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  ４.パイプの話

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４.集中流とパイプ
図５ 谷頭部斜面に発生する降雨時の地中水の集中流（多摩丘陵）
図５ 谷頭部斜面に発生する降雨時の地中水の集中流（多摩丘陵）
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 　パイプの初期形態の如何に関わらず、ある程度の間隙構造が形成されたあとは基本的には地中水の集中流に支配されて発達を続けることになる。集中流とはある特定の部分に地中水が集まって流れる現象で、これは大降雨時に顕著となる。
 
　図５は谷頭部の集水地形のところで発生する集中流であり、図６は斜面末端部の地中水の流出部に見られる集中流である。この集中流は地中水と共に地中物質を溶流、あるいは浮流といったかたちで斜面外に吐き出し、さらにパイプは拡張する。
　集中流は水が集まりやすい凹地形のところに発生する傾向があるので、このあたりにはパイプが存在することが多い。写真７はそのような地形の典型例であるが、そこには写真８のような陥没孔が一列に並んでいるのがみられる。
 
図６ 凸型斜面末端部に発生する降雨時の地中水の集中流（多摩丘陵）
図６ 凸型斜面末端部に発生する降雨時の地中水の集中流（多摩丘陵）
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写真７ 多摩丘陵に見られる典型的な谷頭凹地
写真７ 多摩丘陵に見られる典型的な谷頭凹地
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写真８ 上記の拡大写真
写真８ 上記の拡大写真
ポールの立ててある場所が陥没孔で凹地の中央部に一列に並んでいる。
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　図６のタイプの集中流はこのような凸型斜面の末端部に普通に見られる現象で、特に大降雨時には顕著な上向きの流れが発生し、時には多量の土砂を吐き出すことがある。（写真９）
写真９ 斜面末端部に発生したマサ土の噴出
写真９ 斜面末端部に発生したマサ土の噴出
（瀬戸市赤津 東大演習林）
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  		　左の写真は愛知県瀬戸市の花崗岩地帯のマサ土が豪雨時に一気に噴出したもので、数箇所のものを合わせて一夜にして軽トラック一台分の量に達した。
　パイプ流がこのような威力を発揮するに至る過程を詳しくみるため、写真10のように斜面末端部にトレンチを掘り､そこにテンシオメータを水平方向に挿入して、斜面が不飽和状態から飽和状態にいたり、遂には崩壊に至る過程を追ってみた。
 
　テンシオメータとは土壌間隙水の圧力水頭を計るもので、写真のビニールホースの先端にはポーラスカップが埋められていて、地表部分に立てられた水銀柱との間の圧力伝達は水を介して行われる。飽和面での土壌水分の圧力水頭は大気圧と釣り合っているのでゼロであり、飽和面の位置がポーラスカップより上にあれば正圧、逆に飽和面の位置がポーラスカップの位置より下にある場合は負圧ということになる。土壌が乾き、また飽和面が下がるにしたがって負圧が大きくなる。写真10のトレンチ面の下半分では漏出面（Seepage face）からの地中水の滴り落ちる様子が観察され、この位置に飽和面があることが推察される。
 
　図７は測定された圧力水頭に基準点からポーラスカップの位置までの高さ（位置水頭）を加えて得た全水頭（水理水頭とも言う）の等値線（等水頭線）で、地中水は図中の矢印のようにその高いところから低いところに向かって流れている。
写真10 トレンチ面とテンシオメータの設置状況
写真10
トレンチ面とテンシオメータの設置状況
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図７ 降雨時におけるトレンチ面での地中水の動き
（図中２の●印はポーラスカップの埋設位置）
　図の１から６にいたる各図は降雨開始から終了にいたる過程に対応し､５がそのピークにあたる。また斜線の部分は飽和部分である。降雨が始まる前は地中水の動きはそれまでの土壌の乾湿状態の影響を受けて複雑な動きをしているが、降雨浸透が始まり､飽和帯が成長してくるにしたがって、地中水の流れは一様になる。またこの時、図の左側のトレンチ底に設置してある圧力水頭の観測孔（ピエゾメータ）の水位（赤矢印）は降雨ピーク時にほぼ対応して高い値を示す。なおトレンチ壁の底部にある小さな矢印（青矢印）は地中水が湧き出している状況を示しているが、この部分からの地中水の噴出も降雨ピーク時に最大になる。
 
　さてこのような地中での水の動きの繰り返しは、先にも述べたように徐々に地中物質を斜面外に排出して間隙が増大し､パイプ網が発達する。このパイプ網は降雨時における地中水の素早い排出には都合がよく、むしろ斜面の安定には寄与しているといえる。しかしこれが過度になれば逆の効果をもたらすことになる。つまり斜面崩壊である。写真11はこの観測斜面で発生した崩壊で、斜面の脚部に発達したパイプ群が原因となったものである。
 
　なおついでにこの部分のパイプの形態を調べるため、その開口部からセメントモルタルを注入し、固化した後これを取り出してみたのが図８である。かたちは千差万別であるが基本的には開口部、導管部、懐部の３つの部分からなっているようである。面白いことに導管部の傾斜はこの部分での地中水の流線方向と一致しているようにみえる。
図８ パイプの形状スケッチ
図８ パイプの形状スケッチ
↑クリックすると拡大できます 		写真11 トレンチの下部に発生した崩壊
写真11 トレンチの下部に発生した崩壊
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〜第４回　パイプの話　　　新藤 静夫
 

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