌で構成される土壌排水孔１２４の場合には、水分１２８は、遮水層２２の内側のみにしか保水できない（図２２Ａ及び図２２Ｂ参照）。この例では、遮水層２２の凹部２２ｃに限定水位２１ｃｍ分の水分１２８を保持可能である。限定水位２１ｃｍ分を越える水分１２８が供給されると、水分１２８は凹部２２ｃから溢れて、土壌排水孔１２４を通って遮水層２２の下層に流れてしまう。また、塩分を含む地下水１２９も、土壌排水孔１２４を通って、保水土壌層２３に侵入する可能性もある（図２２Ｃ参照）。
【０１４４】
これに対して、第４実施形態では、遮水層２２の凹部２２ｃの平面部２２ａと側面部２２ｂの上端面との高低差は、遮水層２２が水圧に耐えうる水浸入圧と撥水機能付き土壌体２４の水浸入圧との差よりも小さく形成するものである。一例として、土壌排水孔２４を、遮水層２２の疎水性粒子よりも限界水位が低い疎水性粒子にて構成する。このように構成することで、遮水層２２に囲まれた保水土壌層２３の土壌部分のみでなく（図２３Ａ参照）、土壌排水孔２４の上部に位置する保水土壌層２３の部分にも、土壌排水孔２４を形成する疎水性粒子の限界水位の高さまでの水分の保水が可能となる（図２３Ｂ参照）。具体的には、例えば、遮水層２２に囲まれた保水土壌層２３の土壌部分のみでは、限界水位１０ｃｍ分の水分のみが保持可能である（図２３Ａ参照）。さらに、凹部２２ｃの上の部分の保水土壌層２３に加えて、土壌排水孔２４の上部に位置する保水土壌層２３の部分（例えば、土壌排水孔２４の真上の部分）にも、土壌排水孔２４を形成する疎水性粒子の例えば限界水位２１ｃｍ分の高さまでの水分２８の保水が可能となる。限界水位２１ｃｍ分を越えで水分２８が供給されると、土壌排水孔２４を通って遮水層２２の下層に水分２８が流れる（図２３Ｃ参照）。土壌排水孔２４の一部が乾くと、再び、限界水位２１ｃｍまで、凹部２２ｃで貯水が可能となる。この結果、遮水層２２の決壊を回避しながら、さらに効率良く保水が可能となる人工土壌構造体２６が実現できる。さらに、塩分を含む地下水は、土壌排水孔２４及び遮水層２２にて遮断されるため、保水土壌層２３に塩水が浸入することを防ぐことも可能となる（図２３Ｄ参照）。
【０１４５】
図２１Ａは、図２０Ａで示した人工土壌構造体２６を上面から見た平面図である。図２１Ｂは、図２０Ｂで示した人工土壌構造体２６の遮水層２２と土壌排水孔２４とを上面から見た平面図である。逆に言えば、図２０Ａは図２１ＡのＩ−Ｉ線断面図であり、図２０Ｂは図２１ＢのＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【０１４６】
例えば、土壌構造体形成領域２７として、５ｍ四方の正方形の地面を保水土壌の人工土壌構造体２６に改良する場合で、遮水層２２を形成する正方形の各角と正方形の中心位置の５箇所に、例えば直径２０ｃｍの土壌排水孔２４をそれぞれ配置する場合を示している。図２０Ａ〜図２１Ｂに示す状況において、正方形の各角と中心位置とに、それぞれ、土壌排水孔２４を配置している遮水層２２が柱のように設計されており、その各柱の中心に、土壌排水孔２４が配置されている。土壌排水孔２４が直径２０ｃｍの場合は、例えば遮水層２２の柱は直径４０ｃｍでもよい。図２０Ａ〜図２１Ｂは、遮水層２２が柱になっている例を示しているが、柱ではなく遮水壁になっていてもよく、その場合は、遮水層２２は、図２１Ａの点線に沿って正方形の各辺及び対角線上に遮水壁がそれぞれ配置されるように設計することができる。
【０１４７】
各柱の高さは、遮水層２２及び土壌排水孔２４を形成する疎水性粒子の限界水位に依存する。例えば、図２４に示した１０ｃｍの限界水位である疎水性粒子（海砂撥水砂）（１）を土壌排水孔２４に使用し、２１ｃｍの限界水位である疎水性粒子（豊浦砂撥水砂）（２）を遮水層２２に使用する場合、土壌排水孔２４の上部の土中は、９ｃｍ以上の水量が供給されると土壌排水孔２４から水が下に抜けるため、最高で９ｃｍの水圧がかかる。一方、遮水層２２の耐水圧は２１ｃｍであるため、遮水層２２の深さいわゆる柱の高さは２１ｃｍ−９ｃｍ＝１２ｃｍ以下に設計する必要がある。
【０１４８】
以下、具体的な構造仕様と施工手段について説明する。
【０１４９】
図２５は、前記の人工土壌構造体２６を構築する手順を示したフローチャートであり、図２０Ａ〜図２１Ｂ及び図２７は、構築される土壌構造体２６の構造図である。
【０１５０】
例えば、土壌構造体形成領域２７として、１辺５ｍの正方形の地面を保水土壌の人工土壌構造体２６に改良する場合で、遮水層２を形成する平面正方形の各角と正方形の中心の５箇所に、例えば直径２０ｃｍの土壌排水孔２４をそれぞれ配置する場合とする（図２０Ａ〜図２１Ｂ参照）。地表より５０ｃｍの深さに遮水層２２を配置する場合は、現地の土壌の地表から遮水層２２までの深さに遮水層２２の厚さｔ（ｃｍ）を加えた深さを目安に土壌を掘り、掘り起こした土壌の一部を、撥水処理をするために採取する（ステップＳ５０）。例えば５ｃｍの厚さの遮水層２２を配置する場合には、５５ｃｍ分を目安に土壌を採取し、その中から遮水層分の砂を撥水処理するために取り分けておく。例えば、土壌排水孔２４は直径２０ｃｍとし、その周りを囲う遮水層２２の柱が直径４０ｃｍだとすると、５ｃｍの底辺分の遮水層分の土壌に加えて、２０ｃｍ×２０ｃｍ×π×５０ｃｍ＝約６３リットルの柱分の土壌を採取する。
【０１５１】
次に、採取した土に対して撥水処理を行う（ステップＳ５１）。撥水処理の手順は図２６に示す。
【０１５２】
まず、撥水処理の対象となる土を乾燥させる（ステップＳ１００）。乾燥は、人工土壌構造体形成領域２７の近くに、乾燥室又は乾燥機を配置して土を乾燥させるか、又は、太陽熱などを利用した自然乾燥が考えられる。
【０１５３】
乾燥させながら、土の水分含有率を測定し、土の水分含有率が例えば０．０１％になるまで乾燥させたら、乾燥を終了する。例えば、乾燥させながら、土の重さを測定し、単位時間当たりの重量変化がみられなくなった段階で、乾燥を終了する。乾燥室又は乾燥機にて乾燥させる場合には、予め容器など重量計ごと乾燥室又は乾燥機に入れ、室内又は機内を高温に保ったまま重量の経時変化を確認しながら乾燥させる。例えば約５０℃に設定した乾燥室又は乾燥機内で、容器に入れた砂をかき回しながら乾燥させ、１時間の重量変化が無くなった段階で乾燥を終了する。自然乾燥の場合は、太陽光で土を乾燥させるが、一部の土をサンプルとして容器に数センチ（例えば３ｃｍ）の高さまで入れ、重量計上に置いて、屋外に放置しておく。１時間あたりの重量変化が無くなった段階で表面近傍の３ｃｍ分の土の乾燥が完了したとみなし、乾燥した土を採取した後、その下層にある土を同様の手段で自然乾燥させる。
【０１５４】
次に、乾燥させた土を表面処理剤溶液に浸す（ステップＳ１０１）。表面処理剤溶液としては、例えばフッ素系溶媒もしくは炭化水素系溶媒を用いる。撹拌せずに静止して浸ける場合は、約１日浸けたまま放置した後、溶液を濾過する（ステップＳ１０２）。
【０１５５】
濾過後、土を表面処理剤洗浄剤にて洗浄する（ステップＳ１０３）。たとえば、表面処理剤がフッ素系の場合は、フロリナート又はノベックなどのフッ素系溶媒を洗浄液として用いる。また、表面処理剤が炭化水素系の場合は、ヘキサン又はヘキサデカンとクロロホルムの混合液を洗浄液として用いてもよい。洗浄した後の土の一部を取り出し、洗浄剤を弾いていることが観察できれば上記処理は終わるが、まだ土表面に洗浄剤の濡れが観察された場合は、洗浄剤が弾いていることを確認できるまで、濾過と洗浄とを繰り返す（ステップＳ１０４）。
【０１５６】
土表面が洗浄剤を弾いていることを確認できたら、土の乾燥を行ない（ステップＳ１０５）乾燥したところで、撥水処理が終わる。
【０１５７】
本撥水処理は、土を薄い膜で覆うことになるため、従来の土の大きさ又は形又は色を損なうことなく土を撥水化できる。さらに、物理的に撥水剤を塗布する撥水処理ではないため、撥水コーティングが、こそぎとられたりすることのない頑健な撥水処理である。
【０１５８】
次に、撥水化した土壌を篩にかけ、土壌を粒径ごとに分類する（ステップＳ５２）。図２４で分析したように、撥水砂の耐水圧性は粒径の大きさに依存しており、粒径が大きくなるほど限界水位が低くなる傾向にある。したがって、水圧が多くかかる遮水層２２ほど小さい粒径の撥水土壌を用いるのが良い。
【０１５９】
図２７は、図２０Ａ〜図２１Ｂの遮水層２２と分類させた土壌の使用位置との関係の一例を示している。ここでは、例えば、撥水化した土を、粗い、普通、細かい、という３つの土壌に分類し、分類された土壌の中で、粗い土壌は土壌排水孔２４に使用し、普通の粗さの土壌は土壌排水孔２４を囲う遮水層２２の側面部２２ｂのうちの上半分２２ｄと２２ｄに使用し、細かい土壌は土壌排水孔２４を囲う遮水層２２の側面部２２ｂのうちの下半分と底面２２ｅに使用しても良い。
【０１６０】
次に、これらの撥水土壌を用いて、人工土壌構造体２６を施工する。また、図２８Ａから図２８Ｅは、図２７の人工土壌構造体２６の施工手順を図式化したものである。
【０１６１】
まず、土壌排水孔２４及びそれを囲う疎水性粒子で構成される遮水層２２の柱を配置するために、各々の型となる円筒型１３０ａ，１３０ｂ（代表例として説明するときは、参照符号１３０で示す。）をそれぞれ配置する。図２９に各々の型となる大小２つの円筒型１３０ａ，１３０ｂを重ねた図を示す。内側の直径２０ｃｍの円筒型１３０ｂの内側の貫通穴１３０ｄが土壌排水孔２４となる部分であり、外側の円筒型１３０ａと内側の円筒型１３０ｂとの間の貫通した円環溝１３０ｃは遮水層２２となる部分である。円筒の筒の厚さは、薄ければ薄いほど、型を抜いた後の隙間が薄くなるので好都合であり、例えば、折り曲げて円筒を形成できる薄さとして１ｍｍの厚さでも良い。前記粒径の分類で、粗い撥水土壌の特性が、図２４に示す疎水性粒子（１）の特性であり、細かい撥水土壌の特性が、疎水性粒子（２）の特性である場合には、土壌排水孔２４の高さは、先に述べたように１０ｃｍ以下であることが望ましく、ここでは１０ｃｍとする。従って、排水孔型としての内側円筒型１３０ｂは、直径２０ｃｍ、高さ１０ｃｍの円筒である。またその周りの遮水層柱の型としての外側円筒型１３０ａは、直径４０ｃｍ、高さ１０ｃｍの筒１３０ａである。材質は問わないが、例えばプラスチックで製造したものでもよい。排水孔型１３０ｂを遮水柱型１３０ａの内側になるように、図２１Ａの土壌排水孔２４及び遮水層２２の柱の位置にそれぞれの円筒型１３０ｂ，１３０ａを配置する（ステップＳ５３）（図２８Ａ）。
【０１６２】
次に、底面（平面部２２ａ）の遮水層２２を細かい撥水土壌を用いて５ｃｍの高さに施工し、その後、前記の２つの円筒型１３０ｂ，１３０ａの最も内側の円筒型１３０ｂの貫通穴１３０ｄ内に、土壌排水孔２４となる粗い撥水土壌を１０ｃｍの高さまで詰める（ステップＳ５４）（図２８Ｂ）。
【０１６３】
さらに、土壌排水孔２４の内側円筒型１３０ｂと遮水層柱の外側円筒型１３０ａの間の円環溝１３０ｃの下半分、例えば５ｃｍの高さまで、底面（平面部２２ａ）の遮水層２２に用いた撥水土壌と同じ細かい撥水土壌を詰める。次いで、その上の円環溝１３０ｃの残り５ｃｍに普通の粗さの撥水土壌を詰めて、両円筒型１３０ｂ，１３０ａ間の円環溝１３０ｃを上まで撥水土壌を詰めた状態にする（ステップＳ５５）（図２８Ｃ）。この結果、遮水層２２が形成される。
【０１６４】
その後、円筒型１３０ｂ，１３０ａ以外の残りの空間に、元の土壌を１０ｃｍの高さにまで戻す（Ｓ５６）（図２８Ｄ）。この部分が、保水土壌層２３の一部となる部分である。
【０１６５】
その後、土壌排水孔２４及び遮水層２２の柱用の円筒型１３０ｂ，１３０ａを上方に抜き取る（ステップＳ５７）。
【０１６６】
その後、上から、さらに元の土壌を戻して、保水土壌層２３を完成させる（ステップＳ５８）（図２８Ｅ）。
【０１６７】
第４実施形態によれば、降雨量の少ない時期に水分をなるべく保持し、降雨量の多い時期には、必要以上の水分を放出できる土壌構造体２６であり、しかも、常に塩水の上昇を防ぐことが可能な土壌構造体２６を形成するために、地表から所定深さの土壌中に設けられた遮水層２２を、平面部２２ａと側面部２２ｂとを備えた凹部２２ｃの形状に構成し、さらに、遮水層２２の側面部２２ｂの上面から下に貫通するよう土壌排水孔２４を設けている。これにより、降雨量の少ない際には、凹部２２ｃの遮水層２２の内側に水分が保水されて遮水層２２の下層に流れてしまうことはないが、降雨量の多い場合には、遮水層２２の側面２２ｂの上部から土壌排水孔２４により水を遮水層２２の下層に運ぶことで、遮水層２２の決壊を防止することができる。また、排水孔２４自体を疎水性粒子で構成するため、遮水層２２の下層から塩水が上昇し、遮水層２２の凹部２２ｃの内側に保水された水を塩水化してしまうことも防ぐことができる。
【０１６８】
加えて、凹部２２ｃに形成されている遮水層２２の深さが深い部分（例えば、平面部２２ａ）に、遮水層２２の深さが浅い部分（例えば、側面部２２ｂの上部）よりも限界水位が高い疎水性粒子を用い、土壌排水孔２４には、遮水層２２の深さが深い部分及び遮水層２２の深さが浅い部分よりも、限界水位の低い疎水性粒子を用いている。この結果、遮水層２２の決壊の危険性を軽減することができる。
【０１６９】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態の人工土壌構造体２６は、遮水層２２の構造のみが第４実施形態の人工土壌構造体２６と異なる。
【０１７０】
本第４実施形態では、遮水層２２を施工したが、図３０に示すように、遮水層２２の凹部２２ｃの底面を高さの異なる階段状に形成される遮水層２２Ａに施工してもよい。例えば、遮水層２２Ａの凹部２２ｃの底面の中央付近では、最も低い中央底面部２２ｇで構成し、中央底面部２２ｇの周囲に、中央底面部２２ｇよりも高くかつ枠状平面形状を有する（例えば図２１Ａの例では四角枠状）中間底面部２２ｈで構成し、中間底面部２２ｈの周囲に、中間底面部２２ｈよりも高く土壌排水孔２４と同じ高さでかつ枠状平面形状を有する（例えば図２１Ａの例では四角枠状）外側底面部２２ｉで構成している。
【０１７１】
このように構成すれば、凹部２２ｃの上端面の高さが同じであれば、第４実施形態の図２０Ａにある凹部２２ｃの場合と比較して保水土壌層２３の体積は小さくなり、一度に確保できる水量は少なくなる。しかしながら、最も水圧のかかる部分が、階段の最も高さの低い部分の限られた場所になるため、この僅かの部分に集中して決壊対策を行うか又はメンテナンスを行うことで、より安定した保水土壌層２３を確保することができる。ここでの決壊対策とは、例えば、粒径の最も細かい撥水土壌を、一部の深い部分に集中して使用すること、などの対策である。また、決壊箇所は、一部の深い部分に集中する傾向が強いため、決壊箇所を特定しやすくなるといった効果もある。
【０１７２】
また、この階段数を増やすと、ほとんど図３１に示すような、凹部２２ｃの底面が階段状の形状の遮水層２２Ｂにもなり、より増やすと図３２に示す、凹部２２ｃの底面がＶ字型に近い斜面形状の遮水層２２Ｃになる。
【０１７３】
図３１に示した階段状にする場合は、凹部２２ｃの上端面の高さが同じであれば、第４実施形態の図２０Ａにある凹部２２ｃの場合と比較して保水土壌層２３の体積は小さくなり、一度に確保できる水量は少なくなる。しかしながら、最も水圧のかかる部分が、図３１の場合は階段の最も高さの低い部分の限られた場所になるため、この僅かの部分に集中して決壊対策を行うか又はメンテナンスを行うことで、より安定した保水土壌層２３を確保することができる。ここでの決壊対策とは、例えば、粒径の最も細かい撥水土壌を、一部の深い部分に集中して使用すること、などの対策である。また、決壊箇所は、一部の深い部分に集中する傾向が強いため、決壊箇所を特定しやすくなるといった効果もある。
【０１７４】
図３２に示したＶ字型にする場合も同様に、凹部２２ｃの上端面の高さが同じであれば、第４実施形態の図２０Ａにある凹部２２ｃの場合と比較して保水土壌層２３の体積は小さくなり、一度に確保できる水量は少なくなる。しかしながら、最も水圧のかかる部分が、Ｖ字の谷間部分の限られた場所になる。このため、この僅かの部分に集中して決壊対策を行うか又はメンテナンスを行うことで、より安定した保水土壌層２３を確保することができる。ここでの決壊対策とは、例えば、図３４に示すように、粒径の最も細かい撥水土壌を、上記Ｖ字の谷間部分（図３４の２２ｑのハッチングが周囲と異なる箇所）に集中して使用すること、などの対策である。また、決壊箇所は、Ｖ字谷間部分（図３４の２２ｑ）に集中する傾向が強いため、決壊箇所を特定しやすくなるといった効果もある。なお、２２ｐは中間底面部である。Ｖ字谷間部分（図３４の２２ｑ）の高さは、一例として、遮水層２２の半分程度の高さとする。
【０１７５】
図３２のＶ字型に施工は、排水孔２４を設置するところを頂点に、その真上から撥水土壌を落とすと、自然に排水孔の位置を頂点とした山型に撥水土壌が形成される施工方法をとることが可能で、簡易な施工が可能である。斜面の角度などの調整が自然任せである欠点もある。
【０１７６】
一方、図３１の階段状の場合は、図３３に工法図を記載し後に工法を説明しているが、上記Ｖ字型に比して施工に手間がかかるが、確実に所望の幅や高さに施工することが可能となる。
【０１７７】
以下、本発明の第５実施形態にかかる人口土壌構造体２６Ｂでは、図３０に示すように、凹部２２ｃの底面が階段状の遮水層２２Ａに施工する場合を説明する。
【０１７８】
図２４では、１００μｍ〜１２０μｍの幅があり平均１０５μｍの均一した粒径の疎水性粒子（ガラスビーズ）（３）を用いた場合、１００μｍ〜４００μｍの幅があり平均１５０μｍの粒径の疎水性粒子（豊浦砂撥水砂）（２）を用いるよりも、さらに耐水圧性が８ｃｍ上がっている。従って、疎水性粒子（２）の中から、疎水性粒子（３）の粒径に相当する粒径の粒子の一部を抽出し、抽出した疎水性粒子を、図３０に示した、最も深い部分の中央底面部２２ｇに用いる。さらに、中間底面部２２ｈには疎水性粒子（２）を用い、土壌排水孔２４に疎水性粒子（１）を用いる。このように構成することで、本第４実施形態に示した図２０Ａの人工土壌構造体２６に比べて、遮水層２２Ａの中央底面部２２ｇにさらに８ｃｍ上乗せした高さのある土壌を構成できる。
【０１７９】
そのために、第４実施形態と同様に採取した土に対して撥水処理を行い、撥水化した土壌を篩にかけ、撥水化した土を、粗い、普通、細かい、という３つの土に分類する。分類された土壌の中は、粗い土壌は土壌排水孔２４に用いる。最も細かい土壌は、最も深い部分である遮水層２２Ａの中央底面部２２ｇに使用し、普通の粗さの土は、土壌排水孔２４の周りの外側底面部２２ｉと、その内側の中間底面部２２ｈとにそれぞれ用いる。
【０１８０】
図３３Ａ〜図３３Ｆに、図３１の人工土壌構造体における遮水層２２Ａの施工方法を図式化して説明する。
【０１８１】
例えば、土壌排水孔２４に疎水性粒子（１）の海砂撥水砂と同様の粒径分布を示す土壌を用いる。また、最も深い部分である遮水層２２Ａの中央底面部２２ｇに疎水性粒子（３）と同様の粒径分布を示す土壌を用いる。そして、その他の遮水層２２Ａの外側底面部２２ｉと、その内側の中間底面部２２ｈに疎水性粒子（２）と同様の粒径分布を示す土壌をそれぞれ用いる。このような場合は、図２４の限界水位を考慮すると、図３０の最も深い凹部分（遮水層２２Ａの中央底面部２２ｇ）の遮水層２２Ａの凹部２２ｃの上端開口からの高さは８ｃｍとし、凹部２２ｃの上端面から土壌排水孔２４の上面までの高さは１１ｃｍにすると、遮水層２２Ａを構成する各階段部分、すなわち、中央底面部２２ｇと中間底面部２２ｈと外側底面部２２ｉとは決壊せず、しかも、最も多く保水できる設計となる。
【０１８２】
施工手順は、まずは、例えば、第４実施形態に使用した図２８Ａの土壌排水孔型１３０ｂと、土壌排水孔型１３０ｂと同じ材質で作られた高さ８ｃｍの円筒型１３０ｅとを、土壌排水孔２４に相当する位置と中央底面部２２ｇに相当する位置とにそれぞれ配置する（直径は例えば４０ｃｍとする）（図３３Ａ）。
【０１８３】
次に、土壌排水孔２４に相当する図２９の排水孔型の内側の円筒型１３０ｂの中には、最も粗い撥水土を入れるとともに、中央の円筒型１３０ｅには、最も細かい撥水土を入れる（図３３Ｂ）。中央底面部２２ｇに相当する位置に配置された中央の円筒型１３０ｅ内に入れられた最も細かい撥水土により、中央底面部２２ｇが形成される。
【０１８４】
次に、中央底面部２２ｇに相当する位置に配置された円筒型１３０ｅの高さと同じ高さまで、普通の粗さの撥水砂を、残りの部分に入れるとともに、排水孔型の外側の円筒型１３０ａにも同じ普通の粗さの撥水砂を入れる。その後、中央底面部２２ｇに相当する位置に配置された円筒型１３０ｅを取り除く（図３３Ｃ）。排水孔型の外側の円筒型１３０ａに入れられた普通の粗さの撥水砂により、外側底面部２２ｉが形成される。
【０１８５】
次に、前記円筒型１３０ｅの底面と同じ形状及び面積の底面を有しかつ高さが１１ｃｍの別の円筒型１３０ｆを、中央底面部２２ｇに相当する位置の最も細かい撥水土の上に配置する（図３３Ｄ）。そして、その円筒型１３０ｆの中に、撥水していない、元の土壌を入れる。それ以外の部分は、普通の粗さの撥水砂を、円筒型１３０ｆと同じ高さまで入れ、最後に円筒型１３０ｆを抜く（図３３Ｅ）。円筒型１３０ｆと外側の円筒型１３０ａとの間の部分に入れられた普通の粗さの撥水砂により、中間底面部２２ｈを形成する。
【０１８６】
次に、土壌排水孔２４と同じ高さまで、撥水していない元の土壌を配置して、保水土壌層２３の形成を完了し、最後に土壌排水孔型である外側の円筒型１３０ａと内側の円筒型１３０ｂとを抜く。
【０１８７】
この工程を繰り返すことで、段数の多い遮水層２２Ａ，２２Ｂ又は斜面状の遮水層２２Ｃを形成しても良い。
【０１８８】
又は、上から土壌を自然に山型になるように入れることで、図３２に示した斜面状の遮水層２２Ｃを形成しても良い。
【０１８９】
また、本第４実施形態及び第５実施形態では、現地（土壌構造体２６を形成すべき場所）の土壌を撥水処理することで遮水層２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに用いる例を示したが、予め準備しておいた疎水性粒子を持ち込んで施工しても良い。この際の疎水性粒子は別途の土壌を用いても良いが、例えばガラスビーズなどの人工物に撥水処理したものでも良い。
【０１９０】
また、粒径の異なる複数種類の疎水性粒子を準備しておき、本第４実施形態、第５実施形態に示したものと同様に、土壌排水孔２４及び遮水層２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに各大きさの粒子を用いて、図２０Ａ及び図３０に記載の土壌構造体２６Ａを構築するようにしてもよい。現地土壌を用いることに比べて、疎水性粒子を現地まで運搬する手間などがかかるが、一方で、現地土壌の特性にて撥水効果が左右されることがなく、安定した性能を保証する土壌構造が可能となること、及び、現地で粒径などを分類する手間が省けるといった効果がある。
【０１９１】
また、土壌排水孔２４の配置又は大きさは、保水土壌層２３で溜める水の量、又は、土壌排水孔２４により排水したい速度若しくは量に応じて、適宜決める。土壌排水孔２４を複数個配置する場合も、土壌排水孔２４の大きさは同一ではなく、異なる大きさにしてもよい。例えば、排水性を良くしたい部分７０には、土壌排水孔２４の大きさを他の部分の土壌排水孔２４の大きさよりも大きくしたり、土壌排水孔２４の配置密度を他の部分の土壌排水孔２４の配置密度よりも密にしたり、土壌排水孔２４の高さを他の部分の土壌排水孔２４の高さよりも低くして、排水速度を調整するようにしてもよい（図３４参照）。具体的には、立地条件（例えば、その付近だけ、周りから水が流れ込み易く、水が溜まり易い、あるいは、水が流れ込みにくく、水の溜まる速度が遅いなど）により、部分的に排水速度を調整したい場合は、その付近の土壌排水孔２４の高さを調整するようにすればよい。図３４には、参照符号７０で囲った部分の排水を良くしたい場合を示す。例えば、水が溜まり易く、その付近の遮水層２２の決壊の危険が高い場合には、参照符号７０で囲った部分のように、土壌排水孔２４の高さを、他の部分の土壌排水孔２４の高さよりも低くすることにより、他の部分よりも、参照符号７０で囲った部分の土壌排水孔２４から水分が下層に抜け始めることが可能となる。よって、高さの低い土壌排水孔２４の周辺は、相対的に水が抜ける速度が早いため、限界水圧ぎりぎりまで水が溜まることがなく、決壊の危険が回避できる。また、水量の調節が、土壌排水孔２４の高さを調整するだけでできるため、修正施工が容易である。
【０１９２】
なお、前記各実施形態及び変形例において、土壌層は、水を通過させる層であれば良い。土壌層は、例えば、複数の礫で構成された礫層、又は高分子の粒子で構成された層を含むものである。
【０１９３】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９４】
本発明にかかる人工土壌構造体及びその形成方法は、水分が不足している土壌を、安価に簡単に保水土壌に改良することができる。したがって、本発明にかかる人工土壌構造体及びその形成方法は、保水土壌層である必要のある農地、又は、灌漑など水を確保する目的の設備であるダム（土中ダムを含む）、又は、水路、又は、ため池などの土壌に有用である。【０１９５】
本発明は、添付図面を参照しながら実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１５Ｈ】
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【図１５Ｉ】
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【図１５Ｊ】
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【図１５Ｋ】
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【図１５Ｌ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２８Ｅ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３３Ｃ】
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【図３３Ｄ】
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【図３３Ｅ】
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【図３３Ｆ】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【国際調査報告】
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