風洞実験による十勝火山灰土壌の受食性に関する研 究
その他（別言語等）
のタイトル
A study of wind tunnel erosion of volcanic ash soil in Tokachi
著者 松田 豊, 土谷 富士夫, 辻 修
雑誌名 帯広畜産大学学術研究報告. 第I部
巻 12
号 3
ページ 261‑267
発行年 1981‑11‑15
URL http://id.nii.ac.jp/1588/00002200/
帝人俳隠12‖肝l）：21う1、2郁．
馴司実験による「勝火l川東土壌の受食性に関する研究
松川 豊キ・十？盲富l：ノこ龍・辻 修醐
（′受理：19机午5月35H）
A Study or Wind TunneL Erosion or VoLcanic＾sh Soilin Tokachi
Yu†aka MATSt■DA＊，FujiL） rsucHIYA＊一and Osamu TsIJ11柚
要 約
風食の危険から農作物や淘H二を′二手名ためには，土壌の受食性を究明Lなければ1ならない〕そこ で，卜勝火山灰土壌の受食性を究明するために，風洞を用いて飛土竜に与える風鼠土著水分貴，
⊥ニ粒rの粒径および上擦の水分ヒステリシスの影車と飛土開始風速について実験を行い．つぎのよ
うな精巣を待た〔
飛上崖二：・よ風速む増加にf■早い指数的に増大し．十硬水分餞の増加に対してほ，適に錦数的に減少す
ることが明らかとなった。とくに▲ 風速1山車弧＝ 以上 含水比In％以卜のときに書い、飛七現 象がみらかた。
また，相棒別土粒子を此蘭してみると．紳杓r・（柁径105J上 以下）が最も飛七量が少ない。中 粒子（粒径 川5J∫〜S亜J′）は低土媛水分竜での飛十量は非常に多いが，⊥解氷分置の増加に伴い 急激に減少する。大和子（鋸（1〃〜芦，（1閻頬）Gま．土壌水分量が増加してもボ上侵にほ，あまり変化が
太られなかった。
つぎに，飛土開始風速については．借上娩水分牒でほ，風速4〜5m／滞e己 で飛土が開始され 1（）m／卓出以上になると急激な飛十現象がみら来るようになりた。
最後に，⊥壊の水分ヒステリシスによる飛土盛の違いについては．同じ土壌水分量に対Lて乾燥
過程のカがモ昆親過掛こ比べて飛土呈が非常に多十ことが明らかとなった。
るカ：′カイ事業が取り上げられ，上日釣は乾燥期におけ る不足水分の補給による上担生産件の拡大にあるが，そ れら施設の多臼的利用の1つに吼録防止も上げられてい る。すなわち，土壌が鹿燥し強風が吹く危険性のある時 に，畑地に散水Lて風食を防止するもの′である。泰実験 はそのような観点かち†￣勝の火山灰土壌を対象とLノて 風食防止対麗の基礎資料を縛るた鋤こ子fりたものであ
る は じ め に
十勝他動よ4月中旬から5†了下旬にかけて輝度が低 く．娩風が吹くことカて多く，上壊が僻しょうな火山据で あることなどかち風食が哉坐する．最近は農業経常の近 代化，大型捜城の蒋人などのため耕地の区画を大きくす るため防風林を伐採する傾向にあり，風食の危険性を大 きくしている。一ノノでは．北海道においても畑地に即す
≠ 席Ⅰム蕃搾■大学開発土木工学研究室
洲 昂服It■裸軒
★†一abnratr〉ryt）fSoil8∫は1Ⅵ7atぐrEn糾−eeri哨■（′鮎IlirotJれi、・eTSityufAgri川Iturean｛11Jeteri【−叩加Ie山ぐmビ，
Obihir〔〉，Hok女aidu，Japan．
龍♯ Obihir8≠・tuTli −ipき1n触e，nl一品i叫Hokkai（1u，JapRm．
川こ1
松tli盛ら
義1供忌〔⊥二壌の物脛性
実 験 方 法 1．票 数 装 置
実験髄跡ま吸引式箱週艶洞で，主要部好の風洞部ほ感 き蟄鋸間，幅凱）ぐ汎長さ込7〔）℃mである。全体柳とほ 合板や作製Lたが．→側面は透明のアクリル振酎壁用
t．飛た状況が肉眼で観察できろようにLた｛＝
披講七療を詰め、る容鮒畢◆．〕エとしで良さヨ8ぐ血，幅10 cl荘，深′さ3ご流の大ききダ〕ものを用い，乳洞中央部に下
方れら着脱できるようにした。また飛上開始最速と竃婿 殿謹萌潮竃に糾†ては，長さ2em，帖5em，深き0・2
rmの秤器を催用したけ
窄気喫ん口は荊率をづi・ナ，そ瑚ビ（後に轡挽枚を設置 t．鼻でき∴るかぎり阻瓦空気の苦Lれを少なくするよ曳にし た私意た．風の発生は風洞の後部に設慶したフアンによ
一づたがゝ風謹の謂凱ま主とl一て．フナy汐）前忙開乳頭操 の異なるスグリーンを入れることによ一ユ′て行な′jた。：た だ．漁七開姶晩速と急増敬遠の潮酔こおいでほざ風速を 灘腰博絃変杷蓬賠なければな鉦患いで，丼ライダ甑タ
によゆモー孝一 転流丸る電腔を調節ずることにより，風 速を無段階的iこ増加させるよう書こ1ノた。
望．供試土壌と調製法
東経に使用した火山灰上撃ほ，主とLて河薗郡芽嚢常 北快音の畑地から廃幣ノL七ものであるかその外に．河西
茄更別村更商および斜里耶小棒本町Jヒ和の漸飽かち採集 Lたものも俊郎ノ虹 そ射らの土性執よ義一1に廟す通
、りやある。
試料粛調敏己如工実殴口的によ1チて多少異な′）ており，
冬丸ぞ加について痛すとつぎのようである。
（1）飛立最に与・える風速と十壌水辞意苺影敷こ対するも
鉛
供武士褒践！，勝の芽室，吏乱対照とし・て問責蜘J、清 承漁火国政土雛使用した。
津ず，採集した生土営夙亀（含水比5％廃盤〉Lたのも 2mmフルイ′を漉過怠せたもの凌使用した。その試料を
浄凍放き％，1蝿，15％となるよう加水本分調節を行な も、．土掛分安定化のた均一・R栗岡放礫したものを供
．式l▲∴
招）粒径凱土粒子の乳1こ塁に与え亀風速と七吸水分量の 財轡に対す卑属ぬ
漁武士執義孝強化LU灰土贋な陳用Lた。廃盤Lた盤七 を鼠乾（含魂農5％程度）1た粛、ち2mrnフルイを遭 遇きせたゎ その試料をフルすによヴ太枠子（鮒）か叩
程度組成（芳）
供鋸軒掴腐菅野上性
†．。卜 ル ト砂
1
q‖ ．月▲ ．4
圭・十＝卜
一・⊥ 初㍑鞘
芽 室2．4圧皇 9．55
更 別 小消滅
2．酬卑 9．76 2．477 9．こ謡1
表一2 凧嵐 L媛水分と飛土蔵（k虫嶺ざ・ぬiil）
′′′s〉
「
13 15 10．8 12．8
（i．7 （1．登 lし1 けl
1臥3 Lり q．簿
12．7 5．′4
1トl 1
榔壬 ……と…：≡≡…
離n〝）ノ中粒了▼A（840〝〜42u〝（），小粒予忍∈趨犯匹〜
1阻直お㌫凋晰子函毎最下トの、4穫類に馴すたゎ この4種類の訊粁を含水比5乳 用乳1ら霧立鞍るよう 加私腹分詞節を行ない，」こ康水分寵妾化帝た軋 一一日酵 阻放同したものを供試し，た。
（3）飛十閑地阻速と急増威遽匿対するも殿
供就十壌ほ芽室火山炊土壌を使用した。採集Lた生十 暫2nimフルイを通適させたの′ち，か乾燥により禽虎 比n％と1ノた。そ九を幣七として含水比をおおよそ豆％
ずづ押水水分詞節を行ないつつ卿帽逆，風洞の琴南乳
速で飛ばなくなる程度の含水比まで調節した。その就科 を土壌水分登雇のため，一日裾開放僅Lたもこのを㌍試し
た）
（4）飛土俵に与える土盛の水分ヒステリシスの腰掛こ対 イこも、
傲試上敷ま芽室火山灰土壌を使用したや嫁菜し母堂土
を3mmウノニイを通過きぜ風乾ウニより水分な低下獣軋 命水比嘉％，20‰15％す1t〉％，5％付近とな季よう萌 節したものな乾嶺過程の試料とLた夕立た，癒乾により 5％すこな一二，た試料む原⊥とL，これに加水水分調節を行
ない含水比l（）％，15％．劫％とし．上甑分党淀めた 唾，・辞許関礫閲したものを加水過程ガ罪科としたゎ
風洞実験による十勝火山灰土袈の安食性に関する研究
3．実 験 方 法
兼十宣の測定に対して桔，それぞれ調製した供試土壌 を測塩密雲馴こ密度がほほ一宏（戴燥蟹座で∩．9−1、ng／
ぐm8〕になるように充てんし，表面を平滑に⊥．て風洞中 央下狛こ設降し，1分間風を作用させた。飛十重の測定 をま風を作用させた前後の垂巌黒から戎軌1分間当り 1m空 から移動する土の虞掠とLて算出Lた。この場合 の凪速とLて卜￡9，11，13および15mノseeの4段階と したu これま風食が朗薯に現われると言われている風速 1ひ吼′−紳こ 何儲かち，今阿倍用した風洞の限界の風速で ある】5m′′′sぞC まで段階的に観測しようとLたものであ
る
また，二聴十開始風速と急増風速め測定については，銅
盤した鋸試十靡を測定容器に表面が判断■こなるように充
てんし，鱒洞中火下郎に密着し風洞底泊は款料表面が同
じ高さ仁なるように設医した。その乱 スライ久一ツタに よf）ファン㌍トモ【−β一に流れる電圧を増加することによ
り，．晩適宜順次増大させた。そして風洞側面の透明アク リル振を通Lて，肉眼で七粒子が移動を開始する時点と 飛上量が念ー澱に増加する時点をとらえ，その士きの風速 を電子風速計にエリ測定1ノ，飛土開始風速および急増風 速とl′た、
窯凝籍莱および考察
1．飛土主に与える風速と土壌水分量の影響 この実験ほ粒径の潅いを考肘掛ず虹，全体的な受億灘 を検討するた軋 十勝かガ乳 更別の2れ軒と対櫓地区 として網走の小清水より採森l．た 2mm 吊Fげ）仝粒径 のものを川いた、実験結果ほ表−2に示したとおりであ
る〕
ま￣汽吼遠と飛士風の閲尿をみると次のような閥終が
得られた、
gF＝αレー♭い・ ‥・ （1）
ニこにノ毎＝飛⊥騎（釘′m彗・min）
γ：風速臼叫一sec）
α．わ：′美貌係教
本実験に束ける係数α，ぁのイ熟ま表−3：∴ホすとわりで あって，榊こぁの偵が3〜7で戌竹て，風速の増大によ って飛十罷が大きく増加Lていくことを示Lている。こ 碍ような傾向は掛円ら1〉の風洞実験にき八、ても同価であ る。
つぎ東上贋の含水量と飛上量の幽係を載ると．決のよ
うな関係が得られたリ
105
表っ3 呆験係数a．♭の値
、二、∴含水此（％）
供試 血、、 15
1．00：く10￣も 4．43
±鷹
l・00×1n￣きl・師×1日￣5 5．74 4．65
芽 室
a 更 別b
7働10￣12′・5axlO▼54戯10司 3，65 7．11 4．15
表」 実験隣教c，dの偵
二1こ㌔」鋸郵m／s） ＼こ
警二頂軒
く・、
g 11 13
芸二1 誓憲がl■警宗03l■芸子諾0ヲ
三7−㌍隼賢㌍・警孝1105
C4・4…081−47×川63・25×1nも2・92州
d」4．61 ニさ．41 3．37 3．08 芽 室
更 別 小清水
Elt・＝CIr−イ・・・・ …・ ぐヱ）
ここに上毎二飛士追（g′′血管・min）
W′：含瓜化（％）
C，オ：実験係数
本：煮験における係数ぐ．dの値は卦■4に示すとおりで あって，杵にdの怖が2〜4であって，」こ媛の水分騒が 増加することによ一ノて，胤上策カミ急掛こ媒少することを 示Lている〕この関係につぃても一 機掛ら1）の宅巌と同
じ噛l六Jをホしている。
最上のように，火山択卜購の飛L巌は，隠遁の増加に 対し．てほ指数的に増加し，」二噴水うナの増加に対lノては指
数約に稀少することが明らかである、特に土壌水分につ いては，含水此1（1％付近を墳として急激に飛上風が減少
している紙業もあ刃㍉ これ上＝二の含水放とすれは風食 は奴少するもグ〕と考えらかる〕この劫川†とLては，上松
子問巧閻ゲキ忙布偏する上平．L了せ結びて〕けている闘ゲキ 栂；影響Lているものと即っかるノノ㌢軌 これらの足景 的な解明が必要であろう。
2．粒径別土粒子の飛土量に与える風速と
土壌水分量の影響
上組千が風力こ■・よって移動する方法に：i通りあるとさ れているa）。l，∩〜2．Omln以Lの粒径をもつ土壌ほ地表 酢こ接して少しづつ風ドに移動L・（Surねce−Creep），0．1
松闘 散ら
281
れた，ニの場脊の繋験係数ほ恵一6および表⊥7忙示すと おりでありて，それぞ紅陸路瓢こLても取土勤ま指数的 町仁風速の塵Å常ともな−．て増太し，含水比の増加にと
もなって逆郎二減少することが明確であるJ
粗後列十粁㌢の飛上駿を比較Lてみると義一5から明 らかなように，中細子力も−▲番犬きく′，人粒子が汝で．細 粒子ほ非常に小さい。ただ風速が、大きくなると，大柿子
の移動する挙が増す穣向がみられ亀し また含水比が増 すにt＿たがって，飛上量の差異那小きくな／ノている（，こ
れら−ま⊥発走Fの太きさ忙よる凰の僅けガや風に対する頗
抗性の適いと，それ音二淡が加わ為こと∫こよる漉統性の変
化がからみあ．1て発現するもぬと考えられ巻，ノいずれ旺
〜（）．8mm内外の土掛は地面より注わ上って帯び風下に 落下する跳鍵運動の謙り返しで風下に移動L，（Sal量atib適 イ＝渦mn−よヤ小きい上掛か軒匪増憐して遠い風下に
移動する（Suspビntion）
そこで事実験では，暮奄の′土壌をフルイ浄け旺よっ て，大粒子（洲卜糾Ⅵ〃），中紆了・Å（紬〜42i）グ）↓小 粒子イ＝4瀞〜1ロ5J上）およ、び細粒子（105、β以下）の4段 階をこ分机飛士形態別に相当する七粒子夕）飛上鼠と県連
および土幾本分室との関係を検討したけ 総菜は衰」5に示しキとおりやあっで，各粒衝こ茸凱、で
螢粒径のものと開陳踪，風速と飛上量ととつゝ−て姥（1）風 水分量と飛七黒 ニついてほ（2う戎で示される関係がみ、ら
恵＄ 粒径別土投手ね飛土量（kgノ血生・血n）
旦準竺（％）i 邑 l11
飛上良
麹任 ＿ 鵬
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飛上昏比 率 飛土屋
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表一賎 東経係数軋t）￠値
潜水比 彗戦馳
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佼．駁） 4．54 4・44 喀・誓言去り￣7⊥・号芸㌣
26r, 軌洞実験忙よる十勝火Ll峡土頻の安食性佐関する研究
表一7 実験係数c，dの値
粒餞別 風 速 軍験係数
（叫′s）
9
11
細 梅 子
大 粒 子中 粍 子 A中 粒 子 B
1一 1・1が
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4■…ヲ品1腔…チ芸≡ナ完
Lろ，この⊥媛においてLま粒繹乱1〜（l．8mm凝度のも のがSaltationによ・・）て砂嵐する割合が大きいことが明
らかとな／）た」
3．策士隕始風速と急増風速
れ場内な乳が吹き如けて行くとき．風速が速くなかこ
したがって地表面学友子が移動し始軌 ついには地表面土
壌全体に背い・、飛上現繋が窺われる。房江老の地表而土粒 子が移動智開脚する風連を飛＋開殖風速と呼び，後省旧
著しく軋1二現象が起こる風速を飛土急増風速と呼ぶこと
とする。これらの風速ほ風食防止対策を考える上で重要 なものである。LかL，飛＋開始風速についてほ，田中
ら5〉の報帯があるくらいで，特に後者についてほほとん ど研究がなされていなし、1そこで禾実験においては，風 速を無段階酌に漸増させ，肉眼でその現象を観獅1／定性 的に雨風連なとらえた。
▲例として．＃竃の七掛こおける含水比とそれらの境 界の風速の関節を周1に示したが，飛土開婦風速ほ禽水 此咽で4〜5叫′see で土粒子の移軌うミ始まり．含水比
の増加に比例Lて飛土開始鼠速も増加することが明らか である。また，飛土息鳳凰逮にりいては．含水此0％の とき7〜8m／r派Cで発生し，含水比10％附光までは含水 比り増加に比例して．その風速も増加するが，それ以上 に含水此が増加すると，その場加率が急増L，飛上鋭敏
に対する抵抗が大きくなることを示している。
このような棟向は今川供試し′た」こ壌食てにプ夫られ．七
」こL含水比1腰以上風連1n叫ふc以ドでは大きな鼠食 は発生Lないものと考えらかる。
4．飛土土に与える土壌の水分ヒステリシスの影響 今まで述べたように，L額の飛上量と隕通およぴ⊥牒 水分量の関係については明らかにさかだが，こから拇研 試十壌の水分調整は一度訊乾t．てかられ東により香登す る含水此にする方法をとりた。ところで．・土壌の水かニ
ステリシスによって土壌の力学的推賞等が異なることほ
療病されている。そこで，この水分ヒステリシスが飛t 現象にシ・えろ影響について検討Lた，
本葉験の供試土盛ほ芽軍玲もので，乾燥過稗と滞潤過 程により．水分調製を行なった試料を作り．風速および 水分量と飛土臭の関係を測定した。新果は貞一8および 素9に示Lたとおりであり．1倒とLて風速13恥・′sec
の両過摩における含水比と飛土屋の関係を開カモしたゎが
囲−2である。
義一8 乾燥過掛こおける兼土集（k／m2−min）
琵 − 風速扉
含水比（％
風速（m／′白ぃ
も．511．517．020．d22．5
9
11 13 15
︵U ワ︼ 貸U 4
ハU ハリ ハリ 1
1 ︹J 9 ボ ハU ︵U 爪U 1
3 6 ・4 6
nU ︵U り直 ‖b
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さ−∴」‥＿．．．．．．＿
図1楓l二開始風速と飛土急増風速
松田 慮ら
褒−9 湿潤遜掛こおける飛土賢（】囁／皿を・戚呵 火山灰士塔の侵食性∫こりいて′農慧土木学資頚ピ輝道
支部講演会褒筒，37一：滑（l即軋
3）境線省振興周肝繋灘：農業気象ハソドブ・ブタ．豹0
（1脚）．
4）藤原 瓜，阿鮨博史：北滞道の風勢地溝と各地の風 向・風速，農業気象北海道支部会誌 No．餅，5、【昏
（1959）．
覇汗仲貞軋佐野 猟帯招 計：風蝕防止に閉す専 断常（1）七難含水豊と移動開始風速．農業気象 第10巻 第1，2等，許瑚骨嘩軌
穐礫潤滑一＝」ヒ海道の気候と農業気象乾音，文永堂，
1き略（19ヲ即．
7う梅田索敵高愉擾乱書岡英イ：でん粉精製糖掛こ
エも地力増進と凧壌隣l‡二，北海道飽地開発部耕地計 画款，33一朗（197郎．
ここ二「逢女比￠郭1
4．4 7．5 1望．O1軋5 帆速・、lll
3 4 7 八U nU ︑U ハU 1
7 √ll︸ ハU 受じ 玖4 10u
ll．l1 t）．1 0．之 軋4
1111
（）．￠
ll、1 什：
Summ8Ty
The purpostlOf thisstudyis toinvesti騨te the WinderQSion（・f soilLn ordert￠prQteCttrOpS and L：uLtivated sojlfTOm the hezards d wind erosion．
燥 飛 に
WaS teSte【linawindtuTlnel．F哉CtOrSa鮎ctin葛Wind
伴 て 孫 が れ さ
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Th亡ヒⅩPeriment on the efE亡et（）fsoilparticle5ize pn s色ilmuvenlelltきh（−Wed tbat sma11亡r particles of
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2
Wind，Medlum siヱed particle5￠fちOiltransppr桓d
る
15 28 25
含水比（錨）＋二
周一2 飛土蛍と含水比の関係の1例
（風速13叫seぐの場合）
これから明ちかなように同じ水分量であ′フても，乾 過稼と湿潤過程すなわち水分ヒステリシヌによって，
土星ほ朗らか紅異な′クており，土壌水分が少なくなる
つれて，その慕は人きくなっていく傾向を示している。
また，土親水分量が同じであれば．風速が塘木するに い両過程における飛土星の差が大きくなる傾向を示L
いる。この原因は両過掛こおける土粒子と土壊水の閑 によると考えられる。すなわち，土梁ほ単粒と団凝と
混合されたも
てtlくとき，初期には用粒聞の比較的寮廊の水が消去 れ，その後順次田村内郡の水が消去される。これに対 て線水されていくときにほ，この道で初期喧は比較的 面が潤い．J臍次内部へと準んで行くものと考えられるっ したがって．数値⊥くま同じ土壌水分豪であ′うても，異 る土暴水分保持形態となっており，その差異が上境の
食佐に影響を与えているものと考えられる。
参 考 文 献
1）櫨m廣・，高橋儀紀，＃tll信範；斜絹地広軌雀対 風洞実験報告乱 北大農学部農業物理教室．1−3
（1972）．
2）土替富士夫，聡田 塾．辻 悔：楓洞実験によ
風洞実験による十勝火山択土瑳の受食性に関する研究 26丁
erode（1easily wllelltl】erビWaS SUi】moisturc．The amot一皿t Of soilbl佃rnbysLlrface一仁reep（diameter（）f soilpaticIEこS40to且頗））亡1巳CreaSdli【し1ヒ、e、・enWh仁n soilm（）istureincreas亡d．
SurraeesoiL moヽ′edatawindvelocjty of40r5 meters per secondwhensoilmoIsture wa5low，and the 那eateSt mOVement nf soiL occured at wind Velocity o董m（rrethanlOmeterspersecond．How−
e、rer・aSSOit moisturcincreasedjtmove（】varylillle・
Th…mOunt（）fsoill）1owniTleVaPOrELtionprocess
was more that the amount oL soilblownin the mDisture absorption proじeSS．FrDm these re盲ultsit
ⅥraS prqVedしhat st・ilmoisturellyStピーi5isaぼectswiml
亡rOSi〔〉n Of soil
Althoughthe above丘ndingswere tlle reSults of laboratnrye叩erjments，tllerearemanyOtherfactoTS a仔ecting soilero5ion by win【lthat weァe not taken into account． Thercfour，itis neccssary to make a more thrc＞ughinvesti即tion of the wind erosjorl IneChanism and contributing fa由一s．
尺郎．β加〃．α川抽叩こ施血．Jg（J98j）．・2βJ〜2β7．
