農業土木学会論文集

アメダス資料による数大都市とその周辺市町村の気温差の実態分析

農林地が気温環境に及ぼす影響評価の基礎として

丸山利輔, 斎藤公三, 石川重雄, 長坂貞郎

2001 年 2001 巻 215 号 p. 563-571,a1
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.563

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本研究は, わが国の代表的な都市である東京, 内陸部の代表都市宇都宮 (参考として前橋), 海岸部の代表都市広島 (参考として福岡) を取り上げ, 周辺市町村との気温差に注目し, アメダスの気温資料を利用して, 農林地の都市に対する気温環境の特徴を間接的に明らかにしようと試みたものである.その結果, これまでに必ずしも十分明らかにされていない, 1日内の時間経過に伴う気温差の変動の特徴とその平均的な性格を明らかにした.すなわち, 大きな気温差は昼間よりも夕方から翌朝にかけて発生する場合が多いこと, 夏期よりも冬期に大きな気温差が生ずること, 大都市, 東京の気温差は最も大きいが, 内陸部の都市がこれに続き, 海岸部の都市が最も小さいことが分った.また, これらの結果から, これまでのヒートアイランド現象の研究の位置付けや限界, ヒートアイランド現象の要因分析に有力な手がかりの得られる可能性を指摘することができた.

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農業集落排水施設における嫌気る床槽の窒素除去性能に関する一考察

中野拓治, 北尾高嶺, 糸井徳彰, 堀込英司

2001 年 2001 巻 215 号 p. 573-581,a1
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.573

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嫌気ろ床接触曝気方式の農業集落排水施設から得られたデータを用いて, 嫌気ろ床槽の窒素除去と影響要因を検討したところ, 窒素除去性能には, 流入水のNOx-N存在率 (NOx-N濃度×100/流入水T-N濃度), 流入水のBOD/T-N濃度比, 水量負荷, 流入水のT-N濃度, SS除去, 及び水温が関係しており, これらを説明変数とする重回帰式を用いて嫌気ろ床槽のT-N除去率を推定できることが確認された.嫌気ろ床槽においては, 酸化態窒素の還元反応による脱窒作用以外に, 汚水中の浮遊物質の沈殿・捕捉による浄化作用と槽内に蓄積された物質等の溶出作用が生じており, 複雑な浄化機構が存在しているものと考えられる。嫌気ろ床槽の窒素除去性能の安定を図るためには, 流入水中の酸化態窒素濃度を高めることと併せて, 水素供与体, 水温, 水理学的滞留時間等の確保を通じて酸化態窒素の円滑な還元作用を進めるとともに, 汚水中のSS除去によりSS由来の窒素を適切に除去することが重要であるといえる.

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扇状地における地下水流動解析のためのタンクモデルと地下水モデルの結合

Ali Musa ELHASSAN, 後藤章, 水谷正一

2001 年 2001 巻 215 号 p. 583-591,a1
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.583

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扇状地における地下水流動のモデル化において, 物理的な過程に基づいた地下水酒養量および流出量の的確な推定が重要である, 本研究では扇状地の浅層地下水流動をシミュレートするために, 地表の水文過程を表現する改良型タンクモデルを, 差分法を用いた2次元地下水モデルに結合した.改良型タンクモデルは水田地帯と非水田地帯それぞれから浅層地下水帯へ流入する浸透量を別々に算出し, また灌漑のための地下水汲み上げ量も算出する.分布型で表現される地下水の涵養や流出は, 格子点の周囲の水田面積率に基づいて, それぞれの格子点ごとに算出される.このモデルを栃木県那須野ヶ原扇状地に適用した.その結果, 計算された地下水位は実際の地下水位の挙動を十分再現するものであり, タンクモデルと地下水流動モデルを結合することの有用性が確認された.

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遺伝的アルゴリズムを用いた地下水面源汚染フラックスの長期変動推定法

一恩英二, 平松研, 河地利彦, 北村邦彦

2001 年 2001 巻 215 号 p. 593-601,a1
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.593

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世界の各地で地下水汚染の問題が深刻化している.本論文では, 不圧地下水の不飽和領域から飽和領域に流入する面源汚染フラックスの長期変動を, 遺伝的アルゴリズム (GA) と溶質輸送シミュレーションの連成によって推定する手法を提示する.汚染フラックスの値は, 観測井戸における汚染濃度観測値とシミュレーションによる計算値とがよく一致するように, 生物の進化過程を模擬した遺伝的アルゴリズムによって漸近的に推定する.遺伝的アルゴリズムの反復的な操作過程で, 飽和領域における時間変化する溶質輸送問題を数値的に解くことによって, 遺伝的アルゴリズムによって決定された汚染フラックスの流入によって生じる観測井戸地点での汚染濃度を求める.手法の有効性を検証するため, 実際の地下水盆に対して仮想的な手法の適用を行う.この時, 必要な観測汚染濃度はシミュレーションにより疑似発生させる.観測井戸位置及び不確定な水文地質定数がフラックス推定の信頼性に及ぼす影響についても検討する.結果として, 遺伝的アルゴリズムを用いた本手法は, 汚染源領域におけるフラックスの長期変動を首尾良くかっ高精度に推定することを可能とし, 広域地下水の効果的な水質管理戦略を策定する上で有用であるとの結論を得る.

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初期養生条件の異なるマッシブなコンクリート供試体の諸特性に関する研究

佐藤周之, 服部九二雄, 緒方英彦, 高田龍一

2001 年 2001 巻 215 号 p. 603-610,a1
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.603

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本研究では, 配合条件と大きさが同じ6体のマッシブなコンクリート供試体を異なる初期養生条件下で作製した.そして, 超音波法と抜取りコアの試験結果から, 各供試体の諸特性を実験的に検討した.
その結果, マッシブなコンクリート供試体の密度は, ブリーディングの影響, 締固め効果の影響, 振動締固めによる粗骨材の沈降という3つの要因で下層部ほど大きくなった.また, 初期材齢時に高温履歴を受けた供試体ほど, 材齢の進行に伴う強度の発現が小さくなり, 供試体の表層部と中心部では発現する強度の差が大きくなった.初期養生時に60℃以上の高温に長時間曝された供試体の圧縮強度は, 最高温度60℃未満の供試体の圧縮強度と比較して小さくなり, 特に供試体中心部の圧縮強度は著しく低下する傾向を示した.

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重粘土転換畑における土壌のガス拡散係数と通気係数

足立一日出, 吉田修一郎, 細川寿

2001 年 2001 巻 215 号 p. 611-617,a1
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.611

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大豆-大麦-キャベッの二年三作が行われている四つの重粘土転換畑において, 各時期の作土および下層土の不撹乱土壌を採取し,-3.1kPa (pF1.5) マトリックポテンシャル時の土壌の気相率, 通気係数, ガス拡散係数を測定した.その結果,-3.1kPaのマトリックポテンシャルで水分調整された試料の通気係数と相対ガス拡散係数との間には直線関係が認められた.また, 採土時期 (栽培作物) によって,-3.1kPaマトリックポテンシャルで排水される粗間隙の通気特性が異なることを示した.単純な毛管モデルから, 相対ガス拡散係数, 通気係数, 気相率がそれぞれ直線関係にあることを示すとともに, 毛管モデルから得られた毛管径, 毛管の屈曲度などの関係式を用いて, 各採土時期の通気特性を考察した.

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窒素肥料の浸透と土壌の力学的および物理化学的性質の及ぼす影響

Ahmed EL SHAFEI, 田中明, 三浦哲彦

2001 年 2001 巻 215 号 p. 619-629,a2
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.619

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佐賀県東松浦半島の地下水調査によって, この地方の井戸では地下水中のNO₃^-は水道水のWHO基準に近いか, 一部ではそれを超えていることがわかった。原因究明のために現地試験を行い、尿素系肥料の散布に伴う土壌中への化学成分の浸透状況を調べた。土壌中にNO₃^-は検出されたが, NH₄⁺はほとんど検出されなかった。このような化学成分の土中での変化は硝化作用が関係していること、NH₄⁺は表面土壌に多量吸着されて深いところでは検出されないことをバッチ試験によって確認した。室内実験によって, 土の力学的および物理化学的性質に及ぼすNO₃^-の影響を調べ、NO₃^-処理によって: 1) 土の間隙比は減少すること, 2) 透水性はかなり増加すること, 3) 陽イオン交換容量は低下することを明らかにした。これらの現象は: 土粒子の反発力は低下して間隙比は小さくなる;拡散2重層厚は減少し自由水の流動する空隙は増加する;この結果土壌の透水性は増加すると説明できる。以上によってNO₃^-の土壌浸透は容易となり、地下水汚染をもたらす原因の一つになったと考えた。

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撹乱土の圧縮による伸び亀裂の発生

西村眞一, 清水英良

2001 年 2001 巻 215 号 p. 631-636,a2
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.631

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一般に固体が延性から脆性になるにしたがい, せん断分離より引張分離が優先することを考慮すると, 撹乱土にあっても含水比が低くなり脆性に近づけば同様な現象が生じると考えられる.そこで, 本研究では実存する均一型ダムの築堤材となった火山灰質粘性土とコア型ダムに用いられた砂混じりシルトの二種類の試料の含水比を徐々に低下させて一軸圧縮試験を行い, せん断亀裂と縦亀裂の発生について調べた.その結果, 今回用いた両試料とも含水比が比較的高い状態ではせん断亀裂が優先するが, 含水比がある値より低下すると伸びによる縦亀裂が優先することが確かめられた.また, 同じ試料を用いた圧裂試験により引張亀裂発生時の伸びひずみを測定し, 一軸圧縮試験で縦亀裂が発生した側方への伸びひずみとの比較検討も行った.

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赤石川赤石第2頭首工のアイスハーバー型魚道における魚類等の遡上・水理特性

泉完, 高屋大介, 工藤明, 東信行

2001 年 2001 巻 215 号 p. 637-646,a2
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.637

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青森県の二級河川の一つである赤石川に設置されている赤石第2頭首工のアイスハーバー型魚道 (幅;2.6m, 落差;0.15m, 勾配;1: 20, 長さ;71.0m) において魚類等の現地遡上調査と魚道内の水理特性を検討した.魚道を遡上した魚類等は13種類で, おもな魚種は, アユ (72%), ウグイ (15%), ヨシノボリ類 (7%), ウキゴリ類 (3%), カジカ (2%) であった.魚類等の1日における遡上数が多い時間帯は, 河川水温の高い正午過ぎから20時頃までであり, 逆に河川水温の低くなる深夜から早朝にかけての遡上は少なくなることがわかった.一方, 遊泳魚は潜孔も利用することがわかり, 潜孔は魚類等の有効な通過施設であることがわかった.魚道プール内の水理特性について, 3次元合成ベクトル流速と2次元合成ベクトル流速分布で流況を明らかにした.

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遺伝的アルゴリズムを用いた管水路網の最適設計

平松研, 河地利彦, 一恩英二

2001 年 2001 巻 215 号 p. 647-653,a2
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.647

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管水路の最小費用設計問題に対して遺伝的アルゴリズムを用いた最適化手法を提案する.ここでいう管水路は水源から農地などの受益地へ水を配分する管水路網システムを意味する.また, 最小費用設計問題とは, 受益地において決められた水圧で必要とされる水量が得られるという制約条件のもとで, パイプの口径を決定変数として, 建設コストを最小化するものである.この問題に対し, 遺伝的アルゴリズムを用いることにより, 最小費用設計問題を線形化あるいは単純化することなく, 設定された問題のままで最適解を求解する.決定変数であるパイプ口径以外に, ループ内の流量変動を遺伝子として取り込むことにより, 発生手順を改善する.水理的特性に基づく非線形性により生じる問題に対しては, 準実行可能解空間内で世代交代させることで対処する.二つの最適設計問題を解くことにより, 本手法の精度および有効性を検証する.その結果, 本手法は, 旧来の手法に比べてより良い, あるいは同等の最適解を与え, 管水路網システム設計に有用であることが明らかとなった.

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田面水のSS・COD濃度に及ぼす代かき, 施肥および土壌の種類の影響

金木亮一, 岩佐光砂子, 矢部勝彦

2001 年 2001 巻 215 号 p. 655-660,a2
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.655

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代かきの有無, 施肥の差異 (無施肥, 化成肥料, 重焼リン), 土壌の種類 (グライ土, 黒色土, 黄褐色土, 礫層土) が田面水中のSS・COD濃度に及ぼす影響を検討した.20℃ の恒温室内にポット24本を静置し, 実験開始後1, 3, 5, 7日目に水質を測定した.実験は3回繰り返して行い, 分散分析法によって各要因の効果を検討した.SSとCOD濃度には代かきの有無土壌の種類の影響が見られたが, 施肥の影響は見られなかった.SSとT-COD, D-CODについては代かきの影響が土壌の種類の影響よりも大きく, P-CODには土壌の影響の方が大きく表れた.実験開始1日後のSSの平均濃度は代かき区110mg/Lに対し無代かき区24mg/L, T-CODの平均濃度は各々28mg/Lと11mg/Lであった.

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海岸帯水層における塩水侵入の時空間変動特性に関する調査研究

大年邦雄, 藤原拓, 石井将幸, 唐心強

2001 年 2001 巻 215 号 p. 661-671,a2
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.661

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海岸付近の施設園芸地域内に配置された多数の観測井戸での地下水位と電気伝導率鉛直分布の観測, および調査地内にある感潮河川の水位観測をそれぞれ一潮汐周期以上にわたって実施した.これらの観測結果より, 淡塩境界領域の構造, 潮汐に起因する地下水位と淡塩境界領域の時間変動特性および塩水侵入の空間構造特性についての検討を行った.淡塩境界領域は地下水位の変動に対応した変動を呈するが, 両者の変動には場所によって変動振幅と位相特性に差違のあること, また, 同一地点でも, 時期によって位相特性が逆転することもありえることがわかった.淡塩境界は, ある厚さをもった混合領域として存在するが, 本研究では, 局所的な凹凸をもつ基盤上に載った不圧帯水層へ明確な淡塩境界面をもって塩水が侵入する現象の解析モデルを構築し, 調査結果を定性的に説明した.

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不圧海岸地下水流解析のためのファジィ則内蔵スキーム

河地利彦, 土原健雄, 平松研, 一恩英二

2001 年 2001 巻 215 号 p. 673-678,a3
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.673

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流れと塩分輸送が強く連成し自由水面が未知である二次元定常不圧海岸地下水流問題の反復求解過程における解の収束促進を図るため, ファジィ則を内蔵した反復依存型緩和スキームを導入する.支配方程式である流れと塩分輸送の式をガレルキン有限要素法によって離散化し, ピカール (Picard) 法によって反復的に解く.自由水面もまたその位置を移動させながら反復的に決定する.ファジィ推論のもつ顕著な特性にようて, 導入したスキームは解の更新時における緩和の度合いを自動的に調整する.問題に対する全体の解を得るため, ピカール反復と自由水面反復の双方にスキームを適用する二重反復の手順を導入する.スキームの特性試験の結果, 本スキームは解の収束挙動を改善して計算労力を減少させるとともに, 従来の緩和手法では収束不能であった問題に対しても収束解を与えることが明らかとなった.さらに, 非線形性をゆるめるためにこれまで過渡解析によって解かれてきた高非線形問題に対しても, 本スキームによれば効率的に所望の定常解が得られることが明らかとなった.

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河川システムにおける汚濁負荷配分のロバスト最適化に対するε制約アプローチ

前田滋哉, 河地利彦

2001 年 2001 巻 215 号 p. 679-686,a3
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.679

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河川の水質管理を目的とした多目的意思決定過程における代替案作成ツールとして, ロバスト最適化 (RO) の枠組みにε制約法を組み合わせたε-ROモデルを開発する.先に我々が提案したROモデルにおいては, 河川の自浄能力の範囲内で, 生物化学的酸素要求量 (BOD) の負荷の総量を, その変動性に関係する解ロバストネスと, 河川の水質環境基準の未達成量に関係するモデルロバストネスとともに最大化している.本研究ではROモデルの拡張として, 河川水のBODと溶存酸素 (DO) の濃度が河川の定められた水質基準により近づくよう, 新たな目的をモデルに追加する.さらに, 非劣解を導く方法をビ制約法に変更する.これにより, 意思決定者に対して検討価値のある代替案, すなわち最適な汚濁負荷の配分法を, より効率的に提示することが可能となる.例示的な最適化問題にモデルを適用することにより, 提案したε-ROモデルは先に提案したモデルに比して, より良い意思決定に役立つ代替案やその他の情報を生む能力が高いことを示す.

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リムグラウトによる迂廻流抑止効果に関する3次元浸透流解析

立石卓彦, 長谷川高士, 吉武美孝, 小林範之

2001 年 2001 巻 215 号 p. 687-695,a3
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.687

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複雑な水理地質のダムサイトで飽和-不飽和定常3次元FEM浸透流解析を適用し, リムグラウトの浸透抑止効果を示した.対象としたダムサイトは地山地下水位が低く地質構造が複雑であり.止水グラウトの施工範囲が問題になった.この施工範囲を決定するために, 現場透水試験, 揚水試験, 一斉地下水位観測等の事前情報と, 仮排水トンネル掘削時の切羽の観察, トンネル内での湧水位置と湧水量等の事後情報を基に, 逐次tdai-and-error calibmtionを行い, 一斉地下水位観測結果と合致するようにモデルのcalibrationを行った.十分な精度の結果を得ることが出来たので, リムグラウトの長さを幾つか設定して解析を行い, その施工長さを合理的に決めることが出来た.水理地質の複雑なダムサイトでの浸透問題, 地山地下水位が低いダムサイトにおける止水対策の検討に際して, 本解析法が有効であることを示した.

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雨水利用施設に対する地方自治体の助成制度実施状況に関するインターネット調査の試み

喜多威知郎, 竹山光一, 石井将幸, 北村邦彦

2001 年 2001 巻 215 号 p. 697-705,a3
発行日: 2001/10/25
公開日: 2011/08/11

DOIhttps://doi.org/10.11408/jsidre1965.2001.697

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インターネットは, 最近の急速な普及に伴って, 日常の生活でたやすく利用できる環境が整い, 重要な情報収集や伝達の手段として認識されている.インターネット調査は, 双方向通信性を利用して, 経済的に調査を行うことができ, 集計や分析を自動的に行える手法であるといわれている.本報では, 雨水利用施設に対する助成制度の実施状況に関する調査を事例に, インターネット調査法システムについて検討した.雨水利用施設は, 都市型洪水の防止, 水資源の有効利用や地下水酒養に有効なことから公共施設に導入されているが, さらに民間への普及を促進するために助成制度を実施する地方自治体も徐々に増加しており, 制度の状況把握を本調査で試みた.調査では, CGIのインターフェース機能を利用した双方向通信性を持ち, CGIプログラムが回答の誤りを指摘するシステムを構築した.本システムによるインターネット調査の有用性と問題点について報告する.

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