別紙－１
第67回(2023年度)

北海道開発技術研究発表会論文

大区画圃場での多様な栽培に対応した
地下灌漑について―給水区域を分ける実証試験結果と仕切りの実用化に向けた検討―
国立研究開発法人土木研究所
国立研究開発法人土木研究所

寒地土木研究所 資源保全チーム
寒地土木研究所 資源保全チーム○酒井 美樹清水 真理子同一大区画圃場で区域を分けて水管理の異なる畑作物を栽培する場合に、圃場単位で整備された暗渠管を利用する地下灌漑でも給水区域を分けて水管理できる技術の開発を目指し、2022年から実証試験を実施している。2022年の結果から、暗渠管内に仕切りを設置することで、地下灌漑の給水区域を分けられる可能性が示唆されたが、その実用化には多くの課題が考えられた。本報では、2023年の結果について述べる。
キーワード：大区画圃場、地下灌漑、暗渠管区域を分けられるか否かを探るため、2022年より実証試
験を実施している。2022年の試験結果2、3）は次の通りである。①暗渠管に仕切りを設置して地下灌漑を行うと、圃場の地下水位は非地下灌漑区よりも地下灌漑区の方が北海道の水田地帯では、国営農地再編整備事業などの高く、差が生じた。このことから、地下灌漑の給水区域土地改良事業により、圃場の大区画化と併せて暗渠排水を分けられる可能性が示唆された。②止水プラグを用いの整備が行われている。これにより排水不良が改善されると、水田の汎用化すなわち畑作物の栽培が進む。近年、 た仕切りは、設置と撤去の過程で課題があった。③止水
プラグを用いた仕切りを排水口から設置すると、水位調
この暗渠排水の整備で敷設された暗渠管を利用し、地下整水閘の弁に隙間が生じ、灌漑用水が排水された。④心水位制御システムを導入することにより、地下灌漑に取土破砕等により水みちの発達が著しい圃場や古暗渠が機り組む地域が増えている。
能している圃場では、地下灌漑の給水区域を分けること畑作物を栽培する一部の大区画圃場では、営農上の理が不向きと考えられた。
由により、複数の異なる作物の栽培や、時期を分散させこれらの結果を踏まえ、2023年は、2022年の課題に対た同一作物の栽培など、同一圃場で区域を分けて水管理の異なる畑作物を栽培する事例がある（写真-1）。一方、 応する変更や工夫を施した仕切りを評価すること、また、地下灌漑区と非地下灌漑区の体積含水率に差が生じるか地下水位制御システムは、圃場単位で整備された暗渠管検証することを目的に、実証試験を実施した。本稿では、を利用するため、上記のような場合でも、地下灌漑によその結果と考察について述べる。
る水管理は、一様の地下水位で行わざるを得ない1）。
そこで、資源保全チームでは、上記の事例にも対応可能な地下灌漑技術の開発を目指し、整備済みの暗渠管を改修することなく、同一の大区画圃場で地下灌漑の給水

1. はじめに

2. 方法

写真-1 同一大区画圃場で時期を分散させて栽培する
ブロッコリー（長沼町内）(1) 試験圃場
試験は、北海道長沼町で国営農地再編整備事業により整備されたA圃場とB圃場で行った。圃場の概要を表-1に示す。
圃場には、地下水位制御システムが導入されている。
給水施設は集中管理孔、排水施設は水位調整水閘である。
施設配置は、A圃場が両側給排水、B圃場が片側給水片側排水である。これらの圃場を地下灌漑区と非地下灌漑

SAKAI Miki, SHIMIZU Mariko-017-表-1 試験圃場の概要

2.5m

区に分けた（図-1）。暗渠管は有孔合成樹脂管で、地表下0.8mに埋設されている。暗渠管の口径は、集水渠が試験での栽培作物
長辺短辺 圃場面積100mm、吸水渠が80mmである。吸水渠の間隔は、10m
地下灌漑圃場 施工年
(m)
(m)
(m2)
2022年
2023年を基本としている。疎水材は火山レキで、地表下0.25m区(m2)まで敷設されている。
A 2016 255～183 231
48,202
10,467 秋まき小麦
大豆
A圃場の土層は、地表～0.2mが作土層、0.2m～0.4mがB 2018 168～162 123
20,5395,043 秋まき小麦 ブロッコリー
火山灰層、0.4m～が泥炭層である。B圃場の土層は、地表～0.3mが作土層、0.3m～が粘土質のグライ層である。
2023年の栽培作物は、A圃場が大豆、B圃場がブロッＡ圃場
A_0.5_252
A_0.5_3 A_0.5_32 A_0.5_96
用水路
A_9.5_3 A_9.5_32 A_9.5_96
A_9.5_252 用水路排水路 コリーであった。
排水路
5m
7m
7m

集水渠

集水渠

地下灌漑区

7m
10m

吸水渠

0.5m

32m

96m
（長辺長3/8）

農道（長辺長0/8）（長辺長1/8）

252m

A_東

（長辺長8/8）

農道

A_西 3m

10m

9.5m

吸水渠

非地下灌漑区Ｂ圃場

B_0.5_3
B_9.5_3

用水路

B_0.5_126
B_9.5_126

B_0.5_42
B_9.5_42

排水路

地下灌漑区

吸水渠

集水渠集水渠
2.5m5m吸水渠

B_南

B_0.5_165
B_9.5_165
10m
10m

0.5m

10m

9.5m

42m

126m

165m

（長辺長0/4）（長辺長1/4）（長辺長3/4）（長辺長4/4）

B_北農道

農道

3m

非地下灌漑区

凡例
観測孔地下水位計測（地下灌漑区）

土壌水分計測（地下灌漑区）

集中管理孔（給水なし）

水位調整水閘（水位調整あり）
水位調整水閘（水位調整なし）

観測孔地下水位計測（非地下灌漑区）土壌水分計測（非地下灌漑区）暗渠管

仕切り

水位調整水閘地下水位計測

集中管理孔（給水あり）

図-1 試験圃場の施設配置と計測位置

圃場

空気注入用
エアホース

止水
プラグ

0.8m

暗渠管
（集水渠）

灌漑用水

暗渠管内の止水プラグを空気で膨らませて止水する

図-2 仕切りの概念図(2) 灌漑用水の給水区域を分ける方法
灌漑用水の給水区域を分ける方法は、2022年の試験と同様に、暗渠管内の「仕切り」設置とした。仕切りは、止水プラグを空気圧により拡張し、暗渠管内に密着させて止水する方法である（図-2）。仕切りは、試験開始前に給水口または排水口から挿入し、集水渠に設置する。
試験終了後には引き抜いて撤去する。設置数は、1圃場
につき2箇所である（図-1）。仕切りの名称は、「圃場
名_方角」とした。
2022年の試験では、設置と撤去の過程で、途中のT字管や十字管の中で止水プラグの方向を90°変えて通過させることが困難だった2）。その要因は、口径100mmの暗渠管の中で径68mmの止水プラグの向きを変えることが難しいことにあった。そのため、今回の試験では、止水プラグを規格の小さいもの（マルチサイズテストボール
呼び径50mm-75mm、(株)カンツール）に変更した。この止水プラグは径が46mmである。試験前の実物大模型を用いた室内試験では、この止水プラグを空気圧で拡張すると、口径100mmの暗渠管に密着し止水することを確認している。
仕切りの設置と撤去の課程を容易にするため、2022年の試験2）と同様に改良を加えた。2022年からの変更点は次の通りである。
1点目は、挿入用器具の種類の変更である。2022年の試験で使用したグラスファイバー製地中線は、剛直性に優れているが、扱いが難しかった。そのため、グラスフ
ァイバー製地中線よりも柔軟性があり扱いやすいグラスファイバー製呼線に変更した。
2点目は、止水プラグの引っかかり対策用ボールの径の変更である。2022年の試験では止水プラグがT字管の中で回転し、逆方向を向いて動かなくなった。そのため、止水プラグの先に装着するボール1個をφ50からφ70に変更し、回転を防ぐこととした。
これらの改良を加えた仕切り一式を写真-2に示す。
仕切り設置前には、管内カメラ（マイクロドレイン
D65S、RIDGID）で暗渠管内に障害物がないか確認した。
仕切りの設置時には、止水プラグに小型発信器（リモートトランスミッター、RIDGID）を装着し、受信器（ナビトラックスコート、RIDGID）で地表から位置をSAKAI Miki, SHIMIZU Mariko-018-

グラスファイバー製呼線止水プラグ

空気注入用エアホース

写真-4 観測孔での地下水位調査状況（Ａ圃場、2023年6月19日）

ボールφ70

写真-2 仕切り一式表-2 試験期間と給排水設定（2023年）
地下灌漑圃場

水位調整水閘設定

試験 給水量名称 (ℓ/s/設定
開始日時

停止日時箇所)
A

A①
A②

B

B①

地下水位

開始日時

解除日時

-0.42

6/10 16:40

6/12 11:20-0.42

6/17 16:30

6/19 11:40-0.34

8/9 17:50

8/12 13:30(m)

3

6/10 16:40

6/10 18:30

2

6/10 18:30

6/12 9:50

3

6/17 16:30

6/17 18:00

26/17 18:00

6/19 10:30

3

8/9 17:20

8/11 10:20

68/11 10:20

8/12 11:20

写真-3 水位調整水閘の弁の工夫確認した。また、暗渠管に灌漑用水を流し、水流を利用することとした。
また、2022年の試験では、仕切りを排水口から設置すると、止水プラグに付帯する空気注入用エアホースと挿入用器具の厚みが水位調整水閘の弁に隙間を生じさせ、灌漑用水を排水してしまった2、3）。そのため、今回の試験では、B_北の設置途中にある水位調整水閘の弁にスポンジを貼り付け、弁の隙間を小さくする工夫を施した（写真-3）。
(3) 試験中の現地計測
降水量は、試験圃場近傍で転倒マス式雨量計により10分間隔で計測した。
水位調整水閘の地下水位は、絶対圧水位計（S&DLmini、応用地質（株））を水位調整水閘の弁に固定し、10分間隔で計測した（図-1）。絶対圧水位計の設置深（概ね-0.6m）より低い地下水位は、計測できないため欠測とした。
圃場内の地下水位は、地下灌漑区端と非地下灌漑区端の各吸水渠脇0.5m離れを1セットとし、A圃場では短辺端から3m、32m、96m、252m地点、B圃場では短辺端から3m、42m、126m、165m地点で深さ0.35m程度の観測孔により計測した（図-1）。これらの地点は、仕切りの近く、集中管理孔に近い代表（長辺長1/4、A圃場は両側給水のため長辺長1/8）、および集中管理孔から離れた代表（長辺長3/4、A圃場は長辺長3/8）である。試験では、目視可能な時間帯に観測孔を確認し、観測孔に地下水面がある場合は、地表からの深さを定規で計測した（写真-4）。観測孔に地下水面がない場合は、計測値がない。
各地下水位は、標高に換算し、圃場平均地表標高との差とした。
圃場内の体積含水率は、地下灌漑区端と非地下灌漑区端の各吸水渠脇0.5m離れで、A圃場では短辺端から96m地点、B圃場では短辺端から126m地点で、土壌水分センサー（SM150T、Delta-T Devices社）を2深度（0.15m深、0.30m深）、2反復で設置し、10分間隔で計測した（図1）。校正曲線は、現地採取土壌による室内試験から得た。
圃場内の地下水位および体積含水率の地点名は、地下灌漑区端の吸水渠脇0.5m離れを「圃場名_0.5_短辺端からの距離」、非地下灌漑区の吸水渠脇0.5m離れを「圃場名_9.5_短辺端からの距離」とした。
排水量は、水位調整水閘から排水がある場合に、1Lポリビンが満水になる時間で計測した。
(4) 試験期間と給排水設定
試験は、表-2に示す期間に実施した。試験期間の地下灌漑区の状況は、A圃場が大豆出芽後、B圃場がブロッコリー定植後であった。栽培作物に地下灌漑の影響を与えないため、各試験とも地下水位を地表近くまで上げないように留意した。
地下灌漑区の給水は、A圃場で両側各1箇所、B圃場で片側1箇所の集中管理孔から行った。給水量は、北海道
施肥ガイド20204）を参考に1箇所あたり3L/sを基本とした。

SAKAI Miki, SHIMIZU Mariko-019-(1) 灌漑用水の給水区域を分ける方法の評価
試験開始前には、B_北以外の仕切りを数回の試みで設置することができた。これは、止水プラグの規格変更と水流の効果と考えられる。試験終了後には、全ての仕切りを1回目の試みで撤去することができた。これも、止水プラグの規格変更によるものと考えられる。
B_北以外の設置および撤去の課程は、2022年の試験から改善された。それでも、作業はオペレーターの慣れが必要で、容易ではない。今後、実用化に向けて更に容易な方法を検討する必要がある。
B_北の設置では、止水プラグを途中の十字管の中で方向を90°変えて通過させる必要がある。2022年の試験では、予備の止水プラグを十字管直進方向の給水渠内に仮設置し、直進方向を閉塞することで実現できた2）。今回も同様に、予備の止水プラグを仮設置した後、止水プラグの設置を試みたが、止水プラグが予備の止水プラグの空気注入用エアホースと干渉して、十字管の中で方向を変えることができなかった。今回の試験では、止水プラグの径が68mmから46mmへと小さくなったが、長さが131mmから141mmへと長くなった。これが干渉の要因と考えられる。そのため、予備の止水プラグの仮設置をや(2) 各試験区の地下水位と体積含水率a) A圃場
試験A②の地下水位および体積含水率の推移を図-3に示す。この期間の降水量は0mmだった。
水位調整水閘の地下水位は、地下灌漑開始から1時間程度で設定水位を上回り、-0.30m付近で停滞した。地下灌漑区の地下水位は、水位調整水閘の地下水位が-0.30mで停滞した後、全ての地点で緩やかに上昇した。地下灌漑停止前の地下水位は、-0.31m～-0.23mであった。非地下灌漑区では、全ての地点で観測孔の地下水面がなかった。
水位調整水閘設定

試験A②

3L/s
6/17 0:00
0

地下灌漑2L/s

6/17 12:00

6/18 0:00

6/18 12:00

6/19 0:00

6/19 12:00

6/20 0:00

6/17 12:00

6/18 0:00

6/18 12:00

6/19 0:00

6/19 12:00

6/20 0:00

-0.1
-0.2

地下水位（m）

3. 結果と考察めることとした。他の箇所と同様に、水流を利用し、時間をかけて何回も試みた結果、方向を変えて設置することができた。
B_北のように、十字管の中で止水プラグの方向を変える必要がある場合、工夫を施さないと設置に時間を要する。工夫を施しても、その工夫が設置を妨げることもある。このような条件下では、止水プラグを用いた仕切りとは別の方法を検討する必要がある。
また、B_北は排水口から設置するため、途中にある水位調整水閘の弁にスポンジを貼り付け、弁の隙間を小さくする工夫を施した。次項で詳細を述べるが、この工夫は、給水量が3L/sの間に排水量を減らす効果があった。
しかし、給水量を6L/sに増やすとその効果がほとんどなかった。地下灌漑を効率的に実施するためには、弁の隙間からの排水量を最小限に減らす必要がある。そのためには、弁に貼り付ける材料と貼り方を見直すか、止水プラグを用いた仕切りとは別の方法を検討する必要がある。

-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7

体積含水率（%）

地下灌漑区の地下水位は、A圃場、B圃場とも片側1箇所の水位調整水閘で設定した。設定地下水位は、同ガイドを参考に地表下0.3m深を目標とした。
A圃場では、2022年の試験で地表下0.3m深を目標に、給水量を1箇所あたり3L/s、水位調整水閘の設定地下水位を-0.27mで実施したが、地下灌漑停止前に観測孔の地下水位が最も高い地点で-0.14mまで上昇した2）。そのため、今回の試験では、給水量を途中で1箇所あたり2L/sに変更し、水位調整水閘の設定地下水位を-0.42mとした。
B圃場では、2022年の試験で、給水量が3L/sの間に地下水位はほとんど変化せず、途中で給水量を6L/sに変更した後、一部の地下水位が上昇した2）。今回の試験でも、給水量が3L/sの間に観測孔の地下水位上昇が見られなかったため、途中で給水量を6L/sに変更した。
また、2022年の試験では、地下灌漑区の観測孔の地下水位上昇を確認後、地下灌漑を停止し、水位調整水閘を開放して排水した。今回の試験では、地下灌漑区の観測孔の地下水位上昇を確認後、1日間程度地下灌漑を継続し、地下水位の推移を確認することとした。
今回の試験は、A圃場で2回実施したが、試験A①では、前日に2.5mm、試験当日の直前に0.5mmの降雨があり、地下灌漑開始時の土壌が湿った状況であった。そのため、本稿では、A圃場について、地下灌漑開始時の土壌がより乾いた状況の試験A②を対象に述べる。

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7060504030
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図-3 試験A②の地下水位と体積含水率の推移（2023年6月17日～19日）

地下灌漑開始から40時間経過時点で、地下灌漑区と非地下灌漑区の各水位調整水閘から排水が発生していた。
地下灌漑区の水位調整水閘からの排水量は、先述の通り0.3L/sであった。非地下灌漑区の水位調整水閘からの排水量は、1.8L/sであった。この排水発生の要因は、試験前日の降雨と、2022年の試験と同様に、灌漑用水が疎水材、心土破砕などによる水みち、あるいは整備前の暗渠管（以下、古暗渠）を通じた非地下灌漑区への横浸透と考えられる2、3）。これらを合計した圃場からの排水量は、2.1L/sであった。この排水量には、試験前日の降雨の排水が含まれる可能性があるが、給水量3L/sに対し概ね2/3が排水されていたことになる。
排水量を減らす対策はできないため、地下灌漑開始から41時間後に、給水量を6L/sに変更した。変更後、排水量は地下灌漑区が1.4L/s、非地下灌漑区が 3.1L/sで合計が4.5L/sに増えた。2022年の試験では、給水量を6L/sに変更
した後の排水量は、地下灌漑区が0.9L/s、非地下灌漑区が1.3L/sで合計が2.2L/sだった2、3）。排水量は2022年よりも増えていた。それでも、水位調整水閘の地下水位は上昇し、設定水位を上回った後、-0.23m付近で停滞した。
その後、地下灌漑区の観測孔で、B_0.5_42、B_0.5_126の順に地下水面を確認した。地下灌漑停止前の地下水位は、それぞれ-0.27m、-0.31mだった。非地下灌漑区では、全ての地点で観測孔に地下水面がなかった。
体積含水率は、地下灌漑開始時に地下灌漑区の0.15m深で50%、0.30m深で55%、非地下灌漑区の0.15m深で52%、0.30m深で52%と、どれも試験A②より高い値だった。これは、試験前日の降雨の影響である。地下灌漑開始後、水位調整水閘設定
試験B①
給水量が3L/sの間の体積含水率は、ほとんど変化しなか
3L/s
地下灌漑6L/s
8/9 12:00 8/10 0:00 8/10 12:00 8/11 0:00 8/11 12:00 8/12 0:00 8/12 12:00 8/13 0:00
った。給水量を6L/sに変更した後、水位調整水閘の地下水位が-0.23m付近で停滞し、地下灌漑区の地下水位が上昇を始めるとともに、地下灌漑区の0.30m深の体積含水率が上昇し始めた。地下灌漑停止前の値は57%だった。
その間、地下灌漑区の0.15m深と非地下灌漑区では、ほとんど変化しなかった。

体積含水率は、地下灌漑開始時に地下灌漑区の0.15m深で40%、0.30m深で53%、非地下灌漑区の0.15m深で42%、0.30m深で48%だった。地下灌漑開始後、水位調整水閘の地下水位が-0.30m付近まで上昇し、地下灌漑区の地下水位が上昇を始めるとともに、地下灌漑区の0.30m深の体積含水率が上昇し始めた。地下灌漑停止前の値は57%だった。地下灌漑区の0.15m深と非地下灌漑区では、ほとんんど変化しなかった。
b) B圃場
試験B①の地下水位および体積含水率の推移を図-4に示す。この期間の降水量は0mmだった。ただし、試験前日に32mmの降雨があり、地下灌漑開始時には、非地下灌漑区の水位調整水閘から0.1 L/sの排水があった。
2022年の試験では、給水量が3L/sの間、水位調整水閘の地下水位は、絶対圧水位計の設置深より低く上昇がみられなかった。この時、地下灌漑区の水位調整水閘で弁の隙間から0.6L/sの排水があった2、3）。今回の試験では、給水量が3L/sの間、水位調整水閘の地下水位は、設定地下水位よりも低い値で緩やかに上昇した。この時、地下灌漑区の水位調整水閘で弁の隙間から0.3L/sの排水があった。排水量は2022年よりも減っていた。
観測孔では、B_0.5_3とB_0.5_252で地下灌漑開始時に地下水面があった。地下水位はそれぞれ-0.38mと-0.35mだった。これは、試験前日の降雨による滞水である。この地下水位は、地下灌漑停止前までほぼ変化しなかった。
この2地点以外では、給水量が3L/sの間に地下水面がなかった。

8/9 0:00
0-0.1

地下水位（m）

-0.2
-0.3
-0.4
-0.5-0.6(3) 給水区域分割による地下水位と体積含水率
試験A②と試験B①では、水位調整水閘の地下水位が70
60-0.30m付近まで上昇すると、地下灌漑区の地下水位が5040B_0.5_3とB_0.5_252以外で上昇した。地下灌漑区の地下30
8/9 0:00 8/9 12:00 8/10 0:00 8/10 12:00 8/11 0:00 8/11 12:00 8/12 0:00 8/12 12:00 8/13 0:00
水位上昇後1日間程度経過しても、非地下灌漑区の全ての観測孔に地下水面がなかった。このことから、地下灌漑区と非地下灌漑区の地下水位には差が生じたと考えられる。
また、水位調整水閘の地下水位が-0.30m付近まで上昇し、地下灌漑区の地下水位が上昇すると、地下灌漑区の図-4 試験B①の地下水位と体積含水率の推移0.30m深の体積含水率が上昇した。一方、地下灌漑区の（2023年8月9日～12日）
0.15m深と非地下灌漑区の体積含水率は、ほとんど変化※非地下灌漑区の体積含水率は、8月9日12時に計測開始したたしなかった。このことから、次のことが考えられる。地め、それ以前は欠測である。
下灌漑区の地下水位の上昇に伴い、その地下水位付近の体積含水率（%）-0.7

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がある。④仕切りを排水口から設置すると弁に隙間が生じ、灌漑用水が排水される。この排水量を減らすためには、弁の工夫を更に見直すか、止水プラグを用いた仕切りとは別の方法を検討する必要がある。
今回までは、整備済みの暗渠管を改修することなく実4. おわりに証試験を実施した。今後は、暗渠管の改修を含めた幅広な方法を検討し、大区画圃場での多様な栽培に対応した
今回の実証試験の灌漑用水の給水区域を分ける方法は、 地下灌漑の実現に向けて研究を進めていきたい。
2022年の試験と同様に、整備済みの暗渠管を改修せずに止水プラグを用いた「仕切り」の設置とし、2022年の試謝辞：本研究の実施にあたり、現地調査にご協力いた験での課題に対応する変更や工夫を施して実施した。試
だいた長沼町の関係農業者に謝意を表します。
験結果から次のことが考えられた。①仕切りを設置して深度での体積含水率は、地下灌漑区と非地下灌漑区で差が生じる。ただし、地下灌漑区の体積含水率は、地下水位より上部の深度では変化しない。

地下灌漑を行うと、圃場の地下水位は地下灌漑区と非地下灌漑区で差が生じる。地下灌漑区の地下水位の上昇に伴い、その地下水位付近の深度での体積含水率は、地下灌漑区と非地下灌漑区で差が生じる。ただし、地下灌漑区の体積含水率は、地下水位より上部の深度では変化しない。②仕切りに用いる止水プラグは、形状が小さい方が設置と撤去をしやすいが、実用化に向けて更に容易な方法を検討する必要がある。③仕切りの設置の課程で、十字管の中で止水プラグの方向を変える必要がある場合、止水プラグを用いた仕切りとは別の方法を検討する必要

参考文献
1) 資源保全チーム：多様な畑作物を栽培する大区画圃場での地下灌漑、寒地土木研究所月報、第 838 号、pp.46-48、2022.
2）酒井美樹、清水真理子、五十嵐和久：大区画圃場の多様な栽培に対応した地下灌漑について、第 66 回（2022 年度）北海道開発技術研究発表会、推 20、2023.
3) 酒井美樹、清水真理子：大区画圃場での多様な栽培に対応した地下灌漑について、寒地土木研究所月報、第 849 号、pp.41-46、2023.
4) 北海道農政部：北海道施肥ガイド 2020、p.221、2020.

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