新宿区おとめ山公園の湧水とその周辺の地下水に関する研究- 拡張工事に伴う変化を探る -海城高等学校 2年
清水彬光1. - 概要

AB

新宿区立おとめ山公園
拡張工事（2.7haに）都市部に貴重な緑と湧水
おとめ山公園
湧水でホタルの飼育
海城学園▲東京都，1990

本当に湧水なのか?
拡張工事の影響は?

1 km▲調査地域地図（白地図専門店 改）

2. - 聞き込み調査

公園管理の方都・区の職員

公園利用者
地点B

量は少ないが、枯れたのを見たことはない

拡張工事後、湧出量が減った気がする
そもそも湧水があることを知らなかった管が開口しているので雨を流しているだけなのでは?

3. - 仮説

調査・観察

現在水がある地点よりも2 m程上流に水が流れていた跡
雨が降らない時でも、完全には枯れなかった①雨水ではなく湧水である②工事で水の流れが変わったことで量が減少
水量が少なすぎて測れない→水質のみでのアプローチ

4. - 水質調査 (1)2015/6/30

2015/9/10

2015/11/5

2016/1/21

晴

大雨

晴晴

天候

AB

A

B

AB

A

B

気温（℃） 22.4

23.7

20.5

19.4

17.0

16.9

7.1

7.3

水温（℃） 18.1

19.6

19.4

21.6

18.3

17.7

15.2

12.1

地点

pH

7.0

7.0

6.6

7.2

7.3

6.8

7.3

7.1

RpH

7.9

7.9

8.0

8.1

7.6

---

7.6

7.6

・地点Bの方が比較的水温が変動しやすい
・pHは差があるが、RpHはほとんど差がない
ECとSiO2濃度は…

5. - 水質調査の結果 (2)地点A
Max：33.2
min：26.2

大雨地点AMax：23
min：15大雨

EC（電気伝導度）：
電気の通りやすさの指標で、不純物が多いと高くなる
SiO2濃度：
SiO2は降水には含まれず、滞留時間に比例して増加
白抜きは昨年度～今年度の地点Aの平均（n=14(内大雨3)）
地下水のトレーサーとして有効
エラーバーは地点Aの平均±標準偏差
・ECはいずれの日も地点Aを上回っている・SiO2濃度は地点Aの変動幅内かつ、大雨で影響を受けることもなく安定

6. - 水質調査の結果の評価・考察①湧水か否か・ECが常にA地点を上回っている・水温の変動が大きい→雨水である・SiO2濃度が降水による影響を受けない→湧水である…矛盾②工事による量の減少
・過去のデータもなく、水質からでは判断できず水質からだけでは限界が…
工事の図面が手に入った!

7. - 図面から読み解く (1)・斜面に側溝と浸透桝・下部に貯留浸透施設→周辺の水の流れは?
B

8. - 図面から読み解く (2)B 側溝から直接は流入しない
 貯留浸透施設を介して流入する湧水ではないのか?

9. - 図面から読み解く (3)2500 mm×8500 mmの浸透桝群から、503 mm以上のオーバーフローがあったときのみ一時的に流入

10. - 考察・まとめ①雨水か湧水か・SiO2濃度が降水による影響を受けない
・貯留浸透施設からのオーバーフローは一時的・晴天が続いても水が枯れない→湧水である②工事による量の減少
24もの浸透桝と容量約10.7 tの大規模貯留浸透施設→影響はある ←広い視野でみれば良い影響?
*ECが高い要因→量が少ないために少しの不純物で影響が出るため

謝辞
この研究は
公益財団法人 日本科学協会 サイエンスメンター制度
独立行政法人 科学技術振興機構 中高生の科学部活動振興プログラムに採択され, 支援をいただきました. 感謝申し上げます.

以下の方々にお世話になりました. この場を借りて感謝申し上げます.
首都大学東京 都市環境科学研究科 地理環境科学域 松山洋 先生
同学 地理情報学研究室の皆様
東京都環境局 自然環境部 水環境課 木村裕紀 様, 宮原直子 様,
栗田さや子 様新宿区 みどり土木部 みどり公園課 佐藤光子 様
地学部顧問 上村剛史 先生
観測・研究に協力してくれた地学部の皆さん参考文献 (1)Haines TS, Lloyd JW. 1985. Controls on silica in groundwater environments in theUnited Kingdom. Journal of Hydrology 81-3: 277-295.
平野晃章・小倉紀雄 1992. 水質変動から見た湧泉の湧出機構推定の試み. 水理科学
36（2）: 63-79.
細野義純 2002. 東京付近における不圧地下水の環境地理学的研究－土地分類図への新たな情報の負荷による利活用の試み－. 奈良大学紀要 31: 147-165.
Ishihara Y, Kobatake S. 1979. Runoff model for flood forecasting. Bulletin of theDisaster Prevention Research Institute 29: 27-43.
榧根 勇 1980. 環境トリチウムで追跡した関東ローム層中の土壌水の移動. 地理学評論 53-4: 225-237.
気象庁 2014. 「土壌雨量指数」
http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/bosai/dojoshisu.html 2015/10/1閲覧
国土地理院 2006. 「航空レーザー測量」
http://www1.gsi.go.jp/geowww/Laser_HP/index.html 2015/10/1閲覧.
Moriasi, D. N.; Arnold, J. G.; Van Liew, M. W.; Bingner,R. L.; Harmel, R. D.; Veith, T. L. ,2007.

参考文献 (2)守田 優 2012. 『地下水は語る―見えない資源の危機』岩波書店.
Nash JE, Sutcliffe JV. 1970. River flow forecasting through conceptual models,Part I－A discussion of principles. Journal of Hydrology 122: 253-274.
岡田憲治・牧原康隆・新保明彦・永田和彦・国次雅司・斉藤 清 2001. 土壌雨量指数. 天気 48: 349-356.
新保明彦 2001a. レーダー・アメダス解析雨量 (I). 天気 48: 579-583.
新保明彦 2001b. レーダー・アメダス解析雨量 (II). 天気 48: 777-784.
新宿区みどり土木部みどり公園課 2014. 「～区民ふれあいの森を目指して～おとめ山公園の拡張整備」
https://www.city.shinjuku.lg.jp/content/000166921.pdf 2015/10/1閲覧.
新宿区みどり土木部みどり公園課・新日本環境調査株式会社 2010. おとめ山公園
湧水調査委託報告書. 新宿区みどり土木部みどり公園課・新日本環境調査株
式会社
新宿区みどり土木部みどり公園課・昭和・大和建設共同企業体 ,スペース--------造成平面図, 造成断面図-1,造成断面図-2, 雨水・汚水排水平面図, 舗装平面図, 既設施設平面図, 施設詳細図-1, 施設詳細図-2, 施設詳細図-3, 施設詳細図-5,施設詳細図-6,施設詳細図-20.

参考文献 (3)菅原正巳 1972. 『流出解析法』共立出版.
髙村弘毅 2009. 『東京湧水せせらぎ散歩』丸善株式会社.
東京都環境保全局 1992. 地下水実態調査報告書. 東京都環境保全局
東京都環境局 2004. 『東京の名湧水57選』東京都環境局.
東京都環境局 2013. 「区別の湧水地点数」
https://www.kankyo.metro.tokyo.jp/water/conservation/spring_water/current/
district.html 2015/10/1閲覧
東京都地質調査業協会 1998. 「技術ノート（No.26）」http://www.tokyogeo.or.jp/tech-note-pdf/No26.pdf 2015/10/1閲覧
Wels C, Cornett RJ, Lazerte BD. 1991. Hydrograph separation: A comparison ofgeochemical and isotopic tracers. Journal of Hydrology 122-1: 282-290.
安原正也・丸井敦尚・田中 正・高山茂美 1990. 河川水の涵養に果たす賦存深度の異なる地下水の役割－SiO2濃度に基づく事例研究－. ハイドロロジー 20: 83-95.

ご清聴ありがとうございました1. はじめに - 研究の背景・目的
地下水位

地盤▲東京都江東区の地盤変動量と地下水位変動（東京都，2011）

都市部の水環境に疑問・危機感
目的：地下水環境を見守り、実態を明らかにする→新宿区立おとめ山公園で7年前から調査を開始！

2. 調査地域概要
降水量観測地点（落合第一出張所）
地下水位計設置の井戸

おとめ山公園海城学園▲東京都，1990▲調査地域地図（白地図専門店 改）

おとめ山公園 上に不透水層がない、不被圧地下水 武蔵野段丘に位置（崖線系）

 涵養域は0.1～1km2程度 （東京都，2004 ）▲「～東京の湧水～湧水マップ」(東京都，2008)より

3.1. 観測と結果 - 湧出量

 降水があると増加、ないと下降
3.5～99.9[L/min]の間で変動
段差をビニールシートで抑えて集水（右図）
一定時間で3回以上測定し、平均値(L/min)で算出

数日間で大きく変化

3.2. 観測と結果 - 地下水位
気圧

気圧＋水圧

 29.0～31.4[m(T.P.)]の間で変動
観測機器：Onset
comuter社 HOBOware Pro 上昇時は数時間で急激に変化
上下2本のデータロガーを用いて30分間隔で測定
 下降時は上昇時より緩慢に変化
水圧を標高に補正

4.1. 考察 - 地下水位の算出

タンクモデル：降水による地下水変動をタンクの形で考える数値モデル
Nash係数：水文モデルを評価する指標 (1>= E >−∞)
1に近いほど精度が良い 0.7以上で再現性が高い

Nash係数=0.947 （n=5994, フィッティング期間n=19805）

4.2. 湧出量の算出

Nash係数=0.900 （n=426）

4.3. 考察 - 解析雨量による涵養域の推定

5km

4km 3km
2km
1km1km

しかし…先行例によれば除外
除外
涵養域：0.1～1㎢
半径3km圏内の約10㎢
川

水質で検証

4.4. 考察 - 水質による検証
EC（電気伝導度）…溶存イオンなどによって変化
SiO2濃度…降水には含まれず、滞留時間に比例して増加
斜線のところは大雨後

EC & SiO2濃度…晴天の時と大雨の時の差が少ない→古い水が押し出されている可能性

補足編 - Nash-Sutcliffe係数
1970 年にNashらが提唱した水文モデルを評価する指標(𝐸 = 1 −2𝑇𝑡𝑡
σ𝑡=1 𝑄𝑜 −𝑄𝑚2𝑡
𝑇σ𝑡=1 𝑄𝑜 −𝑄𝑜, 1>= E >=−∞)（𝑄𝑜𝑡 … t時の実測値 𝑄𝑚𝑡 … t時のモデル値）
 1に近いほど精度が良く、0.7以上で再現性が高いとされる グラフの全体的なフィット感を反映し、非常に感度が高いとされる→わずかな値の差でもモデルの良し悪しを示す

Moriasi, D. N.; Arnold, J. G.; Van Liew, M. W.; Bingner,R. L.; Harmel, R. D.; Veith, T. L. (2007)より

補足編 - 解析雨量
解析雨量…
レーダーで観測した面的な雨量データ
アメダスで観測した正確な点的な雨量データ→1㎞メッシュの空間分解能で作成した雨量データ◄気象庁より補足編 - パラメーター調整

上の部分が変数(パラメーター)

算出値(タンクにたまっている水＝土壌雨量指数)↓
実測値と回帰分析↓
回帰式で換算S1(t+Δt)＝(1-β1Δt)・S1(t)－q1(t)・Δt＋R
S2(t+Δt)＝(1-β2Δt)・S2(t)－q2(t)・Δt＋β1・S1(t)・Δt
S3(t+Δt)＝(1-β3Δt)・S3(t)－q3(t)・Δt＋β2・S2(t)・Δt
S1、S2、S3 ：各タンクの貯留高
β1 、β2 、β3 ：各タンクの浸透流出孔の浸透係数
q1 、q2 、q3 ：各タンクの側面孔からの流出量q1(t)＝α1{S1(t)－L1}＋α2{S1(t)－L2}
q2(t)＝α3{S2(t)－L3}
q3(t)＝α4{S3(t)－L4}
α1 、α2 、α3 、α4 ：各流出孔の流出係数
L1 、L2 、L3 、L4 ：各流出孔の高さ

補足編 - 水質
EC(電気伝導度)：

電気の伝わりやすさを表す
単位はmS/m(ミリジーメンス毎メートル)
堀場製作所製，D-54SE，±0.5%pH(水素イオン指数)：

酸性・アルカリ性の度合いを示す
RpH(水素イオン指数)：
通気後の水のpH
pH=-𝑙𝑜𝑔 𝐻 +堀場製作所製，B-212，±0.1 pHSiO2濃度：
HACH社製，DR2800
シリコモリブデン酸法、吸光光度方式で測定

補足編 - 水質の違い

日野市の事例(黒塗りは晴天時 白抜きは大雨時)
EC(mS/m)…最大で20程度変化
SiO2濃度(mg/L)…最大で7程度変化
成宮博之・中山大地・松山 洋
2009 より

おとめ山公園の湧水(丸付きは大雨時)
EC(mS/m)…最大で3.2変化
SiO2濃度(mg/L)…最大で3.4変化

補足編 - SiO2濃度説明
涵養域が狭い場合：
SiO2

SiO2
SiO2

SiO2
SiO2

降水がすぐに湧出→薄まってSiO2濃度が低くなる
薄涵養域が広い場合：
降水がすぐに湧出しない→SiO2濃度が変わらない
SiO2

SiO2
SiO2

SiO2
SiO2

SiO2
SiO2

SiO2普