〈一般研究課題〉 温暖化による沿岸域の水環境変化のメカニズムに関する研究助 成 研 究 者

名城大学

日比

義彦

温暖化による沿岸域の水環境変化のメカニズムに関する研究日比 義彦（名城大学）

Study of a Mechanism for changing Water Environment
on a Shore of Sea by Global Warming
Yoshihiko Hibi
(Meijo University)

Abstract：
The purpose of this study is to investigate how fresh water is distributed in a porous medium
and surface water on a shore of sea by using a water tank with the internal length 182cm, the depth
60cm, and the width 13.5cm. Two experiments were conducted in this study. In first experiment,
glass beads were packed into the water tank up to a height of 40cm on the left side and up to theheight of 20 cm on the right side of the water tank (Case1). Then in Case1 water level in fresh
water tank installed on the left side of the water tank was 32.4 cm to 33.7 cm above the bottom of
the water tank, and then the water level in the seawater tank installed the left side of the watertank was 30.4 cm to 30.5 cm above the bottom of the water tank. In secondary experiment the glass
beads was packed up to 42.5cm on the left side and 20.0 cm like Case1 on the right side of thewater tank (Case 2). Water level was 38.2 cm to 38.9 in the fresh water tank and 35.8 cm to 36.1
cm in the seawater tank in Case 2 . Because a rate of discharge from the porous medium to thesurface water filled with seawater in Case 1 was less than that in Case 2, the concentration of salt
in the surface water did not decrease in Case 1. However the concentration of salt decreased, andthen the fresh water was distinguished from seawater in surface water in Case 2 . Moreover aboundary between the seawater and the fresh water in the porous medium was distinct in Case 1,
however this boundary was indistinct since the fresh water infiltrated into the porous medium－ 123 －

occupied with seawater in Case 2. Thus, when water level in seawater rises, the concentration ofsalt increases and the boundary between the seawater and fresh water move onshore.
1．はじめに地球温暖化 1)に伴う海面上昇が指摘されてからか久しい。海面が上昇すれば，海浜付近の地下水の塩淡水境界は陸側に移動し，陸側で地下水の塩水化が進むことなる。また，海岸堤防の背面の湖
沼または汀線付近の海水などの表面水の塩分濃度も変化する。このことにより海浜付近の動植物に影響を与える可能性がある。
海浜付近の地下水については，塩水楔を形成することが古くから知られている（例えば，神野ら2））。
また，海浜付近の海底では，淡水である地下水が湧水する海底地下水湧出現象が観測（例えば，徳永ら 3），石飛ら 4)）されている。さらに，このような海底では，海水が一旦海底に潜り再度海洋へ流出する海水の再循環水（Robinson and Barry5），石飛ら 4））も観測されている。なお，海水の再循環水については，潮汐が原因で生じることがBoufadel 6), Robinson and Barry5) とLi et al.7) などにより指摘されている。
しかし，これまでの沿岸域での塩水化に関する研究では，海水を含めた表面水の塩分濃度の変化を取り扱ってこなかった（例えば，神野ら 2），Robinson and Barry5)，Boufadel6)，高橋昌弘ら 8)）。しかし，海水の再循環水と海底地下水湧出現象は汀線付近の海水の塩分濃度を変化させる可能性がある。当然，塩淡水境界の移動に伴い，汀線付近に分布する湖沼の水質は変化する。このように汀線
付近の湖沼および海水の塩分濃度の変化は，その周辺の生態系に影響すると考えられる。著者が知る限りでは，これまでに，表面水の塩分濃度変化を考慮した実験と数値解析の事例は，日比ら 9)により行われた，海岸堤防の背面側の湖沼への海水の浸入を遮断した場合の湖沼の水質変化を求めるための室内実験が挙げられる程度である。なお，この実験をきっかけに，Hibi and Tomigashi10)は
表面水と地下水の流れと，化学物質の物質移動を同時に解析することができる数値解析手法を開発した。そこで，今回の研究では，海面上昇に伴い汀線付近の地下水と表面水（海水）の塩分濃度がどのように変化するか水槽実験で求めた。なお，将来的に，本研究で求められた水槽実験のデータ
は，上記のHibi and Tomigashi 10)が開発した数値解析の検証用データとして用いる。
2．実験方法
土試料または水を入れる水槽の大きさは，図-1に示すように横幅 182m，深さ60m，奥行幅
13.5cmとなり，水槽の両サイドにステンレス製の金網を隔てて淡水または塩水の貯留槽を設置した。図-1の左側が淡水用貯留槽であり，右側が塩水用貯留槽となる。塩水または海水は貯留槽の側面に設置されたホースニップルを通して，淡水はマリオットタンク，塩水はタンクから貯留槽に供給された。淡水側の貯留槽の水位は，マリオットタンクにより設定され，塩水側の貯留槽の水位はホースニップルから水を排出することにより設定された。今回の実験では，図-1に示す位置に
土壌水分計，間隙水圧計，テンシオメーター，塩濃度計とピエゾメーターを設置し，土試料の体積
含水率，間隙水圧とサクションを測定し，さらに，水の塩分濃度と水温を測定した。
水槽には，土試料の体積含水率を測定する土壌水分計を10か所設置した。土壌水分計としては，見掛けの誘電率を測定して体積含水率を求めるDecagon 社製のEC-5(体積含水率測定範囲：0～間－ 124 －

ピエゾメーター
土壌水分計(EC5)塩水タンク

土壌水分計(5TE)

淡水用マリオットタンク

テンシオメーター
間隙水圧計
塩分濃度計
ホース

淡水タンク

EC3

PU2 TE4

PU1

PU5 PE1PE4TE3 EC1 TE2 TE1

PE9

PE12

EC5 PE2PE5

PE7 PS4

PE10 EC4

PE13 PS1

PE3

PE6

PE11

PE14 PS2

PS5

ニードルバルブ

排水PU4 EC2 PU3 TE5PS3 KN1

PE8

淡水の貯留槽

塩水の貯留槽

図- 1

実験装置の概要

図−1 実験装置の概要
隙率，分解能：0.001)と5TE（体積含水率測定範囲：0～0.5，分解能：0.0008)をそれぞれ5台ずつ用いた。これらの土壌水分計の体積含水率は，Decagon社製のデータロガーEm5b（EC-5用）とEm50（5TE用）を用いて5分毎に測定された。今回の実験で用いたガラスビーズ0.2mm(密度2.5g/
cm 3，粒度分布0.177～0.25mm）を用いて求めた以下のキャリブレーション式により測定した体積
含水率を補正した。
EC-5の場合淡水θw = − 0.8744Vw2 + 1.2809 Vw − 0.0271

(1a)

塩分濃度3%

θw = 0.5363 Vw − 0.0146

(1b)

淡水

θw = 0.5263Vw2 + 1.512 Vw − 0.053

(2)

5TEの場合ここで，Vwは土壌水分計で測定した値であり，θwは補正した体積含水率である。なお，塩分濃度3%の塩水を5TEで測定すると測定可能な上限値をオーバーした。
Decagon 社製の5TEは体積含水率以外に電気伝導度を0～23dS/mの範囲で測定することができるので，土試料中の水の塩分濃度を5TEで5分毎に測定した。塩分濃度は測定した電気伝導度に校正係数（TE1:0.230，TE2:0.217，TE3:0.201，TE4:0.222，TE5:0.237）を乗じて求めた。校正係
数は，水槽内に3%の塩水を投入し，その後にガラスビーズを投入した時点で測定した電気伝導より求めた。表面水中の塩分濃度を測定するために塩分濃度計(株式会社ケネック
30−04型

検出部MTK2−

指示計MK−403型，校正係数0.6696)を設置した。なお，水槽内の水温は5TEで5分毎に測定した。

1－ 125 －

のセラミック
表各ケースの土試料と流体の物性値
表−11 各ケースの土試料と流体の物性値
土試料中の間隙フィルターを
水温
淡水の密度 塩水の密度 淡水に対する水圧を測定するたケース
間隙率(g/cm3)
塩水の密度比(℃)(g/cm3)
ニッカト製セめの間隙水圧計を5
ケース 1 17.0～19.1
0.410
0.999
1.022
1.023
ラミックフィ
か所と，土試料中
ケース 2 15.5～19.1
0.405
0.999
1.023
1.024
ルター（気孔の不飽和領域のサ率 43%，空気クションを測定するためにテンシオメーターを5か所設置した。実験中に不飽和領域になる可能性
侵入圧 270kPa）に交換して用いた．間隙水圧とサクションは，東京測器研究所製 TDS302 データロガー
ある位置にテンシオメーターを設置し，実験を通して飽和状態となる位置に間隙水圧計を設置しを用いて 5 分毎に測定された．また，土試料内の飽和領域内の 14 か所にピエゾメーターを設置して目視た。間隙水圧計に，東京測器研究所製の小型圧計PTD200KPB（測定範囲 0～200kPa，分解能で土試料中の全水頭を測定した．

0.01kPa）を用いた。また，テンシオメーターについては，東京測器研究所製の小型間隙水圧計
今回の研究では，地下水の海底面からの流出が少なく汀線付近の海水が希釈されづらいケースと，淡KPE200KPB（測定範囲0～200kPa，分解能0.01kPa）のセラミックフィルターをニッカト製セラ水である地下水の海底面からの流出が多く，汀線付近の海水の塩分濃度が希釈されるケースの
2 ケース
について水槽実験を行った．なお，今後，前者をケース
1，後者をケース 2 と称することとする．今回
ミックフィルター（気孔率43%，空気侵入圧270kPa）に交換して用いた。間隙水圧とサクションは，の実験では，海底面からの地下水流出が多く，海水の塩分濃度が希釈されたケース 2 を海面が上昇する
東京測器研究所製TDS302データロガーを用いて5分毎に測定された。また，土試料内の飽和領域
前とし，地下水流出が少なくなり海水の塩分濃度が希釈しなくなったケース 1 を海面が上昇した後と想内の14か所にピエゾメーターを設置して目視で土試料中の全水頭を測定した。
定した．
今回の研究では，地下水の海底面からの流出が少なく汀線付近の海水が希釈されづらいケース

ケース１の地形は，水槽の左側（淡水側）で水槽の底より 40.0cm とし，水槽の右側（塩水側）で水と，淡水である地下水の海底面からの流出が多く，汀線付近の海水の塩分濃度が希釈されるケース
槽の底より 20.0cm とした．また，淡水側の貯留槽の水位の設定目標は実験開始から 23 時間まで水槽のの2ケースについて水槽実験を行った。なお，今後，前者をケース1，後者をケース2と称すること
底から 31.5cm，23 時間～62 時間まで 32.5cm，62 時間以降 33.5cm とし，塩水の貯留槽の水位の設定とする。今回の実験では，海底面からの地下水流出が多く，海水の塩分濃度が希釈されたケース2
目標は水槽の底から 30.5cm とした．
一方，
ケース 2 の地形は水槽の左側（淡水側）
で水槽の底より 42.5cm
を海面が上昇する前とし，地下水流出が少なくなり海水の塩分濃度が希釈しなくなったケース1をとし，水槽の右側（塩水側）で水槽の底より 20.0cm とした．また，淡水側の貯留槽の水位の設定目標は海面が上昇した後と想定した。
水槽の底から 38.8cm，塩水の貯留槽の水位の設定目標は底から 30.5cm とした．前者と後者の地形勾配
ケース１の地形は，水槽の左側（淡水側）で水槽の底より40.0cm とし，水槽の右側（塩水側）で水と水位を変更した理由は，前記のような塩分濃度の分布状況を再現しやすくするためである．

槽の底より20.0cmとした。また，淡水側の貯留槽の水位の設定目標は実験開始から23時間まで水地形を水槽内に作成する際には，最初に水槽内に塩水を注入し，間隙水圧計とテンシオメーターのフ槽の底から31.5cm，23時間～62時間まで32.5cm，62時間以降33.5cmとし，塩水の貯留槽の水位ィルターと内蔵された圧力計の受圧面の間を流体で満たし，その後，自由落下によりガラスビーズの設定目標は水槽の底から30.5cmとした。一方，ケース2の地形は水槽の左側
（淡水側）
で水槽の底
0.2mm を水槽内に詰めた．水槽内に詰めたガラスビーズの試料の間隙の差は表−1に示すように0.05 と小さく，ケース
1 とケース（塩水側）
2 ともに同じような間隙率となった．また，ケース
1 とケース 2 で用いた塩より42.5cmとし，水槽の右側
で水槽の底より20.0cmとした。また，淡水側の貯留槽の水
水の密度の差は 0.001 であり，実験結果に大きく影響する塩水の密度ではない．また，実験は恒温室で位の設定目標は水槽の底から38.8cm，塩水の貯留槽の水位の設定目標は底から30.5cmとした。前行わなかったので，実験を実施した際の気温に影響された，ケース 2 がケース 1 より実験中の水温差が者と後者の地形勾配と水位を変更した理由は，前記のような塩分濃度の分布状況を再現しやすくす大きかった．
るためである。
各ケースの測定に際しては，塩水の移動を視覚的に捉えることができるように塩水をウラニン（フル地形を水槽内に作成する際には，最初に水槽内に塩水を注入し，間隙水圧計とテンシオメーター
オレセイナトリム）で染色し，水槽の透明なアクリル側の側面をビデオ撮影した．
のフィルターとこれらに内蔵された圧力計の受圧面の間を流体で満たし，その後，自由落下によりガラスビーズ0.2mmを水槽内に詰めた。ケース1とケース2で水槽内に詰めたガラスビーズの試料
3．実験結果の間隙の差は表−1に示すように0.05と小さく，ケース1とケース2ともに同じような間隙率となっ(1)間隙率と体積含水率
た。また，ケース1とケース2で用いた塩水の密度の差は0.001であり，実験結果に大きく影響する
土壌水分計で測定した体積含水率の深さ方向の分布を図−2 に示す．図−2 の縦軸は，水槽内の水位を 0
塩水の密度差ではない。また，実験は恒温室で行わなかったので，実験を実施した際の気温に影響とし，水位より浅い場合を−，深い場合を＋とした．土壌水分計 5TE で測定した体積含水率は，ケース 1

された，ケース2がケース1より実験中の水温差が大きかった。
の実験開始から 72 時間後の深さ 7.25cm とケース 2 の深さ 0.79cm を除いて，ケース 1 とケース 2 とも各ケースの測定に際しては，塩水の移動を視覚的に捉えることができるように塩水をウラニンに，水槽内に投入したガラスビーズの質量とその体積より求めた間隙とほぼ同じとなった．ケース 2 の（フルオレセイナトリム）で染色し，水槽の透明なアクリル側の側面をビデオ撮影した。
4－ 126 －

3．実験結果（1）
間隙率と体積含水率
土壌水分計で測定した体積含水率の深さ方向の分布を図-2に示す。図-2の縦軸は，水槽内の水位を0とし，水位より浅い場合を−，深い場合を＋とした。土壌水分計5TEで測定した体積含水率
は，ケース1の実験開始から72時間後の深さ7.25cmとケース2の深さ0.79cmを除いて，ケース1とケース2ともに，水槽内に投入したガラスビーズの質量とその体積より求めた間隙とほぼ同じとなった。ケース2の深さ0.79cmについては地形の表面ぎりぎりであり，センサーが十分にガラス
深さ
0.79cm については地形の表面ぎりぎりであり，センサーが十分にガラスビーズ内に埋まっていなか
ビーズ内に埋まっていなかったことが原因である。また，ケース1の経過時間72時間の深さ7.25cm
ったことが原因である．また，ケース
1 の経過時間 72 時間の深さ 7.25cm の体積含水率については，経の体積含水率については，経過時間72時間でセンサーの不具合が生じたと推定さられる。
過時間
72 時間でセンサーの不具合が生じたと推定さられる．
一方，土壌水分計EC−5で測定した体積含水率は，ケース1の経過時間72時間の深さ16.0cmと一方，土壌水分計 EC−5 で測定した体積含水率は，ケース
1 の経過時間 72 時間の深さ 16.0cm とケー
ケース2の経過時間69時間の深さ23cm
を除いて0.35から0.37となり，深さ方向にほぼ一定な値をス2の経過時間69 時間の深さ23cm を除いて0.35 から0.37 となり，深さ方向にほぼ一定な値を示した．
示した。また，土壌水分計EC−5により測定した体積含水率と間隙率に若干の差が生じた。このまた，土壌水分計
EC−5 により測定した体積含水率と間隙率に若干の差が生じた．この原因として，土原因として，土壌水分計EC−5のキャリブレーション式が適切でなかったことが考えられる。し壌水分計 EC−5 のキャリブレーション式が適切でなかったことが考えられる．しかし，土壌水分計 EC−かし，土壌水分計EC−5の体積含水率の結果より，ガラスビーズは均一に水槽内に詰められ，間5 の体積含水率の結果より，ガラスビーズは均一に水槽内に詰められ，間隙は両ケースともに同じような隙は両ケースともに同じような値になったと判断できる。従って，両ケースでガラスビーズの詰め値になったと判断できる．従って，両ケースでガラスビーズの詰め方による物性値の違いは生じなかっ方による物性値の違いは生じなかった。
た．
塩水作成の際に水を攪拌することより塩水の中に空気が溶解し，実験中に，時間とともにガラス
塩水作成の際に水を攪拌することより塩水の中に空気が溶解し，実験中に，時間とともにガラスビー
ビーズを詰めた試料内に空気の気泡が発生したことが，間隙率，土壌水分計EC−5と土壌水分計
ズを詰めた試料内に空気の気泡が発生したことが，間隙率，土壌水分計 EC−5 と土壌水分計 5TE により
5TEにより求めた体積含水率に差が生じた原因である可能性がある。しかし，詳細には，今後検討求めた体積含水率に差が生じた原因である可能性がある．しかし，詳細には，今後検討する必要性があ
する必要性がある。
る．

0.1

0.2

体積含水率
0.3
0.4

0.5

地下水位からの深さ z(m)

-5.0

5TE

0.0
5.0

0.6

EC-5

0h

10.0

28h

15.0

72h

20.0
25.0

間隙率 0.410

30.0

0.0

0.1

0.2

体積含水率
0.3 0.4 0.5

5.0

0.7

0.8

EC-5
0h

10.0

28h

15.0

69h

20.0
25.0
30.0

35.0

0.6

5TE

0.0
地下水位からの深さ z(m)

-5.0

0.0

間隙率 0.405

35.0(a) ケース 1(a) ケース 2
図- 2（2）
塩水の移動と塩分濃度

体積含水率の深度分布

図−2 体積含水率の深度分布

ビデオカメラで撮影したケース1とケース2の淡水の侵入過程を図-3に示す。
(2)塩水の移動と塩分濃度実験開始から28時間経過した時点のケース1では，淡水側の貯留槽の水位が水槽底より32.4cm，
ビデオカメラで撮影したケース 1 とケース 2 の淡水の侵入過程を図−3 に示す．
実験開始から 28 時間経過した時点のケース 1 では，淡水側の貯留槽の水位が水槽底より 32.4cm，塩－ 127 －

水の水位が 30.5cm となり，淡水の貯留槽と塩水の貯留槽の水位差は 1.9cm となった．一方，ケース 2では，淡水側の貯留僧の水位が水槽底より 38.9cm，塩水側の貯留槽の水位が 35.8cm となり，淡水の貯46

地形高 40.0
水位 30.8

水位 35.8

3.0

3.0

水位 30.7

3.0

26

46 42.5
地形高

3.0 3.0

塩水

地形高 20.0

36

3.1

3.0

96

66

126

36

26

0.0

5
0 6

45

水位 38.9

0.0
2.8 2.9

淡水0.0

水位 30.5

25

96

66

126

0.1

36

0 6

176 182

146

淡水
66
塩淡水境界

水位 30.4

36

66

96

塩淡水境界

126

5
176 182

146

0.1

0.7
2.9

176 182

2.9

拡大
塩水

塩淡水境界
36

0 6

(c) ケース 1 72h
水位単位：cm
地形高単位：cm
座標：cm
塩分濃度：%

0.0

淡水
塩水

5
0 6

146

水位 36.1

0.0
0.0

25

1.4 2.8

淡水

126

96

45

水位 38.2

0.0
0.0

26

2.9 3.0(e) ケース 2 28h

46
0.0

0.7

5

(b) ケース 1 28h

水位 33.7

176 182

水位 35.8

0.0
0.0

淡水

塩水

塩淡水境界
36

146

(d) ケース 2 0h

46
0.0

126

96

66

(a) ケース 1 0h

水位 32.4

地形高 20.0

塩水

0 6

176 182146

3.0 3.0

3.0

5

5
0 6

水位 35.8

3.0

26

66

126

96

146

176 182(f) ケース 2 69h

図- 3

図−3

塩淡水境界

塩淡水境界

塩水の水位が30.5cmとなり，淡水の貯留槽と塩水の貯留槽の水位差は1.9cmとなった。一方，ケー
水と淡水を明確に区分できた．ケース
1 で淡水の貯留槽と塩水の貯留槽の水位差を 3.2cm（淡水側の貯ス2では，淡水側の貯留僧の水位が水槽底より38.9cm，塩水側の貯留槽の水位が35.8cmとなり，留槽の水位を
33.7cm，塩水の水位を 30.4cm）とした経過時間 72 時間でも，経過時間 28 時間と同様に淡水の貯留槽と塩水の貯留槽の水位差は2.4cmとなった。この結果，図-3に示すように，両ケース
塩水と淡水を明確に区分できた．しかし，ケース
2 の経過時間 69 時間では，塩淡水境界とガラスビーズ
ともに塩水で満たされた水槽内へ淡水が侵入し，実験開始より28時間経過した時点では塩水楔をを詰めた試料の表面が交差する付近で塩水と淡水の境界が不鮮明になった．
形成し，視覚的に塩水と淡水を明確に区分できた。ケース1で淡水の貯留槽と塩水の貯留槽の水位
土壌水分計 5TE で測定したガラスビーズ内の塩分濃度は，塩淡水境界より離れた位置であれば，両ケ差を3.2cm（淡水側の貯留槽の水位を33.7cm，塩水の水位を30.4cm）とした経過時間72時間でも，ースともに淡水が0%となり，塩水が 2.8%から 3.0%で塩水作成時に近い塩分濃度となった．
ケース 1 については，経過時間
72 時間に塩淡水境境界の位置で塩分濃度が 1.4%となった．ケース 2 については，
経過時間28時間と同様に塩水と淡水を明確に区分できた。しかし，ケース2の経過時間69時間で塩淡水境界付近で0.1%となった．そこで，ケース 2 では，ガラスビーズの表面付近の塩水の希釈の状況
は，塩淡水境界とガラスビーズを詰めた試料の表面が交差する付近で塩水と淡水の境界が不鮮明にを把握するために，急遽，ガラスビーズ表面から塩なった。
濃度計を水槽左端から89cm，ガラスビーズを詰め
土壌水分計5TEで測定したガラスビーズ内の塩分濃度は，塩淡水境界より離れた位置であれば，淡水た試料表面から
7.3cm の位置に追加した．
その結果，両ケースともに淡水が0%となり，塩水が2.8%から3.0%
ケース
2 では，経過時間 28 時間ですでにガラスビで塩水作成時に近い塩分濃度となった。ケース1につ淡水
淡水

ーズを詰めた試料の上端から7.3cm の位置で塩分濃いては，経過時間72時間に塩淡水境境界の位置で塩分

塩淡水境界

度が
0.7%となった．しかし，この位置での塩分濃度
濃度が1.4%となった。ケース2については，塩淡水境
は，経過時間69 時間になってもかわらなかった．
界付近で0.1%となった。そこで，ケース2では，ガラ

塩水

ケース１の実験開始から 28 時間後の塩淡水境界
スビーズの表面付近の塩水の希釈の状況を把握するたは，水槽の左側より
6cm から 80cm に位置し，緩いめに，急遽，ガラスビーズ表面から塩分濃度計を水槽勾配となった．一方，ケース
2 では，塩淡水境界が左端から89cm，ガラスビーズを詰めた試料表面から

67.3cmの位置に追加した。その結果，ケース2では，経− 128 −

塩水

図−4 ケース 2 69h の塩淡水境界の拡大
図- 4 ケース2 69 hの塩淡水境界の拡大

過時間28時間ですでにガラスビーズを詰めた試料の上端から7.3cmの位置で塩分濃度が0.7%となった。しかし，この位置での塩分濃度は，経過時間69時間になってもかわらなかった。
ケース１の実験開始から28時間後の塩淡水境界は，水槽の左側より6cmから80cmに位置し，緩い勾配となった。一方，ケース2では，塩淡水境界が水槽の左側より60cmから80cmに位置し，ケース2の塩淡水境界の勾配は，ケース1より急となった。前記したようにケース１で淡水の貯留
槽と塩水の貯留槽の水位差を3.2cmとした経過時間 72時間では，塩淡水境界が水槽の左側より80cmから95cmに位置し，経過時間72時間の塩淡水境界の勾配が急になった。一方，ケース2の経
過時間69時間の塩淡水境界の位置は60cmから90cmとなり，経過時間28時間の塩淡水境界の勾配より若干緩くなった。ケース１の最終的な塩淡水境界の勾配は，ケース2の最終的な塩淡水の勾配に比較して若干急となった。
また，ケース1では，実験開始から最終時間の72時間まで表面水の塩分濃度は目視的には変化はみられなかったが，ケース2の経過時間28時間で，表面水の水面から5cmの深さまで淡水が侵入し，さらに経過時間69時間ではほぼ深さ11cmまで淡水となった。その影響で，淡水がガラスビーズを詰めた試料の表面から試料内へと侵入し，図-3(f)に示すように塩淡水境界が明確とならなくなった。図-3(f)に示す塩淡水境界が不明瞭となった箇所の拡大写真を図-4に示す。図-4によると表面
水の塩淡水境界付近のガラスビーズを詰めた試料の表面より淡水が薄く侵入していることが分かる。従って，地下水の流れが速く，かつ，地下水の海底流出が多い場合には，海底付近の海水の塩分濃度を薄める効果がある。しかし，海水面が上昇して地下水の流速が遅くなり，かつ，海底の地下水流出量が少なくなると，海水は本来の塩分濃度となる。この塩淡水境界の変化にともない汀線
付近の生態系に影響を与える可能性がある。
（3）
圧力分布と全水頭
ピエゾメーターにより測定された，最終時間の全水頭の等高線と，その等高線を基に求めた流向と相対的な流速を図-5に示す。図-5(a)によると，実験開始から72時間のケース1の全水頭は淡水
側（水槽の左端）から塩水側（右端方向）に低下し，それにともない，鉛直な水の流れは遅く，淡水側
から塩水側への水平な水の流れが卓越した。水槽左端から36cmまでの全水頭の勾配は他の箇所より急であり，塩水側に近づくほど全水頭の水平方向の勾配は緩やになった。さらに，塩水内では全水頭の勾配がほとんど生じていない状態となった。このことより，水槽左側の淡水が水槽内に流入する付近では水平方向の流速が早いが，次第に塩水に近づくほど遅くなり，塩水域内の流速は淡水の水槽内への流入箇所付近に比べてかなり遅くなった。
ガラスビーズを詰めた試料の表面が淡水化したケース2では，図-5(b)に示すように淡水が流入する付近（水槽の左側）で全水頭の勾配が若干急になり，淡水から塩水方向への水平な流れが卓越した。しかし，塩淡水境界付近の淡水の流れは，塩淡水境界に沿って上向きの流れが生じた。一方，塩水側では，塩淡水境界から塩水側にほぼ30cm離れた測点の全水頭が周辺の全水頭より3㎝から4cm程度低くなった。この測点の実験前の全水頭は周辺の測点の全水頭に比較して極端に小さい値を示していなかった。また，ここでは示していないが，この測点の全水頭は，表面水の淡水化とガラスビーズを詰めた試料の表面の淡水化が進行するに伴い低下する傾向を示した。この測点を除いたほかの塩水域内の全水頭ではほぼ差がない状態であり，水の流れは遅く，一定な水の流向の傾向はみられなかった。ケース2についても塩淡水境界からほぼ30cm塩水側に離れた測点の全水頭を除－ 129 －

水頭
流向流速
斜面
塩淡水境界

PE1
33.6 33.0 32.4

31.8

PE4

PE2

PE5

PE3

PE6

31.2
PE7

30.6

PE9

PE12

PE8

PE10

PE13

PE11

PE14

(a) Case1

38.

37.

36.

35.

36.

35.
34

32.
36.

36.

36.

(b) Case2
図- 5

全水頭の等高線と水の流向流速

図−5 全水頭の等高線と水の流向流速
くと塩水の流速はケース1と同様に遅く，淡水の流速が早くなった。
流れが生じたことになる．しかし，この測点の全水頭のみが他の測点の全水頭より極端に小さいことを
表面水内と，塩淡水境界付近で試料の表面から試料内へ淡水が侵入をしていないケース１では複加味すると確認のために追加実験が必要である．
雑な流れにならなかったが，表面水内とガラスビーズを詰めた試料の表面へ淡水が侵入したケース
図−6 には，ケース 1 とケース 2 で得られた水圧またはサクションと体積含水率の関係を示す．図−6 に
2では塩淡水境界付近で複雑な流れとなった。ケース2では，塩淡水境界からほぼ30cm塩水側に離よると，ケース 1 とケース 2 ともに水圧とサクションは体積含水率に関係なく一定となった．このことれた測点の全水頭が正しいとすれば，ガラスビーズを詰めた試料中に表面水中の淡水を塩水側に侵より，今回の実験では，最大のサクションである−1.3kPa でもサクションの絶対値は空気侵入圧を超えな入させる大きな流れが生じたことになる。しかし，この測点の全水頭のみが他の測点の全水頭よりかったことが分かった．従って，体積含水率を設置した最も高い位置（水槽の底から 35.5cm）でもガラ
極端に小さいことを加味すると確認のために追加実験が必要である。
スビーズを詰めた試料内は飽和状態であった．
図-6には，ケース1とケース2で得られた水圧またはサクションと体積含水率の関係を示す。図-6によると，ケース1とケース2ともに水圧とサクションは体積含水率に関係なく一定となった。
4．まとめ
このことより，今回の実験では，最大のサクションである−1.3kPaでもサクションの絶対値は空
今回の実験では，海底からの地下水流出が少ない場合と多い場合の 2 ケースを想定した．2 ケースとも
気侵入圧を超えなかったことが分かった。従って，体積含水率を設置した最も高い位置（水槽の底に同じよう間隙率なり，かつ，土壌水分計の結果より深さ方向に均一であることが分かった．従って，から35.5cm）でもガラスビーズを詰めた試料内は飽和状態であった。
両ケースともにガラスビーズを水槽内に均一に同じ間隙率に詰めることができ，両ケース間での実験結

8－ 130 －

果の比較が可能であった．また，水圧またはサク
4．まとめションと体積含水率の関係よりガラスビーズの試
今回の実験では，海底からの地下水流出が少な-1.0
毛管圧 Pcaw(kPa)

料内はほぼ飽和状態であった．
い場合と多い場合の2ケースを想定した。2ケース
上記のような実験条件をもとに行った実験の結ともに同じよう間隙率なり，かつ，土壌水分計の-1.5

ケース1とケース2の平均間隙率 0.408-0.5

果より以下のことがわかった．ケース 2 のように，結果より深さ方向に均一であることが分かった。
0.0
ケース1
海底面からの地下水流出が多い海浜では，その周従って，両ケースともにガラスビーズを水槽内にケース20.5
辺の海水の塩分濃度が薄くなっている可能性があ
均一に同じ間隙率に詰めることができ，両ケース
1.0
る．ただし，ケース 2 の実験結果のように表面水間での実験結果の比較が可能であった。また，水が淡水と塩水に明確に分かれるのではなく，波と1.5
圧またはサクションと体積含水率の関係よりガラ
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
干満の影響により淡水と海水は混合されると考えスビーズの試料内はほぼ飽和状態であった。
体積含水率られる．ケース 2 のような状態から，海水面が上
上記のような実験条件をもとに行った実験の結図- 6 水分特性曲線
図−6 水分特性曲線
昇して海底の地下水流出量が少なくなった場合に果より以下のことがわかった。ケース2のように，は，ケース 1 の実験結果のように，塩分濃度が薄くなった海水域はなくなり，当然，地下水内の塩淡水
海底面からの地下水流出が多い海浜では，その周辺の海水の塩分濃度が薄くなっている可能性があ
境界も陸側に移動し，汀線付近の地下水と表面水の塩分濃度は変化する．その結果，この付近の生態系る。ただし，ケース2の実験結果のように表面水が淡水と塩水に明確に分かれるのではなく，波とに影響を与える．
干満の影響により淡水と海水は混合されると考えられる。ケース2のような状態から，海水面が上
今後，表面水と地下水を扱うことができる数値解析手法 ASG 法の検証を今回の実験結果で行い，さら昇して海底の地下水流出量が少なくなった場合には，ケース1の実験結果のように，塩分濃度が薄に，実際の縮尺で干満を考慮した解析を行う予定である．
くなった海水域はなくなり，当然，地下水内の塩淡水境界も陸側に移動し，汀線付近の地下水と表面水の塩分濃度は変化する。その結果，この付近の生態系に影響を与える。
参考文献
今後，表面水と地下水を扱うことができる数値解析手法（ASG法）の検証を今回の実験結果で行
い，さらに，実際の縮尺で干満を考慮した解析を行う予定である。
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－ 132 －