畑地帯における地下探査技術を活用した区画整理の設計～草地整備の障害物除去・畑地帯の区画整理への応用～
北海道十勝総合振興局産業振興部北部耕地出張所○山村航也

北海道上川総合振興局産業振興部南部耕地出張所

長瀬大児（一財）北海道農業近代化技術研究センター
応用地質株式会社

南部雄二・赤塚脩介
増田博昭・中島睦1. はじめに①新田地区
士幌町の西部地域の東ヌプカウシヌプ

草地整備（公共牧場）
新田地区

リ山から続く丘陵エリアの草地には、火山角礫層が分布している。
草地整備の対象となる「新田地区」（新田牧場）は、昭和 29 年に公共牧場として開設され、国営草地開発事業等の草地造成工事により障害礫を排礫し、その後は直播蹄耕法による放牧地整備が行われてきた。

畑総（支援 単独土層改良）
士幌北部地区

しかし、放牧および採草として利用している草地の大部分において火山角礫図-1

調査実施地区の位置（巨礫）が圃場表面に露頭・点在しており（写真-1）、採草作業の障害となっている。
そのため、効率的な採草作業等の実現を目的とする草地整備改良事業の実施段階では、広範囲にわたる礫の分布状況を的確に把握したうえで、障害物除去

写 真-1

草地内に点在する巨礫工法を検討する必要があった。
そこで、地下探査技術の活用により、広範囲な礫分布状況を効率的に把握して、含礫状態に応じた効果的・経済的な障害物除去工法を検討した。
②士幌北部地区
畑地整備の対象となる「士幌北部地区」をはじめ十勝川支流の音更川の沖積地に分布する畑地では石礫区域が多く点在し、また不規則な起伏による窪地が存在しており、農作業および作物生育の障害となっている。
これまでに石礫除去（除礫）を実施しているが、除礫区域（施工区域）は受益農家への聞き取りと圃場内の代表地点での含礫調査等に決定されてきた。
しかし、実際の礫の分布範囲は不均一であるため、従来の含礫調査よりも効率的に石礫分布状況を把握し、除礫区域を特定することで、効率的・経済的に除礫工事を実施するこ
1とが可能となる。
さらに、除礫後の排出礫（排礫）の運搬処理は、工事費の増加につながるため、農地の起伏修正（窪地解消）への活用など、圃場内での排礫処理が工事コスト縮減に有効である。
そのため、高精度 GNSS（GPS）と地下探査技術の活用により、圃場の地形計測と圃場内の礫分布状況を効率的に把握して、石礫分布地帯の農地整備の低コスト化を検討した。
2. 調査に用いた手法(1) 地中レーダー探査
レーダー探査（写真-2）は、電磁波の反射等により、路盤内・河川堤防の空洞、地中埋設物等の探査に用いられている。地中内の空洞・埋設物等の深度、大きさを把握することができるので、巨礫の埋没状況を把握するうえで有効な手法である。探査精度は高いが、探査ライン直下の判定となるため、圃場内を面的に評価するためには、測線数を多く設置する必要がある。

写 真-2

地中レーダー探査測線間隔 5m で探査を実施した場合の巨礫平面分布図の例を図-2 に示す。レーダーの反応箇所が段階別に着色することで、巨礫の大きさと位置を把握することができた。
なお、新田地区では事業計画時に、草地内の礫の出現深度・礫の大きさの判定に用いて、ストーンクラッシャー実施対象圃場 168ha を決定した。
図-2

図-2

レーダー探査結果の判読例

地中レーダー探査成果の例（巨礫の平面分布）(2) けん引式電気探査
けん引式電気探査（写真-3）とは、電極棒の打設が不要で、連続的な計測が可能な比抵抗探査システムであり、従来の電気探査に比べ迅速な測定が可能である。比抵抗探査の実施結果から、マッピング処理が容易であり、空洞探査、地下水探査、遺跡探査等に利用されている。
測定データは、GNSS（GPS）との連動により座標（緯度・経度）付のデータとなるため、5m～20m 程度で調査圃場内に設定した測線ごとの測定データから、GIS 等で比抵抗のマップ化が可能である。
2

探査の一連の流れを図-3 に、機器配置の概要を図-4 に示す。
けん引式電気探査の測定データを、電極を差し込む移動式電気探査（アースグラフ・写真-4）でキャリブレーションすることで、深度約 40cm 内の比抵抗に補正することができる。これまでに、深度約 40cm 内の比抵抗と含礫率の相関性が確認されていた 1 ）ことから、草地および畑地の含礫マップを作成するために、電気探査手法を用いた。
けん引式電気探査では、高精度 GNSS（VRS 方式 RTK-GPS）と連動させ、探査位置を取得した。この手法は、国土地理院の電子基準点をもとにした仮想基準点の補正信号をパケット通信によりリアルタイムで取得するものであり、GPS 受信機 1 台で高精度の測位が可能である。
畑地の探査では、地形計測も探査と同時に実施して（写真-5）、地形マップ、横断図を作成した。
また、移動式電気探査（アースグラフ）地点で含礫（試掘）調査を実施した。これは、比抵抗と含礫率の相関性から、含礫率マップを作成するためである。

写 真-3 け ん 引 式 電 気 探 査（オームマッパー）①けん引式電気探査（オームマッパー）②位置情報取得（RTK-GPS）③比抵抗マップ作成（補正前）④移動式電気探査（アースグラフ探査）⑤比抵抗マップ作成（補正後）⑥含礫（試掘）調査⑦含礫率マップ作成⑧施工方法の選定⑨農家協議

写 真-4 移 動 式 電 気 探 査（アースグラフ）（補足説明）①測線間隔20mで計測②VRS 方 式 RTK-GPS の 活 用（仮想電子基準点）③比抵抗マップはGISソフトで処理（計測直後に確認可。計測翌日にはマップの出力可）④アースグラフ計測箇所は比抵抗マップを用い、圃場毎に高比抵抗箇所・中位の比抵抗箇所・低比抵抗箇所をそれぞれ1～2箇所を選定⑤③にアースグラフ探査（④）結果を反映し、比抵抗を校正⑥アースグラフ探査と同一箇所で試掘による含礫調査を実施⑦含礫率と比抵抗値の相関から含礫マップを作成⑧含礫マップから区域内の施工方法（ストーンクラッシャー実施有無、施工条件等）を決定

図-4

⑩施工計画

図-3

写 真-5 位 置 情 報 の 取 得（VRS 方 式 RTK-GPS）

けん引式電気探査の機器配置図

けん引式電気探査の調査手順（新田地区）

3. 草地整備障害物除去工での地下探査の活用(1) 新田地区の概要
新田牧場は JA 士幌町が管理運営する公共牧場であり、多くの圃場で巨礫が点在し、一部圃場では湧水のため採草作業が困難になるなど、安定的な経営への支障となっている。
3そこで、草地整備により障害要因を除去するとともに、畜産農家からの預託への要望に応えるため育成施設等を一体的に整備する計画である。
関係市町村：河東郡士幌町（一部上士幌町）
事業期間：平成 24 年～29 年

総事業費：990,000 千円

事業内容：草地整備改良 648ha（排水改良、障害物除去等）
草地造成改良 22ha（排根線除去、草地造成等）
その他施設 1 式（家畜保護施設、飼料調整貯蔵施設等）

効果：飼養頭数（夏季）

現況 1,530 頭→計画 2,028 頭

飼養頭数（冬季）

現況 893 頭→計画 1,250 頭

飼料自給率（牧場内）

現況 46.5％→54.5％

新田地区の圃場は、1 区画の面積が広大（約 8ha）である。また、牧場開設から一度も草地更新を実施していない圃場が大半を占め、牧場関係者も巨礫の位置を把握していない。
そのため、放牧地を採草地化する圃場（135ha）では、通常実施される 3 点/ha の試掘調査（含礫調査）では、含礫の平面的な分布状態を把握することは困難であると判断した。
そこで、「含礫分布の平面的把握」を重点とし、地下探査手法の活用により判定することとした。
(2) 電気探査の活用
新田地区において、事業計画時1600予定していた 168ha のうち、平成

1400

24 年 施 工 圃 場 以 外 の 16 圃 場

地点名（138ha）について実施した。調査

比抵抗（Ω・m）
アースグラフ①オーム
マッパー ②40㎝ ③80㎝

Ｎ-Ｈ（Ｈ）地点
Ｎ-Ｈ（Ｌ）地点
Ｎ-Ｍ地点
Ｎ-Ｌ地点
Ｓ-Ｈ地点
Ｓ-Ｍ地点
Ｓ-Ｌ地点

時期は平成 24 年 9 月上旬から 10月下旬までであり、降雨や休日等

2469
1871
825
212
2088
1382
807

1205
1206
325
177
1046
577
264

1304
1113
377
156
1299
774
254

を除く実探査日数は 27 日間であ比抵抗（アースグラフ）Ω・m

点でストーンクラッシャー施工を

y = 0.5685x - 64.269
2
R = 0.9257

1200
1000
800
600
400
200
00った。

1000

2000

3000

比抵抗（オームマッパー）Ω・m

けん引式電気探査（オームマッ

図-5

けん引式電気探査（比抵抗）の校正パー）の実施では、トラクタと専1091510

含礫率（%）

含礫率（%）

y = 0.0072x - 0.7631
R2 = 0.731

5500

1000

1500

2000

543
2
1000y = 0.0037x - 0.4229R2 = 0.9706

87625000

比抵抗（Ω・m）

図-6

比抵抗と含礫率の相関性

4500

1000

1500

比抵抗（Ω・m）

20002500

任オペレータを地元で確保（JA 士

表-1 探 査 結 果 に よ る 圃 場 群 の 分 類
対象圃場名
圃場群の特徴圃場群

幌町の斡旋）できたことで効率的

国-G4・国-G5
国-H1・国-H3
国-D3-2比抵抗の値が低くても含礫率が 圃 場 の 全 体 が５％を超えてしまう圃場群
施工対象となるⅡ 群

ﾇﾌﾟｶB-ﾇﾌﾟｶ8
ﾇﾌﾟｶB-ﾇﾌﾟｶ9
国-F1・国-F3
新-7B・新-7C
新-12A

比抵抗の値が低ければ含礫率が 圃 場 が 部 分 的５％以下であるが、高ければ５％ に施工対象となを超える圃場群
るⅢ 群

国-C2

Ⅳ 群

ﾇﾌﾟｶB-ﾇﾌﾟｶ7
国-B1、新-8Ⅱ群と同様の傾向を示すが、比抵抗がかなり高い値を示す場合に限り、含礫率が５％を超える圃
場群
比抵抗の値が高くても含礫率が５％を超えることのない圃場群

な探査が可能となり、1 日当たりの探査面積は約 6ha であった。ただし、湧水の多いエリアはトラクタが進入することができなかった
ため、けん引式に換わり移動式電気探査により補足調査を実施した。
移動式電気探査および含礫調査は、71 点で実施した。調査期間は、

備 考

Ⅰ 群

9 月下旬の 1 週間、10 月下旬の 1

圃場のごく限られた一部分が施工対象となる可能性あり
圃場は施工の対象とならない週間で実施し、実所要期間
表-2は 13 日間であった。
調査実施後、けん引式電気探査と移動式電気探査の相関（図-5）による比抵抗の校正、含礫率と比抵抗のレベル
区分

判定指標

01234

含礫率2%未満
含礫率2～4%
含礫率4～7%
含礫率7～10%
含礫率10%以上

含礫レベル別の工法検討結果

排礫使用機械
ブラッシュ
レーキブレーカドーザ
○
○
○
○
○
通常の耕起機種

備考

レーキ排根
歩掛を使用

ストーンクラッシャー条件
障害なし

障害あり

○
○
○
農業公社歩掛条件

相関（図-6）による含礫率

排礫積込
BH&
BH積込
人力積込
○
○
○
○
○
残礫把握のため人力積込実施

マップの作成（図-7）、圃場群分類（表-1）・工法検討（表-2）、施工エリアの検討等、解析・検討を行った（解析・検討期間は約 2 ヵ月）。
なお、圃場群は、電気探査と含礫調査の結果から、比抵抗のレンジを考慮して分類した。
国 F-１圃場

国 H-１圃場
含礫率が高すぎて採草地化を断念

太枠内はストーンクラッシャー施工は不要と判断

図-7

探査結果による含礫率マップと整備レベルの区分

5による施工エリアを判定することが地下探査の目的である。
地下探査による礫分布状況の把握により、ストーンクラッシャーの施工対象面積を事業計画時点の 168ha から 94ha に減ずることができた。また、含礫率が 2％以下と極めて低いと判定した一部の圃場では、レーキドーザによる排礫が不要と判断できるケースもあり、工法の決定に有効であった。
このような検討により、工事コストを約 70,000 千円縮減することができた。
②課題（電気探査の適応性）
平成 25 年度は、6 圃場（52ha）でストーンクラッシャーによる施工を実施したが、探査結果との大きな相違はなかった。
一方、新-7B 圃場（12.6ha）は全エリア排水改良（暗渠排水）を実施する圃場であり、このうち 5.9ha をストーンクラッシャー不施工と判定していた。しかし、暗渠施工の掘削時に石礫が多いことを確認したため、ストーンクラッシャーによる施工面積を追加（設計変更）した。
このように、湧水により多水分状態となっている圃場では、比抵抗の測定値が安定せず、含礫の判定には適さないことが示唆された。
4. 畑地帯の区画整理工（除礫写 真-6

ストーンクラッシャー写 真-7

レーキドーザによる排礫工）での地下探査の活用(1) 地区概要と調査目的
士幌町市街地の北、音更川の東に位置する「士幌北部地区」は、礫が分布する圃場が多く、営農の支障となっており（写真-8 参照）、除礫による整備要望が多い地域である。
地区内では、これまでに除礫を実施した圃場も多く、圃場内で除礫エリアが点在している。
また、圃場内の起伏による窪地では、降雨後や融雪期には停滞水が生じ、作物の湿害、農作業遅延の要因となっている。
事業では、石礫除去工を主体に、暗渠排水工、客土工を実施する計画であり、圃場内の窪地改善のために、「 客土工」を実施する事業計画であった。

写 真-86

馬鈴薯収穫で混入した石礫事業名：畑地帯総合整備事業（担い手支援型単独土層改良）

関係市町村：河東郡士幌町
事業期間：平成 23 年～26 年

総事業費：417,000 千円

事業内容：石礫除去工 89ha

暗渠排水工 22ha客土工 37ha

地区内の調査対象圃場において、工事コストの縮減を目的に除礫後の排礫処理と窪地改善を一体的に実施することを検討した。具体的には、次のとおりである。
・ 地区内から排礫場まで現況断面

礫埋め改良断面の運搬距離が約 9km で、表土埋戻除礫工の工事費の 1/4 以表土上を占めているという実60㎝
以深

心土埋戻

心土

排礫埋戻

態から、窪地修正に排礫を活用（図-8）すること

図-8

排礫活用（礫埋め）による起伏修正（窪地解消）のイメージで、排礫処理費用の削減を図る。
・ 礫分布範囲と圃場内の起伏を同時に把握するために、けん引式電気探査と高精度 GNSS（VRS 方式 RTK-GPS）を①けん引式電気探査（オームマッパー）②位置情報取得（RTK-GPS）③比抵抗マップ作成（補正前）④移動式電気探査（アースグラフ探査）⑧地形マップ作成⑤比抵抗マップ作成（補正後）⑨横断図作成活用し、現地調査、除礫区域特定の精⑥含礫（試掘）調査

度向上、排礫処理計画、窪地修正計画⑦含礫率マップ作成の効率化を図る。

⑩排礫計画策定

調査圃場は、除礫と起伏修正を要望⑧施工方法の選定している 2 圃場（約 10ha）を選定し、⑨農家協議

そのうち 1 圃場（約 5.0ha）を対象に、

⑩施工計画

図-9

調査結果をもとに除礫と窪地修正の工事を実施した。

士幌北部地区の調査・検討フロー

3,000(2) 電気探査・地形測量
電気探査の手法・調査の流れは、前述の新田地区と同様である。さらに、士幌北部地区では、

アースグラフ M2

2,500

y = 2.0494x - 3.3276
R2 = 0.9571

2,000
1,500
1,000500

けん引式電気探査によるライン探査と地形測量0を同時に実施し、地形マップを作成して、排礫

0200

400

600

800

10001200

オームマッパー Ro計画を検討した（図-9）。

図-10RTK-GPS）を用いることで、同時に標高データ（z データ）を取得することができる。なお、
圃場内の計測精度を向上させるために、測線間隔は約 5m、標高データの測点間隔は約 1m とし70～25cm深の含礫率(%)

ライン探査で必要となる位置情報（x,y 座標データ）の取得には、高精度 GNSS（VRS 方式

けん引式電気探査（比抵抗）の校正

151050100372

図-111,000
比抵抗値（Ω・m）

比抵抗と含礫率の相関性

10,000

た。
また、比抵抗と含礫率の相関性を検討するために、含礫調査は圃場内（作付区画内）で 6～9 地点で実施した。
探査から含礫調査までの一連の調査にかかる所要日数は、約 5haの圃場で 2 日間であり、小麦作付期間中に実施することができた。
調査実施後、けん引式電気探査と移動式電気探査の相関（図-10）
図-12による比抵抗の校正、含礫率と比探査結果による含礫率マップ

抵抗の相関（図-11）による含礫率マップの作成（図-12）、地形マップ（図-13）・横断図を作成し、施工エリア・工法の検討等、解析・検討を行った。
(3) 成果と課題①調査結果・解析
11-5 圃 場 の 含 礫 率 マ ッ プ （ 図排 礫 処 理（ 排 礫 埋 戻 ）に よ る
窪地修正区域-12）から、圃場内の含礫率の高低を確認でき、含礫率の低い部分は、圃場地形マップ（図-13）の窪地を

図-13

圃場地形マップ

主体に一部分であることがわかる。
25000

含礫率の階級値ごとのメッシュ数

20000

①階級ごと
構成比
メッシュ数
1087
2.3%
12327
26.5%
19959
43.0%
11417
24.6%
1655
3.6%
46445 100.0%
33031
71.1%

0≧10

ま た 、 比 抵 抗 マ ッ プ か ら 、 GIS

5000≧7.5は 71%となった。

10000≧5ータから、含礫率 5%以上の区域＜2.5≧2.5≧5≧7.5≧10
合計≧515000≧2.5た。含礫率 2.5%区切りのマップデ含礫率（％）＜2.5を求め（図-14）、構成比を算定しメッシュ数

含礫率マップをもとに、GIS で含礫率（％）

で比抵抗の階級値ごとのメッシュ

図-14

含礫率の階級とメッシュ数数を求めた。各階級の中央値から相関式により含礫率を算定し、メッシュ数に乗じて、それらの合計値を全体のメッシュ数で除して平均含礫率を試算した。
その結果、11-5 圃場の平均含礫率は 6.3%となった。
このような解析から、含礫率が低い部分は窪地に狭く分布しているため、部分施工での効率化は期待できないため、圃場全面で除礫が必要であると判定した。
また、地形マップをもとに圃場横断図を作成し、排礫処理（窪地修正）計画に用いた。
8②施工
11-5 圃場の施工は、士幌北部地区第 71 工区の除礫工として、秋播き小麦収穫後に実施した。秋播き小麦の連作を予定しているので、工事期間は、8 月中旬から 9 月中旬までに限定された。
施工の工程は、次のとおりである。
・ ストーンローダーによる採礫と圃場内運搬（写真-9）・ ブルドーザ・バックホウによる礫埋め箇所の表土、心土剥ぎ取り
・ ダンプトラックによる圃場内排礫運搬・ブルドーザによる敷き均し（写真-10）
・ ブルドーザによる礫埋め箇所心土戻し、表土埋戻し（写真-11、12）

11-5 圃場の排礫処理を従来工法（平均含礫率 6.3%・排礫運搬距離 9km）の場合と、窪地修正の礫埋めとした場合の施工費を試算した結果、従来工法 9,100 千円に対し、窪地への礫埋めの場合は 8,450 千円となり、7%のコスト削減と

写 真-9

写 真-10

採礫および運搬排礫敷き均しなった。
また、窪地修正の場合は、排礫処理に加え、圃場の窪地が修正され、その結果作業性の向上、生育むらの解消、起伏解消による営農経費の削減、軽労化など、工事費だけでは

写 真-11

剥ぎ取り心土の戻し

写 真-12

剥ぎ取り表土の戻し表現できない効果も多く、実際には 7%以上の効果は得られることが想定される。
施工後の圃場の状況は（農家聞き取り）、整備前は窪地の滞水が原因で機械の作業性、作物生育ともに悪かったが、整備によりこれらの問題は解消され、小麦の生育も良好であった。
今後は、工事による直接的な工事費削減効果ではなく、営農における効果の明確化も必要と考える。
③除礫対象とならない礫への対応
40-1 圃場は、圃場全体の比抵抗は低いが、局所的に比抵抗の高い部分が存在する（写真-13・図-15）。
しかし、含礫調査では、30mm 以上の粒径の含礫率は 5%に達せず、除礫対象区域として判定することはできなかった。
そのため、30mm 以下の礫の粒径分布（礫のふるい分け試験～体積割合）を確認した。
その結果、2mm を超える粒径の礫は 42%、そ9

写 真-13

圃場表面の礫の状態

のう ち 9.5mm を 超 え る礫 の 割 合は 22%であり、礫の割合が多いことがわかる（図-16）。
一般に、2mm 以下の粒径は土性改良の対象で、30mm 以上の粒径【客土予定区域】
30mm 以 下 の粒 径の礫が多 く分 布は除礫の対象となる。
今回は、2～30mm の粒径の礫を多く含み、小麦の生育状況から水分不足が生じている状況が確認された。また、耕起、砕土作業では、作業機械への負荷、損傷等も予想
図-15

される。
このような条件の場合に、客土10090（10cm）を実施することで、礫（粒れ、生育むらの軽減、作業機械の負荷軽減等が想定され、客土実施

粒径加積曲線

客土による緩和＞2mm ⇒42%＞9.5mm⇒22%80

通過体積百分率（%）

径 2～30mm）による障害は緩和さ

比 抵 抗 が 高 く 粒 径 30mm 以 下 の 礫 が 多 く 分 布 す る 区 域

7060

土性改良（粘土含量改善）50

除礫4030（施工予定：平成 26 年）の適正さ20がうかがえる。

00.001100.010.10.005

粘土0.075

シ ル ト0.250

細 砂

5. おわりに

1

粒径（mm）

100.850

中 砂

2

粗 砂

4.75

細 礫

10019

中 礫75

粗 礫

40-1ほ場調査圃場内の地下探査（電気探図-16

ふるい分け試験による礫の粒径加積曲線（体積割合）査）から、圃場内の含礫状況（含礫率・分布状況）を評価することができた。
また、その結果は石礫除去工の施工区域検討、工法検討等の効率的な実施に反映することができ、施工コストの縮減も図ることができた。
このように、地下探査手法の活用は、石礫除去工の調査・検討において有効な手法であるが、土壌の水分状態、土性等の影響を受けるため、今後、適応範囲の明確化等の検討が必要である。
【引用文献】
1) 北 海 道 十 勝 総 合 振 興 局 ： 平 成 23 年 度

草地整備（公共牧場）上士幌西地区

2) 北 海 道 十 勝 総 合 振 興 局 ： 平 成 24 年 度

草地整備（公共牧場）新田地区

3) 北 海 道 十 勝 総 合 振 興 局 ： 平 成 24 年 度

畑地帯（支援）士幌北部地区

10

委 託 91 業 務

業務報告書

委託 1 業務

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委 託 91 業 務

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