［流域圏学会誌＜論第8巻第1号

2-92021］

文 (原著)＞

源流と河口の環境―鳥取県加勢蛇川を事例として苗村 晶彦*，齋藤 圭**，奥田 知明***・小寺 浩二****Influence of environment on river water quality from head to mouth:
A case study of the Kasechi River basin, Tottori
Akihiko NAEMURA, Kei SAITOH, Tomoaki OKUDA and Koji KODERA* Department of General Studies and Liberal Arts, Toita Women’s College, 2-21-17 Shiba, Minato-ku, Tokyo 105-0014, Japan** Graduate School of Science, Kyoto University, 3088-176 Noguchibaru, Beppu, Oita 874-0903, Japan*** Faculty of Science and Technology, Keio University, 3-14-1 Hiyoshi, Kohoku-ku, Yokohama, Kanagawa 223-8522, Japan**** Faculty of Letters, Hosei University, 2-17-1 Fujimi, Chiyoda-ku, Tokyo 102-8160, Japan

Abstract
Surface ozone concentrations and river water quality within the Kasechi River basin are analyzed,
considering land use and vegetation. The samples are from Daisen Falls and the Kasechi Bridge, locatedupstream and downstream of the river, respectively. The ozone concentration at Yonago, locatedupstream of the river, indicates transboundary pollution from the Asian continent since the value, 32.9ppb, is 1.2 times higher than the simultaneous observation at Tokyo Tower. The nitrate concentrations at
Daisen Falls are substantially low, while it is known to be associated with ozone production. These results
imply the effects of nitrogen fertilization on beech as forest covers 68 percent of the catchment area ofthe Kasechi Bridge. The river water hardness increases downstream from 21.9 mg/L at the waterfall to37.5 mg/L at the bridge on the coast. It is essential to consider the influence of watershed characteristics
covering mountains, rivers, and oceans for land-use planning. Therefore, we need continuous monitoringof matrices showing the comprehensive environmental state.

Key words: Transboundary pollution, ozone, Mt. Daisen, Kasechi River basin, beech forest*

戸板女子短期大学総合教養センター，〒105-0014 東京都港区芝 2-21-17**

京都大学大学院理学研究科，〒874-0903 大分県別府市野口原 3088-176***

慶應義塾大学理工学部, 〒223-8522 神奈川県横浜市港北区日吉 3-14-1****

法政大学文学部, 〒102-8160 東京都千代田区富士見 2-17-1

2

1.はじめに2019 年 5 月 23 日 19 時 15 分に鳥取県西部地域（米子市，境港市，日吉津村，大山町，伯耆町，南部町，日野町，江府町および日南町）で，1974 年の観測以来，鳥取県内で初めてとなる光化学スモッグ注意報が発令された 1)。昭和の時代においても，平成の時代においても 1 度も発令されたことがなかったが，前兆は平成の後半からは見られ，例えば Miyazako et al.2)は，鳥取と同じ山陰の島根県内の斐伊川流域で中国からの越境窒素汚染があること報告している。光化学スモッグ注意報の主因であるオゾン（O3）と窒素汚染の主因の硝酸イオン（NO3-）は，窒素酸化物（NOx）からの二次物質として連動することが報告されている 3)。近年においてもアジア大陸からの越境汚染の報告が散見されるが，その越境汚染の影響が光化学スモッグ注意報にも表れた可能性がある。
大気環境や水環境のそれぞれの分野で研究が深められるが，それを結びつける研究が極めて稀であり，「山・川・海」を通じて広域に渡る環境把握の研究が重要である。なぜなら，水の収支や流動の過程では，特定の水域は個別に閉鎖されたものではなく，連続した水の存在空間を通じて，水は移動，循環を永続に繰り返しているからである 4)。山に降雨がもたらされ，それが河川の水源とされ，流域の支流を集め下流へと量を増して，海へと流出される。
ところで，渓流水中の NO3-濃度は平水時において時間代表性がある 5),6)。また，渓流水中の塩化物イオン（Cl-）濃度についてはその変動が小さく特に時間代表性があることが報告されている 7),8)。河口域については多岐にわたる影響で水質の濃度が変動するが，ある日時のデータを採取し，一例を考察することには意義がある。
本研究では越境汚染の影響を受ける加勢蛇川の水源から上流を経て下流までの流域圏において，その源流に影響を与える大山山麓の周辺の O3 を解析した。それを踏まえて，「山」に負荷する乾性沈着といった大気環境を解明し，「川」においては大山が水源となる集水域上流および下流における水質，また「海」においてはどのような物質が流出されるのか調査を行い，流域圏として加勢蛇川流域およびその周辺の環境について考察した。
2.研究方法調査を行ったのは鳥取県西部の加勢蛇川の流域圏およびその周辺である。加勢蛇川は，幹川流路延長 17.6 km，流域面積 34.8km2 で，水源は大山（標高 1,729 m）となり，鳥取県内の二級河川では最も長い。流域形状係数（流域面積を流路延長の 2 乗で除した値）9)では，日本一広い関東平野の利根川は 0.162，1979 年に総合治水対策特定河川第 1 号 10)となった神奈川県および東京都に跨る鶴見川は 0.127 で，加勢蛇川は 0.112 となり細長い流域の河川だと判断できる。尚，オランダのデ・レーケが日本の川を「これは滝だ」と言った逸話のある富山県の常願寺川は 0.117 である。大山は伯耆大山とも呼ばれ，約 100 万年前から 40 万年前に活動した蒜山
火山群および古期大山と新期大山に大別される。
O3 濃度の解析の対象地は，大山山麓にある米子保健所（北緯34.4378 度，東経 133.3417 度，標高 6 m）とした。また，1 年という単
3Fig.1
Daisen Falls (Photo credit: A.
Naemura; 13 August 2020)

位は太陽を中心として地球が公転する周期だが，濃度の季節変動も太陽を中心として考えることがよりよく解析しやすいと考えられ 11),12)，O3 濃度の変動解析は太陽黄経 15 度毎による太陽暦の二十四節気別で行った。
また二十四節気は毎年同じ時季に同じ節気が来ることや，節気の間隔が約 15 日と一定しており，半月毎の季節変化に対応できているので，農業や生活の目安として便利なものである 11)。解析した時期は，2015 年 3 月21 日（春分点）から 2018 年 3 月 20 日までの 3 年間とした。解析に使用したデータは各自治体が設置している
大気常時監視測定局の 1 時間値の測定結果とし，欠損値は除外して解析を行い，Ox のほとんどは O3 であるので O3 と表記した。また，現在においても光化学スモッグ注意報は首都圏（1 都 7 県）を中心に発令されるので 13)，その首都圏の中心地である東京タワー（標高 25 m，高度 25 m）との同時期の解析結果との比較を行った。
河川の水質データは上流にある大山滝および河口域の加勢蛇橋で採取した。大山滝（Fig.1）は 1990 年に日本の滝百選にも選出された中国地方を代表する名瀑であり，大山を水源とし，天狗ヶ峰（標高 1,710 m），鳥ヶ山（標高 1,448 m）なども水源とした集水域となっている。大山滝の地質は第四紀更新世（2.58～0.0117 Ma）であり，安山岩溶岩である
滝は地獄谷の断崖を 2 段（上段 28 m，下段 15 m）になって勢いよく駆け下るが，かつては 3 段の滝で 1934
年の室戸台風によって中段が崩壊し，現在のような 2 段の滝になった 14)。上流域にはブナ（Fagus crenata）の原生林もあるため，水量が豊富である 14)。大山滝は 2020 年 8 月 13 日 10 時 45 分，加勢蛇橋は 2020 年 5 月
24 日 20 時 25 分に採取した。鳥取県米子（北緯 35.4333 度，東経 133.3383 度，標高 6.5 m）における調査時
前の降水量は 2020 年 8 月 13 日では 8 月 7 日に 5.5 mm，8 日に 3.0 mm でその後の降水量は 0.0 mm であった。2020 年 5 月 24 日のそれでは 5 月 18 日に 5.5 mm，19 日に 1.0 mm，20 日に 0.5 mm，21 日に 1.0 mm
でその後の降水量は合計 0.0mm あった．また，鳥取県米子における 2011～2020 年の年平均降水量は 1,774mm となっている。大山滝で採取した試料については，ADVANTEC 社のメンブランフィルター（ポアサイズ 0.45m）で濾過した後，溶存成分については Dionex 社のイオンクロマトグラフィー（ICS-2100/1100）を用いて測定した。加勢蛇橋で採取した試料については，ADVANTEC 社のメンブランフィルター（ポアサイズ 0.20 m）で濾過した後，溶存成分については島津製作所社製のイオンクロマトグラフィー（SC-10A）を用いて測定した。また，
EC（電気伝導度）は HORIBA 社の LAQUAtwin を用いて測定した。尚，硬度については，硬度 ＝ Ca2+濃度×2.5 ＋ Mg2+濃度×4.1(1)として算出した 15)。
河川流域面積，土地利用面積，大山滝集水域内の植生区分およびその面積については，国土交通省より公開されている国土数値情報の流域メッシュ，土地利用細分メッシュデータ，環境省自然環境局生物多様性センターより公開されている植生調査（1/25,000 縮尺）データを基に GIS ソフトウェア（Esri 社製 ArcGIS Proversion: 2.6.3）を用いてそれぞれ解析を行った。
3.結果および考察
3.1. 大山山麓における O3 濃度
大山山麓に位置する米子における O3 濃度については，3 年間の 1 時間値の全平均値は 32.9 ppb となっている。対照として，首都圏の中心地である東京タワー（標高 25 m，高度 25 m）の全平均値は 27.5 ppb となり，米子が東京タワーよりも 1.2 倍となっている。米子における 1 時間値の最高値としては，110 ppb（2015 年 5 月427 日 20 時）となっている。また，2 番目に高かったのは 108 ppb（2016 年 5 月 31 日 18時）となっている。参考として東京タワーで 1

Table 1 O3 concentrations by the solar term at Yonago between 21
March 2015 and 20 March 2018.
期間

二十四節気

2015年

2016年

2017年

3月21日～4月4日

春分

45.1 ppb

41.4 ppb

46.1 ppb

4月5日～4月19日

清明

44.3 ppb

45.0 ppb

40.5 ppb

4月20日～5月4日

穀雨

51.0 ppb

45.9 ppb

51.4 ppb

5月5日～5月20日

立夏

52.9 ppb

46.5 ppb

50.9 ppb

した期間において米子の 1 時間値は環境基

5月21日～6月5日

小満

51.1 ppb

47.3 ppb

45.8 ppb

6月6日～6月20日

芒種44.3 ppb

34.9 ppb

41.3 ppb

準を越えているケースが多々ある。また，そ6月21日～7月6日

夏至

34.7 ppb

30.3 ppb

25.5 ppbの最高値は光化学スモッグ注意報レベル近7月7日～7月22日

小暑20.8 ppb

16.3 ppb

21.3 ppb

7月23日～8月6日

大暑22.5 ppb

25.0 ppb

20.2 ppb

くにまで達していることになる。

8月7日～8月22日

立秋

27.7 ppb

24.3 ppb

20.9 ppb

8月23日～9月7日

処暑

31.0 ppb

31.3 ppb

29.4 ppb

9月8日～9月22日

白露27.8 ppb

29.9 ppb

32.2 ppb

9月23日～10月7日

秋分

30.3 ppb

22.4 ppb34.3 ppb

10月8日～10月22日

寒露

32.3 ppb

25.9 ppb

33.8 ppb

10月23日～11月6日

霜降

29.9 ppb

26.3 ppb

29.9 ppb

11月7日～11月21日

立冬

24.5 ppb

27.1 ppb

28.8 ppb

11月22日～12月6日

小雪

25.8 ppb

27.9 ppb

25.4 ppb

12月7日～12月21日

大雪

23.1 ppb

21.8 ppb

25.6 ppb

49.8 ppb，最低値は小暑の 19.4 ppb となって12月22日～1月4日

冬至

23.5 ppb

30.5 ppb

28.0 ppb

1月5日～1月19日

小寒

26.5 ppb

30.1 ppb

28.0 ppb

いる。O3 濃度は春季に高くなり，特に立夏の1月20日～2月3日

大寒

24.2 ppb

22.0 ppb

32.6 ppb

時季に高くなった。これは，東京タワーにお

2月4日～2月18日

立春

32.2 ppb

27.7 ppb

34.5 ppb

2月19日～3月5日

雨水

36.0 ppb

38.9 ppb

32.5 ppb

いても同様の結果であった。立夏を過ぎると3月6日～3月20日

啓蟄

38.1 ppb

42.9 ppb

41.2 ppb

時間値の最高値として 143 ppb（2017 年 8 月9 日 13 時）となっている。また Ox の環境基
準は 1 時間値が 60 ppb 以下であるが，調査

米子における二十四節気の調査期間と，二十四節気別の O3 濃度を Table 1 に示し，米子および東京タワーにおける二十四節気別の季節変動（3 年間の平均）を Fig.2 に示し た。米子においては，最高値は立夏の濃度低下が見られ，夏から秋にかけては横ばいの傾向があり，立春から高くなる傾向にあった。これは東京タワーについてもほとんど同様な傾向であるが，東京タワーが立冬にかけて濃度低下が著しいのに対して，米子のそれは横ばいであった。O3 は総じて成層圏等からの沈降と，対流圏における光化学反応で生成される 16)。東京タワーは近くの汚染地域で生成したもので，米子はアジア大陸の汚染地域で生成したものが長距離輸送されてきたものと考えられる。
3.2. 加勢蛇川における上流および河口付近の河川水質データ
加勢蛇川における大山滝と加勢蛇橋における電気伝導度および陰イオ ン濃度の結果を Table 2に ， 陽 イ オ ン ， Na+/Cl- 比 お よ び
Ca2+/Mg2+比を Table 3 に示した。
ま た ， 加 勢 蛇 橋 を 集 水 域 （ 34.8km2 ） と す る 流 域 の 土 地 利 用 図

Fig.2
Seasonal variation of O3 concentrations by the solar
term at Yonago and Tokyo Tower between 21 March 2015 and20 March 2018.
5

（Fig.3）に示した。
Table 2 EC and concentration of anions in
the Kasechi River waters from Daisen Falls
and Kasechi Bridge.

大山滝の Cl-濃度は，瀬戸内海沿岸の極楽寺山周辺では 90.4
M であり 12)，大山山麓の内陸側とはいえ，高い値を示した。太
平洋沿岸の東京湾に面する横浜市南部の大岡川源流域では366 M であり 17)，その値の半分以下であった。流域では，上流

EC(S/cm)

Cl(M)

NO3(M)

SO42(M)

大山滝

77

159.4

7.52

209.0

増加を示した。Na+/Cl-比は，上流も河口もほぼ同じ程度で，これ

加勢蛇橋

165

408.6

62.9116.5

は日本の平均河川水質 18)の値（1.78）と比較すると若干低かった。

採取場所に比べて河口付近では 2.56 倍となり，これは Na+もほぼ同様の

これは加勢蛇川流域で風化の度合いが低いことなどが考えられる。同様に，Ca2+/Mg2+比は，日本の平均河川 18)の値（2.81）と比べると加勢蛇川流域は Mg2+が卓越する傾向にあった。越境窒素汚染の指標となる NO3-濃度は非常に低く，森林生態系の物質循環が健全であることが分かった。一方，河口付近では 62.9 M であった。これは，流域の 0.5%を占めるゴルフ場など人間活動の影響
Table 3
Concentration of cations, Na+/Cl- ratio and Ca2+/Mg2+
ratio in the Kasechi River waters from Daisen Falls and Kasechi
Bridge.

が考えられる。
大 山 滝 の 硬 度 を 計 算 す る と 21.9
mg/L となった。永淵・海老瀬 19)はこれよりも下流のところで採取したものを含む

Na+(M)

K+(M)

Mg2+(M)

Ca2+(M)

Na+/Cl-比

大山滝

217.9

20.4

86.1

133.1

1.371.55

報告しており，そこから算出すると硬度

加勢蛇橋

552.1

92.9127.6

246.9

1.351.93

は 21.3 mg/L となり，これは大山東麓の採取場所

Ca2+/Mg2+比大山山麓の東側の平均値のデータを値の代表値に近いと考えられる。
河川の化学成分の供給源を整理すると，①降水，②大気中からの降下物，③岩石・土壌などの地質的要因，④鉱泉・温泉，⑤人間活動による排出物，が挙げられる 20)。無論，人間活動の影響が大きくなれば⑤の影響が大きくなる。加勢蛇橋の流域では，森林面積が23.7 km2 と算出され，これは流域の 68%に相当し，加勢蛇川の河口付近は人間活動の影響も受けるも，河口付近の硬度を算出すると 37.5mg/L となり海へ流出する。
3.3. 「山・川・海」の流域圏として鳥取県では，冒頭の光化学スモッグ注意報が発令された 19 時に，東部地域で 96 ppb，中部地域で 104 ppb，西部地域で 121 ppb であった 1)。2019 年 5 月 23 日は鳥取県に西接する島
根県においても，16 時に益田および浜田，17時に江津および大田，18 時に出雲および松江，
19 時に雲南および安来で Ox 濃度の 1 時間値が 120 ppb を超過し，島根県でも観測以来初め
Fig.3 Land use on the hydrology of the Kasechi Bridge
watershed.
6てとなる光化学スモッグ注意報が発令されるに至った 21)。つまり，この日は大陸からの移流で西から順に O3 が高くなった。O3 は日変化においては 14 時頃をピークに低下することがわかっているので，今回解析した期間において 2015 年 5 月 27 日の 20 時に O3 濃度が最大値となった原因は移流と考えられる。
越境汚染が移流として O3 が大山に影響を与え，O3 と同様に NOx からの二次物質として連動する NO3-の窒素汚染が斐伊川流域で報告されるが 2)，大山滝における NO3-濃度は非常に低い値であった。大山滝の集水域における植生区分を Fig.4 に示した。山頂付近は大山溶岩ドームおよび高地の影響で森林が形成されないが，その下流に形成される森林においては，ほぼブナ－クロモジ群集で 5.14 km2 となり 72.8%と占められた。
ブナ林は，その生態系の豊かさから昆虫の宝庫であるが，昆虫が多いということは野鳥や小型の肉食哺乳動物も多いことを意味する 22)。今回の調査では新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の影響で，大陸からの越境汚染の影響も小さいこと 23) が推測されるが，大山滝における NO3-濃度は 7.52 M と非常に低濃度である。日本においては，首都圏の影響による森林生態系の窒素飽和問題として，群馬県渡良瀬川流域の小流域でのNO3-濃度が平均 114M24)を示す事例，また横浜市南部の大岡川源流域のそれで平均104 M16)を示す事例などが報告される。その一方で，今回の大山滝における NO3-濃度は非常に低濃度であり，紀伊半島南部の四万十帯の源流域の平均値 4.27M25)に比肩するほどであった。中国の経済活動が低下し，大陸からの越境汚染の影響が低下したことにより，大山滝を集水域とした森林生態系の物質循環における人為的影響が小さくなったと考えられると同時に，大山滝はブナ林を中心とする森林生態系の豊かさから NO3-濃度が非常に低濃度になったと思われ，こうしたブ

Fig.4

Vegetation map of the Daisen Falls watershed.

ナ林は治山ひいては治水に繋がる重要な示唆であろう。
4.おわりに本研究においては「山・川・海」を流域圏と捉え，その指標として NOx からの二次物質を軸に論じた。大気環境の指標となる大山滝における渓流水中の NO3-濃度が非常に低く，ブナを中心とした森林の役割が大きいことが分かった。森林はわれわれの生活にも大きく関わり，降雨や降雪を蓄え，安定した水の供給を行う水源涵
養機能，土砂の流出や崩壊を防止する機能なども備えている。1993 年 12 月に青森県南西部から秋田県北部に広がる白神山地が世界自然遺産になったことで，ブナの原生林は社会的にも重要性を増し，現在の“大気の川”を伴った甚大な水害による問題 26)が背景にある中で，ブナ林といった自然林による治山が見直されるべきであろう。福島ら 27)によれば，日本におけるブナ林群集は 5 種類あり，大山にも広がるブナ－クロモジ群集は，中国地方から能登半島まで拡がっている。前述した白神山地のブナ－チシマザサ群集（白山から北海道に拡がる地域）とは細かくは分かれるが，今後地球温暖化に伴って，この地理的分布も変化していくであろう。
7

それと共に，調査する上流の水質も変化していき，下流もそれに伴って変わっていくことが予測される。
戦後スギ・ヒノキの植林を推進した社会的背景を見直し，ブナ林のような保水力を伴った「山・川・海」の広域で流域圏ごとの治山および治水を考えていかねばならない。重要なのは，それぞれの河川の流域圏で，それぞれの特色があり，それぞれの自然や環境問題を抱えるということである 28)。「山・川・海」を結びつける指標を使って，その詳細を追い，更に総括的な考えが求められている。
参考・引用文献
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http://db.pref.tottori.jp/pressrelease.nsf/5725f7416e09e6da492573cb001f7512/14AC08FDF783ADEA49258
4040000E66E?OpenDocument（2021 年 1 月 14 日参照）
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会誌，34，40-45.
26) 讀賣新聞, 「西日本豪雨時 列島上空「大気の川」」, 2018 年 8 月 17 日夕刊 3 版 11 面.
27) 福嶋司・高砂裕之・松井哲哉・西尾孝佳・喜屋武豊・常富豊（1995）：日本のブナ林群落の植物社会学的新体系，日本生態学会誌，45，79-98.
28) 苗村晶彦・小寺浩二（2020）：河川に関わる自然と人間活動―関東圏を事例として．戸板女子短期大学研究年報，63，45-61.
（原稿受付 2021 年 1 月 28 日，原稿受理 2021 年 3 月 12 日）

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