0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40 4 8 27 83 162
集水キョの水理に関する実験的研究
水
町 (農学部土地保全学研究室)進
Experimental
Study on Discharge
Flow into InfiltrationGallery
Susumu MiZUMACHI
(haboratoび可L。id Conservation, Faculり可Agric 「ture)
On the study. where the ground water flow into infiltrationgallery with free surface, take up the discharge, experimentaly, correspondence upon some factors, width; depth, circleof influence etc... By the experiments, two dimensional) it deris'ed following formula.
9°
如
∼(に几芦)
ぐ={1−01×10125”s/″(o.42一首)(¬乃卜−0 1)o6}
where, q = discharge in unit width
k = permeable coef
jf°initial depth on ground water
li = depth in infiltrationgallery R = circle of influence
B = width of infiltrationgallery
//j = height from the impervious layer to the bottom of infiltrationgallery
In particular, the circle of influence is long, considerably, the experimental formula with simpl and foundamental form, it was proved more adaptable than traditionalformule from both laboratric experi merits and field survey for practicalinfiltrationgallery.
I
序
説地下水の利用形式には井戸,集水牛ヨおよび泉の三種類かおる。わが国の地下水利用状況は
Table 1− 1 の通りである。
昭和26年の調査によれば,将来,用水源を地
下水に求めようとしている耕地は,
46,832 ha,
ぞのうち伏流水は,22,156ha(47%)を占めて
いる。
農業用水の外,上。水道・工業用水としてもよ
く利用されており,わが国最初の上水道源とし
て,四国高松市において集水暗キョが埋設さ
れ,以来上水道水源として数多く開発された。
箇所数としては地下水によるものが70%を占め
ている。ドイツでは地下水依存度は一層高く,
Table 1−1 わか国の地下水利用状況 施 設 別 浅 井 戸 深井戸(自噴井) 同 上(ポンプ) 集 水 牛 ヨ 泉 合 計 数量(力所) - 17,000 16,000 1,100 680 42,000 76,780総水量の74%,泉を含めると実に88%を地下水に頼っている。
伏流永の一般的特徴は水質の良いことと水量の安定性が高いことである。
ン2 高知大学学術研究報告 第18巻 農 学 第1号 H 室 内 実 験
室内実験は次の場合について行なった。
A.影響圏の長い場合
実験I 側面流入(透水係数の決定)
実験H 側面・底面二面流入
実験Ⅲ 底面流入
実験装置はfig.
2-1の通りである。
IJZMN謡いぱ誌 巨 1;2 ご4 弩│
旧川
R’??4ヽ&吋o・−2.こa恒立4`:! ヒ’・と ?= jl 可4
Z毒xTr
r
X亡亡±
r: ± 1!i£f 11’i i ・ XJ:
j’ R=川
考=こ
y`︱
4ト
Fig. 2-1 Eχperiment apparatus to long circleof influence.
B。影響圏の比較的短かい場合
実験IV 側面流入(透水係数の決定)
実験V 側面・底面二面流入
実験装置はfig.
2、−2の通りである。
Ⅲ 影響圏の長い場合
(1)実験I イ則面流入(透水係数の決定)
(イ)流量式 不透尼LLの浸透流の流量は
一 り ″? 寸 ΓΣΣ Σk{H'--が)
9 2尺
として与えられる。ここに
9 =流量(単位幅当り)
ん =透水係数
ど=上、流水位
h =下流水位
尺=影響圏
………(3−1)な,ぐ
←降りヽひやaaS:一一4 i らより、f→Fig. 2− 2 Experiment apparatus of、influence. 旦 2
[□剛一∼切
︱-f
T巧よ
一 一
to short circ】e不透層上に直接設置した集水牛ヨとして,側面流入における流量を測定することにより,信用度
の高い透水係数を決定することかできる。
(ロ)砂 三重県鈴鹿川中流部(甲斐地先)の河床砂を使用した。粒径分布は69]−1に示
し,その他の理学的性質は次の通り。
有効径
60%径
ゐ砥 = 0.44 mm 0 = 1.27 //集水キョの水理に関する実験的研究 (水町)
均等係数 μ ゜2.90 /y
仮比重 p'
=
1.45 ノ/
実験装置内の砂の充てんについては,自然状態の砂の
仮比重に等しくするようにつとめた。
H 透水係数 本実験は2年間にわたり,温度領
域も5∼28°Cと広範囲であったのでヘーゼン式による
温度更正は適当でなかった。ここでは透水係数と温度に
ついて実験式をつくり,標準温度10°Cに換算を行なっ
たo fig.3-2
(1∼2)
41 ゛%。 Pig %1 3−1 5Gradation analysis curve.
Fig. 3-2 (1) Relation between peameable coef. and water temperature. (1st year)
ご
Eig. 3-2 (2)
Relationbetween peameable coef. and water temperature.(2ncl year)
第1年度 恥=0.00960
t 十〇。094
ん10=0.190
cm/sec
第2年度 h
=
0。00455 t 十〇。107
恥o=0.153
cm/sec
第1年度の実験終了後,施設の移転を行なったので,第2年度は砂の充てんから全く新しく再測
した。
圖 透水係数の不定誤差 室内実験の場合,透水係数は毛管永の影響を受けるノしかし,こ
れを数値的に測定し,更正することは困難であるし,またその他にも不明の原因による誤差も起り
得るから,これらを合わせて透水係数の不定誤差とする。 この不定誤差はfig.
3-4の通り集水牛
ヨの水位または水位差と直線関係にある。 ・
1 ∂.y -タ・‘%Fig. 3-3 (1) Relation between difference of water level and permeable coef.. (1st year)
414タ →一匁 Fig. 3-3 (2) Relation between difference of water level and permeable coef.. (2nd year)
4 高知大学学術研究報告 第18巻 農 学 第1号
この不定誤差は,実験ごとにこの特性について更正する他はない。
(2)実験H 側面および底面二面流入
(イ)流量と(召2−か)の関係
応
│ 、 2 l o ' x t . 0 ` ご 5 o' o 1N Fig. 3 4 (1) Experiment n − 1. (B/2 = 10cm) z∂ /、2 ×" '"Ci.L. 一脊Fig. 3 ― 4 (3) Experiment II-3. (B/2 = 3cm)
匁
↑
♂,c Q /、ρ μ j、4 Å・ → ` ㎏ λ S . a U \ c i l o ' -N N Fig. 3-4 C2) Experiment n − 2. (B/2 = 5cm)l fig. 3−4 (1∼3)に見るように,流量と(召2 −・/z2)は直線関係にありかつ, ta.nO≒1,ほぽ原点 を通る。最小自乗法によって 実験 関係式 ii-ic召/2=10ci-n) 3'=0.997ヱー10-"×0.72 −2(・・=5 ) 3'=0.992ヱー10-4×0.29 −3(ダ=3 ) y=0.952ヱー10-4×2.87 ここに jy=q/feH J=(召2−ゐ2)/2HR (口)関係式と誤差 前項より集水牛ヨ流量 は暗牛ヨ幅,不透層からの暗キョの高さ,暗牛ヨ 内水位と無関係でダ==iZ
とおくことかできる。したがって
9 (R2−/z2)
一一一一
feH IHR
臥茸2−妁
qニー−一−
゛‘ 2沢
本式は全く(3−1)式に一致する。本式によって流量を計算すれば,実験流量に対する誤差は
fig.3-5
(1∼3)の通り。
実験H−1 誤差 平均−0.5%
2 3 一 一 か が -1.4 1.8応 £1 8 -集水牛ヨの水理に関する実験的研究 (水町) − ↑ k ‘ a9 a 、 l 7 二 J 0t r * - 夕 / / a . ! p ≪i 04 4ぷ4ぷ゜ 一 一 ● ● ●轟 轟● 6 − −●J∼ ● ゜&゛4XO X -゛ま OX4 ︷ hλg10 A S ` S U ) O l o h j 2 M “ ._t」1♂_-o- S ° → 5 a 、 ・ j、lk之1ヽ9ゴ必
Fig. 3 ―5 (1) Caliculation to discharge. (B/2 = 10 cm)
−
雍ふo
E!LOx.了一泄一一j)-゜J°ヽ3 OA 0.ぷ46 a7 a・y叩
Fig. 3-5 C2) Calicu】ation to discharge. (B/2 = 5 cm)
a 2 F i g 一一一一。・、一Si‥`4c“ -x・b−yプ= a ? 3 44 a、l 良乙 ●、I Q・1 1.11 j.│ z 、 3 Z 、 4 . z ヽ S ‘ 5 (3) Caliculadon to discharge. (B/2 = 3 cm)
回 考察 本実験においては暗キョ幅および不透層からの暗キョ底の高さを色々に変えて流
量との関係を求めようとしたのであるが,14通りの組合せによる実験の結果,これらの各条件は流
量と無関係であった。影響圏かおる程度以上長い場合には,暗キョのいろいろの条件は無視するこ
とができ,流量は不透層上。に直接設置された暗牛ヨと全く同一である。
(3)実験Ⅲ 底面流入
(イ)実験結果および考察 底面だけから流入する集水牛ヨについての実験の結果はfig.
3-6
(1∼3)の通りであって,実験nと全く同じようにjy=エで表わすことのできる直線関係であっ
ず
/
J . r S 1 0 | 5 . 2 a j r & 匹 z4 /■iJitニh・  ̄゛ ふHR Fig. 3 ― 6 (1) ExperimentⅢ-1. (B/2 = 10cm)礼し
j ! . 2 / y =− バ/ .,シ゛ hs y : ;ザ 々 a I O 丿声 ●2Q ノ / 42 a4 aj 4y Fig. 3 ―6 (2) ExperimentⅢ−2.(B/2=5cm)6
た。
実験Ⅲ−
-高知大学学術研究報告 第18巻 農 学 第1号---‥● -慧
今=j?、∫C>v / j x 4 OX4 4 φ を h ぷ j 、 ぷ J j ひ 、 ● 1 2 0 C / W / /,tf /.ij^・-p  ̄゛λHR Fig. 3 ―6 (3) ExperimentⅢ-3. (B/2 = 2. 5 cm) 1(召/2=10 cm) 2(・,=5 ) 3(・・= 2.5 ) >=1.017-^-10-'>く0.22 3'=0.987ヱー10-4》く1.08 jy=1.013ヱー10-4×0.10 平均すると jy=1.006jz]−10-4×0.47 ゆえに実験Hにおけると同様に 9°収召2−妁
訳
である。本式による計算値と実験値の誤差はfig.
3-7
(1∼3)に示す。
今=・k。 。ζ ・ ゜ -で ̄` ’-‘- ロ●゜ 4● 4axム x o y ° ∂ 42 44 ’44 s、y →鴫 Fig. 3-7 (1) Error of experimental formula.(B/2=10cm)
゛″一嘴 Fig. 3-7 (2) Error of experimental formula. (B/2 = 5cm)
善一.、
゛ ゛X X喩 i
こい、tr -o o xo
- ∂ ∂.2 a4 ’fd 4r→が1「 Fig. 3-7 (3) Error of experimenta! formula. (B/2 = 2. 5 cm)
実験Ⅲ−1(召/2=10 cm) 平均誤差 −1.8%
−2(・・=5 ) −0.4%
集水キョの木理に関する実験的研究 (水町) 7
一
以上の通り,底面流入の場合にも多くの流量公式があるけれども,影響圏が長い場合には(3−
1)式の方が適当である。
IV 影響圏の比較的短かい場合
(1)実験IV 側面流入(透水係数の決定)
(イ)砂 不透層上。に直接設置される集水牛ヨとして透水係数を決定することは,前同様であ
る。砂はj=0.2∼0. 5 mmの均一粒径のものを使用した。 また比較的短時日の間に実験を終了し
たので,温度についてはヘーゼン式による更正を行なった。
(口)透水係数 fig.4-1に示すように,暗キョ水位に関係する誤差があるが,透水係数は
2.2∼3.0×10-2cm/secの間にある。本実験においては,実験毎に透水係数を測定した。
卵 (I)Rご25c− hs= 0 咄 ↑ P) R = SOi-^ hs g C7‰
↑
(3) Rこ│00t;> hs = 0 Fig →4● →■4≪4−1 Permeable coef. of experiment IV
(2)実験V 側面・底面二面流入 (イ)実験結果 fig. 4-2, 3, 4の通りである。暗牛ヨ流量を p 0-1 aλ1,3 a4 ai●ヽぶ ゛゛%吠 Fig. 4−2(1) ヽ Experiment v−1−1. (R=25cm, B/2 = 10cm) O Q、I Q、2 e.i a4∂、ぷ46 Hり伽吼 Fig. 4-2(2) Eχperiment V-1-2. (R = 25 cm, B/2=5cm) O a.1 4jミ∂.3 a4ac あ6 哨一必,£ Fig. 4-2 (3) Experiment v−1−3. (R=25 cm, B/2 = 2. 5 cm)
8 ∂ 高知大学学術研究報告 第18巻 農 学 第1号 φ 、 2 ゛4 l jllニh! → -iHR Fig. 4 ―3(1) Experiment V-2-1. (R= 50cm, B/2 = 10 cm)
‰
T‰竹
ク ゛`4→JI=!1! ■2HR. Fig. 4 ―3(2) Experiment V-2-2. (R= 50cm, B/2=5cm)→葺が
p Fig. 4- (R Fig. 4 ― 3 (3) Experiment v−2−3. (R = 50cm, B/2 = 2. 5 cm)一贅:
4 (1) Experiment v−3−1. =100 cm, B/2=10cm)芦
→ ?t? 2HR. Fig. 4−4 (2) Experiment v − 3 − 2 (R = 100cm, B/2 = 5cm)゛.4ぺぼ
Fig. 4−4 (3) Experiment V-3-3. (R=100 cm, B/2 = 2. 5 cm)排水キョの水理に関する実験的研究 (水町) qニ9く ^ H, h, R, B, k, Ji。 a, i-) とおく。ここに 9 =暗牛ヨ流量(単位幅当り) ど=原地下水位 /z =暗キョ内水位 尺=影響圏 召=暗キョ幅 た =透水係数 瓦=不透屈から暗牛ヨ底までの高さ α =暗牛ヨ内水深 Z =水 温 Z=10°C,硲=Oにおける流量を9oとおけば 110(H2一万2〉 90= 2尺 H>≒>Oにおける流量を 9=9o・球召,ん, K, a) 2R・9(B, fe, )i.。 a) とおく。 Forchheimerは
9(、B、た、≒、萌=(石二/kzT)T(乃フノ≒F)7
としている。ここには 似、B、≒≒、a)=こ とおけば 9=ぐ9o ・・・・・・・・・・・・・・・ あるいは (4−3) …(4−3)流量比ことWHの関係を見ると,
卵。4−5(1∼3)の通りすべての場合に
ついてhlHに無関係な直線である。
%
B -2 = 2 、 y C M .%→
−1
→ 5 子==s ひ 榔 − 1 1卜卜i∼<︱R 卜う∼≫≪-*卜Q o 、 9 090 %→ ・(4−1) (4−2) 9・ 一一。一乱 こニフこバフ 参こ│0c>> り j 1⑩ →ちFig. 4-5 (1) Relation between こ=9/9.andh/H. (’尺=25 cm)
1 0 高知大学学術研究報告 第18巻 a 学 第1号 − 誉= i . S t m μ M 沁→ o . t JJLtりふ Lk∼T︲・*-^≪;∼Q
%→
今=5こ, FI o C-R ト→F吋LJLa 4JliΦ %→ 丑=lp し ・ W ・ Q 、 2 ft O O O 朴∼竹∼4卜→% 一 一 − り ’9 ∂、7a −5 玖 7 l j ・ 、 a − ゛ 巧Fig. 4-5 (2) Re】ation betweenC=q/q。 and Ii/H.(双=50cm)
≒; 皿 Z り j!z λ 卵 2 . y C 、 、 .
en.
心i肝詐よよ 。
叩 %→ り _ ! λ = E C 1 ^ ^仏体叩よい。
%→ジ
Fig. 4-5 (3) Relation between i^―qlq. and h/H.
│ ひ C s
糾謝M∼竹叶。
(双=100 cm)(口)考察 fig.4 ―3,
4に見るように実験値はすべて,ほぽ原点を通る直線となり,
tan gく1で。ある。これらの直線群について追究を進めよう。
1. 影響圏と流量比この関係 flg.
4-6は犬とこの関係を示している。R/H≒10におい
てぐ=1であるからR>[mでは沢の影響は無視することができる。
f i -/ ︶ < r -→§ 2Fig. 4−6 Relation between influence circle and discharge.
/
旦2
3 集水キョの水理に関する実験的皿究 (水町) R c ● ・ hs-- (>-/;≪-●jy-1ぷ 11Fig.
4−7 Relationbetween breadth of infiltration
galleryand discharge.
ど≒0.42においてこ=1となり,
0.42以上では召を大きくしても流量の増加はない。
がってR/H>10または号/H>0.42ならば他の因子に関係なく(3−1)式によって暗
不透層上の暗キョ底高と流量 瓦とこの関係はfig.
4-8の通りである。
Si-zi︱
l e、I Al fti a<) 4r a< ≪7 4iaUs∼
Fig. 4−8 Relation between height of gallery bottom fron! impermeable layer and discharge. 脳ノHの全域についてぐは変化しており、ぐ=1になることはない。 4.暗牛ヨ内水位と流。量比 暗牛ヨの内水位の高低は流量比に無関係である。(前項(イ))した がってひ( )の中に/zが入らない仮定は正しい。 H 実験式 以上からぐについて次の関係式を得た。 c=i-o.i×10125 ゛sノ″(042一首)(晋一0 1)゜6 (4−4)
本式の誘導は次の通り。
1.こ=y(R/H) まず,こをλの関数とし,他の因子の組合せをパラメーターと考え
る。 fig.4―8をfig.
4-9の形に書きかえ,この曲線群を次の指数曲線で表わすことができる。
ち=ト4(啜_-o・│)“ ● I ● ● 7 a ∂ 、 / ρ 、 i A * o A A r t > . ぶ Q 7 ∂ 、 S ' ・ f I 、 ・ ∂ ︵ -" J ? = 5 ! ) -−→%丿112 高知大学学術研究報告 第18巻 農 学 第1号 1−C=どzヱ” ここに エ =HノR一O、1 7z = 0.6
゛z゛や(牛ノH,臨7H)
これより 1-こ=α(嗇一)0.6(4−5)
(4−5)2.係数4 (4−5y式の係数4について考える。脳ノHをパラメーターとして,αと
今/亙の関係はfig.
4 −10 で示される。
a→ これより (2=0。704.) 0./ 0.A a} a4 :s- 一転Fig. 4-10 Re】ation between and 召
(o4ト今坤)
ここに Z・=常数
3. 常数& (4−6)式の常数&を>
fig.4 −11 より求める。
→呪
Fig. 4-11 Relation between b and K・log&=0.1×101
(4−6)
(4−7)
(4−6,7)式のa,
bを(4-5)∩こ代入して(4−4)式を得る。
集水牛ヨの水理に関する実験的研究 (水町) -9=c90 ={1−0.1×1.01.25 ゛/″(0.42一ヤH) 15
妾ぺ1)oソぢ芦)‥(ぺ)
(4−8)式はー・般の場合における単位長さに対する集水牛ヨの流量式である。
V 県営集水暗キョの実測流量
三重県営事業による鈴鹿市甲斐地先の集水暗牛ヨの流量実測を4回実施し,信頼し得るデータは
そのうち3回であった。
集水管は内径0.8
mの多孔管で,総延長,
507.1mである。
69.・5一1(1∼2)
fUtsuレe−゛しKTO^
Fig. 5-1 (2) Section of infiltration gallery. 区間流入量( 「/sec) M1∼M2 -196. 98m 第 1 2 3 回 0.266 0.195 0.282 M2∼M3 -98.62 m 0.083 0.040 0.105 Suzuki-shi Fi乙 剛 ?二A o ?t a1
ここlil!e map of S・zuka Ri
流量はマンホールMl,
7ぼ2, M, および暗牛ヨ出[│の4ヵ所で測定したが,3ヵ所のマンホー
ルの資料のみを採用した。
実測流量をTable
5-1.
2,(4−8)式による計算流量をTable
5−3に示してある。この場合,
計算式は(3−1)式に帰一する。すなわち,複雑な従来公式によって計算するよりも,底面が不透
層にのる場合の基本式による方が一層実際に近いのである。
Table 5−1 集水暗キョ流量 Table 5−2 区間流入量
第1回 2 3 S. 33年9月 33 ・ 12 34・ 8 0.062 0.051 0.041 0.328 0. 246 0.323 0.411 0.286 0.42814 高知大学学術研究報告 第18巻 農 学 第1号 Table 5−3 計算流入丘kと流入比 N0.
区 開
計 算 流 入 m Qc
実測流入旦
Qs
Qc/Qs
左
右
計
第1回
M.1∼M.2 M. 2∼M.3 左右流入量比 0.153 0.081 0.80 0.039 0.020 0.20 0.192 0.101 1.00 0.266 0.083 0.72 1.21第2回
M.1∼M.2 M.2∼M.3 左右流入量比 0.119 0.052 0.82 0.025 0.013 0.18 0.144 0.065 1.00 0.195 0.039 0.74 1.65 第3回 M.1∼M.2 M. 2・ヽ八4.‘3 左右流入量比 0.138 0.088 0.82 0.033 0.017 0. 18 0.171 0.105 1.00 0.282 0.105 0.60 1.00 参 考 文 献 田町 正誉 土壌及び堤体内における浸透に関する理論的考察, 1957 山本 荘毅 地下水調査法,古今轡院, 1953 田中 宏平 集水キョの水理について,佐賀大学農学部彙報, No. 4, 1956 堀田 正弘 地下水利用,農土研, Vol. 27, No. 5, 1959 秋葉満寿次 土地改良の方向, 1956石橋 豊 栃木県における揚水キョについての調査,農土研, Vol. 17, No. 2, No. 3
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号. 1954
前川 章 集水牛ヨ,集水管の湧水£tのー解法,股土研, Vol。19, No‘。4, 1952