弾丸暗渠を組み合わせた無勾配暗渠排水試験（Ⅱ）−無勾配暗渠の動水勾配−
A drainage experiment of level main drain and mole drains（Ⅱ）−Hydraulic gradient of level main drain−○小野寺恒雄 ＊、谷本 岳 ＊＊、若杉晃介 ＊＊、藤森新作 ＊＊、浅利達朗 ＊＊＊○Tsuneo ONODERA＊、Takeshi TANIMOTO＊＊、Kousuke WAKASUGI＊＊、
Shinsaku FUJIMORI＊＊ and Tatsuro ASARI＊＊＊
１．はじめに
水田農業は近年、低コストを追求する観点から直播栽培の導入が進み、また、自給率向上と減反対応等から、麦・大豆・飼料作物、野菜作等が作付けられ、発芽・苗立ちの安定化と干ばつ対策を必要としている。これらに対応する技術として、暗渠組織を利用しこれに用水を注入する地下灌漑がある 。しかし 、本暗渠のみでは十分な水位上昇が困難であり 、弾丸暗渠を組み合わせる必要がある。この場合において、弾丸暗渠の施工性から本暗渠は従来よりは深くする(最低600〜700mm)必要がある。一方、工事費縮減の要望も強くなってきており、その両面を満たす上で無勾配暗渠は有効な手段であり、満流の動水勾配法における無勾配暗渠の実用性を検証した。
２．方法
岩手県胆沢町のほ場整備済み地区において、無勾配暗渠の排水試験を行った。試験圃場は100m×50m、面積50a、吸水渠間隔10m、埋設深は管底で700mm、吸水管の管径は50mmである。弾丸暗渠は間隔1m区、1.5m区、2m区の３区とした。排水調査は、吸水管延長100mを４等分し、５ヶ所に圧力式水位計を設置、各区間の距離は25mとした。また、上流端に地下灌漑給水用のパイプを接続し、流量計を設置、下流端には暗渠からの流出量測定用の流量計を設置、雨量計も設置し、各計器について15分間隔で自動計測を行った。
調査地区の1/10確率雨量は最大24時間は139.3mm、最大４時間は69.8mm、1/2年確率の最大24時間は93.4mm、最大４時間は49.3mmである。
３．調査結果と考察(1)暗渠管内の水位差と流出量： 8/11〜12における79mmの降雨と7/10の217mmの大雨について流出特性を検証する。
8/11は60mm、8/12は19mmの日降雨であり、100ｍ間における５地点の水位差及び流出量を観測した(図1)。降雨開始後、一定雨量となると暗渠管内に水位差が発生し流出が始まる。降雨の最大時よりも流出のピークは1〜2時間程度遅れ、その後急速に水位が低下し、降雨終了後5〜6時間以内に流出が完全に終了した。降雨開始時の積算降水量と積算排水量をみると、降雨量15mmで流出が開始し徐々に流出率が高まり、降雨終了後３時間で暗渠からの排水は終了する。
次に217mmと記録的な大雨となった7/10〜11の流出特性をみると、11日6時ころの降雨終盤のピーク雨量時において、最下流以外はいずれも動水位が田面よりも高くなり、湛水したことを示している(図2)。しかし、降雨終了後急激に水位が低下し、3〜4時間後には地表湛水はなくなり、12時間後には田面下60cm位まで低下した。
降雨量、流出量及び各測点間の水位差をみると、降雨最盛期には水位差が少なくなっており、最下流以外は湛水したこと、更に最下流も水量が多くなって水位が上がり、見かけ上の水位差が少なくなったことによる。
＊

株式会社パディ研究所 Paddy Institute Co.Ltd、独立行政法人農業工学研究所 National Institute for Rural Engineering＊＊＊
東北農政局いさわ南部農地整備事業所 Isawa-Nanbu Farmland Consolidation Pject
Officeキーワード：暗渠、無勾配、動水勾配
＊＊

▼田面高

0-200-40040

4003520030

025-200

40
雨量
L1
L2L3L4L5
流出量

雨量(mm) 流量(l/s)

雨量L1L2L3L4L5流出量

水位(mm)

200

雨量(mm/h)流出量(l/s)

水位(mm)400▼田面3530
2520-400

20-60015-60015

図１

降雨と暗渠管内の水位 R:79mm

図２100

▼田面高
0-100-100-200-200-300-300

-400

-400

-500

-500

-600

-600

-700

07/12 06:00

07/12 03:00

07/12 00:00

07/11 21:00

07/11 18:00

07/11 15:00

07/11 12:00

07/11 09:00

07/11 06:00

07/11 03:00

07/11 00:00

07/10 21:00

07/10 18:00

07/10 15:00

07/10 12:00

07/10 09:00

07/10 06:00

水位(mm)

水位(mm)

0

降雨と暗渠管内の水位 R:217mm

200

200
100

07/10 03:00

07/10 00:00

08/13 00:00

08/12 21:00

08/12 18:00

08/12 15:00

08/12 12:0008/12 09:00

08/12 06:00

008/12 03:00-1200

08/12 00:00

008/11 21:00-1200
08/11 18:00

508/11 15:00

10-1000

08/11 12:00

-800

5

08/11 09:00

1008/11 06:00

-800
-1000

▼田面高

-700
計測位置

-800

-800

図３L2動水勾配

L3

R:79mm

L4L5L1

図４
実測流量

L1

L2動水勾配

L3

L4

計測位置

L5

R:217mm

86
7

0

3

08/12 02:00

08/12 01:00

08/12 00:00

08/11 23:00

08/11 22:00

08/11 21:00

08/11 20:00

08/11 19:00

08/11 18:00

08/11 17:00

08/11 16:00

08/11 15:00

08/11 14:00

2/3

08/12 03:00

1/216/3

計算流量／実測流量

Ｄ：計画暗渠排水量(mm/day)(2)動水勾配： 各地点間の動水勾配をみる⎧⎪⎛ ｄ ⎞
3H ⎫⎪Ｓ：暗渠間隔 (ｍ)
75
⎟ ×
⎨⎜
⎬ × 8.64 ×10 × C
ｎ：管粗度係数 (試算0.02)
L ⎪⎭⎪⎩⎝ 2000 ⎠
Ｌ：暗渠延長 (ｍ)と、下流端(L5)の水位が一点に集中しない=D
H0：パイプ上流端水頭 (ｍ)64
S ×ｎＣ：定数(π×(1/2) ≒2.0)
原因は、最初は管の底のみを流れ、次第にｄ：吸水管径 (mm)
53満流になっていくためである(図3、図4)。
42↓計算流量／実測流量 →流量毎にManning式で表せる理論的な降31雨と実測流量の比率をみた(図5)。降雨初20期は計算流量が実測流量よりも非常に大き← 実測流量 ↓1-1な値となるが、この原因は降雨初期に水田
0-2全体に降った雨が先ず吸水渠内に貯留され、動水勾配を作ってから流出が始まるタイムラグによる。実際には降雨開始から流
図5 降雨時における動水勾配法と出開始までのタイムラグもあり、降雨が20実測流量の比率mm〜30mm以内の場合は水田の土壌に保持されて暗渠から流出しない。8/11の22時頃からは、雨が止んだ場合に先ず上流側の水位が下がりその影響が下流側に及んだ時点で流出量が減少してくることにより、計算上の数字よりも実際の流量が多くなりここでもタイムラグが生じる。特に、流出が止まる直前は先ず動水勾配が無くなってから流出が止まるため、計算上の流量は極端に減少する。
４．おわりに無勾配暗渠は実用的にも水理学的にも全く問題ないことが検証された。また、コスト面でみると、例えば水田50ａ(100ｍ×50ｍ)当たりでは、最低掘削深を600mmとした場合に従来工法と本工法で、工事費は約20％程度削減できる。この要因は、平均掘削深が浅くなり土工量及び疎水材が減少すること、吸水管の口径が満流における動水勾配法を採用することによりワンランク程度細くなることによる。

弾丸暗渠を組み合わせた無勾配暗渠排水試験（Ⅰ）−降雨時における排水特性−
A drainage experiment of level main drain and mole drains(Ⅰ)−Characteristics of rainwater drainage−○谷本岳*、若杉晃介*、藤森新作*、小野寺恒雄**、浅利達朗***○Takeshi TANIMOTO*, Kousuke WAKASUGI*, Shinsaku FUJIMORI*,Tsuneo ONODERA** and Tatsuro ASARI***
１．はじめに
現行の暗渠設計基準において暗渠管の敷設勾配は 1/100〜1/1000 を標準としている。しかし、下層に掘削が困難な砂礫層等が存在したり、排水路水位が高く暗渠内への逆流の恐れがある場合、また、暗渠組織を利用した地下かんがいを計画する場合において、吸水渠を無勾配で施工することが考えられる。この場合、暗渠排水能力と土砂堆積時における除去方法についての検討が必要である。そこで、弾丸暗渠を組み合わせた無勾配暗渠施工ほ場において、降雨に対する地下水位変動と暗渠排水量及び吸水渠への用水流入時（地下かんがい）の暗渠管内流速について調査を実施したので報告する。
２．方法
い さ わ

（１）ほ場の概要：岩手県 胆沢 町の暗渠施工済み（以下「暗渠施工区」）と暗渠未施工（以下「対照区」）の２筆（各 49 ｱｰﾙ）で枝豆栽培を実施している。土壌は淡色多湿黒ボク土であり、現場透水係数は暗渠施工区 10 -6 〜10 -7 cm/s、対照区 10 -5 〜10 -6 cm/sのオーダーにある。暗渠施工区の吸水渠は無勾配でH=70cm、B=15cm、吸水渠間隔 10m、疎水材は籾殻であり、弾丸暗渠がH=50cmで吸水渠と直交して上流側より 1.0m、1.5m、2.0m間隔で施工されている。
（２）調査方法：地下水位変動を計測するためにほ場中央の吸水渠間１カ所に H=20cm（作土）と H=70cm（心土）の深さに地下水位計を設置した。また、暗渠管内の地下水位変動を計測するために吸水渠直上に 5 箇所、24m 間隔で H=70cm の深さに地下水位計を設置した。そして、暗渠の流入側と流出側に電磁流量計を設置した。
３．結果と考察（１）地下水位変動：対照区における作土層の水位は、降雨の影響により 6/21〜7/17 の間、ほ場面を超えたのに対し、暗渠施工区では、7/10〜11 の降雨時（合計 217mm 最大時間雨量 36mm）の際に、15 時間続いたのみである（Fig.1）。
また、心土の地下水位についても暗渠施工区に比べ対照区の水位低下の遅れが明確に見られた。降雨後地下水位が-60cm に低下するまでの時間は、7/3 の降雨時（合計 24mm、最大時間雨量 10.5mm）は暗渠施工区 7 時間、対照区 54 時間、7/10〜11 の降雨時（合計217mm、最大時間雨量 36mm）には暗渠施工区 12 時間、対照区 78 時間であった。暗渠によって停滞水の排除と地下水位の低下が速やかに行われている。
*独 立 行 政 法 人 農 業 工 学 研 究 所 National Institute for Rural Engineering、 **株 式 会 社 パ デ ィ 研 究 所
Paddy Institute Co.,Ltd. 、 *** 東 北 農 政 局 い さ わ 南 部 農 地 整 備 事 業 所 Isawa-Nanbu Farmland
Consolidation Project Office

キーワード：暗渠、無勾配、地下水位

（２）暗渠排水量：6/15 〜 7/25 の 間 に13 回の降雨があり、約 20mm を超えた 4回の降雨で暗渠流出が発生した（Fig.2）。
7/10 〜 11 の 最 大 降
雨 時 （ 合 計 217mm
時間最大 36mm）における、暗渠排水量は 195mm であり、

Fig.1

降雨の 89.9%が暗渠

Fluctuations of groundwater level

地下水位の変動によって排水され、また、この降雨に対する暗渠排水はほぼ１日で終了した。
（３） 用水流入時 の暗渠管内 流速：吸水渠を 無勾配とし た場合に、 土砂の堆積が懸 念されてい ることから 、上流端からの 注水効果に ついて検証 した。その方法 は、水閘を 開き、注水 口から用水を流 入させ、暗 渠管上の各 地点の地下水位を計測し、その水位差からManning 式 に よ り 暗 渠 管 内 の 流 速 を求めた（Table 1）。

Fig.2

降雨量と排水量の関係

Relation between drainage discharge and rainfall

設 計 基 準 で は 、 土 砂 堆 積 防 止 の 観 点 か ら 排 水 時 に お け る 吸 水 渠 内 の 平 均 流 速 は 0.2〜0.5m/s で平均 0.3m/s を標準としているが、注水口から 1.0 ㍑/s 程度の用水を流入させることにより、管内の全ての区間において設計基準を満たす流速が得られた。
Table 1ケース

１２３４

流入量と管内流速の関係

Relation between inflow and velocity in drain pipe
流入量 流出量 区間１ 区間２ 区間３ 区間４(l/s)
(l/s)
流速
流速
流速
流速(m/s)
(m/s)
(m/s)
(m/s)
02/8/25
1.022
0.488
0.37
0.34
0.33
0.31
02/8/28
0.336
0.066
0.26
0.00
0.10
0.16
02/8/29
0.330
0.095
0.00
0.18
0.20
0.17
02/9/01
0.273
0.0460.170.120.170.16

試験日

４．おわりに吸水渠が無勾配とした場合においても、十分な排水能力を持つこと、また、土砂堆積に対応するためには、注水口を設置し 1.0 ㍑/s 程度を注水すればよいことが明らかになった。
しかし、吸水渠における土砂堆積については今後とも検討する必要がある。なお本研究は、
いさわ南部農地整備事業暗渠排水試験施工解析検討業務の一環として行われたものであり、記して謝意を表する。