降雨浸透時の土壌水分特性の相違が土の降雨浸透速度に及ぼす影響
中電技術コンサルタント(株) ○岩田直樹，荒木義則，清田亮二
高知大学農学部 笹原克夫
(株)荒谷建設コンサルタント 片山弘憲(株)エイト日本技術開発コンサルタント 丹下英雄(株)設技術研究所 柳崎剛
復建調査設計(株) 中瀬有祐
国土交通省中国地方整備局太田川河川事務所 松下一樹
１．はじめに降雨による斜面表層の崩壊発生予測のための浸透流解
析には，現地状況や降雨に応じた解析パラメータの設定が不可欠である．このため筆者らは，解析パラメータのひとつである土壌水分特性曲線について，実斜面で計測された複数の降雨イベントに対する体積含水率θと土壌水分吸引水頭ψのデータもとに曲線の推定を行ってきた．この結果，θ-ψ曲線は降雨イベント毎に異なるヒステリシスを描くことや，吸水過程及び排水過程のヒステリシスは必ずしも同一の主曲線とならないことを指摘した 1)．
そこで本研究では，計測データをもとに設定した異なる土壌水分特性曲線を用いて不飽和浸透流解析を実施し，土壌水分特性曲線の違いが降雨浸透速度にどのように影響
図-1 観測データのθ－ψ関係するかについて検討した結果を報告する．
２．現地計測250

2008/4/7
2008/4/17
2008/5/19
2008/5/28
2008/9/13
2009/6/10
2009/6/29
2009/7/1
2009/7/10
2009/7/21
2009/8/10
上限曲線

さ土が表層約 1.0m に分布する広島県廿日市市で観測されたものである．体積含水率θは地表面から 15cm，35cm に設置された TDR により計測され，土壌水分吸引水頭ψは地表面から 30cm，50cm，100cm に設置されたテンシオメータにより計測されている．土壌水分特性曲線の算定にあたっては，設置深度がほぼ等しい 35cm のθと 30cm のψを用いた．
図-1 は 2008 年及び 2009 年の 4 月から 9 月まで計測され土壌水分吸引水頭ψ(cmH2O)

本検討で用いた観測データは，広島風化花崗岩起源のま200

150

100

2008/4/9
2008/4/23
2008/5/242008/8/232009/5/212009/6/222009/6/30
2009/7/72009/7/172009/7/25
下限曲線

50

た体積含水率θと土壌水分吸引水頭ψとの関係を示す．θ
－ψ関係は，
ψ=200cmH2O 程度でほぼ 1 本の曲線となり，ψ=200cmH2O 程度以下で広がりを持って分布する形となっている．この計測データのうち，体積含水率θの増加に伴って土壌水分吸引水頭ψが減少している吸水区間を抽

00.10

0.120.140.160.18

図-2 対象とした吸水曲線群と設定した
土壌水分特性曲線出した結果を図-2 に示す．なお，テンシオメータの計測精度から土壌水分吸引水頭が 10cmH2O 以下のデータは棄却

表-1 土壌水分特性曲線のパラメータを行った．
３．土壌水分特性曲線の設定
図-2 に示す抽出した吸水曲線群をもとに，曲線群の上限を包絡するような曲線（以降，上限曲線と呼ぶ）と，曲線群の下限を包絡し，ψ=200cmH2O 付近で上限曲線とほぼ0.20

体積含水率θ

下限

上限θｒ0.1100.105θｓ
αｎ0.220
0.35
1.70

0.220
0.061.90一致するような曲線（以降，下限曲線と呼ぶ）を van Genuchten 式 2)により設定した．各土壌水分特性曲線のパラメータを表-1 に示す．
４．浸透流解析図-3 に示す 40°に傾斜したモデルにより浸透流解析を行った。土壌水分特性曲線は，計測結果より設定した深度30cm のパラメータをもとに深度に依存する関数 3)により，土層厚 1.5m を鉛直方向に 15 分割した土層毎に異なるパラメータを設定した．また，飽和透水係数は 2.89×10-3cm/s とし，比透水係数は van Genuchten 式より設定した．初期土壌水分吸引水頭ψ0 は，乾燥した状態を想定したψ0=400cm と，雨季のやや乾燥した状態を想定したψ0=100cmの 2 ケースを設定し，100mm/hr の降雨を断続的に与えた場合について比較を行った．
図-4 は深度 30cm，50cm，100cm における体積含水率θの経時変化を示す．この結果，体積含水率の立ち上がり時刻は上限

土層分割：15@10cm = 150cm
パラメータ：深さ方向の関数

曲線のほうが早く，深度が深いほど上限曲線と下限曲線の差が大きくなる結果となる．これらの原因としては，上限曲線のほうが降雨浸透に伴うψの低下が小さく，下限曲線よりもψが大降雨＝100mm/hrきく設定されることと，比透水係数を van Genuchten 式より設定したことにより，傾きの緩やかな上限曲線の透水係数が下限式よりも大きくなることが考えられる．初期土壌水分吸引水頭ψ0の違いについてみると，ψ0=100cmH2O の場合には，飽和度が40°高く，透水係数が大きいためψ0=400cmH2O に比べて立ち上がり時刻は早くなる．しかしながら，上限曲線と下限曲線のψの差がψ0=400cmH2O に比べて小さいため，上限曲線と下限曲線

底面：不透水境界側方：
流出境界の立ち上がり時刻の差は小さくなる．以上のことから，曲線の6.0m

立ち上がり時刻すなはち降雨浸透速度は，土壌水分特性曲線の形状だけでなく，初期条件に大きく依存することがわかった．

図-3 浸透流解析モデル

４．おわりに本検討の結果，降雨浸透速度が土壌水分特性曲線や初期条件に大きく依存すること
0.25

状況に応じていかに設定するかが重要な課

0.20

題であることが分かった．今後は，浸透流解析による実測データとの比較等により土壌水分特性曲線の設定方法を検討していく

体積含水率 θから，土壌水分特性曲線や初期条件を現地

下限曲線 100cm

0.10

05000

10000

15000

20000

降雨開始からの経過時間（秒）いても検討を進めたいと考えている．

(a) 初期土壌水分吸引水頭ψ0=400cm

謝辞：本研究の実施にあたり，貴重な資料
0.25
体積含水率 θおよびご助言をいただいた国土交通省中国

参考文献 1)片山ら:土壌水分特性曲線の湿潤時と乾燥時のヒステリシス,平成 21 年度砂防学会
研究発表会概要集,pp.390-391. 2)Van Genuchten,
M.Th.:A closeed equation for predicting thehydraulic conductivity of unsaturated soils, Soil Sci.
Soc. of America Jour.,vol.44, No.5,pp.892-898,1980.
3)岩田ら: 原位置計測データに基づく土壌水分特性曲線の算定方法に関する一考察,平成 21 年
度砂防学会研究発表会概要集,pp.222-223.

上限曲線 100cm

下限曲線 50cm

0.15形・滑りにどの程度の影響を及ぼすかにつに深く御礼申し上げます.

上限曲線 50cm

下限曲線 30cm0.05

とともに，降雨浸透速度の違いが斜面の変

地方整備局太田川河川事務所担当者の各位上限曲線 30cm

0.20
0.15
0.10
0.05
05000

10000

15000

20000

降雨開始からの経過時間（秒）(b) 初期土壌水分吸引水頭ψ0=100cm
図-4 体積含水率θの経時変化の比較