特許 5754666 森林土壌による水の浄化・保水実験方法及びその装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5754666

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】森林土壌による水の浄化・保水実験方法及びその装置

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20150709BHJP

   C02F 1/00 20060101ALI20150709BHJP

   C02F 3/00 20060101ALI20150709BHJP

   C02F 3/32 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   A01G7/00 603

   A01G7/00 602Z

   C02F1/00 G

   C02F3/00 C

   C02F3/32

【請求項の数】10

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2010-264137(P2010-264137)

(22)【出願日】2010年11月26日

(65)【公開番号】特開2012-110300(P2012-110300A)

(43)【公開日】2012年6月14日

【審査請求日】2010年11月30日

【審判番号】不服2014-13655(P2014-13655/J1)

【審判請求日】2014年7月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】594024545

【氏名又は名称】横浜市

(74)【代理人】

【識別番号】100166224

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 成夫

(74)【代理人】

【識別番号】100087860

【弁理士】

【氏名又は名称】長内 行雄

(72)【発明者】

【氏名】池谷 三男

(72)【発明者】

【氏名】山本 弘

【合議体】

【審判長】 黒瀬 雅一

【審判官】 畑井 順一

【審判官】 藤本 義仁

(56)【参考文献】

【文献】 応用地質株式会社，実験２０ 森林が水を吸収するはたらきを調べてみよう，水防災教育用資料 実験素材集 国土交通省北海道開発局，２００９年６月２４日，ＵＲＬ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｋｄ．ｍｌｉｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｚｉｇｙｏｋａ／ｚ ｊｉｇｙｏｕ／ｇｉｊｙｕｔｕ／ＰＤＦ／ｊｉｋｋｅｎ／ｓｏｚａｉ２０．ｐｄｆ（検索日２０１３年５月２９日，著作・掲載日についてｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｙｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｅｌｅａｓｅ／ｔｏｐｉｃｓ／２００９／２００９０６２４．を参照）

【文献】 第１章基礎・基本を確実に身に付ける理科学習，佐賀県教育センター，２００３年，２０１４年９月２１日検索，ＵＲＬ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓａｇａ−ｅｄ．ｊｐ／ｋｅｎｋｙｕ／ｋｅｎｋｙｕ ｃｈｏｕｓａ／ｈ１５／０２ｒｉｋａ／１ｋｉｓｏｋｉｈｏｎ．ｈｔｍ

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G09B 23/38

G09B 23/40

G09B 25/00

G09B 23/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

森林を模した樹木が植えられた土壌を収容するとともに、土壌を介して水を流出する複数の流出口が少なくとも土壌の上部と下部に位置するように互いに上下方向の異なる位置に設けられた容器と、樹木が植えられていない土壌を収容するとともに、土壌を介して水を流出する複数の流出口が少なくとも土壌の上部と下部に位置するように互いに上下方向の異なる位置に設けられた他の容器にそれぞれ疑似降雨としての水を散布し、
土壌を介して各容器の各流出口からそれぞれ流出する水の濁質、流出量、流出の時間差を比較する
ことを特徴とする森林土壌による水の浄化・保水実験方法。

【請求項2】

前記各容器の土壌層として、黒土、赤土、腐葉土のうちの何れか一種類からなる土壌または二種類以上を混合若しくは積層してなる土壌を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の森林土壌による水の浄化・保水実験方法。

【請求項3】

前記樹木が植えられた土壌として、表面側にコケ類からなる表面層を設けた土壌を用いる
ことを特徴とする請求項１または２記載の森林土壌による水の浄化・保水実験方法。

【請求項4】

森林を模した樹木が植えられた土壌を収容するとともに、土壌を介して水を流出する複数の流出口が少なくとも土壌の上部と下部に位置するように互いに上下方向の異なる位置に設けられた容器と、
樹木が植えられていない土壌を収容するとともに、土壌を介して水を流出する複数の流出口が少なくとも土壌の上部と下部に位置するように互いに上下方向の異なる位置に設けられた他の容器とを備えた
ことを特徴とする森林土壌による水の浄化・保水実験装置。

【請求項5】

前記各容器を、木製の外箱と、外箱内に配置された合成樹脂製の内箱とから形成した
ことを特徴とする請求項４記載の森林土壌による水の浄化・保水実験装置。

【請求項6】

前記各容器を互いに幅方向に隣接するように配置し、
各容器の流出口をそれぞれ容器の前面に設けた
ことを特徴とする請求項４または５記載の森林土壌による水の浄化・保水実験装置。

【請求項7】

前記各容器をそれぞれ前方に向かって下り傾斜をなすように設けた
ことを特徴とする請求項６記載の森林土壌による水の浄化・保水実験装置。

【請求項8】

前記各容器の各流出口を互いに幅方向に位置がずれるように配置した
ことを特徴とする請求項４、５、６または７記載の森林土壌による水の浄化・保水実験装置。

【請求項9】

前記各容器の各流出口を互いに前後方向に位置がずれるように配置した
ことを特徴とする請求項４、５、６または７記載の森林土壌による水の浄化・保水実験装置。

【請求項10】

前記各容器を載置する載置台を備えた
ことを特徴とする請求項４、５、６、７、８または９記載の森林土壌による水の浄化・保水実験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、森林への降雨が土壌で滞留し、浄化される様子を、模擬的な森林土壌を用いて実験及び観察するための森林土壌による水の浄化・保水実験方法その装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、山間部の森林土壌は、雨水を滞留させ、河川への水の流出量や流出時間を調整する保水機能を有しており、特に水源林として整備された森林を流域に持つ河川では、大雨による洪水の発生を抑制し、雨が降らない時期が続いても川の水を涸れにくくする働きがあることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、森林土壌は、雨水が浸透する間に汚れを取り除き、河川へ流出する水の汚泥を防止する浄化機能も有している。更に、人工的なダムと比べると、魚の遡上を妨げないことや、集落の水没問題も起こらないといった利点もある。即ち、このような森林及びその土壌は、洪水の抑制、川の枯渇防止、河川の浄化等に役立つものとして期待されており、地形が急峻で多雨である日本においては、いわゆる「緑のダム」として近年注目されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【非特許文献1】「水源林」、ウィキペディア (Wikipedia): フリー百科事典、[２０１０年１１月８日検索]、インターネット<URL: http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E6%BA%90%E6%9E%97>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前述のような森林土壌の機能は、文献や口頭による説明のみでは実感することが困難であり、一般に広く理解されていないのが現状である。また、洪水による災害の報道においても、森林土壌の保水機能の重要性は報じられないのが通常であり、森林土壌の果たす役割が周知される機会が少ないという実情もある。

【0005】

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、森林への降雨が土壌で滞留し、浄化される様子を、模擬的な森林土壌を用いた実験により視覚的に観察することのできる森林土壌による水の浄化・保水実験方法及びその装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は前記目的を達成するために、森林を模した樹木が植えられた土壌を収容するとともに、土壌を介して水を流出する複数の流出口が少なくとも土壌の上部と下部に位置するように互いに上下方向の異なる位置に設けられた容器と、樹木が植えられていない土壌を収容するとともに、土壌を介して水を流出する複数の流出口が少なくとも土壌の上部と下部に位置するように互いに上下方向の異なる位置に設けられた他の容器にそれぞれ疑似降雨としての水を散布し、土壌を介して各容器の各流出口からそれぞれ流出する水の濁質、流出量、流出の時間差を比較するようにしている。

【0007】

また、本発明は前記目的を達成するために、森林を模した樹木が植えられた土壌を収容するとともに、土壌を介して水を流出する複数の流出口が少なくとも土壌の上部と下部に位置するように互いに上下方向の異なる位置に設けられた容器と、樹木が植えられていない土壌を収容するとともに、土壌を介して水を流出する複数の流出口が少なくとも土壌の上部と下部に位置するように互いに上下方向の異なる位置に設けられた他の容器とを備えている。

【0008】

これにより、各容器内に疑似降雨としての水を同時に散水し、各容器の流出口からそれぞれ流出する水の濁質、流出量、流出の時間差を比較することにより、樹木が植えられた土壌が樹木が植えられていない土壌よりも水の浄化機能及び保水機能が高いことを視覚的に理解することができる。この場合、各容器には、互いに上下方向の位置が異なる流出口が少なくとも二つずつ設けられていることから、土壌の地表付近と地中との水の浸透状態の違いを観察することができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、樹木が植えられた土壌が樹木が植えられていない土壌よりも水の浄化機能及び保水機能が高いことを視覚的に理解することができるので、森林への降雨が土壌で滞留し浄化される様子を模擬的に観察することができる。これにより、文献や口頭による説明とは異なり、森林土壌の機能を実験によって容易に理解することができるので、例えば本実施形態の実験装置を展示館、公園、学校等の各種施設に設置して実験を行うことにより、森林土壌による水の浄化・保水機能を見学者が容易に学習することができ、森林土壌の重要性の周知を図る上で極めて効果的である。この場合、土壌の地表付近と地中との水の浸透状態の違いを観察することができるので、より高度な実験が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態を示す実験装置の斜視図

【図2】実験装置の正面図

【図3】実験装置の側面図

【図4】第１及び第２の容器の側面断面図

【図5】土壌を収容した第１の容器の側面断面図

【図6】土壌を収容した第２の容器の側面断面図

【図7】実験方法を示す斜視図

【図8】実験結果を示す図

【図9】変形例を示す実験装置の側面図

【図10】変形例を示す実験装置の正面図

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１乃至図１０は本発明の一実施形態を示すもので、森林への降雨が土壌で滞留し、浄化される様子を、模擬的な森林土壌を用いて実験及び観察するための実験方法その装置に関するものである。

【0012】

本実施形態の実験装置は、森林を模した樹木が植えられた第１の土壌１を収容する第１の容器１０と、樹木が植えられていない第２の土壌２を収容する第２の容器２０と、各容器１０，２０を載置する木製の載置台３０とから構成されている。また、この実験装置を用いた実験では、各容器１０，２０に水を散布する散水具４０と、各容器１０，２０から流出する水を受容する透明容器５０が用いられる。

【0013】

第１の土壌１は、図５に示すようにコケ類からなる表面層１ａと、黒土、赤土及び腐葉土の混合土からなる土壌層１ｂと、砂利を敷設してなる底面層１ｃとからなる。第１の土壌１には、針葉樹や広葉樹の苗木からなる樹木１ｄが植えられており、針葉樹としては、例えばヒノキ、スギ、モミツガ等が用いられ、広葉樹としては、例えばケヤキ、ナラ、カエデ等が用いられる。

【0014】

第２の土壌２は、図６に示すように黒土、赤土及び腐葉土の混合土からなる土壌層２ａと、砂利を敷設してなる底面層２ｂとからなる。

【0015】

第１の容器１０は、上面を開口した木製の外箱１１と、上面を開口した合成樹脂製の内箱１２からなり、その前面、背面及び両側面はそれぞれ上面側から底面側に向かって幅が狭くなるように傾斜している。内箱１２は外箱１１内に配置され、その上端の周縁部を除く外面を外箱１１によって覆われている。第１の容器１０の前面には、水を流出するための流出口としての第１及び第２の流出パイプ１３，１４が設けられ、各流出パイプ１３，１４は第１の容器１０から前方に延出するように設けられている。各流出パイプ１３，１４は、一端の開口面が上方を臨むように斜めに形成され、他端側は外箱１１及び内箱１２の前面を貫通して内箱１２内に連通している。各流出パイプ１３，１４は、他端の開口面をメッシュ１５によって覆われており、メッシュ１５は、例えば５ｍｍ程度の網目に形成されている。また、各流出パイプ１３，１４は互いに上下方向に間隔をおいて設けられ、第１の流出パイプ１３は上方、第２の流出パイプ１４は下方に配置されている。この場合、各流出パイプ１３，１４は、その外径Ｄよりも大きい距離Ｗをおいて互いに第１の容器１０の幅方向に位置がずれるように配置されている。

【0016】

第２の容器２０は、第１の容器１０と同等の構成からなる外箱２１、内箱２２、第１の流出パイプ２３、第２の流出パイプ２４及びメッシュ２５を有し、第１の容器１０の一側方に配置されている。

【0017】

載置台３０は、各容器１０，２０を載置する第１の載置部３１と、第１の載置部３１の四隅から下方に延びる４本の脚部３２と、透明容器５０を載置する第２の載置部３３とから構成され、第１の載置部３１には各容器１０，２０が互いに幅方向に隣接するように配置される。第１の載置部３１は平面状に形成され、前方に向かって下り傾斜をなすように設けられている。また、第１の載置部３１の前端及び幅方向両端には枠部３１ａが設けられ、各枠部３１ａは上端が第１の載置部３１の上面よりも上方に位置するように形成されている。これにより、第１の載置部３１上の各容器１０，２０が各枠部３１ａの上端側に係止することにより、第１の載置部３１の前方または側方への各容器１０，２０の移動が規制されるようになっている。各脚部３２は上下方向に延びる角材からなり、その上端に第１の載置部３１が固定されている。この場合、後側の脚部３２は、第１の載置部３１が前下りに傾斜するように前側の脚部３２よりも上方に長く形成されている。また、前側の脚部３２と後側の脚部３２との間と、後側の一方の脚部３２と他方の脚部３２との間には、それぞれ前後方向及び幅方向に延びる補強部材３２ａが設けられている。第２の載置部３３は載置台３０幅方向に延びる平板状の部材からなり、前側の脚部３２に前方に突出するように取り付けられている。

【0018】

散水具４０は、例えば園芸用の如雨露が用いられ、第１の容器１０用と第２の容器２０用にそれぞれ二つ用意されている。尚、散水具としては、如雨露の散水口を先端に取り付けたホースを用いることも可能である。

【0019】

透明容器５０は、例えばビーカー等、上面を開口した円筒状の容器が用いられ、第１の容器１０用と第２の容器２０用にそれぞれ二つ用意されている。

【0020】

以上のように構成された実験装置においては、第１の容器１０に第１の土壌１を収容し、第２の容器２０に第２の土壌２を収容することにより、以下の実験が行われる。この場合、第１の容器１０では、第１の流出パイプ１３が土壌層１ｂの上部側に位置し、第２の流出パイプ１４が底面層１ｃに位置するように第１の土壌１を形成する。また、第２の容器２０では、第１の流出パイプ２３が土壌層２ａの上部側に位置し、第２の流出パイプ２４が底面層２ｂに位置するように第２の土壌２を形成する。更に、各透明容器５０を載置台３０の第２の載置部３３に載置するとともに、一方の透明容器５０を第１の容器１０の各流出パイプ１３，１４の下方に配置し、他方の透明容器５０を第２の容器２０の各流出パイプ２３，２４の下方に配置する。

【0021】

前記実験装置を用いた実験では、一方の散水具４０から第１の容器１０に水を散布するとともに、他方の散水具４０から第２の容器２０に水を散布することにより、各容器１０，２０内に疑似降雨としての水を同時に散水する。この後、第１の容器１０の各流出パイプ１３，１４及び第２の容器２０の各流出パイプ２３，２４からそれぞれ流出して透明容器５０に受容される水の濁質、流出量、流出の時間差を比較することにより、森林への降雨が土壌で滞留し、浄化される様子を模擬的に観察することができる。

【0022】

例えば、図８の実験結果に示すように、第１の容器１０においては、疑似降雨を散水すると、水が土中深く浸透し、上方の第１の流出パイプ１３から時間をおいて透明度の高い水が流出した後、更に時間差を伴い下方の第２の流出パイプ１４から透明度の高い水が徐々に流出する。また、第２の容器２０においては、疑似降雨を散水すると、まず土壌の表面付近に水が浸透し、すぐに上方の第１の流出パイプ２３と下方の第２の流出パイプ２４からそれぞれ濁った水が流出する。

【0023】

以上の実験より、樹木１ｄ及びコケ類の表面層１ｃを有する第１の土壌１は、樹木及びコケ類の表面層を有しない第２の土壌２に比べ、水の浄化機能及び保水機能が高いことが分かり、その様子を視覚的に理解することができる。

【0024】

このように、本実施形態によれば、森林を模した樹木１ｄが植えられた第１の土壌１を収容した第１の容器１０と、樹木が植えられていない第２の土壌２を収容した第２の容器２０にそれぞれ疑似降雨としての水を散布し、第１の土壌１を介して第１の容器１０の各流出パイプ１３，１４から流出する水の濁質、流出量、流出の時間差と、第２の土壌２を介して第２の容器２０の各流出パイプ２３，２４から流出する水の濁質、流出量、流出の時間差とを比較するようにしたので、第１の土壌１が第２の土壌２よりも水の浄化機能及び保水機能が高いことを視覚的に理解することができ、森林への降雨が土壌で滞留し浄化される様子を模擬的に観察することができる。これにより、文献や口頭による説明とは異なり、森林土壌の機能を実験によって容易に理解することができるので、例えば本実施形態の実験装置を展示館、公園、学校等の各種施設に設置して実験を行うことにより、森林土壌による水の浄化・保水機能を見学者が容易に学習することができ、森林土壌の重要性の周知を図る上で極めて効果的である。

【0025】

この場合、各容器１０，２０を、木製の外箱１１，２１と、外箱１１，２１内に配置された合成樹脂製の内箱１２，２２とから形成したので、合成樹脂製の内箱１２，２２によって水漏れを防止することができるとともに、公園等の林間に設置した場合に、木製の外箱１１，２１の外観によって周囲との調和を保つことができ、自然環境の下に設置する場合に極めて有利である。

【0026】

また、第１の土壌１の表面側にコケ類からなる表面層１ａを設けたので、より実際の森林に近い土壌を形成することができ、実験の効果を高めることができる。

【0027】

更に、第１及び第２の容器１０，２０を互いに幅方向に隣接するように配置し、各容器１０，２０の各流出パイプ１３，１４，２３，２４をそれぞれ容器１０，２０の前面に設けたので、各容器１０，２０から水が流出する様子を容易に比較することができ、各土壌１，２の機能の違いを観察する上で極めて有利である。

【0028】

この場合、各容器１０，２０をそれぞれ前方に向かって下り傾斜をなすように設けたので、例えば山の斜面を想定した実験を行うことができ、より現実性の高い実験を行うことができる。

【0029】

また、各容器１０，２０に、互いに上下方向の位置が異なる第１の流出パイプ１３，２３及び第２の流出パイプ１４，２４を設けたので、土壌の地表付近と地中との水の浸透状態の違いを観察することができ、より高度な実験が可能となる。

【0030】

この場合、各容器１０，２０の第１の流出パイプ１３，２３と第２の流出パイプ１４，２４とを互いに幅方向に位置がずれるように配置したので、上方の第１の流出パイプ１３，２３から流出する水が下方の第２の流出パイプ１４，２４から流出する水と混合することがなく、各流出パイプ１３，１４，２３，２４から流出する水を的確に観察することができる。

【0031】

また、各容器１０，２０を載置する載置台３０を備えているので、各容器１０，２０を任意の場所に容易に設置することができ、各種施設に設置する場合に極めて有利である。この場合、載置台３０も木製であることから、各容器１０，２０と同様、自然環境の下に設置する場合に極めて有利である。

【0032】

尚、前記実施形態では、各容器１０，２０の第１の流出パイプ１３，２３と第２の流出パイプ１４，２４とを互いに幅方向に位置がずれるように配置したものを示したが、図９に示すように第１の流出パイプ１３，２３を第２の流出パイプ１４，２４よりも所定長さＬだけ長く形成することにより、上方の流出口と下方の流出口が互いに前後方向に位置がずれるようにすれば、第１の流出パイプ１３，２３と第２の流出パイプ１４，２４とを、図１０に示すように互いに幅方向の同一位置に配置した場合でも、上方の第１の流出パイプ１３，２３から流出する水と下方の第２の流出パイプ１４，２４から流出する水との混合を防止することができる。

【0033】

また、前記実施形態で示した第１及び第２の土壌は一例であり、黒土、赤土、腐葉土のうちの何れか一種類からなる土壌を土壌層１ｂ，２ａとして用いたり、或いは二種類以上を積層してなる土壌を土壌層１ｂ，２ａとして用いるようにしてもよく、土の種類や樹木の種類も前記実施形態には限られない。

【0034】

更に、各容器１０，２０の数は前記実施形態で示したものに限定されず、３つ以上の容器を用いるようにしてもよい。また、各容器１０，２０の流出口の数も前記実施形態で示したものに限られず、例えば各容器１０，２０に流出口を３つ以上ずつ設けるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0035】

１…第１の土壌、１ａ…表面層、１ｂ…土壌層、２…第２の土壌、２ａ…土壌層、１０…第１の容器、１１…外箱、１２…内箱、１３…第１の流出パイプ、１４…第２の流出パイプ、２０…第２の容器、２１…外箱、２２…内箱、２３…第１の流出パイプ、２４…第２の流出パイプ、３０…載置台。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】