緑地の降雨の浸透能を必要な精度で簡便に推定できる手法の検討
国立研究開発法人 建築研究所 住宅・都市研究グループ 上席研究員 戸田 克稔

Ⅰ はじめに
Ⅰ-1 背景及び課題●緑地が有する雨水貯留浸透機能を活かして流域治水を推進するには、降雨が単位時間に地表面から土壌中に浸透していく量（以下、降雨の浸透能＊）を、必要な精度で簡便に測定または推定できる手法が必要●降雨の浸透能を比較的精度高く測定できる機器としては散水型浸透計があるが、機器が比較的大きいこと等により簡便には行えない●一方、土壌表層の簡便な透水係数測定法として近年注目されているものに、METER社製の携帯型ミニディスクインフィルトロメータ（以下、インフィルトロメータ）があるが、降雨の浸透能の推定精度は明らかになっていない＊一定の降雨強度の雨が長時間継続する場合、降雨の浸透強度は、降雨の継続に伴って低減し、次第に一定値（終期浸透能）に漸近することが示されている。また、終期浸透能は、降雨強度が大きくなればなるほど大きくなるが、次第に一定値（最大浸透能）に漸近することも示されている●寺林Bが特に高かったのは、A層の表面に確認された直径１～3 cm程度の複数のマクロポア（写真3）が要因の一つとして想定●また、三林が寺林に比べて低かったのは、A0層が無くかつ日常的な踏圧等による土壌の圧縮等が要因と想定●三芝Aは20 mm/h（5.6E-04 cm/s）、三芝Bは36 mm/h（1.0E-03 cm/s）となったが、都立7公園の芝生地（囲地内を除く）において最大散水強度を100 mm/hとした時の終期浸透能が1～65 mm/h内外との報告もあり2)、都市公園内の一的な芝生地（囲地内を除く）と同程度の値と想定 写真3 マクロポア

Ⅲ-2 インフィルトロメータを用いた実験の結果
Ⅲ-2-1 算定法間の比較

Ⅰ-2 研究の目的及び内容●現場飽和透水係数（5ポイントの中央値）は、図1のとおり、算定法1に比べ算定法2の方が、全体的に約2～4倍程度高い値●その要因としては、算定法1で使用されている土性によって決まっているパラメータを関東ローム土等にそのまま適用することが妥当でないこと等が想定●インフィルトロメータによる降雨の浸透能の推定精度を検証するために、本装置を用いて算定した現場飽和透水係数と散水型浸透計を用いて算定した最大浸透能の関係を分析

Ⅲ-2-2 地区間の比較

Ⅱ 研究の方法●横浜市の寺家特別緑地保全地区内の林地（以下、寺林）、三ッ沢公園内の林地（以下、三林）及び芝生地（以下、三芝）において、2地区ずつ集水枠（鉛直投影1 m×1 m）を設置し、2021年11月25日から12月20日にかけて概況調査（表1）及び実験を実施【散水型浸透計（高さ約2 m）を用いた実験(写真1）】●両算定法とも、寺林Bを除けば、最大浸透能の高い地区ほど現場飽和透水係数が高くなる傾向●最大浸透能が最も高かった寺林Bの現場飽和透水係数が最も高い値とならなかったのは、測定にマクロポアの影響を受けるインフィルトロメータを用いたことにより、現場飽和透水係数が過小に評価されたと想定●また、両算定法とも、寺林Aの現場飽和透水係数が最も高かったが、2番目に高かった三芝Bの1.7倍程度であり、両地区の最大浸透能の差が10倍程あったことに比べると差が小さい。これは、寺林Aにも地表面からは見えないマクロポアが地表面下にあって、その結果として現場飽和透水係数が過小に評価されたとも想定

各地区とも3パターンの散水強度で実験を実施。各実験では、集水枠からの流出強度が定常状態になってからの5分間における散水強度と流出強度の差分から浸透強度（終期浸透能）を算定。その結果を田中らが提案している次式4)（1）にフィッティングさせて、地区ごとに最大浸透能
FIRmaxを算定
𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑅𝑅/𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

1（FIR ： 終期浸透能（mm/h），FIRmax ： 最大浸透能（mm/h），R ： 降雨強度（mm/h））

写真1 散水型浸透計【インフィルトロメータ（全長32.7 cm。-0.5～-7.0 cmH2Oの範囲の負の圧力水頭を負荷可能）を用いた実験（写真2）】

上部ﾁｬﾝﾊﾞｰ

各地区とも集水枠内の5ポイントで、それぞれ3パターンの圧力水頭で実験を実施。各実験での測定時間は10分間とし、30秒間隔で下部チャンバー内の水面の高さを記録。その結果をもとに、ポイントごとに、算定法1と算定法2でそれぞれ現場飽和透水係数を算定

図1 現場飽和透水係数の算定結果
下部ﾁｬﾝﾊﾞｰ

Ⅲ-3 最大浸透能と現場飽和透水係数の関係●算定法1 ： 設定した圧力水頭ごとに、METER社提供のExcelのシート 写真2 ｲﾝﾌｨﾙﾄﾛﾒｰﾀに圧力水頭と土性、10分間の測定結果を入力し、自動計算で不飽和透水係数を算定。その上で、設定した3パターンの圧力水頭と不飽和透水係数の関係をグラフ上にプロットし、Gardnerの仮定に基づく次式1)（2）にフィッティングさせて現場飽和透水係数kfsを算定
𝑘𝑘𝑤𝑤𝑤𝑤 ℎ = 𝑘𝑘𝑓𝑓𝑓𝑓 × 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑎𝑎𝑎2（kwu(h) ： 不飽和透水係数（cm/s），kfs ： 現場飽和透水係数（cm/s），a ： パラメータ係数，h ： 圧
力水頭（cmH2O））●算定法2 ： 小川らが2020年に提案している次式3)（3）を用いる方法。具体的には、3パターンの圧力水頭hで定常流量Q（cm3/s）を計測し、その結果をもとに圧力水頭hと定常流量loge（Q/t）の関係をグラフ上にプロットして回帰直線を引く。本回帰直線の傾きからaを、切片からloge（Q/t）を求め、それらを次式（3）に代入し現場飽和透水係数kfsを算定
𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑒𝑒 𝑄𝑄/𝑡𝑡
𝑘𝑘𝑓𝑓𝑓𝑓 =34𝑅𝑅
𝜋𝜋𝑅𝑅2 + 𝑎𝑎

●現場飽和透水係数（5ポイントの中央値）を説明変数、最大浸透能を目的変数とする線形単回帰分析を実施●6地区全体 ： 両算定法とも、危険率5％で有意な回帰式は得られなかった●マクロポアが目視で確認された寺林Bを除く5地区 ： 図2のとおり、両算定法とも、係数は危険率5％で有意と判定され自由度調整済決定係数は0.7超と良く適合●寺林を除く4地区 ： 図3のとおり、両算定法とも、係数は危険率5％で有意と判定され自由度調整済決
定係数は0.9超と上記よりも良く適合●今後、さらにデータを蓄積し精査していく必要はあるが、インフィルトロメータを用いて算定した現場飽
和透水係数から最大浸透能を推定する場合、寺林のようにマクロポアがごく普通に存在する緑地での推定精度は安定しないものの、マクロポアが無い緑地であれば、良好な精度で推定できる可能性あり（kfs ： 現場飽和透水係数（cm/s），a ： パラメータ係数，R ： 透水ディスクの半径（cm））

表1 概況調査の結果
寺林

調 査 項 目

Ａ地区

三林
Ｂ地区

Ａ地区

三芝
Ｂ地区

Ａ地区

Ｂ地区

Ａ
現況

図2 最大浸透能と現場飽和透水係数の関係（寺林B除く）B
B
植Ａ

落葉広葉樹林落葉広葉樹林

Ａ０層の有無有り（全面）無し（落ち葉清掃 ： 3回/年）

日常利用（踏圧）の有無
地表面の傾斜角（度）
下層植生及び落葉落枝による地表面の合計被覆率（％）【10％区分で算定】
土壌表面の硬度（mm）【5ポイントの中央値】
土 質
土性（ＵＳＤＡ法により区分）

無し

BＡ

生

雑草が優占

ノシバが優占
―

有り

有り

19.6

22.0

10.5

16.0

8.7

8.8

100

100

2090

90

100

9.0

5.0

25.0

16.0

20.0

19.0

上総層群王禅寺層
clay
silty clay loam
(埴土)
(微砂質埴壌土)

loam
(壌土)

下末吉ローム層又は新規ローム層
loam
clay loam(壌土)
(埴壌土)

loam
(壌土)

Ⅲ 結果と考察Ⅲ-1 散水型浸透計を用いた実験の結果●最大浸透能は、寺林Aは388 mm/h（1.1E-02 cm/s）、寺林Bは629 mm/h（1.7E-02cm/s）と、森林地域の落葉広葉樹林と同等の高い値となったが、三林は両地区とも、その10分の1以下の低い値となった

図3 最大浸透能と現場飽和透水係数の関係（寺林除く）

Ⅳ まとめ●マクロポアが無い緑地であれば、インフィルトロメータを用いて算定した現場飽和透水係数から最大浸透能を良好な精度で推定できる可能性があることが分かった●この成果を社会実装に繋げていくには、さらにデータを蓄積し精査していくことが必要●このほか、現場飽和透水係数の2つの算定法間で算定結果に大きな差があることも分かった。今後、その要因等についても調査していくことが必要

引用文献
1)Gardner、 W. R. (1958) Some steady-state solutions of the unsaturated moisture flow equations withapplication to evaporation from a water table、 Soil Sci.、 85: 228-2322)北野茂夫 (1999) 都市公園の表層浸透特性、 平成11年東京都土木技術研究所年報、 77-88
3)小川大輝、 酒匂一成、 伊藤真一 (2020) 携帯型ミニディスクインフィルトロメータから算定される現場
透水係数の精度向上に関する検討、 令和2年度土木学会全国大会第75回年次学術講演会講演概要、
2-003 5-64)田中茂信、 時岡利和 (2007) 現地散水実験による流出・浸透特性の把握手法に関する検討、 土木学会第62回年次学術講演会講演概要集、 Ⅲ-405