陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版

酸素と水素同位体比による水田が主体な扇状地の地下水涵養源評価の可能性
吉岡有美

（島根大学学術研究院）
1．地下水とは？

地下水は何の水か？の大きい同位元素が多いことを意味しており、「重利用可能な淡水資源として､ イメージされるもい水」という表現を使って表現されることもありのは、湖やダム、河川の水ではないでしょうか。

ます。同位体比を体重に置き換えて、「軽い水」

しかし､ 淡水資源の 98％を占めるのは、地面のが水面から蒸発しやすいため、残った水は「重い下にある地下水なのです。地下水は､ 砂漠などの水」になると考えると捉えやすいかもしれません。

乾燥した地域では唯一の水資源であることも珍し

稲の栽培のため水を溜める水田では、日中盛んにくありません。将来的に､ 気候変動により洪水や蒸発が生じています。したがって、地下水が水田渇水といった雨や河川の状況が不安定になれば、の水でできている場合は、地下水は「重い水」に豊富な水量があり､ 安定的に利用できる地下水へなります。一方で、山から海へと短ければ数日での需要が高まる可能性もあります。地下水は、管流れる河川の水は蒸発の影響が小さいため「軽い理や保全するのが困難なときもあります。3 つの水」です。したがって、地下水が河川からの水で理由によるものです。1 つ目はその流れや貯留さできている場合は、地下水は「軽い水」になりまれている様子が目に見えないこと、2 つ目はときす。地下水が水田と河川の水の半量ずつででてい2には数百や数千 km のように広域に存在するこる場合は、「軽くも、重くもない水」となると考とです。3 つ目は地下水の上、つまり地面にあるえることができるでしょう。

雨や河川、田んぼの中に溜まった水などのいろい
3．調査の目的と概要

ろな水が地面に浸透して、地下水となっていること（これを地下水涵養と呼びます）です。

2015 年 5 月に石川県手取川上流の山地で大き扇状地は河川により運ばれた土砂が扇状に堆積な斜面崩壊が発生して、土砂が河川内に大量に堆した地形で、日本の低地の約半分がこの地形と積しました。その結果、河川の水に土砂が混ざりなっています。扇状地内を流れる河川の水を利用長期間、茶色く濁る問題が発生しました。河川かした水田農業が行われています。ある扇状地内のらの浸透や、水田からの浸透、つまり地下水涵養地下水を対象に、河川の水か、水田の水のどちらの減少が懸念される事態となりました。そこで、の水によってできているかを、酸素と水素の同位同位体比を使った地下水涵養源の調査は、1 回や体によって調べることができるのではないかと考数回のみ行われるのが一般的ですが、濁水が地下え、研究に取り組んでいます。

水涵養に影響しているのか、影響するならどのように、いつまで影響するのかなどを調べるために、2．重さの違いで水を見分ける？

同位体比の定期モニタリングを 2016 年 4 月より水分子を形成している酸素と水素の同位体に開始しました。

は、蒸発すると同位体の値（同位体比）が高くな

調査は、図 2 に示す石川県のほぼ中央に位置する特徴があります。同位体比が高いとは、質量数る手取川扇状地全域（約 190 km2）の約 35 箇所
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陀安一郎、申基澈編（2021）同位体環境学がえがく世界：2021 年版の井戸から地下水、そして地下水になる前の水、河川水と田面水に大きな違いが生まれることがわ

つまり涵養水源となりうる、3 つの河川の水や水かります。6 月以降は成長した稲に日射が一部遮田の水（以下、田面水と呼びます）、雨などを定断されて、蒸発が弱くなるため、徐々に田面水の期的に採取しました。同じ地点の水について時期同位体比は低下していきます。それでもほとんどを変えて 20 回以上測定し、酸素・水素同位体比の期間で河川水よりも 2‰は重くなっています。の変化を調べました。

つぎに、赤線の地下水は−8‰より少し小さい値

この研究は、石川県立大学生物資源科学部瀧本となっており、重い田面水と軽い河川水の間にあ裕士先生、京都大学農学研究科中村公人先生、大ります。井戸は河川より 5 km ほど離れています

阪府立大学生命環境科学研究科中桐貴生先生およが（図 2 の●地点）、上に述べたように田面水のび櫻井伸治先生と共同で行っています。

値が重くなる時期においても、地下水の値は河川水より 2％ほどしか重くならないことから、河川4．モニタリング結果水の影響も及んでいることがわかります。

同位体比は海水の中に含まれる同位元素の数を

図 2 は、扇状地全体の地下水の酸素同位体比の基準としていますので、海水の同位体比は 0 となマップです。点在している井戸で採取した地下水ります。また、％（百分率）と似た‰（千分率）との同位体比の値から、平面上のデータを持たないいう単位を使用します。日本のように中緯度の地点の値を補間して作成しました。すべての図で共域では、蒸発が進んだ水以外はマイナスの値とな通している特徴は、扇状地の北、中央、南に 3 つります。−5‰と−10‰の同位体比を比較するとの河川が流れていますが、このうち中央の河川（手き、−5‰の水を重いといいます。

取川）に沿ったエリアの地下水の同位体比がとく

図 1 は 5 月から 8 月までの河川水、田面水、地下水の酸素の同位体比の変化を示しています。石川県では 4 月下旬から 5 月中旬ごろが田植えの季節です。モニタリングをはじめた 5 月から 6 月にかけては緑線の田面水の同位体比は、青線の河川の水より 4‰以上高い（重い）日が多くなっています。田植えから約 1 カ月後の 6 月 5 日に 2‰ともっとも重くなり、河川水との差は 12.5‰にもなります。河川水を水田に入れる（灌漑する）と、

図 2．扇状地の土地利用と地下水の酸素同位体比〇地下水、△河川水（赤：重い水、青：軽い水）

図 1．河川水（用水路で採取）、田面水、地下水の酸素同位体比の変化（2019 年）
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ました。に低くなっています。中央の河川から南部へ、あるいは北部へと距離が離れるにしたがって、軽い

現在は、水田内や地面に浸透した後に地下水に同位体比を示す青色から重い同位体比を示す赤色

到達するまでに同位体比がどのように変化するのへと変化するグラデーションがみてとれます。こかを、追加で検討しています。検討結果も踏まえのような特徴は、4 年間のモニタリング期間からて、図 2 に示した地下水の同位体比から地下水涵

6 ～ 10 月の地下水でみられることがわかってい養源をより、正確に診断できるようなツールの開ます。図 1 に示したように同位体比の値は、河川発に取り組む予定です。

水と田面水が区分できる程度に異なっていることから、河川に近い地下水の同位体比が小さくなる

文献のは、この地点の地下水が同じ扇状地内の他の地

吉岡有美、伊藤真帆、中村公人、瀧本裕士、土原下水と比較して、起源の多くが河川水であること健雄（2018）酸素・水素安定同位体比からみを示しています。

た手取川扇状地の河川水−地下水の交流現象

斜面崩壊前の 2011 年 6 月のマップと比較すると 地 下 水 涵 養 源、 地 下 水 学 会 誌、60（2）：と、扇状地全体においては地下水の同位体比には205-221

顕著な変化はみられません。しかし、より小さい
著者情報

エリアの同位体比の変化について注目すると、2016 年 6 月は河川の左岸域のごく河川に近い数

吉岡有美（島根大学学術研究院環地点の地下水の同位体比が上昇していることがわ

境システム科学系助教）2014 年
京都大学大学院農学研究科修了、かりました。濁水の影響によって、河川水の影響博士（農学）。鳥取大学農学部助が小さくなったために、水田水の影響が大きく教などを経て 2019 年より現職。

なったことを示していると考えることができま （2020 年 3 月 31 日掲載）

す。さらに、モニタリングを継続すると、2017年以降は 2011 年と同じような値に戻っており、



長期的な濁水の影響はなかったこともわかってき80（2020 年 4 月 7 日改版）