沿岸海洋研究 第巻，第 号， −，Bulletin on Coastal Oceanography, Vol. , No. ,−,マルチクラス懸濁質輸送モデルを用いた福島沿岸域における河川由来懸濁質および懸濁態放射性核種の海洋分散について＊
内

山

雄

介＊＊

A Multi-class Sediment Transport Model for Oceanic Dispersal ofRiver-derived Sediments and Associated Suspended Radionuclides off Fukushima
Yusuke Uchiyama

福島第一原発由来の放射性核種の沿岸域での懸濁質分散とそれに伴う懸濁態 Cs インベントリの精緻な評価に向けて，JCOPE -ROMS ダウンスケーリングによる 段ネスト高解像度領域懸濁質輸送モデルを開発した．本モデルでは，浅海域の再懸濁過程で重要となる波浪の効果を考慮するとともに，サイズ毎に異なる分散挙動を評価するためにマルチクラ
ス粒子に対応させ，さらに河川由来の懸濁質や海底堆積層から再懸濁して海洋中を再循環する輸送過程を取り込んだ点に大きな特徴がある．水深m 以深の沖合堆積物中に出現する高濃度の懸濁態 Cs の起源について評価した結果，予想されていた浅海域からの懸濁物輸送の寄与は小さく，有機物系粒子に吸着した Cs が関与する可能性が示唆された．また，水深m 程度の沖合海域では仙台湾沖をソースとする南向き細粒懸濁質フラックスが等深線に沿うように発達すること，河川からの懸濁質の再循環は水深 m 以浅の浅海域に限定されることなどが明らかとなった．
Fluvial discharge from rivers is viewed as a missing piece for the inventory of radionuclides in the ocean during the accident
at the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant. The land-derived input introduces a time lag behind the direct release throughhydrological processes because these radionuclides mostly attach to suspended particles（sediments）that are transported quite
differently to the dissolved matter in the ocean. We, therefore, developed a regional sediment transport model consisting of amulti-class non-cohesive sediment transport module, a wave-enhanced bed boundary layer model, and a two-layer stratigraphymodel proposed by Blaas et al.（）based on ROMS. Misumi et al.（）estimated suspended Cs concentration in theseabed using a mathematical model considering static adsorption and desorption of Cs between seawater and the bed sediments.
However, the inferred bed Cs was substantially underestimated in the offshore area at depth deeper thanm. The reason
attributed for this discrepancy was nearshore-originated seaward sediment transport, which was omitted in their model. Ourmodel results reveal that although the land-derived or nearshore clay-class sediments reach the deeper area, the time-integrated
deposition is only about ．× − kg m− , which is considered to be a minor fraction. It is suggested that debris from organic
matters and biogenic opal rather than land-derived minerals are a likely cause of the offshore Cs deposition. We further
examine nearshore dispersal patterns and quantify the Cs inventory in land-derived sediments though rivers.
キーワード：マルチクラス懸濁質輸送，懸濁態 Cs，海底堆積層，ROMS，多段ネスティング． はじめにが，放射性物質によって汚染された冷却水の一部は F

東京電力福島第一原子力発電所（以下， F）は，施設内に溜まり続け，偶発的な漏洩や計画放水によって年月 日に発生した東北地方太平洋沖地震に伴う津波

放射性核種が直接海洋へ放出された．事故直後の数ヶ月によって被災し，炉心融解に伴って大量の放射性物質が間における F から海洋へと直接漏洩した溶存態 Cs の大気・海洋へと放出された．

海洋分散過程については，主に数値モデルによる再解析

月 日以降，海水や淡水を継続的に注入することによって炉心冷却が行われた

結果から理解が進んでいる．例えば，内山ほか（
による高解像度（水平 解 像 度 約＊

年 月 日受領，年 月 日受理＊＊神戸大学大学院工学研究科市民工学専攻
連絡先：内山雄介，神戸大学大学院工学研究科
兵庫県神戸市灘区六甲台町 −〒 −E-mail : uchiyama@harbor.kobe-u.ac.jpと，））km）モ デ ル に よ る

年春期の福島県沖陸棚域における流速変動には

海上風と黒潮域に形成される負の中規模渦が関わっていたことが分かっている．すなわち，

年

月 日から

断続的に生じたと考えられる溶存態 Cs の漏洩開始か
―

―

内

ら同年

月下旬までは，海岸から 〜山

km 程度沖合の

雄

介
）

）
，特に沿

が事故直後から知られており（MEXT,m）に沿って SSH（海面高度）

岸域における長期的な Cs インベントリに対して継続の上昇域が北北東方向へ発達しながら停滞することで強的に影響を及ぼし続けていることが予想される．溶存

い北向きの沿岸ジェットが形成され，それに伴って漏洩態 Cs は細粒懸濁粒子にほぼ不可逆的に強く吸着する

直後の Cs の大部分は陸棚上に濃度重心を残したままという化学的な性質を有しており，堆積物や海水中に泥岸および等深線に沿って北北東方向へと輸送され，仙台やシルトなどの細粒分粒子が多く含まれている場合は懸湾沖を通過して牡鹿半島北部にまで分散した．この期間

濁態核種濃度が上昇するという特性を持つ（Otosaka andにおける南北方向の沿岸流速は，

Kobayashi,

shelf break（水深〜週間程度を中心とし；Kusakabe et al .,））；Otosaka and））． F の南方に位置するいわき沖約km のた周期帯での南北風の変動と極めて高い相関があり，両Kato,

者のコヒーレンスは岸でピークを有し，沖合約km 程沿岸域には細粒分が多く含まれた海底堆積層が緯度方向度まで指数関数的に徐々に低減することから，強制波的（北北東方向）に伸びた形で帯状に形成されているが，））の影響を強く受け堆積物中の Cs 分布に関する現地調査結果から，このて形成されたものであると推察された．Miyazawa et al.

海域を中心として高濃度の懸濁態 Cs が残存する領域

な性質を持つ陸棚波（Kubota,（））も同様の考察を行っている．

月 日には低気もまた帯状に分布していることが明らかにされている；Ambe et al .,圧の接近に伴い強い南向き風が一時的に強化され， Cs（例えば，Thornton et al .,の南方向への輸送が強化されやすい状況となった．しかこれらのことから，事故直後に海底付近を輸送された溶しながら，存態 Cs が堆積物中の細粒分に選択的に吸着し，高濃

月上旬から中旬にかけての期間中には，黒潮域で形成されたのちに切離された高気圧性の暖水渦が

）

）

）
．

度帯状域が形成されたものと推察される．

週間にわたって茨城沖に停滞していた．この中規模

したがって，海洋環境中での Cs のインベントリに渦の時計回り循環流によって茨城県沿岸では北上流が発対しては，直接漏洩や大気沈着過程を通じて流入する溶約達し，低気圧に伴う沿岸南下流やそれに伴う Cs の南

存態 Cs の寄与だけではなく，海水中の懸濁粒子へ吸方向輸送が抑制され，北方向へ偏在した分散パターンが脱着することにより溶存相と懸濁相間を移行する成分，維持された．その後，この中規模渦が消滅した

月 日

懸濁態として海洋中を輸送されて海底に沈降し，それがに発達した温帯低気圧が海域を通過し，それに伴って強さらに再懸濁して再輸送される成分などを総合的に評価

い南向き風が日間にわたって連吹した．このとき，沖することが必要となる．一方で，大気中へ放出されたの合で発達していた SSH 上昇域が接岸するとともに，浅ちに陸上に沈降して鉱物粒子や有機物粒子に吸着し，降海域において強い南向きの沿岸流が形成され，それまで

雨等に伴い懸濁態核種として河川から海洋へ流入する水

北方向に偏在していた Cs は茨城沖へと南方向へ輸送

文過程を経た成分の評価も十分になされていない．懸濁された．茨城沖に到達した Cs は犬吠埼近傍で黒潮に態 Cs の挙動は直接漏洩した溶存態 Cs とは大きく異捕捉され，黒潮続流によって速やかに北太平洋へと分散なり，陸域沈着，土壌表層への移行，表面流出を経て河した． F 近傍海域における溶存態 Cs の収支解析結果

川から海域へと輸送されるという複数のプロセスを経る）

ため，直接漏洩に対してタイムラグがあることや，一旦（例えば，内山ほか，）によると，漏洩直後は北向き Cs フラックスが卓越するものの，月末の低気海洋へ流入したあとも再懸濁・沈降を繰り返すため長期圧接近を契機として卓越輸送方向が反転して南向き流

間にわたって沿岸域に滞留することが懸念され， Cs

出 Cs フラックスが経時的に増大し， 月末までの累

インベントリを正確に把握し，海洋生態系への影響を考積 Cs 流出量に対しては南向き輸送量が最大となるこえるためには，懸濁態粒子の分散評価は極めて重要な課とが定量的に示された．

月には北太平洋黒潮続

題であることが理解される．また，海洋環境へ移行した流域において福島起源の放射性核種が観測され始めたこ

核種の海水中での挙動は，流動に対して完全に能動的ととが報告されており（Buesseler et al .,），海洋モ

なる溶存態と，粒径や粒子密度に応じた沈降過程の影響

デルによる分散解析結果が妥当であることが裏付けられを強く受ける懸濁態とでは一般に大きく異なる．懸濁質ている．

は海底に沈降して堆積層に取り込まれても，その後の外年）

以上のような過程を経て，溶存態 Cs は事故から数的擾乱に応じて底面せん断応力が一定の閾値を超えるとヶ月の間に沿岸方向に輸送・分散されたのち，黒潮続流

海水中へ再懸濁し，輸送・沈降を繰り返しながら広域へに捕捉されて東方向へ広域的に分散することで，福島沿分散する．この再懸濁過程を支配する底面せん断応力

岸域における濃度は速やかに低下した．一方で，海底堆は，堆積層直上の海水の物理過程と密接に関連してお積層中の Cs は比較的高濃度状態を維持していたこと

り，海洋内部領域の流動の影響を受けて発達する海底――

マルチクラス懸濁質輸送モデルを用いた福島沿岸域における河川由来懸濁質および懸濁態放射性核種の海洋分散について

Ekman 境界層の影響に加え，特に波浪の影響を強く受採用している．粒径 µm の泥分の沈降速度が ． mm s−

ける浅海域（概ね表面波の半波長程度の水深以下）では程度であることから，LPM の沈降は大幅に抑制されて波動境界層の影響が重畳するため，波−流れ共存場とし広域的に分散するように調整されている．また，堆積層てせん断応力を評価することが根幹的に重要となるからの再懸濁にシルトに対するモデルを用いるというこ；Harris et al .,とは，粘土質粒子と比べて底面せん断力が大きくなる浅（例えば，Warner et al .,

）

）

,

）

）
．

海域で再懸濁が生じ，再懸濁フラックス値も大きくなる

懸濁態 Cs の分散解析を行うためには，溶存態 Cs

ように調整されているものと解釈される．懸濁質輸送を） ），Higashi et al.（とは異なるモデル化を行う必要がある．福島原発事故を考慮した Choi et al.（対象とした懸濁態 Cs に関するモデル解 析 例 は，溶モデルでは，ともに浅海域での再懸濁を支配する波浪，

存態 Cs モデルと比べて著 し く 少 な い．そ の 中 で，河川から流入する懸濁質，粒径別の分散挙動などの影響

Misumi et al.（

） は，海底堆積物と海水中の溶存態が考慮されておらず，精度向上の余地が残されている．

の Cs の静的な吸脱着過程に関するモデル化を行い，

以 上 の よ う な 背 景 の 下 に，本 研 究 で は，JCOPE -

）

） ）の

事故直後に海洋底層付近を通過した高濃度溶存態 Cs

ROMS 多段ネスティング

が静的に底質に吸着することによる堆積層表層におけて福島原発事故直後の海洋中での懸濁質移流分散過程のる Cs 濃度変化を定量的に評価した．吸脱着率が粒径

高解像度再解析を実施した結果を紹介する．本モデルのに強く依存するため，堆積層 Cs の再現結果もまた底特徴としては，既往の研究では十分に評価されていな

質粒径の空間分布に依存し，これを適切に設定することかった懸濁質の粒度組成，波浪，河川の影響に着目したによってモデルは浅海域での堆積層 Cs 濃度を精度よ点にある．まず，Blaas et al.（

く再現することに成功した．一方で，水深次元海洋流動モデルを用い） ）による Euler 型マm 以深の

ルチクラス懸濁質輸送モデルおよび多層堆積層モデルに沖合海域では堆積層 Cs 濃度を過小評価する傾向があより，細砂，シルト，粘土（泥）の三画分粒子を同時にり，その原因として，堆積層からの再懸濁に伴う懸濁考慮し，粒径クラス毎の分散・再懸濁過程を解析した．

態 Cs の発生と海水中での再輸送過程が考慮されてまた，気象庁広域波浪推算モデル再解析値である GPV-

いないことを挙げ，懸濁粒子輸送の重要性を 示 唆 しCWM にネスティングさせたスペクトル波浪推算モデル

た．Choi et al.（；Ris et al .,） は，Periáñez（） ，Periáñez

SWAN（Booij et al .,） ），Kobayashi et al.（） ）と同様のて，浅海域において重要となる底面せん断応力評価に対Lagrange 粒子追跡モデルを用いて LPM（large particulate

して波浪の効果を考慮した．さらに，溶存態 Cs 分散

and Elliott（

）

）

）

）

）を用い

µm のシルトを仮定）およびそれに解析を含むこれまでの海洋モデル解析で十分に考慮され吸脱着する Cs 濃度の移流分散，底質との機械的な交ていなかった河川の影響を可能な限り精緻に扱うため換（沈降と再懸濁）および化学的な吸脱着過程の解析をに， F を中心とした宮城・福島・茨城県沿岸に流入す行った．懸濁態 Cs の分散パターンは溶存態のそれとる全てのは大幅に異なっており，事故後約流出モデル HYDREEMS（豊田ほか，

matter；粒子粒径ヶ月間に生じた沿岸級および級河川からの淡水流入として表面
）

）による日

域底質への吸着によって堆積層中の Cs 分布が決定

平均推算値を与えるとともに，それに伴う粒径別の懸濁されることを示した．Higashi et al.（） ）は Periáñez

質の海洋への流入を同時に考慮した．本研究は懸濁質の） をベースとした Euler 型移流拡散モデルにより，海洋中での挙動と分散機構を物理学的な面から定量的に（）

Choi et al.（）） と同様の解析を行った．ただし，堆評価することを主たる目的としており，懸濁態 Cs 濃

積層を多層で表現し，堆積層内における生物攪乱などの度については粒子比表面積と懸濁態 Cs 濃度に関する効果を鉛直拡散モデルで近似することにより，海水と堆

経験的な関係式を組み込むことにより簡易的に評価し積層間の機械的・化学的交換および履歴効果を同時に評た．したがって，溶存相，懸濁相，堆積相間での吸脱着

価した．その結果，いわき沖に形成される底質中の高濃などについては考慮していない．解析期間は，福島沿岸

度 Cs 分布を再現することに成功するとともに，海上域における溶存態 Cs 濃度が十分に低下し，堆積層で風と潮流によって形成される底面せん断応力分布と堆積の Cs 濃度分布がほぼ定常状態になる期間を包含する

層 Cs 分布とがよく対応す る こ と を 示 し た．な お，ように設定し， F 事故直後からHigashi et al.（約）

） のモデルでは懸濁質は単一粒径粒

年月上旬までのヶ月間とした．

子で代表し，LPM の再懸濁に対する限界せん断力や比例係数には粒径µm 程度のシルトに対する値を用いる−

一方で，沈降速度はチューニングの結果 ． mm s を―． 多段ネスティング高解像度沿岸流動モデル
本研究で は，領 域 海 洋 循 環 モ デ ル ROMS（Regional
―

内

山

Oceanic Modeling System ; Shchepetkin and McWilliams,））；）をベースとした

段ネスティング次雄介

二級河川に対して与えた．潮汐の影響は L モデルでのみ考慮し，TPXO ．（Egbert et al .,

）

）による主

元海洋分散モデルを用いた．最外側方境界条件には，

要 分潮の調和定数を空間的に内挿し，L 開境界にお次元変分同化を組み込んだ日本沿岸中規模渦解像海洋再ける順圧潮汐を与えた．流動モデルの再現精度について

解析値である JCOPE （Miyazawa et al .,は，衛星データとの比較などを通じて概ね良好であるこ

水平流速

）

）による

成分，海面高度（SSH），水温，塩分日平均）；とが内山ほか（））によって示されている．

ROMS-L ，L ，L の各モデルでは，Tsumune et al.

値鉛直分布を ROMS モデル境界上の全ての格子点にお） ）の方法によって海洋への直接漏洩量を考慮す

いて時空間内挿して与えることにより，ROMS による（

沿岸域ダウンスケールモデル内で黒潮や親潮等の広域海ることで， F を点源とする溶存態 Cs の Euler 型移流

洋動態を考慮した．Mason et al.（分散モデルを流動モデルと同時に解いた．つまり，直接線法をベースとした -way）

） による特性曲

offline ネスティングを用い漏洩として；Kamidaira et al .,ラックス（（例えば，Uchiyama et al .,

）

）

）
，
JCOPE （水平解像度 ／ °
：約

L （同

km）→ROMS-L （同km）→ROMS-

km）→ROMS-L （同m）へと順次ダウンスケーリングした（Fig.

年

月 日から

月

日まで単位濃度フBq s− ）で溶存態 Cs を放出し， I／ Cs

比をもとに推定された模式的な淡水流出時間変動モデル
を用いて

月

日以降は

Bq s− を順次低減させなが）．各モデルの計算条件は Table に示す通りである．すなわち，海底地形は L ，L モデルでは JODC の J-EGG

デー

タ（水平解像度m），L モデルでは内閣府中央防災会

議地形データ（同m）を基本とし，細密地形データが存在しない沖合海域などは SRTM _PLUS（同 秒：約． km）により補完した．海上風には気象庁 GPV-MSM
再解析値（

時間毎）
，
その他の海面フラックスは NOAACOADS 月平均気候値，海面熱フラックス補正のためのSST データには NASA-JPL の AVHRR Pathfinder 月平均
気候値をそれぞれ用いた．ROMS モデルではそれぞれの親領域モデルの結果を初期条件として与え，データ同化は一切行わず，境界条件のみにより制御した forward
計算を行った．河川からの淡水流入については，L ，
L モデルでは日本河川協会による雨量・流量データベースから求めた月平均気候値を与え，計算領域内に河口を有する 本（L 領域），

本（L 領域）の一級河川からの流入を考慮した．L モデルでは，河川流出モデ
ル HYDREEMS（豊田ほか，）

を計算領域内に河口が存在する

本の一級河川， 本の

Table

）
による日平均推定値

Fig.

Computational domains of the three ROMS models withdepth in color for ROMS-L （black）, ROMS-L （red）and :ROMS-L （yellow）（Yamanishi et al .,）.

Numerical configuration of the triple nested ROMS models.

――マルチクラス懸濁質輸送モデルを用いた福島沿岸域における河川由来懸濁質および懸濁態放射性核種の海洋分散についてら放出した．分散シミュレーション結果を用いて， F． マルチクラス懸濁質輸送モデル

前面の海洋表層における溶存態 Cs 観測値にフィッ． 高解像度 ROMS-L モデルの概要

ティングさせるように線形的に濃度調整を行うことによROMS-L モデルでは，L モデルと同様の F を点源り直接漏洩を評価した．例えば，L モデルによる単位とする溶存態 Cs 分散モデルに加え，海底境界層モデ

濃度 Cs フラックスに対する補正倍率は，

ル・マルチクラス懸濁質輸送モデル・海底堆積層モデル

ら

月 日か
と見積

月 日までの観測データを用いて ． ×（Blaas et al .,））を組み込んだ．懸濁質輸送モデ

月末までの溶存態 Cs の直接漏洩総ルでは沈降速度を持った active トレーサとして sand，

量は約 ． PBq と推定された．この値は Tsumune et al.

silt，clay の三つのサイズ画分を考慮し，河口部を始め

もられ，

年

） ）の約 ．倍，Miyazawa et al.（

）

）

）

とする任意の地点を点源として濃度もしくはフラックスの約 ．倍であるが，本モデルでは大気沈着による海洋として供給が行えるように設計した．海底地形には内閣（；

表層濃度増加分を考慮していないため，実際の直接漏洩

府中央防災会議データ（最小解像度

量を若干過大評価している可能性がある．Inomata et al.

には気象庁 GPV-MSM データを，波浪条件には気象庁） ）は，NNSA 航空機モニタリングによって

GPV-CWM 再解析値に -way でネスティングさせたス

（
年

月 日

時（UTC）に計測された海洋表層の空間線量に対して採水データ（Guss,））を用いて各放射m）を，海上風ペクトル波浪推算モデル SWAN（Booij et al .,Ris et al .,

）

）による

）

；

時間平均推算値（水平解像性核種の濃度に換算した．Figure は F 沖海洋表層に度約おける溶存態 Cs 濃度分布の推定値と，同時刻におけ

初期の海底堆積層の粒径組成には，宮城県水産試験場おる L モデルによる濃度分布の比較を示している． F か

よび福島県水産試験場による観測値（

ら放流された Cs は一旦南下したあと，沖合を用い，最適内挿法で空間補間した．放射性核種として

km 地

点に濃度重心を持ちながら沿岸域に張り付いた形で北北km，海上風には GPV-MSM を使用）を用いた．

は溶存態放射性セシウム

および）（ Cs，半 減 期 約 年）

東方向へ輸送され， F 前面海域に戻りつつある状況をのみを対象とし，懸濁質粒子への Cs の吸脱着（懸濁

精度よく再現することに成功している．また，両者によ態 Cs）は直接的には考慮しない．

る表層溶存態 Cs 濃度は最大で−×

Bq m− 程度であり，定量的にも良好に評価されていることが分か．

次元マルチクラス懸濁質輸送モデル

懸濁質輸送モデルは，Blaas et al.（） ）によるク

ラス懸濁質モデルをベースに，これを多粒径へと拡張する．

ることにより新たに構築した．基礎方程式は懸濁質の粒径に応じた沈降速度を考慮した Euler 型の次元浮遊懸濁質移流拡散方程式である．サイズクラス間の移行，凝集性粒子によるフロック化，底面における掃流輸送は考慮しない．したがって非凝集性懸濁質の輸送方程式は，
懸濁質サイズ画分 &に対し，
)%$
$
$
$
"
"
"
"
&
&
&
&
"
! " !!% "!*'&
#"&
+
( "
+
+
+
"
"
"
"
!
%
%
%

⑴

で定式化される．ただし，テンソル表記は総和規約に従!は鉛直上向き）&：懸濁，$う．ここに，%：座標方向（ +質濃度，!%：渦動粘性係数，*'&：沈降速度（ただし，サイズ画分のみに依存させて定数で与え，濃度や波の状態などには依存しないと仮定），"&：懸濁質のシンクもFig.

Comparison of the computed dissolved Cs concentration in
Bq m− at surface from the ROMS-L model（left panel）with
the observed data（right panel）at ： UTC on April ,.
The observation was conducted as an aerial monitoring in grosscount rate response（cps）by NNSA（Guss,）. The cps isconverted in accordance with Inomata et al.（）into Cs
concentration with in-situ sampled data.

―

しくはソース項である．
． 波−流れ共存場としての海底面境界層・堆積層モ
デル
堆積層からの懸濁質の再懸濁や沈降過程を支配する底#の評価には，Soulsby（
面せん断応力 !

−流れ共存場に対するモデルを用いる．

―） ）による波内山⑵

での懸濁質分布の標準偏差である．本研究では，懸濁質

#

κ
' #&!
(
" ,#'
.#.
%
)
+%
.
.
%#
!&

物性パラメータは Blaas et al.（⑶） ），Wang（））

を参考に Table のように与えた．つまり，粒径が

"
#
)
-# &
-,
(
&
#

，

⑷

µm の

，

つのサイズクラスを考慮することとし，

特記なき限りそれぞれ単に「sand（細砂）」，「silt（シル'：流れによる底面せん断応力，&(：水の密度，κ ：カル'!：Nikuradse 粗度高さ，,
マン定数（＝ ．）
，.
.#.
%：高
%における底層流速，(-：波による底面せん断応力，
さ.
%
#
!
- !
,
$
&%
.
)
,
- #"
!
'
#
'
&
'
!
， & ；軌道流速，'：波の角振動&数である．,&-と 'は，SWAN による波浪推算値（有義波高，平均周期）から外的に与えられる．

ト）」，「clay（泥，粘土）」と呼ぶ．懸濁質輸送モデル・
海底堆積層モデルに関するさらなる詳細については，
Blaas et al.（） ）およびその参考文献を参照された

い．
． 河川からの流出懸濁質濃度の推定法
各河川の河口を通じて海洋中へ流入する懸濁質フラッ

海底堆積層は，水塊と海底中の懸濁物混合を許容する
厚さ

介径，","*：単一サイズ画分に対する再懸濁率，%"：交換層
#
&
!
')）
，')：)スケールでの張力パラメータ（%" #"!!

$
#
!

"""
#! (
'#
!
(
"$
& #(
'"(
(

雄

mm の交換層と，その直下の海底基層（初期厚さm）からなる二層モデル（例えば，Reed et al .,））によって表現する．基層の厚さは時間とともに変化し，

クスは以下のように推定した．まず，懸濁質の粒度組成を考慮せずに，河川流出モデル HYDREEMS による日平!$*
均淡水流量 $に対して全国平均 #*式（武 川・二））および浮遊懸濁質量と流量の相関式（武田，瓶，））を用いて，全サイズクラス懸濁質の平均合計断海底（交換層）が浸食された場合，基層の懸濁質粒子が交換層へと供給され，逆に堆積した場合は交換層の懸濁*('!"&を算出し，河川流量を乗じることで面濃度 '%

質粒子が基層へと混入され，交換層は常に推定する．

mm を維持$&*!"'#%* &*!"!

すると仮定する．
再懸濁フラックス "*は交換層内の懸濁質粒度構成と⑻

底面摩擦に依存しており，底面せん断応力がサイズ画分*に対する限界せん断（表皮）応力を超えた場合，再懸ここに，$：河川流量（m s− ）， !：流域面積（km ），%*，&*：係数（%*＝ ． ，&*＝ ． ）であ る．河 川 水

濁（巻き上げ）が発生するとしてモデル化する（例えば，中の粒度組成比は USLE 準拠モデルを用いた河川流出解

Ariathurai and Arulanandan,

）

）
．
⑸

"*#!%
(
& $(
'
+
*&
"

⑹

'
+
*
"
*：体積分率，(：限界せん断応
ここに，%：間隙率， )力，"!"*：混合粒径の懸濁物に対する再懸濁率であり，al .,）による各河口付近での粒径比を参考に，浜通り河川・福島県東部域を流域とする河川

(
&
"!%&
"*#"!"*%
)
(
!"
" %
& $(
*!
'
+
*&
"
(
'
+
*
"

次式にしたがう（Garcia and Parker,）

析結果（JAEA,；Walgreen et

）

）

）
．

に 対 し て は sand：silt：clay を
の河川では

：

：

：

：

と し，そ の 他とした．全サイズクラス合計フラックスを上記の粒度組成比で分配することにより，サ
イズ毎の流入フラックスとして評価した．
． 懸濁態 Cs 濃度の推定モデル
本 L モデルでは Cs 濃度の溶存相，懸濁相，堆積相間の吸脱着による相変化は考慮しない．しかしながら，

"
!
!

(*
"!"*#! " %"%","*(%!

⑺，(%!：中央粒
ただし，(*：懸濁質画分 *の直径（粒径）Table

河川から海洋へ流入する懸濁物については河口に至るま
でに相変化が平衡状態に達しているものと仮定し，懸濁質粒径ごとに懸濁態 Cs 濃度を与えることとした．つ

Sediment properties of each of three size classes.

――

マルチクラス懸濁質輸送モデルを用いた福島沿岸域における河川由来懸濁質および懸濁態放射性核種の海洋分散について

まり，恩田（） ）による阿武隈川河口における河川

流入懸濁質に吸着した Cs 量と土粒子の比表面積との関係式：． 懸濁質輸送再解析． clay 粒子の分散メカニズム
ROMS-L モデル領域内での懸濁質の分布パターンを

"
"
&
!
)
!

$
(
'
#! ' "!%#" !%!
"$"$⑼

把握するために，漏洩開始直後の年

年月 日までの期間に対して月 日から週間ごとに時間平により懸濁態 Cs 濃度を推定した．ここに，"$：懸濁
質画分 $の密度，!%#"：懸濁態 Cs 濃度である．具体的均された底層 clay クラス懸濁質濃度および底面流速分には ROMS-L 領域内 本の河川から海域に流入する各底面せん断応力の時間経過を Fig.

懸濁質画分に式⑼を適用し，期間において高濃度の clay はせん断応力の大きな岸近

年

月 日から

月

布の経時変化を Fig.

に，同じ期間に対する週間平均に示す．図示した全日までの河川由来懸濁態 Cs の海洋での堆積量の定量

傍海域に集中して発生しているが，仙台湾内ではより沖化を行った．

合まで高濃度領域が広がっていることが分かる．沖合海域では高濃度の clay は発達しにくいが，

月下旬以降

Fig.

Near-bed（bottom-most grid-averaged）, log -based, clay-class particulate concentration averaged for every weeks since March ,（color）with the corresponding week-averaged near-bed velocity vectors. Black solid curves are selected isobaths of the labeled depths（Uchiyama et al .,
）
.

Fig.

Same as Figure , but week-averaged combined wave-current bed skin shear stress in color. The panel（e）also shows a magenta line
about − km off the Fukushima coast, which demonstrates the approximate offshore limit of the low（bluish colors）bed shear stress area
（Uchiyama et al .,
）
.

―

―

内

Fig.

山

雄

介

Initial distribution of the bed surface sediments of（a）sand,（b）silt, and（c）
clay class sizes. In panel（c）, the while line off Sendai Bay and the green line
off Fukushima are displayed（Uchiyama et al .,
）
.

（Fig.

e，f）において陸棚斜面周辺に相当する沖合約km 周辺（水深約（海流や吹送流などの非波動成分）による底層流速は主m）に見られる強い底層南下流に沖合陸棚斜面周辺でのみ増大することから，せん断応に沿う形で clay 濃度の上昇が生じている．底面せん断力の発達主要因が浅海域と陸棚斜面域では大きく異なる

応力分布（Fig.

ことが明らかとなった（詳細については，内山ほか，）を見ると，高濃度 clay 分布域に対応）；図−

して全期間において岸近傍で高い値を示しているが，特〜参照）．すなわち，岸近傍におけるに仙台湾では広範囲にわたってせん断応力が大きい．

強いせん断応力の発生域の分布は底面軌道流速の発達範

月下旬以降では沖合陸棚斜面周辺で clay の限界せん断

囲と一致しており，沖での分布は底層流速が発達してい−応力（ ． Nm ）を超える値（赤）を示しており，こる範囲と一致していた．式⑵に示したように，底面せんの沖合海域で観測される高濃度の clay は，岸近傍で再断応力は軌道流速に起因する波の底面摩擦と底層平均流

懸濁して移流されたものというよりは，局所的な再懸濁に起因する流れの底面摩擦の関数として評価され，福島によるものである可能性が高いことが示されている．

沿岸域では岸近傍では波浪，沖合の陸棚斜面域では流速

年

月 日と

月 日には低気圧の通過に伴い，の影響を強く受けてせん断応力が発達していたものと理極めて強い南下流が発生した（ ．
章参照）にもかかわら解される．反対に，沖合 〜ず， F 沖合約km では軌道流速と底層

km の福島県いわき沖海域では，解析流速の両者が小さいことから，波浪も底層流も弱く，せ期間中を通じて底面せん断応力がほとんど発達しない領ん断応力が発達しないため，河川からの供給懸濁質や他域が帯状に発達していることが分かる（Fig.

e のマゼの浅海域から移流分散された細粒懸濁質が堆積しやすい

ンダ線岸側海域）．この領域の底質組成は silt，clay の細構造となっているものと解釈される． Cs は比表面積粒分が卓越しており（Fig.

の大きな細粒懸濁質（特に粘土）によく吸着するため（例），周辺海域と比較して懸）），この帯状領域で濁質の発生・輸送特性が大きく異なっていることが予想

えば，Otosaka and Kobayashi,

される．

は細粒分が堆積して懸濁態 Cs 濃度が高くなったもの

Figure e に見られるような二分化されて形成されると考えられる．実際に Ambe et al.（） ）は，帯状領

m 以浅の浅域周辺の海底堆積物中の Cs 濃度は周囲と比較して明km 程度の陸棚斜面周辺海域で発達らかに高いことを報告しており，本計算結果はそれと矛し，その傾向は福島県沿岸を中心とした解析領域全体に盾しない傾向を示している．なお，阿武隈川前面海域検共通して見られる．期間全体を通じて，底面せん断応力

査線（Fig.

は岸近傍で常に clay 粒子の限界せん断応力である ．

面せん断応力の発達特性を調べたところ，福島沖と同様

底面せん断応力極大域は，岸近傍の水深海域および沖合−c 白線）を中心とした仙台湾内における底Nm を超えており，絶え間なく clay を再懸濁させていに浅海域でのせん断応力の増大には平均流というよりはたことが分かる．また，福島沖海域検査線（Fig.

c緑

波浪の影響が極めて強いことが確認された．阿武隈川沖

線）での底面せん断力の発達特性を調べたところ，波にから牡鹿半島先端に向かって仙台湾の浅海域では底質組

よる底面軌道流速は岸近傍でのみ高い値を示し，平均流成は明らかに clay 成分が多くなっており（Fig.

―

―

c）
，せ

マルチクラス懸濁質輸送モデルを用いた福島沿岸域における河川由来懸濁質および懸濁態放射性核種の海洋分散について

Fig.

Spatial distributions of sediment deposition integrated from March

until July,.

Reddish colors aredeposition while bluish colors are erosion（negative deposition）of（a）sand,（b）silt,（c）clay class size fractions,and（d）the total of（a）（c）withisobaths of the labeled depths. Triangle marks indicate the locations of the rivermouths considered（black : major, red : minor rivers）. Yellow star marks the Fukushima Dai-ichi Power Plat（ F）.
Transects sec - , dand din（d）are used for the subsequent analysis shown in Figure （Yamanishi et al .,）.

ん断応力の小さな海域（Fig.

a 参照）に細粒分が堆積しやすいことなどが確認された．

の沖合海域への輸送が影響していた可能性が指摘されて． 各サイズ画分粒子の分散傾向
年

月 日から

いた．しかしながら，本モデルによる広域懸濁質輸送評

月 日までのつのサイズ画分粒子および全画分粒子の堆積量の時間積分値を Fig.

に示す．ただし正値（赤系）は堆積，負値（青系）は浸食を表す．全サイズ画分による堆積・浸食域（Fig.
は，量的には概ね sand 画分（Fig.

れていない高濃度の Cs が吸着した浅海域起源懸濁質d）a）と同程度である

価の結果からは，水深m 以深の海域はほぼ浸食域（clay 画分）となっており，パッチ状にわずかに形成される堆積域においても，平均堆積量はおよそ ．×−−（kg m ）と非常に小さい値となった． F 東方の沖合
約km 地点でのセジメントトラップによる沈降懸濁ことから，堆積・浸食の総量は主に sand 画分によって粒子観測結果から，沈降粒子中には鉱物系粒子以外にも決定されている．堆積・浸食量の絶対値は岸近傍および高い割合で有機物や biogenic opal が含まれていたことが仙台湾内で高くなっており，sand の堆積・浸食は水深報告されている（Otosaka et al .,m 以深では全く見られず，岸近傍において沿岸方向に波長約km のパッチ状の浸食域と堆積域が交互に形））．したがって，沖合の海底で見られた高濃度の Cs を含む粒子は，粘土鉱物系の懸濁質（土砂）ではなく，有機物等に吸着し成されている．仙台湾内ではパッチ構造を保ちながら南た状態で輸送，堆積したものであった可能性が高い．

から舌状に浸食・堆積域が延伸しており，北上するにし． 沖合海域における clay サイズ画分懸濁質粒子の輸送特性たがって徐々に岸沖方向に拡大している．仙台湾内は本解析領域内の他の海域と比較して遠浅であり，前節で述
べたように沖合約km（水深m 程度）まで波浪による底面せん断応力が発達することがある．したがって，

懸濁質粒子による海底での浸食・堆積域（Fig.

）の形成機構，粒子のシンク・ソース構造，懸濁質輸送経路を定量的に評価するために，福島沖に本（sec − ；Fig.

km 間隔で岸沖

d 赤 線），水 深

最も高い限界せん断応力を持つ sand 画分であっても容方向検査線を易に再懸濁可能な環境下にあることが堆積・浸食域形成m，の原因であると考察される．岸近傍においては silt（Fig.

線）定義し，各断面を通過する clay 画分濃度フラック
ス解析を行う．任意の時刻 &まで時間積分，断面積分さb）および clay 画分（Fig.

c）は類似したパターンで

浸食・堆積域を形成するが，clay では計算領域ほぼ全域
で浸食または堆積が生じている．
Misumi

et

al.（

&
"#
&$!
%$
!
$
"!
!!
!#'

m 以深）での過小評価の原因として，彼らの静的吸脱着モデルでは考慮さ
―

本（d

，d

；Fig.

d青

れた累積通過フラックス " は，断面法線方向流速を'%，clay 濃度を #として次式のように定義される．

）のモデルによる海底堆積物中の Cs 濃度に関する沖合（水深m の等深線断面を

ただし， !：検査線断面積である．
―

⑽

内

Fig.

山

雄

介

Cross-section integrated, temporally cumulative clay-class sediment fluxes at thetransects shown in Figure d. Left : along-shelf transport normal to the sections sec （southward positive）, right : cross-shelf transport normal to the isobaths dand d（offshore positive）（Yamanishi et al .,）.

月 日に お け る sec 〜 断 面
での断面積分累積 clay フラックス ! の時系列（Fig.

d左）を見ると，全ての断面において途中で減少すること

時での通過量は相対的に非常に小さい．なお，岸沖方向なく増加していることから，沖合海域では clay 粒子は

輸送量には南方向に卓越する沿岸方向 clay 輸送（Fig.

常に南方向へ輸送されていたことが分かる．最も南に位左）が岸沖方向に凹凸を有する等深線を横切る際に生じ置する sec

る成分を含んでいることに注意する必要がある．

年

月

日から

断面では，

月初頭と

月初頭に他の断，d

両断面の通過フラックスでは月末に見られる低気圧イベントによる輸送が大半を占めており，平穏

面よりも顕著な南向き輸送が生じている．南側に位置する sec ， 断面では，輸送量が北側の月末から月上旬にかけての

月 日での累積通過フラックスの大きさは sec． 河川から流入する懸濁質および懸濁態 Cs の分散特性

断面（sec ， ）を大きく上回り，＞ sec

懸濁態粒子のうち陸域起源のものだけを取り出し，沿と，南から順に大きな値となる．特岸域での分散を解析することで河川供給懸濁物の挙動をに南側の sec ， で clay 輸送量が大きくなる要因の一評価する．ここでは，河川からの懸濁質流入と海洋中でつとして，secの再懸濁・沈降・分散過程を考慮した数値実験と，河川

＞ sec

＞ sec

岸側端付近に相当する岸から約km

沖合地点の海底に clay の組成比と懸濁態 Cs 濃度の両からの流入を考慮しない数値実験の者が高いホットスポットがバンド状に存在しており

い，両ケースによる海底堆積量などの各変量の差を取る（Fig.

ことにより河川から流入した懸濁質粒子の輸送範囲の定），その海域が Fig.

e，Fig.

e に見られる

月

通りの計算を行

末の荒天時の clay 輸送（および高濃度の懸濁態 Cs）

量化を行った．まず，阿武隈川日平均流量がのソースとなった可能性が考えられる．一方で，通過フであった出水時（ラックスの鉛直構造を調べたところ，粒子フラックスは月 日）の阿武隈ライン（Fig.

c，白線）における海水密度および各粒径別の濃度分m 以深で生じ，陸棚斜面に沿って水布を一例として調べたところ，河口域海洋表層に強い沖m 程度の下層にまで分布していた．その値は常方向の流れが生じ，それに伴って表層付近では clay 粒

主に水深
深 ，

年

〜

に正であり，全断面で表層から底面まで南向き輸送が生子が沖方向へ輸送され，沖合じていたが，その最大値は概ね水深ることが分かった（詳細は内山ら，

m 程度の層に現れることなどが確認された（山西ら，

）

；図−

参

照）
．

km 程度まで広がってい

，d

m および

m の等深線に沿った断面）における断面積分累積沖向き輸送量 !

の時系列を Fig.

）

；図−

を参照）
．フラックス解析で示したように，日までの累積堆積量分布（Fig.

次に，水深
（d

m s−

流入する懸濁質は水深

年，月b）から，河川からm 以深の沖合にはほとんど堆積せず，流入量の多い一級河川の河口付近で堆積量が大右に示す．全般的に両断面ともに正のきくなることが分かる．河川からの流入懸濁質量の多い

沖方向輸送が卓越しており，その値は沿岸方向輸送量

阿武隈川河口で特に大きな堆積量が確認され，仙台湾内（Fig.

や久慈川近傍では沖合約左）よりは少ないが，同オーダーとなっている．

岸寄りの d

断面よりも沖合の d

断面の方が

倍以

が， F 近傍ではkm 程度まで堆積が見られる

km 程度までしか堆積が見られないこ

上の輸送量を示しており，より水深の大きい沖合領域でとなどが示されている．河川からの懸濁質の堆積の大半

clay の沖向き輸送が 卓 越 す る こ と が 示 さ れ て い る．

は水深

―

―

m 以浅で生じており，水深m を超えるもマルチクラス懸濁質輸送モデルを用いた福島沿岸域における河川由来懸濁質および懸濁態放射性核種の海洋分散について

Fig.

Right : temporally cumulated land-derived sediment deposition for the three sizeclass particulate matters, left : suspended Cs absorbed to the bed sediments
illustrated in the right panel.
（Yamanishi et al .,）.

Black curves : isobaths of the labeled depthsのはほとんどない．ただし，本節での解析は海底面での再懸濁を無視しているが，懸濁質は沈降して一度堆積しているため高出水の流入ピークを過小評価しているこ!"!
と，全国平均 !!
式が高出水時の流入懸濁質量を過た後にも再懸濁して移流分散されることがあるため，実小評価する傾向にあること（阿武隈川では洪水時の懸濁際には沖合海域を含むより広域へと分布するものと考え

質流入量を

られる．

している）
，阿武隈川における流砂組成比の仮定（sand：

次に，ROMS-L 領域内 本の河川から海域に流入する各サイズ画分懸濁質粒子に式⑼を適用し，
日から

月

年

：

：

）が高出水時の実際の組成比と異月なっていたことなどが挙げられる．これらの点に関する

日までの河川由来懸濁態 Cs の海洋で評価精度の向上は，河川工学や水文学分野と協力しながの堆積量の定量化を行った． Cs 堆積量（Fig.
懸濁質堆積量（Fig.
沖合約

silt：clay＝桁以上過小評価することがあることを確認

a）はら今後取り組むべき課題の一つであると考えている．

b）と同様な分布を示し， F 南東

km にバンド状に存在する堆積層表層の Cs

濃度が高いホットスポット領域（Ambe et al .,））． おわりにJCOPE -ROMS ダウンスケーリングシステムによる付近で比較的大きい．また，河川からの流入懸濁質に吸段ネスト高解像度海洋流動再解析モデルをベースに，波着した懸濁態 Cs のうち海底に堆積した量の水深毎割浪の影響と多粒径粒子を考慮したマルチクラス懸濁質輸合を求めたところ，水深m より浅い領域に約割が送モデル，海底堆積層モデル，懸濁質への Cs 吸着モ

m 以上の領域で堆積したものは％未

デルを連成させることにより懸濁質海洋分散解析モデル

満であったと見積もられた．河川から海洋への放射性核を開発し，福島第一原発事故直後の数ヶ月間に生じた懸種の流入開始を濁質輸送解析を実施した．本モデルによる計算結果と海堆積し，水深

年月 日と仮定すると，

年日までの Cs の海洋への総流入量は約 ．×

Bq

底堆積層の粒径組成の観測値は整合しており，モデルにと見積もられ，このうち領域内に堆積したものは約割

よる懸濁質輸送は大局的には良好な再現性を有している

Bq であり，残りの大部分は領域外へ輸送さことが示された．懸濁質の海中濃度分布は，岸近傍では

月

の ．×

れた．ただし，年

月 日〜 日の高出水時におけ波浪の効果による再懸濁と河川からの流入に影響を受ける阿武隈川からの Cs 流入量は，本モデルに適用したて形成され，陸棚斜面周辺における沖合域では強い底層

流入懸濁質量推定値が ． TBq であるのに対し，同期

水平流速を受けて再懸濁が生じていた． F 前面沖合約間における観測値は ． TBq であり（JAEA,

）

）
，

〜

km の海域では，波浪と底層流速の影響が小さく

出水時の流入量をかなり過小評価する結果となってい底面せん断が小さい領域が存在し，そこでの堆積層ではる．この原因として，河川流入量として日平均値を与え

細粒懸濁質が卓越して粒子に吸着した Cs 濃度が高い

―

―

内

山

領域が形成されていた．河川から流入した clay サイズ
画分粒子は，出水時の阿武隈川河口では最大約 〜km 沖まで輸送されていた．その一方で，Misumi et al.
（） ）が示唆した浅海域起源懸濁質の水深m以深の沖合海域への輸送はほとんど見られなかった．沖合
約km 地点における Otosaka et al.（） ）のセジメ

ントトラップ観測結果と合わせて考えると，沖合堆積物中に出現する高濃度 Cs の形成に対しては，有機物等

雄介

注：本稿は以下 編の内容をベースに大幅に加筆・再構成したものである．（再利用した図面にはキャプションに引用元を明記している．）
内山雄介・山西琢文・津旨大輔・宮澤泰正（）：福島沿岸域における放射性核種の海域移行定量化を目的とした領域土砂輸送
モデルの開発，土木学会論文集 B （海岸工学）， ，pp. I_ −I_.
山西琢文・内山雄介・津旨大輔・三角和弘（）：統合型河川・浅海域土砂輸送モデルを用いた河川由来懸濁態放射性核種の海.
洋分散解析，土木学会論文集 B （海岸工学）， ，I_ −I_に吸着した Cs の寄与が大きかったものと推察された．福島県沖合の水深m の底層では，

年

月末以降，陸棚斜面に沿う強い南下流が発生し，大量の clay
粒子が南方向へと輸送されていた．この沖合 clay 粒子
は仙台湾沖海域のm 水深地点周辺をソースとしているが，事故直後における仙台湾沖底層への溶存態 Cs
供給がそれほど大きくなかったことから，実際には懸濁態 Cs の輸送量は小さかったものと考え ら れ る．また，河川由来の放射性核種は主に水深域にその約m 未満の浅海

割が留まり続け，沖合への輸送はほとんど見られなかった．
謝辞
本研究は科学研究費補助金・新学術領域研究（ISET-

R 公募研究：課題番号， H）の援助 を受けて，神戸大学と下記関係各署との共同研究として実施された研究成果の一部を取りまとめたものである．
ISET-R 参画研究者および関係者との議論，情報交換は常 に 有 用 で あ っ た．解 析 モ デ ル の 中 核 を 構 成 す る
JCOPE -ROMS ダウンスケーリングシステムの開発においては JAMSTEC の宮澤泰正氏，放射性核種分散計算モ
デルの開発および評価方法については電力中央研究所の津旨大輔氏に数々の貴重な情報と助言をいただいた．海底堆積層への Cs 吸着過程については電中研の三角和弘氏，河川起源粒子への Cs 吸着モデルについては筑波大学の恩田祐一氏，セジメントトラップにおける懸濁質 の 出 現 特 性 に つ い て は JAMSTEC の 本 多 牧 生 氏 と
JAEA の乙坂重嘉氏，河川流量と懸濁質フラックスの関係については東京理科大学の二瓶泰雄氏に教示いただいた．航空機モニタリングデータ解析値は金沢大学の猪股弥生氏と福島大学の青山道夫氏に提供いただいた．福島
海域循環モデリングの実施と解析では当時神戸大の学生であった山西琢文氏（現・NEXCO 中日本）と石井倫生
氏（現・東京電力）の献身的な協力を得た．また，匿名査読者による建設的な意見は非常に有用であった．ここに記して深甚なる謝意を申し上げます．

―

参 考 文 献）内 山 雄 介・山 西 琢 文・津 旨 大 輔・宮 澤 泰 正・石 井 倫 生（）：福島第一原発からの放射性核種の初期分散に及ぼす
沿岸ジェットとメソスケール渦の影響．土木学会論文集 B−I_.
（海岸工学）， ，I_）Kubota, M.（）: Continental Shelf Waves off the Fukushima
Coast Part . Numerical Experiments. Journal of OceanographicalSociety of Japan, ,− .
）Miyazawa, Y., Y. Masumoto, S. M. Varlamov and T. Miyama（）: Transport simulation of the radionuclide from the shelf
to open ocean around Fukushima. Continental Shelf Research,／ , − .
）内山雄介・石井倫生・津旨大輔・宮澤泰正（）：福島第一
原力発電所を放出源とする放射性セシウムの沿岸域での分.
散特性．土木学会論文集 B （海岸工学）， ，p. I_ −I_）Buesseler, K., S. R. Jayne, N. S. Fisher, I. I. Rypina, H. Baumann,
Z. Baumann, C. F. Breier, E. M. Douglass, J. George, A. M. Macdonald, H. Miyamoto, J. Nishikawa, S. M. Pike and S. Yoshida（）: Fukushima-derived radionuclides in the ocean and biota
off Japan. Proceedings of the National Academy of Science,−, doi : .
／pnas.
.
USA,）MEXT（Ministry of Education, Culture, Sports, Science andTechnology）（）: Monitoring Information of Environmental
Radioactivity Level. http://radioactivity.nsr.go.jp/en/.
）Otosaka, S. and T. Kobayashi（）: Sedimentation and remobilization of radiocesium in the coastal area of Ibaraki,
km southof the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant. Environmental,−, doi : .
／s
Monitoring and Assessment,− −− .
）Kusakabe, M., S. Oikawa, H. Takata and J. Misono（）:
Spatiotemporal distributions of Fukushima-derived radionuclides in−nearby marine surface sediments. Biogeosciences, ,, doi : .
／bg− −−.
）Otosaka, S. and Y. Kato（）: Radiocesium derived from the
Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident in seabedsediments : initial deposition and inventories. Environmental− , doi : .
／c em
Science : Processes & Impacts, ,a.
）Thornton, B., S. Ohnishi, T. Ura, N. Odano, S. Sasaki, T. Fujita, T.
Watanabe, K. Nakata, T. Ono and D. Ambe（）: Distributionof local Cs anomalies on the seafloor near the Fukushima Dai,−
ichi Nuclear Power Plant. Marine Pollution Bulletin,, doi : .
／j.marpolbul.
. . .
）Ambe, D., H. Kaeriyama, Y. Shigenobu, K. Fujimoto, T. Ono, H.
Sawada, H. Saito, S. Miki, T. Setou, T. Morita and T. Watanabe―マルチクラス懸濁質輸送モデルを用いた福島沿岸域における河川由来懸濁質および懸濁態放射性核種の海洋分散について（）: Five-minute resolved spatial distribution of ra- diocesium
in sea sediment derived from the Fukushima Dai-ichi Nuclear,−
Power Plant. Journal of Environmental Radioactivity,, doi : .
／j.jenvrad.
. .
.
）Warner, J. C., C. Sherwood, R. P. Signell, C. K. Harris and H. G.
Arango（）: Development of a three-dimensional, regional,
coupled wave, current, and sediment-transport model. Computers& Geosciences, ,−.
）Warner, J. C., B. Armstrong, R. Heb and J. B. Zambon（）:
Development of a Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-SedimentTransport（COAWST）Modeling System. Ocean Modelling, ,−, doi : .
／j.ocemod.
. . .
）Harris, C. K., C. R. Sherwood, R. P. Signell, A. Bever and J. C.
Warner（）: Sediment dispersal in the northwestern Adriatic, C S , doi : .
Sea. Journal of Geophysical Research,／
JC.
）Misumi, K., D. Tsumune, T. Tsubono, Y. Tateda, M. Aoyama, T.
Kobayashi and K. Hirose（）: Factors controlling theCs in seabed sediment off thespatiotemporal variation of
Fukushima coast : implications from numerical simulations.
Journal of Environmental Radioactivity,,− , doi : .
／j.jenvrad.
. .
.
）Choi, Y., S. Kida and K. Takahashi（）: The impact ofoceanic circulation and phase transfer on the dispersion ofradionuclides released from the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power,−, doi : .
／bg− −
Plant. Biogeosciences,−.
）Periáñez, R.（）: Modelling the tidal dispersion of Cs and，
Pu in the English Channel. Journal of Environmental,− .
Radioactivity,）Periáñez, R. and A. J. Elliott（）: A particle-tracking method
for simulating the dispersion of non-conservative radionuclides incoastal waters. Journal of Environmental Radioactivity, , −.
）Kobayashi, T., S. Otosaka, O. Togawa and K. Hayashi（）:
Development of a Non-conservative Radionuclides Dispersion
Model in the Ocean and its Application to Surface CesiumDispersion in the Irish Sea. Journal of Nuclear Science and−.
Technology, ,）Higashi, H., Y. Morino, N. Furuichi and T. Ohara（）: Oceandynamic processes causing spatially heterogeneous distribution of
sedimentary caesiummassively released from the Fukushima
Daiichi Nuclear Power Plant. Biogeosciences, ,−,／bg− −−.
doi : .
）Periáñez, R.（）: A modelling study on Cs and , Pu
behaviour in the Alborán Sea, western Mediterranean. Journal of−.
Environmental Radioactivity, ,）Blaas, M., C. Dong, P. Marchesiello, J. C. McWilliams and K. D.
Stolzenbach（）: Sediment-transport modeling on Southern
Californian shelves : a ROMS case study. Continental Shelf− .
Research, ,）Booij, N., R. C. Ris and L. H. Holthuijsen（）: A thirdgeneration wave model for coastal regions, Part I, Modeldescription and validation. Journal of Geophysical Research,
,
−
.
C ,
）Ris, R. C., N. Booij and L. H. Holthuijsen（）: A thirdgeneration wave model for coastal regions, Part II, Verification.

―

,
−
.
Journal of Geophysical Research, C ,）豊田康嗣，平口博丸，杉本聡一郎，橋本篤（）：気象予測
モデルと連携した出水予測手法の開発．http://criepi.denken.or.
jp/jp/kenkikaku/report/detail/N.html）Shchepetkin, A. F. and J. C. McWilliams（）: The Regional
Oceanic Modeling System : A split-explicit, free-surface, topography following coordinates oceanic model. Ocean Modelling, ,− .
）Shchepetkin, A. F. and J. C. McWilliams（）: Computational
kernel algorithms for fine-scale, multiprocess, longtime oceanic
simulations. In : Temam, R., Tribbia, J.（Eds.）. Handbook of
Numerical Analysis : Computational Methods for the Ocean and− .
the Atmosphere. Elsevier, Amsterdam,）Miyazawa, Y., R. Zhang, X. Guo, H. Tamura, D. Ambe, J.-S. Lee,A. Okuno, H. Yoshinari, T. Setou and K. Komatsu（）: Watermass variability in the western North Pacific detected in a -year
eddy resolving ocean reanalysis. Journal of Oceanography, ,− , doi : .
／s
− −
− .
）Mason, E., J. Molemaker, A. F. Shchepetkin, F. Colas, J. C.
McWilliams and P. Sangra（）: Procedures for offline grid
, − .
nesting in regional ocean models. Ocean Modelling,）Uchiyama, Y., E. Idica, J. C. McWilliams and K. D. Stolzenbach（）: Wastewater effluent dispersal in Southern California
Bays. Continental Shelf Research, , − .
）Kamidaira, Y., Y. Uchiyama and S. Mitarai（）: Eddy-induced
transport of the Kuroshio warm water around the Ryukyu Islandsin the East China Sea. Continental Shelf Research, doi : .
／j.csr.
. .
（available online））Egbert, G. D., A. F. Bennett and M. G. G. Foreman（）: Topex/Poseidon tides estimated using a global inverse model. Journal−.
of Geophysical Research, ,）Tsumune, D., T. Tsubono, M. Aoyama and K. Hirose（）:
Distribution of oceanic Cs from Fukushima Dai-ichi Nuclear
Power Plant simulated numerically by a regional ocean model.
Journal of Environmental Radioactivity,,− .
）Miyazawa, Y., Y. Masumoto, S. M. Varlamov, T. Miyama, M.
Takigawa, M. Honda and T. Saino（）: Inverse estimation ofsource parameters of oceanic radioactivity dispersion models
associated with the Fukushima accident. Biogeosciences, ,−, doi : .
／bg− −−.
）Inomata, Y., M. Aoyama, K. Hirose, Y. Sanada, T. Torii, T.
Tsubonoe, D. Tsumune and M. Yamada（）: Distribution ofradionuclides in surface seawater obtained by an aerial radiological: ,survey. Journal of Nuclear Science and Technology,−, doi : .
／.
.
）Guss, P.（）: DOE response to the radiological release from−the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant, DOE/NV/. In : Proceeding of the NEI RETS/REMP Workshop, Oak
Brook, IL,
June.
）Soulsby, R. L.（）: Bed shear-stresses due to combined waves
and currents. In : Stive, M., Fredsøe, J., Hamm, L., Soulsby,
R., Teisson, C., Winterwerp, J.（Eds.）. Advances in Coastal
Morphodynamics, Delft Hydraulics, Delft, The Netherlands,− .
）Reed, C. W., A. W. Niederoda and D. J. P. Swift（）: Modeling sediment entrainment and transport processes limited by bed,− .
armoring. Marine Geology,

―

内

山

）Ariathurai, R. and K. Arulanandan（）: Erosion rates of,cohesive soils. Journal of the Hydraulic Division ASCE,−.
）Garcia, M. and G. Parker（）: Entrainment of bed sediment
into suspension. Journal of Hydraulic Engineering,,−.
）Walgreen, M., H. E. De Swart and D. Calvete（）: Effect ofgrain size sorting on the formation of shoreface-connected sand,（C ）,, doi :
ridges. Journal of Geophysical Research,.
／
JC）Wang, X. H.（）: Tide-Induced Sediment Resuspension and
the Bottom Boundary Layer in an Idealized Estuary with a Muddy
Bed. Journal of Physical Oceanography, ,−.
）武川一樹・二瓶泰雄（）：日本の河川における浮遊土砂輸
送量と流量の相関関係．土木学会論文集 B （海岸工学）
， ，
−I_
．
p. I_
）武田育郎（）：水と水質環境の基礎知識．オーム社，−．
）JAEA 日本原子力研究開発機構福島研究開発部門（）：放射 性 物 質 の 包 括 的 移 行 状 況 調 査．http://fukushima.jaea.go.jp/
initiatives/cat /pdf / − .pdf
）恩田裕一（）：森林および河川における放射線の長期モニタリングと放射性物質の移動との関連．http://fukushima.jaea.
go.jp/initiatives/cat /pdf
/data_ .pdf
）内山雄介・山西琢文・津旨大輔・宮澤泰正（）：福島沿岸域における放射性核種の海域移行定量化を目的とした領域土
砂輸送モデルの開発．土木学会論文集 B （海岸工学）， ，
pp. I_ −I_ ．
）Otosaka, S., T. Nakanishi, T. Suzuki, Y. Satoh and H. Narita（）: Vertical and lateral transport of particulate radiocesium,
off Fukushima. Environmental Science and Technology,−.
）山西琢文・内山雄介・津旨大輔・三角和弘（）：統合型河川・浅海域土砂輸送モデルを用いた河川由来懸濁態放射性核種の海洋分散解析．土木学会論文集 B （海岸工学）， ，I_
−I_ ．

雄

介

答：本研究では懸濁態粒子として鉱物系土砂を想定したため，主な発生源は浅海域，河川，一部の陸棚斜面海底に限定され，水深m 以上の深い海域に到達する

成分が少ないという結果となった．有機物系粒子は海洋表層および亜表層において広域的に発生して沈降す
るため，鉱物系粒子とは発生源が全く異なる．このような状況を再現するためには（低次）生態系・物質循
環モデルによってデトリタスの発生，沈降，分解過程を解くことは重要な方向性のつとなる．懸濁態核種

濃度を評価するためには，生態系モデルにより評価されるデトリタスへの核種の吸脱着過程を別途考慮することにより対応可能であるほか，より簡易的には，Periáñez（），Kobayashi et al.（）による

Lagrange 粒子追跡モデルで一般的に行われるように，
海洋環境中で一様な微細粒子（デトリタス）時空間分
布を与えることにより有機物系粒子の効果を考慮する
こともつの方法である．

問：福島県いわき沖の放射性 Cs の高濃度領域は，同水深帯に拡がる細粒底質領域に対応しており，この領域
は底面せん断力が小さい領域に対応していると説明している．ということはせん断力が小さく粒子が移動しにくいため，将来的な濃度変化も小さいと考えてよいのか．
（防衛大，八木宏）

答：いわき沖の帯状高濃度域では，せん断力の大きい海域と比較すると底質堆積物は再懸濁しにくい構造にあるため，いったん沈降，堆積した粒子は相対的に長期間にわたって当該海域にとどまる可能性が高く，イン
ベントリとしての変化量は小さいものと予想される．

質

疑

応

しかしながら，他の海域から（事故から時間が経過す

答

問：シミュレーションで懸濁態粒子に付着したセシウム

るにつれて懸濁態 Cs としては低濃度化した）懸濁態

が深い場所に行きにくいという状況を改善するために粒子が継続的に輸送されて沈降するため，事故当初には，NPZD モデルのような低次生態系モデルも考慮し堆積した高濃度の懸濁態 Cs は堆積層下部へと移動してデトリタスの挙動もシミュレートする必要もあるのていくことになる．したがって，実際の堆積層表層濃か？

度としては漸次低下していくものと考えている．
（JAMSTEC，宮澤泰正）――