東京大学工学部システム創成学科	  E&Eコース 多部田研究室	  080870 本宮佑規

発表の構成	
1. 本研究の概要	  2. トンレサップ湖における現地調査	  3. 生態系モデル	  4. 拡散モデル	  5. 結論と今後への課題

１．本研究の概要	
研究背景
・トンレサップ湖の重要性
→多様な生物種、食料源、生活用水
・急激な社会発展による環境汚染
→特にアンコール遺跡などがある
シェムリアプ周辺(右図赤丸部分)
・水質データの不足
→長期間にわたる内戦や鎖国状態

本研究の目的
・現地調査による湖の水質のデータ収集
・栄養塩循環と人為起源物質の拡散を
モデルにより検討(塚脇ら,	  2006)	

目標
シェムリアプ周辺からの負荷による湖の水質への影響の評価トンレサップ湖について	
シェムリアプ川	

シェムリアプ川	

メコン河	(塚脇ら	  ,2006)	

トンレサップ湖の特徴
•乾季(左図)：湖水がメコン河に流入しトンレサップ湖が縮小
メコン河	 •雨季(右図)：メコン河の水が逆流しトンレサップ湖が拡大
•乾季と雨季で
面積は約3000〜15000km2
水深は約1〜9m に変化

トンレサップ湖の広大さ
琵琶湖の面積と比較すると乾季で約4倍、雨季では約20倍！
	(遠藤,	  2001)	

２．トンレサップ湖における現地調査	
 観測時期・内容	  …乾季(4月)と雨季(9月)の2回で、雨季の調査には同行した	  

	  
測定方法

時期

概要

測定項目

採水

乾季	  
雨季

採水したサンプルを吸光度分析計
で測定

栄養塩(NH4,NO2,NO3,T-­‐
N,PO4,T-­‐P)、クロロフィルa(Chl-­‐a)、濁度	  

多項目
水質計

乾季	  

多項目水質計をボートから水中に入れて測定

水温、溶存酸素(DO)、電気伝導度(EC)、pH、水深、濁度、酸化還元電位(ORP)

流速計

雨季

流速計をボートから水中に入れて測定	  表層(1.0m)と底層(5.0m)でとる

流向・流速、水温トンレサップ湖における観測地点	
船着き場	  (雨季の湖岸付近）

雨季には	  水上集落も北上

チョンクニアスにある鉄塔(流速を測定)

鉄塔	
乾季の水上集落	

赤点：乾季の観測
黒点：雨季の観測10km	
水上集落(乾季)	

湖の中心から北上	
Googlemapより	

測定結果：栄養塩(窒素)	
河川よりも水上集落の影響が大きい

雨水の目安

湖岸(雨季)	
湖岸(乾季)	

湖岸(雨季)	 湖岸(乾季)	

0.40	  	  0.40	  	  NH4-­‐N[mgN/L]	

0.30	  	  河川	0.25	  	  雨季(表層）	

0.20	  	  雨季(底層）	

0.15	  	  0.35	  	  乾季	0.30	  	  河川	0.25	  	  雨季(表層)	  NO3-­‐N[mgN/L]	乾季	0.35	  	  河川上流の目安の下限ラインよりも小さい

0.20	  	  雨季(底層)	  0.15	  	  0.10	  	  0.10	  	  0.05	  	  0.05	  	  0.00	  	  -5	0	5	10	15	20	

湖岸からの距離[km]	

25	
河川上流の目安

0.00	  	  -5	0	

5	10	15	20	25	

湖岸からの距離[km]	

雨季は表層と底層に栄養塩濃度の差はない	  乾季と雨季も水上集落付近以外は差がない	  

鉛直方向に湖水がよく混合	  沖にはメコン河の水が残る

測定結果：クロロフィルa・濁度	
富栄養湖

湖岸(乾季)	
湖岸(雨季)	
35	  乾季	

30	  雨季(表層)	  Chl-­‐a[μg/L]	

25	  雨季(底層)	  20	  15	  10	  5	  0	  0	5	10	15	

湖岸からの距離[km]	

栄養塩と同じ傾向

20	

Log10濁度[FAU]	

湖岸(雨季)	 湖岸(乾季)	
乾季	

3.5	
3	

雨季(表層)	

2.5	

雨季(底層)	

2	1.5	
1	0.5	0	25	0	5	

中栄養湖

10	15	

湖岸からの距離[km]	

乾季と雨季で２オーダー異なる	  

雨季に流入する	  メコン河の影響が大きい20	25	

• 鉄塔の地点における流向流速
は表層と底層の流れが	  

大きさは同じ程度で逆向き	  雨季は鉛直方向の水の循環が活発	

流速 (cm/s)	

→風によって生じた表層の流れが岸にぶつかって底層の方に戻るという流れが推測できる	  流速 (cm/s)	

測定結果：流向・流速	Ｎ	4	3	2	
1	0	1	2	3	4	Ｓ	

9:40	

9:50	

10:00	

10:10	

10:20	

10:30	

10:40	

Ｎ	4	3	2	1	0	1	2	3	4	Ｓ	

鉄塔(5.0m)	
Ｎ	3	Ｎ	3	2	2	1	1	0	0	1	1	2	2	3	Ｓ	

9:40	

9:50	

10:00	

10:10	

10:20	

10:30	

RL18の流線ベクトル図	
鉄塔(1.0m)	

10:40	

3	Ｓ	

測定結果：溶存酸素(ＤＯ)	
１５km	  湖岸	

DL4	DL5 DL4.5DL3	DL1	

水上集落	

DLは乾季の湖のこと	

水上集落近傍では、底質で貧酸素化	  している可能性がある

観測結果の考察	
・水上集落から2km程度離れると雨季と乾季で栄養塩に大きな差異はなし
・乾季は栄養塩濃度やChl-aが高くなる富栄養化や、底質の貧酸素化の可能性があるが、局所的な水上集落による影響で雨季には消える	

• 現状ではシェムリアプ起源の人為的負荷のトンレサップ湖への影響は限定的で広範囲に深刻な影響を示すデータは得られなかった	  →雨季に流入するメコン河の水により、多小の汚染も希釈されることによると考えられる	  →湖水の鉛直混合も現状の水質を保つ上で重要な要素	  ３．生態系モデル	
 目的	  栄養塩循環についての検討	  	   ボックスモデルの構築	  →対象領域全体の平均的な栄養塩濃度の	  季節変動の特徴の再現	  →生態系モデルに適合した結果から栄養塩循環の推定	  	  	  ボックスモデルの概要	
陸域(シェムリアプ川と水上集落)からの負荷流入QR	

対象ボックス：シェムリアップ付近	  C：T-­‐N濃度	  V:容積	  10km四方の領域を設定	  

保存式：

交換	  Q（C0-­‐C)	
トンレサップ湖全体	  C0：T-­‐N濃度	  季節変動の特徴を再現

生態系モデル	 単純な生態系モデルであるNPZDモデルを採用	  	  

構成要素（窒素量に換算したモデル）	   N:	  Nutrient(無機態窒素)=NH3+NO2+NO3(DIN)	   P:PhytoPlankton(植物プランクトン)	   Z:ZooPlankton(動物プランクトン)	   D:Detritus(有機態窒素)	  各要素の関係図	
負荷流入	
光合成	
呼吸	

PHYTO	  NUTRIENT	  
枯死	

細胞外分泌	

分解	DETRITUS	  自然死亡	

ZOO	  沈降	

排糞	排泄	

溶出	

捕食	沈降	

160	  μmolN/L	

140	  
120	  100	  phyto	  zoo	  detritus	  80	  nutrient	  60	  all	  40	  20	  クロロフィルa[μg/L]	

季節変動の計算結果	
40.00	  	  乾季の	  測定範囲

35.00	  	  30.00	  	  25.00	  	  雨季の	  測定範囲

20.00	  	  15.00	  	  10.00	  	  5.00	  	  0.00	  	  0	  A	   M	   J	   J	   A	   S	   O	   N	   D	   J	   F	   M	  ・観測値と同じオーダーで、
乾季に濃度が上昇する傾向を再現
NとD：10のオーダー
P：1のオーダー
・Nの目標値は乾季で15μmolN/Lとした⇒オーダーは同じだが若干大きいA	   M	   J	   J	   A	   S	   O	   N	   D	   J	   F	   M	  特に植物プランクトンの季節変動の正確な再現を目指した乾季と雨季の窒素循環	
0.64	  (100)	

-­‐3.57	  (-­‐554)	

6.20	  (962)	  0.14	  (21.7)	

N:89.1	  -­‐0.71	  (-­‐110)	

3.35	  (520)	

-­‐0.13	  (-­‐20.1)	

1.86	  (289)	

0.06	  (9.66)	

P:3.56	  -­‐1.43	  (-­‐186)	

0.84	  (130)	 4.32	  (669)	

D:40.7	   1.39	  1.29	   (216)	
(200)	

0.64	  (99.7)	

0.77	  (100)	

1.73	  (268)	

乾季	
乾季は生物生産(光合成)が大きく、物質が良く循環している

1.61	  10.5	  0.12	   -­‐3.89	  (18.8)	 (-­‐506)	

0.56	  (87)	

0.23	  (30.3)	  0.18	  (23.1)	

ボックス： μmol/L	  0.014	  (1.76)	

0.03	  0.92	  (4.08)	
(120)	

0.42	  0.001	  (0.08)	

26.3	  0.03	  (3.33)	

3.89	  1.29	   (39.1)	
(200)	
0.40	  (52.2)	

0.82	  (107)	

1.00	  (130)	 3.59	  (176)	

3.08	  0.044	  (0.53)	

雨季	

フラックス：μmol/L	  /day	  ()の値は、陸域からの負荷を100として換算した値、100以上は赤色	  雨季は外のボックスとの水交換が大きく、循環自体は小さい

無機態窒素のフラックスの源	
底質からの栄養塩の溶出の影響が大きい
0%	  20%	  40%	  60%	  河川分解80%	  100%	  溶出

乾季

底質からの溶出について	  より詳細な調査が必要
0%	  20%	  40%	  河川60%	  分解

雨季80%	  溶出

100%	  ４．拡散モデル	
 目的	  乾季における水上集落からの人為起源物質(DIN、大腸菌)の	  
拡散について観測結果の分布を拡散モデルで再現	  →拡散係数の推定	   二次元拡散方程式	  D:拡散係数、C：人為起源物質の濃度、m：水上集落からの負荷、p：大腸菌の死亡率

・101×101格子の領域で計算、一つの格子は50m四方と設定	  ・人為起源物質の負荷が、連続的に中心の点から出されていると仮定	  ・定常状態に近づくまで繰り返し計算	  	  DINと大腸菌の拡散の再現	
・拡散係数
D=0.035[m2/s]
・中心の負荷濃度
m=4.0[mg/L/day]

水上集落の中心からの距離[km]	 赤い点は観測のデータ	上で求めた拡散係数
から大腸菌の分布の再現

•中心の負荷濃度
m=5.2 105[/L]
•死亡数
p=48.5[/day/L]

推定した拡散係数・負荷の妥当性の検討	
拡散のスケールの推定による検討リチャードソンの4/3乗則：水平方向の渦動拡散係数は10-3〜104m2/sの範囲で変化し、一般にスケールの4/3乗に比例して大きくなる⇒スケールは約100m〜1kmと推定された

水上集落の人口の推定による検討
・窒素負荷量(原単位法)より
12 人口=4.0 10-3 (50 50 1 103)
窒素排出量[gN/人day]	
	m[gN/L day]	 1格子の容積[L] 	

・糞便から排出されるによる大腸菌数より
1011 人口=5.2 105 (50 50 1 103)


大腸菌排出数[/人day] 	
p[/L day] 	

1格子の容積[L] 	

⇒人口=10〜1000人のオーダーの範囲内と推定

モデルの対象領域は５ｋｍ四方	  水上集落の人口のオーダーは１００人であることから	  妥当

負荷倍増時のシミュレーション結果	
定常時の濃度が２倍
目安	  
水道原水としての限界値が５０００/１００ｍL	  水浴上の基準は１０００/１００ｍL	  共に基準値を超えてしまっている•栄養塩は濃度が全体的に増加
•大腸菌は集落の中心から距離が離れても無くならない
→濃度上昇の影響がより広範囲になり、将来的に汚染の影響が深刻になる可能性を示唆

５．結論と今後への課題	
• 乾季と雨季に２回の現地調査	  →深刻な汚染を示すデータは得られなかった	  →しかし、陸域からの負荷変化やメコン河からの水の流入変化	  	  	  	  	  により環境悪化の可能性	  	  ⇒環境変化を見逃さないための現状の水質の把握と、継続的	  	  	  	  	  な観測によるデータの蓄積が重要	  	  • モデルを用いて物質循環の推定	  →乾季の底質からの栄養塩溶出の重要性の示唆	  	  ⇒より詳細なデータを集めることによるモデルの精度の向上