第 64 回(2020 年度) 北海道開発技術研究発表会論文

国営環境保全型かんがい排水事業で整備した浄化型排水路等での水質浄化の検証について―水質浄化の検証結果とりまとめ―
釧路開発建設部 農業環境保全対策官付 〇内藤 和樹
農業環境保全対策官 吹田 勝治
農業環境保全対策官付 田中 克和
北海道東部に位置する野付郡別海町は、冷涼な気象条件や広大な土地資源を生かし、日本でも有数な大規模酪農が展開されている地域である。別海町では、国営環境保全型かんがい排水事業「別海地区」及び「別海南部地区」が既に完了し、平成 24 年度からは「別海北部地区」を実施されており、これにより大規模酪農の発展や周辺河川等の環境保全が期待されている。
本報文では、これまでに整備した浄化型排水施設の効果検証と肥培かんがい施設を整備した地区内河川の水質調査結果について報告する。
キーワード：肥培かんがい施設、浄化型排水施設、環境保全、水質浄化
２. 国営環境保全型かんがい排水事業の概要

１. はじめに

国営環境保全型かんがい排水事業は、農業生産性の向上と併せて、家畜排せつ物や農用地から発生する負荷物質の公共用水域への流出抑制と、生息する動植物の生態系保全を図るため、水質浄化等多面的機能を有する農業用用排水施設を整備する事業であり、これまでに以下の６地区(表－１)で事業を実施してきている。本事業では、用水系の施設として用水管路・肥培かんがい施設、排水系の施設として排水路・排水調整池・遊水池等を整備している(図－２)。

北海道根室振興局管内に位置する野付郡別海町(図１)では、以前から広大な草地を利用した大規模な酪農経営が行われ、その過程で発生する家畜ふん尿が周辺河川等の水域に流入し、水質悪化が懸念されている状況にある。
このため、国営環境保全型かんがい排水事業の実施により、肥培かんがい施設及び浄化型排水施設を整備し、農業生産性の向上と環境保全型農業の推進を図ってきている。
これまでも、先行の「別海地区」において水質浄化効果の検証を行ってきたが、本報文では近年完了した「別海南部地区(別海町、H17～H27)」で整備した浄化型排水施設の水質浄化効果の検証と「別海北部地区(別海町、H24～)」の事業進捗に伴う地区内河川における水質調査結果について報告するものである。

表－１ 国営環境保全型かんがい排水事業地区

図-１ 位置図
図－２ 国営環境保全型かんがい排水事業の整備施設

NAITO Kazuki, FUKITA Katsuji, TANAKA Yoshikazu－ 242 －３． 浄化型排水施設の効果検証a)対象地域と観測期間「別海南部地区」受益地域の中心部にある第七川排水路における排水調整池と遊水池において、経年的に水質調査をしており、このデータを用いて排水調整池と遊水池の流入・流出後の水質変化を把握する。なお、水質調査は、平成 20 年度以降の４月から 11 月にかけて月１回、11 年間実施している。
b)排水調整池の水質浄化機能の検証
第七川排水路の排水調整池における全窒素（T-N）
及び全リン（T-P）の流入濃度と流出濃度の関係について、以下に整理した(図-３、図-４)。
全窒素(T-N)は、流入濃度が高くなるほど除去率が高くなる傾向にある。排水調整池は、排水路の上流側に整備されており、農地から直接流入する土砂等を捕捉・沈降させる機能を有しているため、高濃度の負荷物質を含んだ土砂等は排水調整池に流入することで、流速が低下し、沈殿・捕捉されたものと推察される。
全窒素（T-N）は、水産用水基準(T-N、1.0mg/L)を超過しているものの、排水調整池の前後で濃度が低減されており、排水調整池には一定程度の全窒素（TN）を補足する機能があると推察される。

図-４ 全リン(T-P)の流入濃度と流出濃度の相関関係c)遊水池の浄化機能検証
第七川排水路の遊水池における全窒素（T-N）及び全リン（T-P）の流入濃度と流出濃度の関係について、以下に整理した(図-５、図-６)。
全窒素(T-N)濃度は、排水路上流の排水調整池では流入濃度は平均 2.6mg/L であるが、排水路下流の遊水池では流入濃度平均が 1.3mg/L と大きく減少している。これは、上流の排水調整池及び排水路で全窒素（T-N）が補足・沈降されたものと考えられる。
また、遊水池への流入前後で全窒素（T-N）濃度の僅かな低下傾向(図－５)がみられるものの、上流の排水調整池での低下状況（図－３）と比較すると僅かなものであった。全窒素（T-N）の流入濃度が低く遊水池では捕捉・沈降が生じにくかったため、顕著な水質改善効果が確認されなかったと推察される。

図-３ 全窒素(T-N)の流入濃度と流出濃度の相関関係
全リン(T-P)は、大半が水産用水基準（T-P、0.1mg/L）を満たしているが、排水調整池への流入前後で濃度の大きな変化は確認されなかった。これは、流入濃度が低く排水調整池では捕捉されにくかったた
め、顕著な水質改善効果が確認されなかったものと推察される。

図-５ 全窒素(T-N)の流入濃度と流出濃度の相関関係
遊水池における全リン(T-P)濃度は、排水調整池の結果と同様に大部分で水産用水基準を満たしており、流入濃度と流出濃度には大きな変化は確認されなかった。これは、流入濃度が低いため、全リン（T-P）が捕捉・沈降しにくかったものと推察される。

NAITO Kazuki, FUKITA Katsuji, TANAKA Yoshikazu－ 243 －図-９ 全リン(T-P)の時間推移
全窒素(T-N)及び全リン(T-P)のピーク濃度は、ともに流入部に比べて流出部で低くなり、濃度から算出される除去率は、全窒素(T-N)で 22％、全リン(T-P)で63％であった。これは、遊水池を流下する過程で窒素・リンを含む土砂等が沈降することで、濃度が低下したものと推察され、事業計画における全窒素・全リンの除去率である 20％を満足する結果であった。
本調査を行った第七川排水路にある遊水池及び排水調整池は、施設管理者である別海町により定期的な土砂浚渫が行われており、これが水質浄化機能の維持に寄与していると考えられることから、将来的にも適切に土砂浚渫を行うことが期待される。

図-６ 全リン(T-P)の流入濃度と流出濃度の相関関係d)降雨時における水質変化
第七川排水路遊水池において、平成 30 年６月 12 日から 13 日にかけての最大降雨強度 12mm/h の降雨時(図-７)における遊水池での水質について、濃度ピークや滞留時間を把握するため自動採水器を用いた調査を行った。
調査では、遊水池における濃度ピークと滞留時間を考慮し、流入部や流出部において採水開始から６時間は３０分間採水、その後は毎時採水し、その分析結果(図-８、図-９)を整理した。

４．肥培かんがい施設の整備による水質浄化効果の検証
国営環境保全型かんがい排水事業で整備を進めている肥培かんがい施設(図-１０)は、家畜糞尿にかんがい用水と空気を混合させることで、良質な有機質肥料(スラリー)を調整・貯留するためのものである。スラリーは、固形の糞と比較してサラサラの液体状であり、農地に浸透しやすく肥料成分の河川等への流出抑制に一定の効果があるものと期待されている。現在実施中の「別海北部地区」の排水が流れ込む西別川における上流の観山橋、中流の長栄橋、下流の新生橋を対象として、平成 10 年以降の採水調査結果を用いて分析する。

図-７ 第七川排水路遊水池地点の降雨量

図-８ 全窒素(T-N)の時間推移

図-10 肥培かんがい施設全景

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図-11 調査地点図a)効果検証項目
水質浄化効果については、全窒素（T-N）と全リン(TP)について検証した。収集したデータには降雨や融雪の影響のある出水時データが含まれており、流況の安定している平水時データを用いるため、融雪に影響される４月のデータと、10mm／日以上の降雨日と以降３日間のデータを除外した。

全リン（T-P）濃度は、３地点とも「別海地区」及び「別海北部地区」の実施以降から濃度低下が認められ、現在では水産用水基準（0.1mg/L）を下回る値で推移しており、事業により肥培かんがい施設が整備された効果が発現しているものと考えられる。
例えば、「別海北部地区」では、肥培かんがい施設の一部である配水調整槽を令和元年度までに約 70 基整備している。これは乳牛約１万頭の糞尿を処理・貯留できる規模であり、別海町の乳牛頭数（約 10 万頭）の１割をカバーしているものである。
肥培かんがい施設の整備により腐熟化したスラリーを調整・貯留することが可能となり、これを適期に農地散布することによって、家畜ふん尿成分に多く含まれ表面流出によって流出しやすい全リン（T-P）が、農地に浸透・吸収されやすくなったことで河川流出が抑制された結果と考えられる。

b)全窒素（T-N）濃度の経年変化
西別川の上流、中流、下流の３地点（図-11）における全窒素（T-N）濃度の経年変化を図-12 に示す。

図-12 全窒素（T-N）濃度の経年変化
全窒素（T-N）濃度は、全地点において横ばいで推移しており、上流地点（観山橋）のみで水産用水基準（1.0mg/L）を満たす結果となり、中流・下流地点では、水産用水質基準を超過する水質となっている。
肥培かんがい施設の整備が進んだことで、適正なふん尿処理が行われるようになり、酪農が継続的に行われているにも関わらず、全窒素濃度の上昇が抑制されたものと推察される。
c) 全リン（T-P）濃度の経年変化
西別川の上流、中流、下流の３地点（図-11）の全リン（T-P）の年平均濃度の経年変化を(図-13)に示す。

５. まとめ
本報文では、国営環境保全型かんがい排水事業での事業効果が継続的に発現していることを確認する観点から、既に完了した「別海南部地区」で整備した浄化型排水施設（排水調整池、遊水池、排水路等）の効果を検証するとともに別海町にある西別川における水質変化を分析した。
浄化型排水施設の効果検証では、浄化型排水路へ流入する全リン（T-P）濃度が比較的低いものであったため、排水調整池及び遊水池における顕著な水質改善効果は確認されなかったが、降雨直後の高負荷状態では低減していたことから一定の効果を有していると考えられる。全窒素（T-N）については、浄化型排水施設での優位な水質改善効果が確認され、特に濃度が高い上流にある排水調整池での水質改善効果が顕著に認められた。
西別川における水質変化の分析結果では、全窒素（TN）が減少する優位な効果は確認されなかったものの、事業進捗に伴い全リン（T-P）が減少傾向にあることから、肥培かんがい施設の整備が河川の水質改善に寄与していることが明らかになった。
一方で、事業目的である「農業生産性の向上を図り、併せて環境保全型農業の推進に資すること」を実現させるためには、当該事業による施設整備だけではなく、受益農家をはじめ、町、農協とも連携した施設の適切な維持管理を継続し、スラリーを適期に適量を農地に還元するなど、営農面での取組による負荷物質の抑止も必要であり、事業実施と併せて営農面、維持管理面での配慮・工夫が必要となると考える。

図-13 全リン（T-P）濃度の経年変化

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