森林と水の謎を解く
ー 水源かん養機能の理解にむけて ー

森林総合研究所 企画部
藤枝基久

目次
1.水源かん養機能とは何か
2.森林の保水力とは何か
2.1 土壌の保水力
2.2 流域の保水力
3.行政は森林の保水力どう考えてるか
4.まとめ

緑のダム

水資源の利用

多目的ダム

降水

降水

蒸発蒸発散

河川流
地下水流

水は循環する 水は大気と地球の表面を循環している。
 水は気体、液体、固体と変化する。
 水収支式が成立する。降水量＝流出量＋蒸発散量

水を測る
ー 森林総合研究所の歴史 ー

常陸太田試験地の跡(1906～1912年に観測)
水は比重1.0で 1ｍ3＝1トン
流量＝断面積×流速(m3/s)

( m2)

(m/s)

宝川試験地
(1937年より観測継続）

水を測る
ー 地域の環境を理解 ー

中国・蔡家川流域（流域面積34.2km2)
 地域で水量が異なる。
 水で土地利用が異なる。
日本・宝川試験地（流域面積19.1km2)

水源かん養機能とは何か

洪水を緩和する （洪水軽減）
水資源を貯留する（渇水緩和）
水質を浄化する （水質保全）－ 日本学術会議の答申（平成13年11月）による－「涵養」という言葉には、自然に水が浸み込むように徐々に養い育てて行くという意味がある。近年では「緑のダム」とも言われる。

日本にはブナ林の神話がある
 ブナ原生林の土壌は1時間に約 300 mmもの雨を吸収するほどの驚異的な保水力を誇ります。
(いわてグラフ 第697号、2005)

 ブナは保水力の極めて高い木だ。推定年齢 200年のブナの木が蓄える水の量は1本あたり年間8トンといわれています。（トランヴェール６、2004）
 土壌が１時間に水を吸い込む量は森林では平均約 260 mm、特に良い森林では最大400 mm にも及ぶとの研究結果も報告されています。
（白神への誘い、2001）これまでに分かった森林と水の関係
 森林は雨水の大部分を土壌に浸透し、地中水として移動させる。その速度は地表水より遅く一様でないので、河川の増水は軽減される。地中水の一部は深く浸透し、地下水となる。
 森林は蒸散により土壌中の水を消費し、年流出量を減少させる。森林の水消費量は葉の量に比例するので、針葉樹林は広葉樹林より水消費量は多い。
 森林の水源かん養機能は、土壌層や岩石風化層での雨水の貯留によるものである(保水力)。保水力は森林や土壌、地質条件により異なる。

降水

蒸散
遮断蒸発
地面蒸発

土壌層

樹冠通過雨
樹幹流

土壌水
地表水

河川水

地中水

吸水

貯留
貯留

浸透
土壌水
岩石の亀裂への浸透

地下水

森林での水の動き（模式図）

岩石層
貯留森林地は草地より遮断蒸発量と蒸散量が多い

森林地は草地より年流出量が少ない

森林の保水力とは何か土壌の保水力（狭義の保水力）
地下部の土壌によって発揮される力。水をゆっくり移動させることができる毛管孔隙にある土壌水をいいます。
保水力は孔隙量と土壌の厚さの積で求まります。

流域の保水力（広義の保水力）
地上部の樹木を含む森林全体によって発揮される力。森林に降った雨のうち一時的に流域に貯まる雨水をいいます(損失雨量) 。損失雨量は遮断貯留量、窪地貯留量、土壌水分貯留量からなります。

土壌の保水力（太田、1996）

孔隙（くうかん）

土粒子（こたい）孔隙は乾燥時に空気で、降雨時に水分でで満たされる。

水田や畑地土壌は比較的均質な土粒子と孔隙からなる。
森林の土壌は不均質な土粒子と孔隙からなる。

孔隙は雨水の貯留と排水を行う。

水分の貯留・排水のしくみ

パイプ流
マトリックス流

森林土壌は不均質な孔隙からなるため、地中流は早い流と遅い流とがある。

し森林土壌の物理的特性

非毛管孔隙

土壌の含水率 （m3m-3）

排水曲線

1号沢

0494.9非毛管孔隙圧力（kPa）

223（289）

66

2号沢

189

27（215）0100

200300 （mm）

土壌の保水力毛管孔隙

孔隙の大きさはどのよ
うにして知るのか

毛管孔隙 （合計）

保水力＝孔隙率×土壌の厚さ(mm)(%)( mm )

母材

母材

火山灰

火山灰

花崗岩

火山灰

172 mm筑波（茨城）

148 mm常陸太田（茨城）

140 mm

山城北谷（京都）

101 mm

桂（茨城）

黒色変岩

緑色変岩

砂岩・泥岩
石英班岩

108 mm鹿北（熊本）

55 mm

長沢ダム
（高知）

50 mm

南明治山
（沖縄）

21 mm

定山渓
（北海道）

（森林総合研究所、2011)

流域の土壌の保水力（母材別）

流域の保水力流域試験から推定

森林流域試験ハイドログラフと流出成分
 降雨量 (mm) ＝有効雨量＋損失雨量
 有効雨量(mm)＝直接流出量（流出成分の分離）
 損失雨量(mm)＝降雨量－直接流出量

保留量曲線
保留量曲線

降雨量と損失雨量の関係（保水力の大きい流域）

降雨量と損失雨量の関係（保水力の小さい流域）

降雨量と損失雨量の関係は、増水前の流域の水分状態によって異なります。保留量曲線は、流域の保水力の平均的な値となります。

20

流域数

16128
40
0-100

100-200

200-300

300-400

400-500

最大流域貯留量 (mm)500-600

600-700（藤枝、2007より作成）

流域の保水力はどのくらいか

流域の保水力（㎜）200150100500

堆積岩・火山岩

火山灰・花崗岩

変成岩類（藤枝、2007より作成）

地質別の流域の保水力
流域の保水力は地質によって異なります。保水力は火山灰が厚く堆積した流域や深層風化した花崗岩の流域で大きくなります。

「森林の保水力」をどう考えるか 土壌の保水力
毛管孔隙の水分は基底流出の安定供給に貢献する
ため、水資源貯留の指標と考えることができる。
 流域の保水力
直接流出の軽減に貢献するため、洪水緩和の指標と考えることができる。

水源かん養機能の計量的評価

行政から見た「森林の保水力」
国土交通省河川局と農林水産省林野庁は、「森林の保水力」をどのように評価しているか。

保安林の整備多目的ダムの建設

飽和流出率

飽和雨量
一次流出率

森林の保水力緑のダムが整備されればダムは不要か
国土交通省 http: www.mlit.go.jp/river/dam/index.htmlより

森林の水源かん養機能の評価 ー流域貯留量の推定ー
・雨水のうち一時的に流域内に貯留されるものを損失雨量という。
３ 森林の流域貯留量
損失雨量＝総降雨量－直接流出量
・森林の損失雨量は総降雨量の増加に伴って増加するが、総降雨量が大きくなるとこれ以上増えない上限値に達する。これが森林の最大流域貯留量。
河川の流量が増加

総降雨量

直 接流出量損 失雨 量①森林植生による遮断貯留量②流域谷底部の表面貯留量③森林土壌による土壌水貯留量

総降雨量と損失雨量の関係の例

河川に流れる量

最大流域貯留量
貯留量

保水される量出典：「森林流域の保水容量と流域貯留量」(藤枝､2007)

今後の治水対策のあり方に関する有識者会議（2010.2.8）より

降雨量と損失雨量の関係

降雨量と直接流出量の関係

球磨川流域の森林の保水力

結論

第48回河川整備基本方針小委員会（2006.9.6）
資料より

縦軸を直接流出量にするか損失雨量にするかの違い
飽和雨量＝保水力

森林はダムに変わることができるか
 森林の保水力は多目的ダムの洪水調節容量と同程度の容量を持っている。
 森林の保水力は直接流出量を軽減できるが、ダムのように洪水のピーク流量を人工的に調節することはできない。
 森林の保水力への過度な期待は、異常気象による集中豪雨や台風に対するリスクが大きい。

まとめ
水源かん養機能は森林の保水力によるものである。
水源かん養機能は万能ではなく、その限界を認識する必要がある。
ご静聴有り難うございます