Deep Ocean Water Research, 18（1）, 18‒26, 2017

原著論文

久米島真謝漁港における放流深層水の挙動に関する
現場観測
Measurement on behavior of deep ocean water discharged in Maja Port in Kume Island
多部田茂 1・井関和夫 2・加藤孝義 3・有井祐人 4・高橋祐人 1・大内一之 1,5
Shigeru TABETA1, Kazuo ISEKI2, Takayoshi KATO3, Yuto ARII4,Yuto TAKAHASHI1 and Kazuyuki OUCHI1,5
Abstract
The deep ocean water (DOW) which has low temperature and high nutrients will be effective forregenerating subpolar/temperate seaweed bed and aquaculture of those seaweeds. In the presentstudy, a semi-enclosed small fishing port near the pumping facility of DOW in Kume Island ofOkinawa in Japan is chosen for the field experiment of seaweed bed development, because it could
be possible to prevent the discharged DOW from diffusing rapidly. Additionally, in order to keep
low temperature and high nutrient concentration of DOW more effectively, a box-shaped pool isinstalled on the bottom of the port in which DOW is discharged. In the field experiment, watertemperature and nutrients concentrations in and out of the pools, and current velocity just above
the top of the pool have been measured to detect the behaviour of discharged DOW. Through thefield experiment, it is clarified that the box-shaped pool installed on the bottom of the port is quite
effective to retain the discharged DOW. It is also found that DOW hardly affect surrounding environment since it will rapidly mix with ambient seawater when it goes out of the pool.
Key Words: Deep ocean water discharge, Field experiment, Seaweed culture, Kume Island
要

旨

栄養塩を豊富に含む海洋深層水を閉鎖海域に放流し，藻場造成や海藻養殖を行うことを目的とした実海域実験を，沖縄県久米島の真謝漁港にて実施した．効率的に藻場造成を行うためには深層水を滞留させる必要があると考えられるため，漁港内の海底にコンテナ（以下，実験区）を設置
しその内部に深層水を連続的に放流した．実験区とその周辺環境のデータを継続的に得るために，実験区およびその周辺に水温計や流速計等を設置するとともに，年間を通して海水のサンプリングを行い栄養塩濃度の変動を把握した．また，実験区に導入する深層水の流量を変化させ，実験区内での深層水の滞留状況への影響を調べた．港の底に設置された箱形のコンテナは深層水を滞留させるのに有効であり，容積5.5 m3 のコンテナに2.4 m3/hの深層水を放流することでコンテナ中層より下部は低温 • 高栄養塩の環境が保たれた．一方，コンテナ中層より上部では周辺海域の水平流速が大きくなると，外部海水と混合しやすくなる．また，実験区から流出した深層水は速やかに周辺海水と混合し，実験区のごく周辺においても海底付近の水温や栄養塩濃度に深層水の影響はほとんど見られなかった．
キーワード：深層水放流，実海域実験，海藻養殖，久米島
1

東京大学新領域創成科学研究科（〒277‒85632

広島大学名誉教授（〒872‒16523

東京大学工学系研究科（〒113‒86564

東京大学工学部（〒113‒86565

大内海洋コンサルタント（〒389‒0111

千葉県柏市柏の葉 5‒1‒5）

大分県国東市国東町来浦 1938）
東京都文京区本郷 7‒3‒1）

東京都文京区本郷7‒3‒1）
長野県北佐久郡軽井沢町長倉193‒111）

放流深層水の現場観測

1.

緒

19言

近年日本の沿岸海域では磯焼け等による藻場の減少が顕著であり，生産性豊かな海が失われつつある．窒素・リンなどの栄養塩を豊富に含む海洋深層水（本論文では海洋学での定義ではなく産業利用上の定義を前提とする）の有光層への放流は，海域の生産力を回復させ，磯焼けの防止や養殖等による水産物生産の増大に資する可能性がある．深層水の海藻養殖への利用については，オフシーズンのワカメの屋内タンク培養（大野ら，2000），大型紅藻ツル

図1.

実験海域（真謝港）における実験区と対照区の配置

シラモの生長促進（垣田ら，2000），紅藻トゲキリられるため，漁港内の海底に容量約 5.5 m3 のコンテ

ンサイとトサカノリのタンク培養（大野ら，2001），ナ（以下，実験区）を設置しその内部に海洋温度差アワビ好適餌料となる褐藻類（ワカメ，ホソメコン

発電（OTEC）に使用した後の深層水を連続的に放ブ）を周年生産する集約的タンク養殖システムの検流した（図1）．コンテナ内外の海水交換速度が滞留

討（岡，2006），スジアオノリのタンク内での養殖時間 0.1日程度でもコンテナ内に深層水が保持され実験（Hiraoka and Oka, 2008），ネッタイキリンサイるように，通常時には約2.4 m3/hの深層水（1日あたの培養と海面養殖の検討（Shahoo and Ohno, 2010），りコンテナの容積の約 10倍）を導入した．また比較などが行われている．海域への放流による磯焼け対のために同じ大きさのコンテナを約 50 m離れた場

策等については，瀬戸ら（2001）が，コンブの培養所に設置し（以下，対照区），実験区と対照区にお試験によって配偶体の生長に関わる栄養依存性を調ける海藻の生育の違いを調べた．今回の実験では，べ，コンブの発生や生産増などに対する深層水の放冬季でも20℃程度の水温が維持される当該海域で

流 効 果 に つ い て 検 討 し て い る． ま た， 新 エ ネ ル

温帯性の海藻の養殖が可能であるかを検討するため

ギー・産業技術総合開発機構（2005）は，海洋深層に，ワカメとカジメを用いた．

水の放流が藻場造成に与える影響のシミュレーショ

本研究では，上記実験における放流深層水の挙動

ンにより，放流周辺海域で海藻類の生長が促進されを把握することを目的として，現場観測を行った．

る可能性を示している．大塚（2006）は，室戸岬周辺の磯焼け海域を対象とした藻場生態系モデルを構築し，沿岸生態系に及ぼす海洋深層水の放流影響を数値シミュレーションによって推定している．室戸

2.

方法

2.1

水温等の連続モニタリング

では実際に磯焼け海域への深層水放流を実施し，深実験区内部とその周辺環境のデータを継続的に得層水の放流口付近で小規模な藻場を確認している．

るために，実験区のコンテナに図 2のような各種機

しかし放流開始前の藻場の分布は詳しく調べられて器を設置した．水温計は，実験区コンテナ（Experi-いなかったため，深層水の寄与がどの程度あったかment pool）の深層水（DOW）放流口（T1），コンテナについては確認できていない（藤田ら，2006）．

底層（T2），中層（T3），コンテナ直上（T4），およ

そこで著者らは，栄養塩を豊富に含む海洋深層水び対照区コンテナ（Control pool）の底面（T5）に設を閉鎖海域に放流し，藻場造成や海藻養殖を行うこ置した．なお，OTECで使用した直後の深層水の温とを目的とした実海域実験を，沖縄県久米島の真謝

度はおおよそ10‒11℃であるが，真謝港まで輸送さ漁港にて実施した．効率的に藻場造成や海藻養殖をれる間に温められ温度が上昇する．実験区コンテナ行うためには深層水を滞留させる必要があると考え直上では電磁流速計により流速も記録した．また，

多部田茂・井関和夫・加藤孝義・有井祐人・高橋祐人・大内一之

20

図 2.

連続モニタリング用の計測機器の配置

実験区コンテナ内の様子を観察するためにCCD カメ

図3.

ラを設置した．水温と流速は10分間隔，水中カメ

水質調査地点ラ映像は1 fpsでロガ−に記録するとともに，T1,T2, T5と水中カメラについては，データ通信によってインターネットを介して遠隔地からのリアルタイムモニタリングが可能なようにした．
2.2 実験区および対照区における栄養塩濃度の調査

図4. 実験区近傍の水温変動計測のための小型水温ロ

実験区および対照区のコンテナ内の栄養塩濃度のガー配置

変動を把握するために，約2週間に 1回の頻度で海水のサンプリングを行った．実験区コンテナの底査ではコンテナ近傍におけるCTD調査と海底直上層，中層，コンテナ直上，対照区コンテナの底層，の海水サンプリングを行った．

およびコンテナ外（ほぼ港の中央）の底層において，ダイバーによる採水を行った．サンプリングした海2.4

放流量の影響調査

水はオートアナライザ（BRAN＋LUEBBE: TRAACS

深層水の放流量を減少させた場合に滞留状況がど2000）を用いて栄養塩濃度分析を行った．なお，深のように影響を受けるかを調べるために，放流する

層水の栄養塩濃度は，硝酸態窒素が約26 μmol/L，深層水の流量を変えた実験を行った．流量の調節はリン酸態リンが約2.0 μmol/L，ケイ酸態ケイ素が約以下のように行った．

90 μmol/Lである．

・調節前：基準流量2.4 m3/h
・2015年10月7日17 : 30

2.3

実験区周辺および漁港内の水質調査

放流した深層水が実験区周辺や漁港内の水質に影響を与えているかを把握するために，図 3の地点において，CTDによる水温塩分の鉛直プロファイル計
測と，栄養塩分析のための 2 Lニスキン採水器を用いた表層，中層，及び海底直上の海水サンプリングを行った．まず，実験開始前の2014年12月 9日に事流量を基準の1/2（1.2 m3/h）に変更
・2015年10月9日17 : 30
流量を基準の1/4（0.6 m3/h）に変更
・2015年10月11日14 : 00
流量を基準の1/2（1.2 m3/h）に変更
・2015年10月13日17 : 30
流量を基準量（2.4 m3/h）に変更

前調査を行い，深層水放流開始後は2015年1月15

その際，実験区内の水温分布をより詳細に計測する

日，2月23 日，6月18日，9月15日，12月15 日 に 調ために，実験区内部壁面の底面から0.05 m, 0.25 m.

査を行った．

0.45 m, 0.55 m, 0.65 m の場所にボタン型の小型水温ロ

また，特に実験区コンテナの極近傍における放流
深層水の影響を調べるために，2015年1月15日の調ガー（Onset社：ティドビットv2）を設置した．

放流深層水の現場観測

2.5

実験区側壁等の水温変動調査

21

実験区内（底層および中層）の水温は，夏季（6月

実験区から流出直後の放流深層水の影響を調べる

下旬〜8月中旬）以外の時期にはほぼ 15℃以下を保ために，6月19日から8月15日にかけて，ボタン型のち，夏季には導入深層水温度の変化に伴って上昇す

小型水温ロガー（Onset社：ティドビットv2）10個るが周辺海域（対照区や実験区直上）の水温が 25℃を，図4のように実験区側壁等に設置して水温変動以上になってもおおむね20℃以下に保たれていた．

を計測した．
3.2

実験区および対照区における栄養塩濃度の調査

3.

結果

3.1

水温等の連続モニタリング

実験区上層・中層・底層と対照区（底層）における溶存態無機窒素濃度の変動を図 7に示す．実験区

深層水放流口，実験区コンテナ底層，実験区コンの底に近いほど濃度が高く，特に底層では安定してテナ中層，実験区コンテナ直上，対照区コンテナ底対照区の20倍前後の濃度を保っていた．これに対層における水温変化について，全期間の24時間移し実験区上層においては，しばしば対照区（周辺海動平均（図 5），および冬季と夏季のそれぞれ約 2カ域とほぼ同濃度と考えられる）に近い濃度まで低下

月間のデータを10分間隔でプロットしたもの（図6）

している．

を示す．実験開始から 1 月中旬，および 4月中旬から7月中旬の深層水放流口，実験区コンテナ底層，対照区コンテナ底層のデータはロガー設置場所の電気工事等のため欠損している．

3.3

実験区周辺および漁港内の水質調査

図8にCTDによる計測結果の一例を示す．最も外海に近いSt.5 を除いて，1 月は水温，塩分ともにほ2 月 25〜26 日，5 月 15〜18 日，7 月 16〜25 日，8 月

ぼ鉛直に一様となっていたが，6 月には表層は底層24〜27日，9月29日〜10月2日に放流口水温が大きより水温は約 0.1‒0.2℃高く，塩分は表層付近でややく上昇しているのはOTECからの深層水の供給が停低くなっていた．St.5 では，1 月は底層に高温・高止もしくは供給量が大幅に減少していたためであ塩分水が見られ，6月には中層から底層にかけてやる．また10月7〜13日は，後述の流量調節実験をや低水温，高塩分となっていたが，これらはいずれ行ったために供給量が少なくなっている．また，夏も外洋水の影響と考えられる．他の季節における計

季には放流口水温が日中と夜間で大きく変動してい測も含めて，実験区コンテナ近傍の St.1 においてもる．これは夏季の日中には深層水がOTECから実験深層水の影響は見られなかった．

区に到達する間に日射等で温められるからである．

図 5.

図9には漁港内の各観測点における溶存態無機窒実験区と対照区の水温変化（2014年 12月‒2015年 11月の 24時間移動平均）多部田茂・井関和夫・加藤孝義・有井祐人・高橋祐人・大内一之

22

図 6.

実験区と対照区の水温変化（10分間隔の計測値）

くは偶発的なものと考えられる．実験開始前（2014年12月 9日）と実験開始後で差異はほとんどなく，深層水放流の影響と考えられる変化はみられなかった．
2015年1月15日に行った実験区コンテナの近傍における海底直上の水質調査結果を図10に示す．実験区コンテナの南側の外壁直下（外壁から0 m）および外壁から南側に1 m, 2 m, 4 m, 10 mの地点におけ
図 7. 実験区および対照区コンテナ内の栄養塩（溶存態無機窒素）濃度素濃度を示す．1月のSt.4や6 月のSt.3で高い値が見る海底直上の栄養塩濃度は，いずれもほぼ周辺海域における濃度と同程度であった．
3.4

放流量の影響調査られたが，同じ時期に実験区付近では高い濃度には

図11に流量調整実験中の実験区直上水平流速となっておらず，また同地点でリン酸塩やケイ酸塩の各測点における水温の関係を示す．いずれの深層水濃度は高くなっていなかったことから，異常値もし供給量の場合にも，実験区コンテナの底から 0.25 m

放流深層水の現場観測

図 8.

23

CTD による水温，塩分の鉛直プロファイル（上段：2015年 1月15日，下段：2015年 6月18日）

図10.

実験区コンテナ近傍底層の栄養塩濃度（2015 年1月 15日）

図 9.

漁港内の栄養塩（溶存態無機窒素）濃度

以下においては非常に水温が安定している．底から0.7℃低くなっており，水温の変動幅はコンテナ開口部から離れるに従って急速に小さくなっている．

0.45 m 以上の計測点においては，流速が増加すると水温が上昇しているが，深層水供給流量が小さくなるにしたがって，より小さい水平流速によって水温が上昇し始めることがわかる．

4.

考察

4.1

実験区内における深層水の挙動

放流口の水温と実験区底層，中層の水温が年間を3.5

実験区側壁等の水温変動調査

通して近い値で推移していることや，栄養塩濃度も表1に，実験区側壁等の水温変動調査の各測点に深層水に近い値を保っていることから，実験区に放おける計測期間中の水温の変動幅を示す．実験区コ流した深層水がおおむね実験区の底〜中層まで安定ンテナ開口部（上面）の湾口側（TN-1）において水的に滞留していることが示唆され，本研究で用いた温の変動幅が約8℃であるのに対し，湾奥側（TS-1）

箱型のコンテナが海藻生育環境を創出するために有の水温の変動幅は約4℃であった．また，湾口側の効であることが示された．1日あたりコンテナの容海底上水温（TN-4,5）は，湾奥側（TS-4,5）より0.6‒

積の約 10倍の深層水を導入することによってコン多部田茂・井関和夫・加藤孝義・有井祐人・高橋祐人・大内一之24の海水交換速度を見積もるためにはより詳細な観測や数値シミュレーション等による検討を行う必要がある．著者らは実際に，この海域では通常生育不可能なワカメやカジメを，実験区内で育成することに成功している（大内ら，2016）ことから，本方式の海藻養殖への利用可能性が示唆される．また，実験区直上の水温は対照区の水温（周辺海域の水温はおおむねこれに近いと考えてよい）に近いが，やや低めでありコンテナ内の深層水の影響を受けている可能性がある．
図12に放流開始から 35日間のコンテナ直上の水平流速と実験区コンテナ直上水温，実験区コンテナ中層水温の変動を示す．なお，ここでは潮汐や昼夜の変動を除くために25時間移動平均をとった．流速が大きくなると実験区中層の水温が上昇しコンテナ直上の水温に近付いていることから，流れによって実験区の深層水が外部の海水と混合していると考えられる．また，図 6に見られる水温の日周期の変動は，ほぼ昼夜の熱収支の変動によるもので，潮汐の影響はほとんど見られなかった．経日変動も日射や気温の変化の影響が主で，図12に示したように大潮小潮の影響もほとんど見られない．流速の変動には風速との関連が見られることから，コンテナ内外の海水交換は潮汐よりも風による吹送流の影響を強く受けていると考えられる．
図13に実験区内の栄養塩濃度と実験区直上の水図 11. 深層水供給流量による流速と実験区内部の水温の関係の変化
表1

平流速の関係を示す．水温から示唆されたのと同様に，水平流速が大きくなると周辺海水との混合により栄養塩濃度は低下し，その程度は底層，中層，上実験区近傍の水温変動層の順に大きくなっている．

（2015.6.18‒2015.8.15）
ロガー位置

水温変動幅
［℃］

ロガー位置

水温変動幅
［℃］

T-N1
T-N2
T-N3
T-N4
T-N5

22.8‒31.1℃
26.2‒31.1℃
26.7‒30.8℃
27.4‒30.9℃
27.4‒30.7℃

T-S1
T-S2
T-S3
T-S4
T-S5

27.0‒31.4
28.1‒31.4
28.0‒31.4
28.0‒31.3
28.1‒31.3

以上のように実験区に放流した深層水は，おおむね実験区の底層から中層付近までは滞留していると考えられるが，これは実験区の体積（5.5 m3）に比して十分な量の深層水（約58 m3/d）が放流されているためであると考えられる．そこで，深層水の放流量を減少させた場合に滞留状況がどのように影響を受けるかを調べるために，放流する深層水の流量を変テナ内には深層水がほぼ安定的に滞留したことかえた実験を行った．

ら，コンテナ内外の海水交換速度は滞留時間 0.1日

放流量調整実験からは，実験区の中層より下部によりも十分に長いと考えられる．一方，漁港区内外おいては，実験期間における水平流速の範囲ではい放流深層水の現場観測

図 12.

25

流速と実験区内部の水温の関係（流向は北向きを0℃とした時計回りの角度）

験区から出た深層水は速やかに周辺海水と混合し，その体積が相対的に小さいために漁港内の水質への影響はほとんどなく，影響があるとしても実験区の極近傍に限られると考えられる．
また実験区側壁等の水温変動調査において，コンテナ開口部（上面）の湾口側において，水温の変動幅が相対的に大きくなっているのは，周囲水と混合した深層水が流出しているためであると考えられ
図 13. 実験区内の栄養塩（溶存態無機窒素）濃度と実験区直上の水平流速の関係

る．一方，湾奥側の水温の変動幅は小さい事から，流出は主に湾口側で生じていることが示唆される．
この原因としては，実験区コンテナが湾口側にややずれの深層水供給量の場合でも，深層水が滞留して傾斜していたことによる影響と考えられる．湾口側いると考えられる．また，実験区中層から上層での海底上水温が湾奥側より低くなっているのも，実は，深層水供給量が小さい場合にはより小さい水平

験区から流出した深層水の影響であると考えられ流速下でも実験区外部の海水との混合が生じている

る．また，水温の変動幅がコンテナ開口部から離れと考えられる．これらのことから，小型海藻群落をるに従って急速に小さくなっていることから，コン造成する場合など海藻の生育に必要な層厚がコンテ

テナからの流出水が周辺海水と急速に混合しているナ高さの半分（0.4 m）よりも十分小さい場合には，ことが推察された．

本研究と同程度の放水量でコンテナ底面積を増やすことで造成可能面積を拡大できる可能性がある．一方，大型の海藻を対象とする場合などには，コンテ

5.

結言

ナ形状の工夫や静穏な海域への設置などにより，外本研究では，効率的に藻場造成実験を行うために部海水との混合を抑制する必要があることが示唆さ

漁港内の海底に設置した実験区コンテナ内に深層水れた．

を放流し，その挙動を観測した．本実験環境下では，年間を通して実験区コンテナの下半分程度には4.2実験区周辺における深層水の挙動

深層水が安定的に滞留し，周辺海域と比較して低漁港内の水質調査では，水温，栄養塩ともに深層温，高栄養塩環境が保たれることが示された．一方

水放流の明らかな影響は見られなかった．つまり実で，コンテナ中層から上層にかけての深層水は，実多部田茂・井関和夫・加藤孝義・有井祐人・高橋祐人・大内一之26

験区上部の水平流速が大きくなったり深層水の流入量が小さくなると周辺海水と混合しやすくなることが確認された．また，実験区から流出した深層水は速やかに周辺海水と混合するため，周辺海域の水質への影響は非常に限定的であった．これらの知見は，藻場造成を効率的に行うための放流深層水滞留方法の設計に資するものと考えられる．

謝辞
実験に際して便宜を図っていただいた沖縄県海洋深層水研究所，久米島町漁業協同組合，（株）久米島

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内海洋コンサルタント・大内ララ氏に感謝いたしま23‒28.

す．
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（2017年6 月1日受付；2017年7月19日受理）