筑波大学陸域環境研究センター報告, No.10, 3 〜 12, 2009栃木県那須扇状地における地表水の水質分布特性ならびに簡易水質測定方法の比較
Spatial Distribution Properties of Water Quality of Spring Water and River Waterin Nasu Fan, Tochigi, and Comparison of Simple Water Analysis Methods

岩上翔 *・林敦史 *・熊坂秀人 *・ジェラスィ

ヘンダ *・山中勤 **Sho IWAGAMI*, Atsushi HAYASHI*, Hideto KUMASAKA*,Henda JELASSI* and Tsutomu YAMANAKA**
Abstract
Hydrological survey was performed in Nasu Fan, Tochigi prefecture on 30th and 31stOct, 2008, especially focusing on the region around the Sabi River. Fifteen samples weretaken (3 of them were river water samples, 11 of them were spring water samples andone of them was groundwater sample), and water temperature, pH, EC, and major ions
including NO3 − were analyzed for all samples. Also, water discharge was measured at
the river and springs. By comparing the water quality of river water and spring water, it
is clear that Sabi River recharges surrounding groundwater. Also NO3-N concentration at
every site was lower than the standard value of environmental criteria and there was noobvious water pollution. Three different methods were applied for comparison with ion
chromatography, and the all methods were useful to investigate the relative comparison of
NO3-N concentration in the field.

Ⅰ

過剰揚水による地下水位の低下や，水田におけるはじめに過剰な施肥による地下水の硝酸性窒素汚染が問題
那須扇状地は栃木県北部に位置する約 400 km2となった．の広大な扇状地であり，那珂川・箒川・蛇尾川・大橋ほか（1994）では那須野原を対象に，那須熊川を主とする諸河川によって形成された複合扇疏水沿いの地域における地下水中の硝酸イオン濃状地である．扇頂から扇央にかけての一帯では，度の時空間変動について明らかにしており，扇央河川が伏流し地下水面が深く，扇状地堆積物にお部における春から初夏にかけての硝酸イオンの増ける透水性が高いため農業用水や生活用水の得に加は動物の排泄物を起源としたものが多く，降水くい地域であったが， 1885 年に那須疎水が開通

や灌漑水によって降下浸透した結果地下水中に現した後，開墾が進んだ．一方その結果，地下水のれたものであることや，扇端部の水田地帯では水*筑波大学大学院生命環境科学研究科**

筑波大学陸域環境研究センター−3−

田における化学肥料の施肥によって硝酸イオンがⅡ調査対象地域概要増加していることを示した．
さらに詳細な地下水調査に基づく水質特性等を那須扇状地の海抜標高は 560 m から 120 m のもとに，地下水と河川水の交流現象について議論範囲におよび，北北西から南南東に向けて傾斜した例として佐々木ほか（ 1958 ）や檜山・鈴木

しており，標高約 360 m 以上の地域が扇頂部，（ 1991 ），山中ほか（ 2003 ）がある．佐々木ほか（1958）では，基盤岩形状を考慮し蛇尾川が地下250 〜 220 m 以下の地域が扇端部，それらの中間が扇央部に相当するとされている（渡部・堤橋，水涵養に果たす役割は小さいことや，那珂川や箒

1962）．那須扇状地の北西後背地は新第三紀の堆川では河川水と地下水の交流は起こらないことを積岩や火成岩からなる下野山地と，それを比覆す示唆している．それに対して檜山・鈴木（1991），る那須火山群から成っており，那須扇状地はこれ山中ほか（2003）では地下水面の形状から考えららの背後山地から南東側に流れ出る那珂川，熊れる広域での地下水流動や，地下水中の溶存成分川，蛇尾川，箒川の諸河川によって形成された複の空間分布をもとに河川水と地下水の交流状況に合扇状地である．蛇尾川と熊川の 2 河川は扇状地ついて述べている．また涌井・山中（2006）ではの中央部を縦断しているが下野山地から扇状地面安定同位体を用いた 3 成分混合モデルによって地へ出てまもなく伏流しており，水無川となってい下水涵養プロセスを定量的に評価しており，蛇尾る．伏流区間は時期によって変動するが，通常蛇川は周辺域の地下水のおよそ 60% 程度を涵養し尾川は標高 220 m 付近で再湧出する．扇央部とていることを示している．

扇端部のほぼ全域と蛇尾川・熊川の扇頂部は水田今回の調査では地表水の水質に注目し，扇状地として利用されており，他の扇頂部では牧場・酪における河川の伏流・再湧出現象を定量的に把握農場が多く存在している．扇央部から扇端にかけすること，扇端における湧水の分布と流量・水質ての一帯ではまた，分離丘陵が分布しており，畑を明らかにすることを目的として 2008 年 10 月に地や牧草地に使われている．
那須扇状地のほぼ中央に位置する大田原市にお調査を行った．
一方，通常の水質分析に用いる機器（イオンク
ロマトグラフィーやプラズマ発光分析装置，質量分析器等）は大きな装置で野外調査時に持ち出す

ける気象庁 AMeDAS データによる 1978 〜 1997
年の 20 年間の年平均気温は 12.2 ℃，年降水量は1365.4 mm であり，檜山・鈴木（1991）によるとことは現実的ではなく，野外調査時には現場では年可能蒸発散量はおよそ 800 mm である．より詳

水サンプルを採取し，持ち帰って分析することが細な那須扇状地全域の地形，地質，気候について多い．現地においては軽量で簡易な機器を用いては檜山・鈴木（1991）に述べられており，水文地水温や EC ，pH を測定する程度のことが多いが，質構造については山中ほか（2003）に述べられて亜硝酸イオンは硝酸イオンに分解されやすく採水いる．

した水サンプルはできるだけ早く分析することが望ましい等，野外調査時において有用な精度が高Ⅲ

調査方法

く，安価で扱いやすい水質分析方法が常に求められている．そこで本調査では 3 種類の簡易水質分

2008 年 10 月 30 日および 31 日の両日にわたっ析器を用いて分析を行い，それらの有用性を検討て現地調査を実施した． 30 日には蛇尾川上流部した．の伏流地点と扇央部の蛇尾川再湧出地点を探し出し，それぞれ流量観測と水サンプルの採水，水質−4−の測定を行った．湧水および牧場における井戸も1 地点ずつ訪れ湧水の流出量とそれぞれの採水，SC82），pH は携帯型 pH メーター（YOKOGAWASC 81 ）を用いてそれぞれ測定した．その他イオ水質測定を行った．31 日には湧水を中心に計 12

ン濃度はパックテスト（共立理化 WAK - NO 2 ・地点の流出量と採水，水質測定を行った．調査地

NO3・NH4・PO4・COD）とデジタルパックテス点の分布を第 1 図に示す．また調査・採水地点のト（共立理化 DPM-MT）を併用し測定した．

諸元を第 1 表に示す．

持ち帰った水サンプルは一部調査期間中に宿流量観測には水深と流速に応じて 2 種類の流速舎で測定を行い，残りは筑波大学で測定を行っAEM 1 -D ）を用いた．川複合電極），NO2 −・NO3 −・NH4+・TN・PO42 −・

幅と水深を巻尺と折り尺を用いて測定し河川断面

TP （ TOADKK ポータブル簡易全窒素全りん計図を作成し，流量に変換した．現地での水質の測TNP-10），Na+・K+・Mg2+・Ca2+・Cl −・NO3 −・計（YOKOGAWA CR-7 型流速計，アレック電子
河川用電磁流速計

た．測定項目は NO 3 −（ Orion 9707 BNWP 硝酸

定項目は，水温・EC（電気伝導度）・pH・NO2 −・SO42 −（島津 イオンクロマトアナライザーHIC-

水温と EC は携帯型 EC メーター（ YOKOGAWA

なお，以上の調査は平成 20 年度水文学野外実

NO3 −・NH4+・PO42 −・COD の計 8 項目である．

第1図10Asuper），HCO3 −（硫酸滴定）である．

調査地点（左：日本における那須扇状地の位置，右：那須扇状地地形図および調査地点分布図）

−5−

第1表

④

観測地点
蛇尾川
（伏流前）
自由学園
蛇尾川
（伏流後）
出釜の湧水

⑤

小五郎内湧水

⑬⑥⑦⑧

二ツ室
親園
田谷川

湧水
湧水
湧水

⑭⑮No.
①②③

地下水を反映していることや，今回は採水地点数

調査・採水地点の諸元
採水

No.

観測地点

採水河川

⑨蛭畑

湧水

井戸

⑩ 那須農場北湧水

河川

⑪沓掛

湧水湧水

⑫

長者谷
長者谷（竹林）羽田沼
石碑

湧水が少ないことから全体の空間分布を把握しやすいようにこのようにして示した．また硝酸イオン濃度（NO3 −）については，硝酸汚染等について議

湧水
湧水
湧水

験 B（筑波大学第一学群自然学類）の一環として実施された．

Ⅳ

結果と考察

1．水質と流出量の空間分布
流出量，水温，EC ，pH ，ヘキサダイヤグラム，

NO 3-N の空間分布（イオンクロマトグラフ，硝酸複合電極， DIGITAL パックテスト， TNP -10それぞれによる測定結果）を順に第 2 図〜第 7 図

第3図

水温の空間分布に示す．河川水と地下水・湧水の水質を同じ図面上に示しており，本来区別して扱うべき値を同一図面上でみていることになるが，湧水はその周辺

第2図

第4図

流出量の空間分布−6−

EC（電気伝導度）の空間分布

第5図

pH の空間分布論する際に硝酸イオンを窒素量で議論することも多いため，第 7 図では硝酸性窒素（NO3-N）の濃度で示している．4 種類の分析器を用いた NO3-N

第6図

ヘキサダイヤグラムで表した水質の空間分布

第2表

4 種類の分析器による硝酸性窒素濃度
NO3-N（mg/L）の結果

NO3-N（mg/L）
地点名 イオンクロマト 硝酸複合 DIGITAL
TNP-10グラフ
電極
パックテスト
①0.27
0.34
0.00
0.37
②1.40
1.67
1.37
0.30
③1.03
1.32
0.72
1.06
④0.90
1.31
0.61
1.32
⑤2.15
4.72
1.89
2.83
⑥4.27
6.77
3.95
5.65
⑦
2.29
4.05
2.28
3.49
⑧2.45
4.99
0.53
3.30
⑨0.97
2.45
0.53
1.39
⑩0.24
0.62
0.00
0.34
⑪0.24
1.11
0.00
0.29
⑫
3.56
5.77
2.42
4.06⑬3.566.23
2.533.75⑭1.203.27
1.05
1.47
⑮2.73
3.80
1.72
2.63

濃度の結果について第 2 表に示す．

調査日（ 2008 年 10 月 30 日）における蛇尾川の伏流地点および再湧出地点を探し出し，それぞれ近傍で流量を測定した結果，伏流前の流量は1.06 m3/s 再湧出後の流量は 0.221 m3/s であった．

湧水では 0.001 〜 0.510 m3/s 程度の流量を示した．
蛇尾川の伏流前と再湧出後は水質で見ると，再湧出後は伏流前に対して水温が 2 . 4 ℃上昇し， pHが 1.17 下がった．また Ca2+, NO3 − , HCO3 −が増加し SO42 −が低下している．

イオンクロマトグラフによる NO3-N 濃度の分布（第 7 図 a）を見ると，扇央の⑥・⑫の地点で局所的に濃度が高く，これらは pH の低い地域とも一致する． EC は NO 3-N の高かった地点に加え，箒川近傍の 2 地点⑦・⑧が特に高い値を示−

し，これらの地点では Na ，Cl ，Ca2 ，水温が++高かった．SO42 −は扇頂から先端に向かって濃度て濃度が上昇する分布を示した．⑥地点の井戸水において NO3-N 濃度が高いのは（再湧出後の蛇尾川に対して +0.369 mg/L）牧場地であることの影響が考えられる．

が低下しており，HCO3 −は扇頂から先端に向かっ−7−

HCO3 −は直接滞留時間を示す指標ではないが，

第 7 図 （a）イオンクロマトグラフ （b）硝酸複合電極 （c）DIGITAL パックテスト（d）TNP-10 を用いて測定した硝酸性窒素濃度 NO3-N（mg/L）の空間分布

岩石鉱物との接触時間が長いほど濃度が上昇する−か（2003）で述べられている地下水の広域的な流ことから HCO3 濃度が高い水ほど滞留時間が長動方向に従って上流ほど水温が低く，下流ほど水−いと推定される． HCO 3 濃度が扇頂から先端に温が高くなる傾向とおおむね一致し，その値もお向かって上昇する分布を示したことから，佐々木おむね近い値を示している．蛇尾川と箒川で挟まほか（1958）や山中ほか（2003）で報告されていれた南の地域で水温が高いことに関しては，このるように地形面の傾斜に沿って位置しているとさ地域では温泉がみられ地質的に地温が高いことがれる地下水面の勾配にしたがって流化した地下水うかがわれる．この地域でイオン濃度が全体的にが，湧水として湧出していることが推測された．

高い等，他の地点と異なった水質を示しているの水温の分布は熊川と那珂川で挟まれた北の地は地質の違いによる影響も大きいと考えられる．

域（⑩・⑪）で低く，蛇尾川と箒川で挟まれた南NO3 −濃度はこのような傾向が見られなかったこの地域（⑥・⑧）では高かった．これも山中ほとからやはり牧場地などからの局所的な影響が表−8−れたものであると考えられた．

L であった．いずれも環境基準値を下回るもので2．水質と流出量から見た河川水と湧水，地下水推測される．

あり，この 5 年間で顕著な汚染は生じていないと
また 2003 年の調査時には確認されなかったもの交流再湧出地点近傍の井戸（②），湧水（④・⑩・ので，④の湧水（出釜の湧水）は今回訪れたとき⑪）の水質は蛇尾川の水質に近い値を示しておには湧水周辺が整備・保護されていた．これは農り，伏流した蛇尾川が河道に再湧出するだけでは林水産省と地域のコミュニティによる田園空間整なく周辺の地下水を涵養し湧水として湧出してい備事業の田園空間博物館の一部として行われた水ることが推測された．これは河川による扇状地地文環境の保全活動の結果である．

下水の涵養に否定的な佐々木ほか（1958）の結果に対して河川と周辺湧水の交流を示唆した檜山・

4．簡易水質測定方法の比較

鈴木（1991）や山中（2003）の結果を支持するも3 種類の分析器それぞれにおける硝酸性窒素濃のである．

度 NO3-N の測定結果とイオンクロマトグラフを

今回の調査では 2 地点を除いて地下水を直接採用いた硝酸性窒素濃度 NO3-N の測定結果の比較

水してはいないが，湧水は地下水の露頭といわれを第 8 図（a 硝酸複合電極とイオンクロマトグラ

湧水の水質は近傍の地下水の水質を反映している

フ，b DIGITAL パックテストとイオンクロマトと考えられる．山中ほか（2003）の地下水の結果

グラフ，c TNP-10 とイオンクロマトグラフ）にと今回の河川水・湧水の水質を比較してみると水示す．それぞれの回帰直線の傾きは硝酸複合電極では 0.58，DIGITAL パックテストでは 1.04，

温や pH ， EC の空間分布の傾向は概ね一致して

TNP -10 では 0 . 74 であった．それぞれおおむねいる．

イオンクロマトグラフの結果と同じ傾向を示すが，硝酸複合電極と TNP -10 では過大評価して3．最近 5 年間における水文環境の変化

単純に比較できるものではないが， 2003 年のおり，DIGITAL パックテストでは過少評価して調査において NO 3 濃度の最高値は 20 mg/L でいる．またそれぞれの測定値のばらつきを決定係

は NO3 濃度の一番高かった湧水の値は 16.3 mg/

クテストでは 0.83，TNP-10 では 0.90 であった．

−

あった（山中ほか，2003）のに対し今回の調査で数でみると硝酸複合電極では 0.91，DIGITAL パッ−

第3表
測器名

測定項目

9707BNWP 硝酸複合電極（Orion）

NO3 −測定範囲（mg/L）

3 種類の分析器の比較
電源

0.100 〜 14000 電池／コンセント

NO3 − , NO2 − ,デジタルパックテ NH42 − , PO42 − ,0.200 〜 5.80 電池／コンセントスト（共立理化）
COD ，他 40 項目以上
ポータブル簡NO3 − , NO2 − ,易全窒素全り充電式バッテリー
NH42 − , PO42 − , 0.100 〜 5.00
ん計・TNP-10／コンセント
TN, TP, COD（TOADKK）

−9−

キャリブ
測定精度
測定時間
レーション
R2

必要な試薬

2h

3 min /
sample0.91

硝酸標準液・
イオン強度調整剤

なし

5 min /sample

0.83

WAK-NO3なし

60 min / 8samples

0.90

硝酸用前処理試薬キット硝
酸測定試薬
キット

第8図

イオンクロマトグラフと 3 種類の分析器（a 硝酸複合電極，b DIGITAL パックテスト，c TNP-10）それぞれにおける硝酸性窒素濃度 NO3-N（mg/L）の測定結果の比較

TNP-10 の測定結果において，値がイオンクロマトグラフの結果から大きくずれた②地点の値（イオンクロマトグラフ：1.40，TNP-10：0.297）を除くと TNP-10 での決定係数は 0.95 を示した．

またそれぞれの分析器を用いた分析結果において分散を求めると，測定値誤差は硝酸複合電極では 3.55% ，DIGITAL パックテストでは 1.52% ，TNP-10 では 2.17% であった．

4 種類の分析器（イオンクロマトグラフ，硝酸複合電極，DIGITAL パックテスト，TNP-10）
それぞれによる NO3-N 濃度の空間分布を比較す
ると，おおむねどの測器を用いても同じような傾向が得られたことが分かる．⑦と⑧の調査地点において，硝酸複合電極を用いた場合（第 7 図 b ）と DIGITAL パックテストを用いた場合（第 7 図c）では濃度の大小関係が逆転しているが，イオ− 10 −

ンクロマトグラフを用いた測定では⑦と⑧でのNO3-N 濃度は 0.1 mg/L 程度しか違っておらず，

1）蛇尾川再湧出地点での河川水とその周辺地下水・湧水の水質から，伏流した蛇尾川が河道本来濃度の大小関係が議論とはならない部分であに再湧出するだけではなく周辺の地下水を涵ると考えられる．

養し湧水として湧出していることが推測された．

それぞれの分析器について，水文学的な研究に用いる際に重要となる項目（測定可能な項目・測2）山中（2003）における地下水の調査結果に続定範囲・電源の形体・キャリブレーションが必要いて観測された NO 3-N 濃度はいずれも環境基準値を下回るものであり，この 5 年間で顕かどうか・測定に要する時間・測定精度・必要な試薬）についてまとめ第 3 表に示した．

著な汚染は生じていないと推測される．

NO 3-N 濃度の測定結果とそれぞれの分析器の

3）野外調査で水質測定を行うにあたって，特徴から，これらの分析器の特徴は以下のようにDIGITAL パックテストは現地でおおまかな水まとめられる．

質の結果を得るのに有効であることが考えら

a）硝酸複合電極

れ，また野外には向かないが TNP -10 もサン精度良く測定が行えるが，電極はその都度プルを持ち帰って測定する際には扱いやすく，組み立てなければならず，2 時間毎にキャリブ精度の高い結果が得られることが分かった．

レーションの必要がある．また硝酸態窒素しか測れず，野外向きではない．

謝辞b）DIGITAL パックテスト
他の分析器に比べて測定値のばらつきは大き

本調査の実施，水質分析等においては，ティーく，低い濃度を検出しづらいが野外で大まかなチングアシスタントの三木田

結果を得るには適している．作業は手軽で簡単

野外実験 B の参加者各位の協力を得た．また自であるが，デリケートな操作も含まれており，由学園の井戸から採水を行う際には調査の実施をサンプルと試薬を混ぜる際に測定者の指がサン許可して頂いた．記して謝意を表する．

慎ならびに水文学

プル水の取り込み穴に触れてしまうと結果に影響することが推測される．

文献c）TNP-10
精度良く多くのサンプルを測定することに適

大橋真人・田瀬則雄・檜山哲哉・鈴木裕一−

している．しかし NO2 を分解する際には電池（1994）：那須野原における地下水中の硝酸イでは駆動しないヒータを用いるため野外では測オン濃度の時空間変動について．ハイドロロ定することができない．

ジー（日本水文科学会），24, 221-232.
佐々木Ⅴ

実・鰺坂富夫・岡本昭（ 1958 ）：那須野原の地質と地下水．地学雑誌，67, 59-73.

おわりに檜山哲哉・鈴木裕一（ 1991 ）：那須野原における蛇尾川を中心として那須扇状地の地表水の調査

地下水−特に水質の空間的変化と季節的変化を行った結果，以下のような結果が得られた．まについて−．ハイドロロジー（日本水文科学会），21, 143-154.

た同時に複数の水質分析機器について野外調査における有用性を検討した結果，以下のように考え

山中勤・田中正・浅沼順・濱田洋平（2003）：栃木県那須扇状地における地下水とられた．

− 11 −

河川水の交流．筑波大学陸域環境研究セン

渡部景隆・堤橋

ター報告，4, 51-59.
涌井久司・山中ローム

昇（1962）：那須野が原の 関東−那須野が原の水理地質・4 −．地

質学雑誌，68, 451-460.

勤（ 2006 ）：安定同位体組成からみた那須扇状地扇央部における地下水涵養
源とその地域性．地下水学会誌，48, 263-277.

（2009 年 6 月 26 日受付，2009 年 10 月 14 日受理）

− 12 −