〈特別研究課題〉

河床ヘドロの堆積状況調査法と除去方法に関する研究

助成研究者

大同大学

大東憲二

河床ヘドロの堆積状況調査法と除去方法に関する研究
大東 憲二（大同大学）

Research on depositional situation investigation method
and removal method of riverbed sludge
Kenji Daito(Daido University)

The administration comes up with policies such as
andClear stream Renaissance Ⅱ

My town my River maintenance project

as a purification activity of Horikawa River now. Nagoya City is

working on the dredge work of the sludge in Horikawa River. However, it is feared that sludge rolls,
and depraves water quality of Horikawa River in the dredge work.
In this research, the method of work without depraving the water quality in making sludge subsideby adding flocculant is examined. It is necessary to investigate which place of Horikawa River a lot ofsludge exists to remove sludge efficiently. Then, the method of presuming depositional situation ofsludge based on difference of strength of it was proposed, and the effectiveness of this method wasverified by the in-situ investigation.

1. はじめに
水攻めの弱さが懸念された清須城の城下町が、町ぐるみで名古屋に移転するためには、多くの物資を輸送する必要があり、堀川は、その運搬路として 1610 年に福島正則によって開削されたと伝えられている。堀川沿いは、食材や木材を扱う商店が立ち並び、商人が集まる名古屋経済の中心であり、人々の大切な憩いの場であった。しかし、昭和時代に入ると、著しい市街化の促進と人口の増加に伴い、事業排水や生活排水が増大していき、堀川の水質は悪化していった。水質が悪化するに− 83 −

つれ、堀川沿いに建てられた建物もしだいに背を向けるようになり、堀川は市民生活の中で忘れられた存在となっていった。
現在は、都心に残された数少ない水辺空間として名古屋市内を流れる堀川の存在意義が注目され、名古屋市では1994年からヘドロの浚渫作業が始まっている。また、市民の堀川浄化への想いは、年々高まっており、1990年には、ライオンズクラブと市民団体による「堀川を清流に」署名活動に20万人が署名に応え、国土交通省中部地方整備局長、愛知県知事、名古屋市長に提出され、試験的に庄内川
33から2日間0.5〜3.0m /s の通水が行われた。また、2007年3月から、木曽川から0.4m /sの導水が実施されている。この結果、DO値（溶存酸素量）が上昇する等の水質改善効果が見られた。この程度の通水では、危惧されていたヘドロの巻き上がりによる著しい影響は出なかったが、依然として、降雨や船舶のスクリューによるヘドロの巻き上げが報告されている。さらに、近年は、大量のボラが堀川を遡上し、その影響でヘドロが巻き上がり、還元状態のヘドロが酸化されたため、水中の酸素が不足して大量のボラが死ぬという事態も招いている。したがって、堀川のヘドロの除去は重要な課題である。
本研究では、堀川の水質状況や川底に堆積しているヘドロの堆積状況を調べるための試験装置を1）改良するとともに、ヘドロの巻き上がりを押さえたヘドロの適切な除去方法を検討すること を目的としている。

2. ヘドロの原位置調査と分析
2.1 目的
堀川を浄化するための効率のよいヘドロ除去方法を検討するためには、堀川のどの箇所にどの程度のヘドロが堆積しているのかを調査しなくてはならない。また、ヘドロの中の重金属の含有量を分析することにより、ヘドロの安全性を把握しなければならない。サンプリングは松重閘門付近（図 1 参照）で行い、ヘドロを不攪乱でサンプリングできるヘドロサンプラーを使用した。さらに、サンプリングしたヘドロに対して蛍光 X 線分析と強熱減量試験を行い、ヘドロの成分調査を行った。また、高感度コーン貫入試験装置を使用し、ヘドロの堆積状況調査を行った。この調査箇所は納屋橋付近（図 1 参照）である。

図1

堀川の概要図2.2 サンプラーによるヘドロのサンプリング①サンプリングポイント
2008 年 12 月 13 日（土）のサンプリングポイントは、
図 2 に示す松重閘門付近の A 地点とした。松重閘門付近は、過去のデータによると、干潮になると水位が低下しヘドロが水面上に出てくる。このことから、松重閘門には多くのヘドロが堆積していることが予想される。したがって、今回は松重閘門付近でヘドロサンプラーによる図2ヘドロのサンプリングを行うことにした。

− 84 −

松重閘門付近のサンプリングポイント

②サンプラーの構造
サンプラーは、外枠(アルミ枠)の内側に 2 重になった塩化ビニールパイプ（直径 80mm）が入っており、パイプを繋ぐとその全長は、約 2m、4m、6m と長さ変更が出来るようになっている。今回は、サンプラーの重量、堀川の水深、ヘドロの堆積状況を考慮した上で 4m のサンプラーにしてサンプリングを行った。
サンプラーの構造は、サンプラーの先端部分に、カッターエッジ（図 3 参照）が付いている。カッターエッジは、ヘドロの抵抗があるときにサンプラー全体を堀川底部に切り込むためにある。外枠の内側には、2 重構造

図3

サンプラーの先端の詳細図

写真1

サンプラー先端ゴムチューブ（図 3 参照）になっている塩化ビニールパイプが入っている。2 重構造の外管は、外枠のカッターエッジとゴム手袋を利用したもの（写真 1 参照）で繋いであり、塩化ビニールパイプを回転させることによってゴムがねじれ、サンプラーを川の中から引き抜くときに、ヘドロが抜け落ちないように底部に膜を作る。2 重構造パイプの内管は、底部から 1m の高さまで 10cm 間隔に分割できるように組み立ててある。これにより、ヘドロを 10cm 毎に採取することが出来る。
③サンプリング方法
1）ゴムボートを 2 艇並べ、その上に作業スペースである板を載せ、板の上にアルミ製の梯子を載せ、調査艇を組み立てる。櫓は、移動中にサンプラーを固定する役
割と、サンプラーを水面から垂直に川底に押し込む際のガイドの役割がある。
2）調査艇を組み立てた後、櫓にサンプラーを載せ、ワイヤーによりサンプラーと櫓を固定する。

写真2

サンプリング風景

3）サンプラーを乗せた調査艇をエンジン付きゴムボート（2 馬力）によりサンプリングポイン
トまで移動させる。サンプリングポイントに到着後、岸からのロープを調査艇に縛りつけ、また、調査艇からアンカーを降ろし、調査艇を安定させる。
4）岸からのロープとアンカーのロープが一直線になり、ロープが張ったのを確認してからサンプリングを開始する。
5）サンプラーを垂直に川底まで、慎重に押し込んでいく。その際に、サンプラーが斜めにならないように注意するのと同時に、サンプラー落下防止フックの位置を随時かけ直す。また、サンプ
ラー圧入中にヘドロが巻き上がらないように、慎重に少しずつサンプラーを挿入する（写真2参照）。
6）サンプラーを川底まで挿入した後、内管の塩化ビニールパイプを回転させる。塩化ビニールパイプを回転させると同時に、サンプラー底部のゴムチューブも回転し、サンプラー底部に膜ができる。

− 85 −

7）サンプラーを引き上げる時には、ウインチを回転させ手動によりサンプラーを引き上げる。
この際に、サンプラーが垂直に引き上がるように微調整を行う。
8）サンプラーを引き上げた後、エンジン付きゴムボートにより調査艇を陸まで移動させる。
陸に到着後、サンプラーを寝かせ、ヘドロ採取を行う。
④サンプリング結果
一度のサンプリングで約 60cm のヘドロを採取することができた。しかし、先端部のゴムチューブが完全にねじれておらず、ゴム膜はうまく出来ていなかった。それでも、ヘドロが滑り落ちなかったのは、採取した底部のヘドロが硬かったからだと考えられる。

3. 高感度コーン貫入試験
3.1 調査方法
高感度コーン貫入試験装置は、図 4 に示すように先端のコーン部にかかる貫入抵抗値の変化から、ヘドロの層厚を測定することができる。エンジン付ゴムボートによって調査ポイントまで移動し、調査ポイントに到着後、川岸からのロープとアンカーからのロープをゴムボートに固定してボートを安定させ、高感度コーン貫入試験装置を垂直に川底まで押し込んでコーン貫入抵抗値（以下、図4

高感度コーン貫入試験装置の先端部の構造

図5松重閘門での調査ポイント抵抗値と呼ぶ）を測定する。今回は、荷重変換器の測定レンジが 500N と 100N の 2 種類のコーン貫入試験装置を使用し、結果を比較した。
3.2 調査箇所
図 1 に示す堀川中流部の松重閘門付近（図 5 参照）で 2回調査を行った。調査日時は、1 回目は平成 21 年 1 月 12日で 500N の荷重変換器を搭載したコーン貫入試験装置を使用した。この日の調査時の潮位は N.P. 0.84m であった。2 回目は平成 21 年 3 月 12 日で 100N の荷重変換器を搭載したコーン貫入試験装置を使用した。この日の調査時の潮位はN.P. 0.27mであった。
3.3 調査結果

調査結果を図 6（平成 21 年 1 月 12 日調査）と図 7（平成 21 年 3 月 12 日調査）に示した。なお、潮位に差があったため、図 6 中に図 7 の水深 0m の位置を示した。
図 6 の結果から、ポイント②地点の抵抗値が他の地点と比べると早く変化している。この地点は、他の地点に比べると比較的硬めのヘドロが上層部から堆積していることが分かる。数値にば
らつきがあるのは、コーンを押し進めていく時に、硬さの違うヘドロ層を通過するためだと考えられる。また、コーンを押し進める際に、一定の力で貫入されていなかったことも考えられる。
ポイント①、③、④地点では、水深約 2m から抵抗値が増加している。そして、水深約 2.6m から3m で川底に達し、測定が終了している。詳しく見ると、ポイント④地点では水深約 2.0m から抵− 86 −

抗値が大幅に増加している。また、抵抗値がきれいな曲線を描いていることからも、この地点には比較的硬いヘドロが均一に堆積していると考えられる。
図 7 の結果からは、ポイント⑥、⑦地点では干潮時ではあったが水深約 50cm でヘドロに接触している。ポイント⑧、⑨地点では水深約 50 〜 200cm の間は比較的軟らかいヘドロが堆積しているため、徐々に抵抗値が増加してきている。しかし、水深約 200cm から抵抗値が大きく変化している。これは、硬めのヘドロに接触したか、川底の粘土層に達したためではないかと考えられる。
試験装置を引き揚げた時に、コーンの先端部に粘土質の泥が付着していた。図 7 の結果の抵抗値にばらつきがあるのは、ヘドロ層の硬さに違いがあるのと、測定レンジが 100N であるため、コーン貫入試験装置が小さな抵抗値の変化も読み取っているためであると考えられる。

図6

試験結果（500N 試験装置）

図7

試験結果（100N 試験装置）

4. ヘドロの成分分析
4.1 分析方法
今回行った分析方法は、蛍光 X 線分析と環境省告示第 19 号に基づく含有量試験（以下、公定法2）分析とする）である。蛍光 X 線分析は、効率の高いエネルギー分散法 で行う X 線技術研究所のED05S を用いて行った。エネルギー分散型蛍光 X 線分析器は、半導体検出器を使っており検出器自体がエネルギー分析の機能をもっている。蛍光 X 線分析は（財）日本ガス機器検査協会に、公定法分析は（財）東海技術センターに依頼した。
4.2 分析試料
2008 年 10 月 31 日（金）に、松重閘門付近のポイント⑨（図 5 参照）で柄杓により採取した上層部のヘドロを自然乾燥させ、蛍光 X 線分析の試料とした。また、2008 年 12 月 13 日（土）に松重閘門付近のポイント④（図 5 参照）でヘドロサンプラーにより採取したヘドロを深さ別に分け、自然乾燥させた後に蛍光 X線分析と公定法分析を行った。

− 87 −

4.3 分析結果
1）松重閘門付近の上層部のヘドロ2008 年 10 月 31 日（金）に採取したヘドロの蛍光X 線分析を行った結果、カドミウムや水銀といった重金属は ND 値を表し、計測範囲内では検出されなかった。しかし、微量の砒素が検出されたり、ク

図8検出クロム含有量

図9

検出塩素含有量

図 10

検出硫黄含有量図 11

蛍光 X 線分析結果

図 12公定法分析結果

ロムの数値が基準値を超える試料があったりした（図 8 参照）。ただし、蛍光 X 線分析で検出されるクロムは、第 2 種特定有害物質に指定されている六価クロム化合物限定のものではなく、クロム及びその化合物の含有量である。さらに、図 9、図 10 に示すように、塩素と硫黄の数値が基準値（Cl3000mg/kg、S 15000mg/kg）を大幅に超えていた。
これは、名古屋港からの海水の遡上が関係しているのではないかと考えられる。
2）松重閘門付近の層別のヘドロ
2008 年 12 月 13 日（土）に採取したヘドロを、深さ方向に蛍光 X 線分析を行った結果、最下層のヘドロでは鉛、クロム（図 11 参照）の含有量が基準値（Pb 150mg/kg、Cr 250mg/kg）を超えて検出された。特に、クロムは基準値の 3 倍以上の量が検出された。下層ではカドミウムも微量ではあるが検出された。また、有機物は重金属を吸着しやすいといわれているので、有機物含有量を比較すると、有機物含有量が多い最下層では、高い濃度の重金属が検出されている。このことから、有機物が重金属を吸着しやすいという傾向が確認できた。
公定法分析によるヘドロの分析結果を図 12 に示す。この分析結果は、元素単体ではなく化合物を含んだものである。分析結果では、六価クロム化合物、シアン化合物、水銀及びその化合物、セレン及びその化合物は検出されなかった。しかし、最下層では、微量ではあるがカドミウムが検出された。
4.4 蛍光 X 線分析と公定法分析の比較
蛍光 X 線分析と公定法分析の結果を比較した相関図を図13、14、15に示す。
両試験結果は、全体的に大きな差異がないが、図 13 に示した砒素に関しては、両試験結果のばら− 88 −

図 13分析結果相関図（As）

図 14

分析結果相関図（Cd）

図 15

分析結果相関図（Pb）

つきが大きい。また、図 14 に示したカドミウムに関しては、カドミウムが検出された試料が少ないために相関を分析できないが、最下層では蛍光 X 線分析と公定法分析、共に同程度の含有量が検出されている。したがって、砒素とカドミウムについては、蛍光 X 線分析と公定法分析で得られた分析結果の相関関係は見出せなかったが、図 15 に示した鉛については、良い相関が得られた。

5. 納屋橋付近における溶存酸素量5.1 調査方法
高感度コーン貫入試験と同様に、エンジン付ゴムボートによって調査ポイントまで移動し、調査ポイントに到着後、川岸からのロープとアンカーからのロープをゴムボートに固定してボートを安定させ、DO メーターを水面から 20 秒経過ごとに20cm 下ろしていき、数値が安定したところで計測した。計測は水深2mまで行った。調査日は平成21年1月12日で、調査箇所は図1に示す堀川中流部の納屋橋付近（図16参照）で行った。

図 16

納屋橋での調査ポイント

5.2 調査結果
調査結果を図17に示した。測定地点①では、他の測定地点よりも高い DO 値となっている。
これは、測定地点①側の護岸から水が一定時間放流されていたため、水面が波立ち、水中に酸素が溶け込んでいたためであると考えられる。測定地点③、④、⑤では、DO値が水面付近と川底付近とで大きく変化していないことが分かる。これは、放流の効果が川の反対側まで行きわたっていないためであると考え− 89 −

図 17 DO 値の測定結果られる。測定地点⑦では、水深約 60cm で DO 値が大きく変化しているが、これは水中で DO メーターが何かに当たり揺れた可能性がある。また、全体的に水深 100cm を過ぎたところから DO 値が急激に低下していることも分かった。これは、名古屋港からの海水の遡上の影響で、川底に近くなる程、流れが遅くなり淀んでいる可能性が考えられる。また、全ての調査ポイントで水面から水深200cmまでで約2.0mg/LもDO値が低下していることが確認できた。

6. まとめ松重閘門でのヘドロの堆積状況調査では、2 種類の高感度コーン貫入試験装置を使用し、それらの結果を比較することで、ヘドロの堆積状況をより正確に把握することができた。これにより、松重閘門付近には約 2.0m のヘドロが堆積していることが確認できた。また、100N コーン貫入試験装置によって得られた抵抗値の変化から、比較的軟らかいヘドロと硬いヘドロが互層で存在していることも確認できた。さらに、松重閘門付近のような淀み（川の流れが緩やかな箇所）では、多くのヘドロが堆積してしまうことも今回の調査結果から確認できた。しかし、測定データにばらつきが出たため、調査方法の改善が必要である。
ヘドロのサンプリングでは、ヘドロサンプラーの先端のゴムチューブを改良したことにより、ヘドロの落下を防ぐことが出来た。
今回、採取したヘドロに対して重金属の含有量分析を行った結果、深さ別での含有量に大きい違いがあることが確認できた。また、蛍光 X 線分析と公定法分析を比較した結果、大きな差異はないが、結果のばらつきが若干あった。また、有機物含有量と比較した結果、有機物が重金属を吸着しやすいということを確認できた。
DO メーターによる溶存酸素量の調査結果からは、納屋橋付近では護岸からの放流によって水中の溶存酸素量が増加していることが確認できた。また、水深が深くなるにつれ、溶存酸素量が低下することも確認できた。今回の調査から、川底に堆積しているヘドロが酸素を消費し、堀川は生物が生息しにくい環境であると言える。

謝辞
本研究は、財団法人日比科学技術振興財団・財団法人東海技術センター・財団法人日本ガス機器検査協会の多大なるご協力をいただきました。ここに記して感謝の意を表します。

参考文献
1） 柳原盛吾・大東憲二・佐伯茂雄：ヘドロ凝集剤を用いた名古屋堀川の水質改善に関する室内実
験，土木学会第 61回年次学術講演会講演概要集，pp.185-186，2006．
2） X線技術研究所ホームページより：（http://x-tec.jp/engineering/tech.html）− 90 −