異なる地質流域における浮遊土砂トレーサの探索（独）土木研究所寒地土木研究所○水垣滋・村上泰啓・鳥谷部寿人・桑原誠

1. はじめに
日本は地殻活動が盛んな環太平洋地域に位置しており、河川流域からの土砂生産が活発であるため、山から海まで水系一貫した土砂管理が必要である。とくに浮遊土砂は山地から海域まで一気に流下するため、生産源における対策が重要である。浮遊土砂が大量に河川に供給される地すべりや斜面崩壊といった大規模な土砂生産は地質に大きく依存する可能性があり（村上, 2008）、その土砂供給量を推定することは流域の土砂管理計画を立案する上で極めて有用な情報となる。これまでにも河床材料（大石ら, 2010）や海岸砂（福山ら, 2003）といった対象に岩石や鉱物、元素組成をトレーサとした粗粒砂礫の生産源推定がなされてきたが、浮遊土砂については調べられていない。近年、放射性降下物（セシウム-137、過剰鉛-210）をトレーサとした浮遊土砂生産源の推定が行われている（たとえば Mizugaki et al., 2008）。放射線量は岩石によって異なることが知られており（松田・湊, 1999）、天然放射性同位体を用いて異なる地質の浮遊土砂生産源を判別できる可能性がある。本
研究の目的は、異なる地質流域の浮遊土砂生産源を推定するために、天然放射性同位体を用いた浮遊土砂トレーサを探索することである。異なる地質流域における崩壊裸地斜面の表層土壌と浮遊土砂を採取し、γ線分析により天然放射性同位体を定量評価し、統計解析を用いて判別可能な生産源の地質区分とトレーサを探索した。

2. 方法
2.1

調査地及び野外調査 調査流域は、北海道中鵡川

央部の鵡川（1270 km2）及び沙流川流域（1350 km2）

白亜紀 堆積岩とした。ともに日高山脈に源流域をもち、複雑な地質で構成される（図-1）。異なる地質の放射性同蛇紋岩

位体特性を調べるために、GIS と 1/20 万シームレ

第三紀 堆積岩

ス地質図（産総研地調総合センター）を用いて 13

貫気別川

2.2 分析方法

生産源土壌

総主別川

沙流川

流川水系額平川流域貫気別川（S4ss）、額平川（S5ss）、45～59 日後に浮遊土砂を回収した。

浮遊土砂
宿主別川の表層約 5 cm から土壌試料を採取した。また、沙浮遊砂サンプラーを設置し（2009 年 10 月～11 月）、付加体コンプレックス

額平川個の小流域を調査地として設定し、崩壊裸地斜面

総主別川（S6ss）及び宿主別川（S8ss）の末端部に第三紀火山岩・変成岩

太平洋

図-1 調査対象流域とサンプリング地点

採取した土砂試料は、35～40℃で風乾した後、500 μm メッシュのふるいで篩別してポリエチレン容器（φ15 mm、高さ 50 mm、容積 5 ml）に充填し、密閉後 21 日以上静置したものをγ線測定試料とした。γ線分析には、高純度 Ge 井戸型検出器付きγ線波高分析装置（Ortec GWL-120-15；SEIKO EG&G MCA7600）を用い、標準線源でエネルギー校正及び効率校正を行った。
放出されるγ線を 1 試料につき 8 時間以上測定し、天然放射性同位体のウラン-238 系列、トリウム-232 系列、ウラン-235 系列、カリウム-40、及び人工放射性同位体セシウム-137 と放射性降下物の過剰鉛-210 の 13 種類について定量分析した。
2.3 解析方法

生産源土壌の採取地点を、地質図により 6 種類の基準（地質時代 1、地質時代 2、地質区分 1、地質区分 2、岩石、小流域）で分類した。異なる基準の分類グループを判別できるトレーサの組合せを抽出するため、Walling et al. (1999)の方法にしたがって統計処理を行った。まず、Kruskal-Wallis 検定を行い、地質区分ごとに濃度差が認められるトレーサを抽出した。次に、抽出されたトレーサについて判別分析を行い、地質区分の違いをよく表すトレーサ組合せを抽出した。抽出されたトレーサ組合せを用いて主成分分析を行い、生3. 結果と考察

K‐40

産源土壌と浮遊土砂のトレーサ特性の関係を検討した。
2玄武岩ブロック

堆積岩
付加コンプレックス
火山岩
深成岩
変成岩

定量分析を行った 13 種の放射性同位体につ1有意差が認められた。有意差が認められた同位体を対象に判別分析を行ったところ、正答率が最も高かったのは岩石区分を Pb-212, Ac-228 及

Pb‐212, Ac‐228～10 種の放射性同位体についてグループ間でPC2いてノンパラメトリック検定を行った結果、80付加体基質‐1

び K-40 を用いて判別した場合（76.4%）であっ‐4‐2た。これら 3 つの同位体を用いて主成分分析をできた。第 1 及び第 2 主成分による散布図上で、岩石グループ毎に分布が異なっていたが、付加02

PC1Ac‐228, Pb‐212, K‐40

42

コンプレックスは玄武岩ブロックと付加体基

S6 ss

る第 1 及び第 2 主成分について、岩石区分毎の平均スコアと浮遊土砂のスコアを図-3 に示した。流域末端における浮遊土砂は、生産源の主成分スコアの間に分布していた。このことから、

S4 ss
堆積岩
付加体 基質0付加体 玄武岩ブロック

Pb‐212, Ac‐228

土砂生産源の Pb-212、Ac-228 及び K-40 によS5 ss

PC2て、土砂生産源を岩石の種類によって判別できることがわかった。

S8 ss1質（堆積岩）に 2 区分に分別することができる（図-2）。このように、天然放射性同位体を用い

S2S10S11M7S15M8

図-2 岩石別の主成分軸による生産源トレーサ特性
K‐40行ったところ、第 2 主成分までで 96.6%を説明

M5S12S3M10S14M6M4火山岩
深成岩

‐1変成岩

‐4‐2024PC1Ac‐228, Pb‐212, K‐40

図-3 生産源と浮遊土砂のトレーサ特性

γ線分析により天然放射性同位体を定量評価することで、浮遊土砂の生産源の寄与を岩石ごとに算出できる可能性が示唆された。
【引用文献】
福山貴子, 松田武久, 佐藤愼司, 田中晋. 2003. 湘南海岸流砂系の土砂動態と相模川河口地形の変化. 海岸工学論文
集 50: 576-580.
Mizugaki S, Onda Y, Fukuyama T, Koga S, Asai H, Hiramatsu S. 2008. Estimation of suspended sediment sources using
Cs-137 and Pb-210(ex) in unmanaged Japanese cypress plantation watersheds in southern Japan. Hydrological Processes
22: 4519-4531. Doi 10.1002/Hyp.7053
松田秀晴, 湊進. 1999. 日本における主な岩石中の放射能. Radioisotopes 48: 760-769.
村上泰啓. 2008. 航空レーザー測量結果を用いた沙流川流域の微地形判読と基盤岩の土砂生産特性について. 河川技術論文集 14: 127-132.
大石哲, 砂田憲吾, Sisinggih D, 宮沢直季. 2010. 鉱物組成を用いた富士川流域における土砂生産源推定に関する基礎研究. 水工学論文集 54: 673-678.
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