第64回(2020年度)

北海道開発技術研究発表会論文

泥炭地域における環境に配慮した暗渠排水工－暗渠疎水材に用いる石灰石の除鉄効果検証（第2報）－
留萌開発建設部天塩地域農業開発事業所○蒔田 浩二佐藤 尚人
小柳 大介

国営総合農地防災事業「産士地区」では、農地の機能回復を行う暗渠排水工において天塩川下流域の水質環境に配慮し、泥炭土からの鉄分流出を抑制するために暗渠排水疎水材に石灰石を利用している。本報では石灰石の除鉄効果、投入量の妥当性を検証するために実施している効果検証調査について続報として報告する。
キーワード：暗渠排水、疎水材、水質

1. はじめに

2. 地域の現況・課題

国営総合農地防災事業「産士地区」は、北海道天塩郡天塩町に位置し、一級河川天塩川下流域に拓けた、酪農及び肉用牛経営が展開されている農業地帯である。本地区は国営開墾建設事業ウブシ地区（Ｓ27～Ｓ45）等により農用地が整備されたが、泥炭土に起因した地盤沈下による農地の過湿被害や農業用排水路の排水能力の不足が生じていることから、国営総合農地防災事業により、農業生産性の維持及び農業経営の安定を図ることを目的として、平成27年度より着手している（図-1、表-1）。

本地区の流出河川である一級河川天塩川では、河口部でヤマトシジミが漁獲されており、天塩町の重要な水産資源となっている。しかしながら、以前より貝殻に赤褐色の泥状物質（赤サビ）が付着したシジミが多く確認され、商品価値の低下が問題視されている。その要因の一つとして、泥炭地から供給される鉄分（溶解性二価鉄, Fe2+）の影響が考えられている1)。
泥炭や営農の有無に関わらず、自然状態の河川水には一定量の鉄分が含まれているが、既往の研究より泥炭地の地下水は鉄分の含有量が高い傾向にあると報告されている2)。本事業においても、暗渠排水を整備することで、泥炭地からの排水が促進され、地区内から天塩川へ流出する鉄分の増加が懸念されることから、鉄分流出を抑制する対策の検討が必要とされている。地区の暗渠排水の整備にあたっては、平成27年度に地元漁業者との協議において、工事実施に伴う水質汚濁防止対策として、暗渠排水の疎水材である切込砕石に加えて、溶解性二価鉄の除去に一定の効果が認められている石灰石を疎水材として使用することとなった。
本地区における暗渠排水は、平成28年度から実施しており、令和２年度迄に1,251haを整備している。疎水材として使用する石灰石厚さについては、近傍地区の施工実績を踏襲し20cmを採用しているところであるが、石灰石の使用における除鉄効果、石灰石投入量の妥当性については検証されていない状況である。
以上から、本報では平成30年度～令和２年度の３ヶ年で地区内で実施した石灰石の除鉄効果、投入量の地理院地図

図-1 産士地区位置図
事業名
受益面積
主要工事

表-1 産士地区の概要
国営総合農地防災事業 産士地区
2,289ha
農地防災（排水路改修） 12条 15.7km
農地保全（暗渠排水 2,289ha、整地 430ha）

MAKITA Kouji, SATO Naoto, KOYANAGI Daisuke－ 250 －妥当性検証調査（以下、「効果検証調査」）について報告するものである。

水素イオン濃度(pH)
溶存酸素量(DO)

3. 検証方法

流(1) 調査ほ場の設定条件
効果検証調査においては、ほ場条件を考慮し、東西に河川が存在し、周辺環境が一定に保たれている
２ほ場 （①174耕区、②469耕区）を選定した（表-2、表-3、表-4、図-3、図-8）。
表-2 試験ほ場の設定条件
条件

設定条件

備考

泥炭土が均一に分布するほ場
暗渠内の排水滞留時間を揃える
2)地形ため比較的平坦なほ場
短 排水滞留時間を確保するため、辺 できるだけ長く確保可能なほ場
3)辺長長 試験施工断面数を 40 程度、か辺 ら、500m程度確保可能なほ場
4)ほ場形状
歪な形状でない長方形型のほ場
水源、畜舎等の環境の変動要因
5)位置条件となりうる施設がないほ場
複数年、試験ほ場として借用可
6)営農条件能なほ場
1)土壌条件

暗渠配線が短辺方向に直抜
きと想定量

石灰石溶出時の水素イオン濃度把握のため実施する。
水中の溶存酸素量把握のため実施する。
負荷量の把握のため実施する。

(3) 試験区の設定
試験区は、石灰石の投入厚さを変えて設定した。
近傍地区の施工実績として石灰石厚さ20cm（断面①、図-2、図-4）、石灰石厚さ15cm（断面②、図-5）、最小厚さとして暗渠管φ60mm＋40mmで石灰石厚さ10cm（断面③、図-6）の3パターンを設定した。対照区の疎水材は切込砕石のみ（断面④、図-7）とした。
試験区と対照区はデータ精度を高めるためそれぞれ2反復設定し、暗渠埋設深1.0m、渠間は10mとした。試験ほ場内の各試験区の配置は、隣接する暗渠管3本1組で1試験区とし、隣接する試験区との間には、緩衝帯（対照区と同断面の暗渠2本）を配置、試験区同士の影響の最小化を図った。さらに、試験ほ場の長辺方向の両端に対照区を設置した（表-6、図-8）。

表-3 試験ほ場①（174 耕区）の概要

ほ場面積
長辺長・短辺長
土性5.28 ha
546.7 m・ 96.6 m
中位泥炭（地区概要による）図-2 暗渠排水工 断面図(石灰石厚 20cm)

表-4 試験ほ場②（469 耕区）の概要

ほ場面積
長辺長・短辺長土性

表-6 試験区の設定

3.67 ha511.5 m・ 78.0 m
中位･高位泥炭（地区概要による）(2) 調査項目の検討
水質調査・流量観測
水質調査は、石灰石疎水材の除鉄効果を検証するため、赤サビの発生原因として考えられている鉄分(全鉄、溶解性鉄、溶解性二価鉄)を測定した。鉄分のほか、石灰石の消耗、耐久年数推定の指標としてカルシウム濃度を測定した。あわせて、状況把握としてpH、DO、負荷量を把握するため、採水時の流量を測定した。（表-5）

埋渠

設

深間

断面形状・疎水材
厚平均 1.0m（最小 0.7 m 最大 1.5m）
渠間 10m
矩形型（底幅 0.15m）
石灰石厚 t=20cm、15cm、10cm、0cm（対照区及び緩衝帯）

平 面 計 画

条件毎に暗渠管3本1組の試験区を設定
各試験区は同一断面のものを2反復設置
各試験区の間に、緩衝帯を設置

石灰石材質

5～20mm級（石灰含有量 CaO53%以上）

表-5 水質分析項目

分
全溶

析解項

目性

鉄鉄

溶 解 性 二 価 鉄
カルシウム濃度(Ca)目

的疎水材の除鉄効果検証のため実施する。
石灰石の消耗度合い、耐久年数推定、アルカリ分の判定のため実施する。

図-3 試験ほ場位置図

MAKITA Kouji, SATO Naoto, KOYANAGI Daisuke－ 251 －

断面②(試験区②)

断面①(試験区①)

図-5 試験区②（石灰石厚15cm）の断面図

図-4 試験区①（石灰石厚20cm） 断面図
断面③(試験区③)

断面④(対照区・緩衝帯)

図-6 試験区③（石灰石厚 10cm）の断面図

図-7 試験区④（切込砕石のみ）の断面図

図-8 試験ほ場 暗渠配線図(4) 調査数量(5) 調査時期および回数の設定

試験ほ場における調査数量は、174耕区では暗渠38

各調査時期は営農・工事実施時期と併せて6月～10箇所、469耕区では暗渠40箇所にて水質調査、流量観測を実施した。（表-7）月とし、採水は暗渠排水の流量確保のため降雨後1日

表-7 調査場所別調査数量

水質・流量
試 174 耕区
験ほ469 耕区
場

暗渠 38 箇所
暗渠 40 箇所

調査年度～3日を基本とした。回数は、174耕区では平成30年度3回、令和元年度4回の計7回、469耕区では令和元年度
4回、令和2年度4回の計8回とした。（表-8、表-9）
表-8 調査実施日（174 耕区）

H30・R1
H30

R1・R2
R1

MAKITA Kouji, SATO Naoto, KOYANAGI Daisuke－ 252 －

第 1回
7 月 30日
第 4回
6 月 6日

第 2回
8 月 17日
第 5回
7 月 11日

第 3回
9月 5日
第 6回
8 月 19日

第 7回
9 月 9日表-9 調査実施日（469 耕区）
R1
R2

第 1回
7 月 25日
第 5回
6 月 16日

第 2回
8 月 21日
第 6回
7 月 29 日

第 3回
9 月 28 日
第 7回
8 月 9日

第 4回
10月 16 日
第 8回
9 月 25日

4. 調査結果(1) 効果検証調査について
a) カルシウムイオンの調査結果
図-7より対照区（切込砕石のみ）と各試験区での値

図-11 (参考)溶解性二価鉄分析結果(469耕区のみ)に明瞭な差が見られ、試験区毎（①石灰石厚20cm、②石灰石厚15cm、③石灰石厚10cm）ではほぼ同等の値であった。以上から、切込砕石と比べ、石灰石の方がアルカリ供給材としての効果が発揮されていることが確認された。（図-9）120
100Ca2+[mg/L]

806040

図-12 溶解性二価鉄分析結果（174耕区＋469耕区）

200

対照区
(石灰石厚0cm)

試験区①(石灰石厚20cm)

試験区②(石灰石厚15cm)

試験区③(石灰石厚10cm)

54909196

H30～R2_平均値(2) 効果の持続性の検証
対照区及び各試験区の疎水材がアルカリ供給材として効果を持続できる年数を、実測した流量及びカ

図-9 カルシウムイオン分析結果(174耕区＋469耕区)

ルシウム濃度等から試算した。
各暗渠の疎水材に含まれるカルシウムの全てが溶b) 溶解性二価鉄の調査結果
カルシウムイオンの値と同様に、対照区（切込砕石のみ）と各試験区で明瞭な差が見られ、試験区毎（①石灰石厚20cm、②石灰石厚15cm、③石灰石厚10cm）の平均値は図-12より試験区①（石灰石厚出するには計算上、試験区①（石灰石厚20cm）で80年、試験区②（石灰石厚15cm）で57年、試験区③（石灰石厚10cm）で30年、対照区（切込砕石のみ）で6年という結果となった（表-10）。

20cm）が最も低い結果となり、対照区（切込砕石の表-10 効果持続期間算出結果み）の値を基準値としたとき、試験区①（石灰石厚20cm）と試験区②（石灰石厚15cm）では約４割の減少、試験区③（石灰石厚10cm）では約３割の減少が確認できた。
このことから、疎水材に石灰石を使用することで除鉄効果が発揮されたものと推測される。（図-10、図-11、図-12）

試験区名

石灰石厚効果持続期間

判定

対照区0cm

6年

OUT

試験区①10 cm

30年

OK

試験区②15 cm

57年

OK

試験区③20 cm

80年

OK(3) 考察
調査結果より、疎水材に石灰石を使用することで泥炭性土壌から排出される鉄分（赤さび）が溶解性二価鉄の値から低減（31～44%）することが確認できた。また、カルシウム濃度の結果から、最も層厚が薄い試験区③（石灰石厚10cm）の場合でも30年程度
図-10 (参考)溶解性二価鉄分析結果(174耕区のみ)の効果持続期間が保持できることが推定できた。

MAKITA Kouji, SATO Naoto, KOYANAGI Daisuke－ 253 －

5. おわりに暗渠排水の疎水材に使用している石灰石の除鉄効
果及び投入量の妥当性の検証するために３ヶ年調査を実施してきたが、石灰石を使用することによる溶解性二価鉄の流出抑制が確認でき、除鉄（赤さび）効果が期待できる。今後はその効果の持続期間や、本地区の施工で使用している暗渠管高速自動埋設機を使用しての疎水材投入における施工性等を次年度以降の暗渠排水工事で検証していきたいと考えている。

参考文献
1) 成田正直,2004,赤サビシジミの話,北水試だより 662) 谷昌幸,近藤練三,筒木潔,2001,泥炭地水中の溶存有機物と溶存鉄との相互作用, 日本土壌肥料学雑誌 72(3),348-356

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