LAGUNA（汽水域研究）8，101〜110 頁（2001 年 3 月）
LAGUNA 8，p.101−110（2001）

資料

塩水楔観測システムの開発（テクノオーシャン 2000 ポスター展示の紹介）

徳岡隆夫1・三瓶良和1・西村清和2・須崎 聡3
松田滋夫4・久保田俊輔5・鈴木重教6・上野博芳7
Development of saline wedge observation system（Introduction of Poster Exhibition at TECHNO−OCEAN 2000）
Takao Tokuoka1, Yoshikazu Sampei1, Kiyokazu Nishimura2, Akira Suzaki3,
Shigeo Matsuda4, Shunsuke Kubota5, Shigenori Suzuki6 and Hiroyoshi Ueno7

テクノオーシャンは隔年で開催される国際シンポジウム（TECHNO−OCEAN 2000 INTERNATIONALSYMPOSIUM）で，2000 年度は 11 月 9−11 日に神戸国際展示場で行われた．今回は「人は海について何を知ったのか，そして 21 世紀地球社会と海との関わりは」のメインテーマのもとに海洋科学技術センターなどの共催のもとで行われた．例年，海洋調査開発機器メーカーの大型の展示がなされるが，今回ははじめて学術研究団体展が併せて開催されることになり，20 グループほどの参加があった．当グ
ループは前回テクノオーシャン 98 シンポジウムから参加したが，今回の呼びかけに応えて，一般の興
味も沿岸や汽水域にも伸びてきていることを感じ取って出展することにした．以下の 4 つが展示したポスターである．

−中海での塩分躍層の観測−
汽水域の水の動きをしらべる（その 3）−大橋川での高塩分水塊の観測−
汽水域の水の動きを調べる（その 4）−感潮河川「江の川」の塩水くさびの観測−
当研究グループは 1992 年以来汽水域の塩分躍層を音響的に捉えられるのではないかとのアイデアのもとに研究を始め，文部省科学研究費試験研究 B
を平成 4〜5 年度及び平成 6〜7 年度に採択されたことから大学と官・産の共同により機器開発を軌道にのせることができた．それらの成果については本誌にその都度報告してきた．本研究グループは当初は中海を主な調査対象として塩分躍層の観測を行うな
かで機器の開発を行ってきたが，平成 9 年度からは
島根県の江の川を対象に塩水楔の観測を建設省中国地方建設局浜田工事事務所の協力で行うようになってから，機器の開発を飛躍的に進めることができた．
その後，平成 11 年度からは中海・宍道湖にも観測

汽水域の水の動きをしらべる（その 1）−これまでに開発した観測機器−
汽水域の水の動きをしらべる（その 2）
1

2
3
4
5
6
7

島根大学総合理工学部 Faculty Science & Engineering, Shimane University, Matsue 690−8504, JapanE−mail:tokuoka@riko.shimane−u.ac.jp
地質調査所 Marine Geology Dept., Geological Survey of Japan
千本電機㈱ Senbon Denki Co., Ltd.
クローバテック㈱ Clovertech Inc.
㈱ワイ・オ―・システム Y.O. Systems Inc.
㈱鶴見精機 The Tsurumi−Seiki Co., Ltd.
北陸先端科学技術大学院大学 Janan Advanced Institute of Science and Technology in Hokuriku

101

102

徳岡隆夫・三瓶良和・西村清和・須崎 聡
松田滋夫・久保田俊輔・鈴木重教・上野博芳の場を再び拡げて，とくに両湖をつなぐ大橋川で高塩分水塊がどのようにして宍道湖にまで流入するかの観測を同，出雲工事事務所の協力によって行うよ
うになった．これは社会的にも貧酸素水塊が環境への悪影響を与えることに対する社会的な関心にも応えることを目指してのことである．ポスター 3 と 4はこれら両機関の協力があって初めてできたものである．展示ではポスターの他に新たに開発した観測機器とともに調査の様子をビデオで示すなどして，なかなか好評であった（写真）．多くの研究者および機器開発メーカーも，汽水域を含む沿岸域が人の生活や環境保全の問題とかかわって重要であることをよく認識してきていることが感じられた．

以下は研究団体展展示パンフレットに示した本グループの宣伝である．
「本グループは河口域の塩水クサビや汽水湖の塩分躍層を対象に学・官（工技院地質調査所）・産（千本電機〔株〕，クローバテック〔株〕，〔株〕ワイ・オ―・システム，〔株〕鶴見精機）の協力により機器開発と観測を行ってきました．水質測定を基本にした
従来の観測法ではクサビや躍層の実態を捉えることは困難でしたが，水中の塩分急変部で生じる超音波の反射を可視化した測器（航走式・水底設置式），
海洋での投下式測器 XCTD をもとに開発した温度
塩分測定システム，光ファイバケーブル自体を温度センサとした分布型温度計を併用することによって，それらの動きをリアルに捉えることに成功しました．本システムは塩水の流動により生じる良好な環境や停滞による貧酸素化から生じる環境悪化，温暖化による塩水侵入・地下水の塩水化などの観測に
有効です．
」
（徳岡記）

参

考

文

献

西村清和・松林 修（1996）光ファイバ分布型温度センサの海洋および湖沼調査への適用．海洋調査技術，8: 17-31.
西村清和・鈴木重教・徳岡隆夫（1998）多点型 CT
センサケーブル−測定システムの開発と汽水域での塩分・温度観測実験−．海洋理工学会誌， 4: 41-54.
西村清和・徳岡隆夫・三瓶良和・須崎 聡・松田滋
夫・久保田俊輔・鈴木重教・上野博芳（2000）汽水域の環境計測システム．TECHNO−OCEAN 2000
PROCEEDINGS, 855-858.
徳岡隆夫・三瓶良和・亀井健史・西村清和・鈴木重教・松田滋夫・久保田俊輔・須崎 聡・上野博芳（1999 a）塩分躍層（塩水楔）動態観測システムの開発−汽水域の貧酸素水塊問題への貢献−．
LAGUNA（汽水域研究），6: 179-187.
徳岡隆夫・三瓶良和・上野博芳・西村清和・須崎
聡・松田滋夫・久保田俊輔・鈴木重教（1999 b）
江の川の塩水楔−塩水溯上の長期連続観測システ
ムの開発−（渇水期溯上例，1998 年 12 月〜1999
年 2 月）．LAGUNA（汽水域研究），6: 233-245.
徳岡隆夫（2000）汽水域をとらえる−江の川の塩水
楔観測．月刊「水」，11 月号，16-23.
徳岡隆夫・三瓶良和・西村清和・須崎 聡・松田滋
夫・久保田俊輔・鈴木重教・上野博芳・池田龍彦（2000）感潮河川における塩水溯上と地下水との関係：江の川の観測例．TECHNO−OCEAN 2000
PROCEEDINGS, 715-720.

汽水域の水の動きをしらべる(その１）−これまでに開発した観測機器−
Study the movement of the water in estuaries and coastal lagoons
１．汽水域での観測の意義と機器開発

Brackish lake

陸と海の接点に存在する汽水域はどこでも数千年の歴史を経て成立したもので，そこには環境変化の試練を受けた豊かな生態系がみられる．淡水と塩水の二層構造は汽水域の特徴で，その分布や移動方向などを知ることは，汽水域の環境保全および将来予測に重要である．塩水の流動により良好な水底環境が生じ，一方，酸素が消費された貧酸素水塊が漁場に侵入すると魚介類が死滅するなどの被害が生じる．さらにグローバルな視点で環境問題を考える場合，地球温暖化による海面上昇の影響は真っ先に汽水域に現れるので，汽水域は地球環境研究のモニタリングポストとしてふさわしい場所と言える．近年，こうした汽水域における水の挙動を定量的かつ時系列的に把握することが急務となってきているが，従来の観測方法は地点毎の水質（主に塩分）の測定のみであり，その実際の挙動をとらえることは困難だった．そこで我々のグループは，8年前から，音波，光ファイバ温度
センサ，高精度の塩分・温度センサ等を用い，広範囲・長期連続測定可能な観測機器を新たに開発し，観測を行い，水環境の保全や創造のために必要な基礎的データの取得を行っている．

Tidal river
感潮河川

Two-layer structure of
fresh water and salt water

汽水湖

Saline wedge

River-mouthFresh water
Salt water

Halocline

Upper stream

塩水楔

Fresh water

塩分躍層

Saline wedge

Salt water

汽水域の概念 Concept of estuary and coastal lagoon
Reflection

Acoustic impeadance
Z= Densityr xVelocity V
Z1= r1 V1 Z2= r2 V2Salinity

Temperature

塩分

水温

Reflection coefficient R = Z2 - Z1
Water level
Z1 + Z2
水面Reflection =Boundary of rapidly change of acoustic impeadance 音波発振線

塩分躍層
Halocline

Time

湖底

Detection of halocline and thermocline
1. Introduction
A brackish water area (estuaries and coastal lagoons) which is located at the contact between land and sea, has been formed through a history of thousands of years, and there is a rich ecosystem
which has been affected by the environmental changes. Brackish-water lakes and/or tidal river occur this area. Two-layer structure of fresh and salt waters is a characteristic of the brackish water. To
know the distributions and transfer directions of fresh and salt waters is important for environmental preservation and future prediction of the brackish water. Good bottom environment is maintained by
the flow of salt water,while the damage of the fishes dying out is generated by the invasion of an anoxic water mass to fishing ground. Moreover, when environmental problem is considered from theglobal viewpoint, the brackish water area is a suitable place as monitoring post of the global environment research, because the effect of sea surface elevation by global warming appears at the very
beginning in brackish water. Recently, though it is an urgent need to determine the behavior of the water in such brackish water quantitatively and sequentially, the conventional observation method was
only a measurement of water quality ( salinity mainly ) of the every site, and it was difficult to understand the actual behavior. Accordingly, since 1992 our group has been developing new observation
instruments for wide area and long-term measurements using ultrasonic waves, optical fiber temperature sensors, high-precise salinity and temperature sensors, etc., and has been carrying out theobservation. And now, we are acquiring basic data for preservation and creation of the hydrosphere environment.

Lake bottom

音響探査で生じる塩分躍層と塩分・水温の実測値（中海）Acoustic profiling and measured salinity and watertemperature in Lake Nakaumi

２．汽水域で起こる現象

36｡NJAPAN SEA

汽水域では塩水（高塩分水）と淡水（低塩分水）の密度差から，両者が容易にまじわらず，その境目に，塩分が急激に変化する塩分躍層が生じる．これに超音波を当てると魚群探知器が魚をとらえるのと同じように強い反射が生じる．塩分の急変するところでは，水の音響インピーダンス（密度Ｘ速度）が急変するからである．この測定原理を利用して塩分躍層の分布や塩水層の層厚を把握することができる．また海水が流入する河川（感潮河川）では上流に遡上した海水の先端部（塩水楔（くさび））を超音波で同様にとらえることができる．このようにして，塩水楔音響プロファイ
リングシステムと塩水楔音響動態観測システムが生まれた．
塩水と淡水では塩分が大きく違っているが，水温を測ってみると，やはり相違している．しかも塩分が急変するところで水温も急変する．このことは，水温を測れば，ある程度塩分を推定できることを意味し，水底で水温を連続的に測れば，塩水，淡水の流動を捉えることができる．光ファイ
バ式温度分布計測システムはこれを応用し，塩水塊の分布や動きを観測する．
我々は新たに開発した観測機器を用い，島根県東部の中海，宍道湖，大橋川，島根県西部の江の川などの汽水湖・感潮河川で観測を行っている．

2. Phenomena in brackish waterIn brackish water, the salt water (the high-salinity water) and the fresh water (thelow-salinity water) are not easily mixed because of the density difference between
them, and a halocline where the salinity rapidly changes is developed at the boundaryof both waters. Reflections similar to a fishfinder detecting fish are generated at thisboundary, when ultrasonic wave is put in the brackish water. This is because an
acoustic impedance (density x acoustic velocity ) of the water also changes suddenly
at the halocline.
It is possible to examine distribution of the halocline and thethickness of the salt water layer using this measurement principle. In this way, thefollowing were produced:"Underwater acoustic reflection profiling system for survey of
halocline" and "Underwater acoustic reflection measurement system for long-term
observation of halocline behavior". Not only the salinity but also the temperature varyfrom salt water to fresh water. Moreover, the salinity and the water temperature alsochange suddenly at the same depth. It means that we can estimate the salinity ofwater by measuring of water temperature. And it is possible to detect the flow of freshand salt waters, if the water temperature is continuously measured on the bottom.
"Thermometry system using optical fiber distributed temperature sensor" and "CTmulti-sensor temperature salinity measurement system" are based on this principle,
and they observe distribution and movement of the salt water mass.

MATSUE LAKE

EXPERIMENTSITE 1NAKAUMIMT. DAISENLAKE SHINJI

SHIMANE PREF.
RIVER

GONOKAWA
35｡N

GOTSU
HAMADA132｡E34｡30' N
134｡E

133｡E

Index map of observation sites

本体

SC-3型装置のブロック図
Block diagram of SC-3
acoustic profiling system

３．新たに開発した観測機器（１）塩水楔音響プロファイリング
システム （航走式：SC-3型）

EXPERIMENTSITE 2送受波器
Transducer

水面

航走しながら200kHzの超音波を水面から水底に向かって発信
し，塩分躍層で生じる反射波を受信し，塩分躍層の分布，形状を記録断面として捉えることができる．反射信号はデジタ
ル化されデータ収録器に記録される．

受信部
Receiver

記録部

送信部
Transmitter

制御部
Controller

Graphic
recorder

ON3
ON2

ON1

塩分躍層

デジタル記録器
SC-3型装置の外観
湖底
Position of sensors in R. Gonokawa
Digital recorder（左：本体，右：デジタル記録器）
3. Measurement systems for brackish water observation(1)An acoustic reflection profiling system for spatial distribution survey
SC-3 acoustic profiling systemof halocline(Model SC-3)(left: main body, right: digital recorder)This acoustic profilingsystem was made by
Basic specifications of measurement system
improvement of 200kHz
precision echo sounder. A(3)Thermometry system using optical fiber distributed
Fresh water(1)Acoustic reflection profiling system for spatial distribution
temperature sensor(Model DTS-80)
receiver of the system wassurvey of halocline(Model SC-3)
Temperature range-200 ~ 300℃
Transducer
Frequency
200kHzused as amplifiers toTemperature accuracy±0.2℃(measuring time 10min.)Beam angle 6 degree
maintain the linearity andReceiver amp.
Straight typeSpatial resolution
1m
RecorderThermal typefidelity of signal. The system
Measuring distance
8km/loop
Power supply
Internal Ni-Cd battery or
Number of channel
4 loopsmeasuresreflection
External battery(12V)Power supply
AC 100V, 200W
Salt water
Temperature
DC12V, 0.6A
amplitude and detect the(Y.O. systems Inc.)
Salinity(SenbonDenki Co., Ltd. )weak reflector caused by the(4)Temperature salinity measurement system using multiple CT(2)Underwater acoustic reflection measurement systems for
rapid change of acoustic
sensors (Model MCTH-2)
long-term observation of halocline behavior(On-line model,
Measurement items
Temperature and conductivity
impedance at the halocline in
Model SC-2 )Temperature sensor
Thermistor
Transducer
Frequency 200kHz
brackish water. Distribution of
Temperature range-2 ~ 35℃
Beam angle 6 degree
the halocline and thickness ofTemperature accuracy±0.02℃
Transmitter and receiver Transmission pulse width 15~110ms
SC-3型装置による記録例（島根県江の川） Example record of SC-3 acoustic profiling system
Conductivity sensor
Electromagnetic induction cell
Gain adjustment 0~ 30dB
the salt water layer can be
Conductivity range
0~70mS/cm
System controller and data logger
recorded as profile records.
A/D converter 12bit, sampling
Conductivity accuracy
0.03mS/cm
Water surface
frequency 1MHz
Analog reflection signal isControl & digital data recorder
Number of sensors
5
Acoustic unit
CPUCeleron 166MHz,Interval of sensors
100m
converted to digital signal
RAM64Mbytes, HD 6GB
Cable length
700m
MO disk drive 230Mbytes
and recorded in a digital
Interval of measurement 5, 10, 15, 20, 30min
Output-A(SenbonDenki Co., Ltd. and ClovertechInc.)
Receiver-1
A/D converter(Tsurumi-seiki
co.,
Ltd.)
data logger.
Output-B
SW（２）塩水楔音響動態観測システム

塩分躍層Transducer3（オンライン式：SC-2型， オフライン式： CL-3型）
200kHzの超音波を発信する送受波器を水底に固定し，水面に向かって音波を発信する．塩分躍層で生じる反射波を連続的SC-2型装置の設置に記録し，時間，空間的な動態を捉る．オンライン方式の装 送受波器およびケーブルの外観
Installation of SC-3 system
Transducer and cable
置では，送受波器は3台あり，最長400mのケーブルで陸上の記録部に接続され，リアルタイムの測定が可能である．また
SC-2型装置の外観
オフライン方式の装置はバッテリ駆動ですので，設置場所が（左：本体、右：デジタル記録器）
フリーとなる利点がある．
(2)An underwater acoustic reflection measurement systems for long-term
observation of halocline behavior(On-line model, Model SC-2 ; Off-line model,
Model CL-3)
The transducer which sends out an ultrasonic wave of 200kHz in the system is
set up on the bottom of water, and the ultrasonic wave is sent toward the surfaceof the water. The reflection generated by the halocline is continuously recordedin the systems, consequently, the system detects temporal and spatial behaviorof the brackish water. An on-line system, model SC-2 has three transducers withcables of 200m or 400m. The end of the cables is connected to the system onland.
On the other hand an off-line system, model CL-2 can be placed
anywhere we like because the system is driven by a battery power.

Transmitter-1

Trigger in

Receiver-2

Output-A
Output-B

Transmitter-2

Trigger in

Receiver-3

Output-A
Output-B

Transmitter-3

Trigger in

Lake bottom
Transducer-2

Transducer-1

SW

SW

SC-2型装置のブロック図
Block diagram of SC-2
acoustic reflection
measurement system(Option)A/D converter

A/D converter

CRT monitor
Trigger
outputCPU

MO Disk
drive
Color monitor

Hard disk

Salt water

SC-2 acoustic reflection measurement system(left: main body, right: digital recorder)SC-2型装置による記録例（島根県江の川）Example record of SC-2 acoustic reflection measurement system（３）光ファイバ温度分布計測システム （DTS-80型）
Main instrument DTS-80

光ファイバケーブル自体を温度センサとして利用する温度計
で，光ファイバケーブルを湖底や川底に敷設して温度を測定する．光ファイバケーブルの全長は最大4kmで，1m毎4,000点のケーブルに沿った分布温度が得られる．温度精度は±0.2℃．汽水域の湖や河川では淡水と塩水に温度差があり，水温の変化を捉えることにより塩水塊の分布や動きを知ることができる．
(3)A thermometry system using optical fiber distributed temperature sensor(Model
DTS-80)The optical fiber thermometry system is a thermometer using an optical fiber as
temperature sensor. This system may not have as high accuracy as thermistor
thermometers, but it has the great capability of simultaneous multi-point temperature
measurements using only one optical fiber cable. For example, temperatures can bemeasured at 4,000 points at an interval of one meter along a 4,000m long optical fiber.
The system can measure spatial and temporal distribution of water-bottom
temperature in brackish water .

Processing
unit(Computer)

Controller
Personalcomputer

光ファイバ温度分布計測
システムの外観
DTS-80 optical fiber
thermometry system（４）マルチCTセンサ温度塩分システム（ MCTH-2型）
海洋での水温・塩分測定用の投下式測器であるXCTDをベースにして，湖底や川底の温度，電気伝導度（塩分）を広範囲に測定できるようにした測定システムである．XCTDプローブを改造したCTセンサを100m間隔で5個つなぎ，水底の近くの塩分と水温を高精度に連続的（5分毎）に測定できる．

Optical fiber cableLasersource &detector
To measure distributed temperature
at one-meter intervals along a 4,000m
long optical fiber
MO diskdrive

光ファイバ温度分布計測システムのブロック図
Block diagram of DTS-80 optical fiber thermometry system

Temperature distribution records of DTS-80
ケーブル

100m

CT 5
CT センサ

CTセンサプローブの外観
CT sensor probes

CT 4

CT3

CT 2

CT 1

XCTDデジタル
コンバータ
XCTDdigitalconverter(4)A temperature salinity measurement system using multiple CT sensors (Model
CT センサMO ディスク
ノートパソコン
MCTH-2)切替器
Notebook
ドライブ
CT(Conductivity/Temperature) multi-sensor temperature salinity measurement
XCTsensor
RS-232C
computersystem is based on XCTD (Expendable Conductivity, Temperature & Depth Profiling
MO disk drive
selector
System) for oceanographic observation. The system utilizes five modified XCTD
probes as its CT sensors. Each CT sensor is connected with a 700m long multi-wirecable at an interval of 100m, and the cable is connected at its end to a measurement
control and data logging system. The CT sensors are installed on the bottom of a マルチCTセンサ計測システムの外観
マルチCTセンサ計測システムのブロック図
brackish water lake or a tidal river, and the continuous measurement (5 min. interval) Temperature salinity measurement
Block diagram of temperature salinity measurementof temperature and salinity can be carried out.

system using multiple CT sensors

光ファイバ温度分
布計測システムによる温度分布記録

system using multiple CT sensors

マルチCTセンサ
測定システムによる水温塩分記録（島根県江の川）
Temperature/salinity measurement
records of multiple CT sensors
2000/10/24 作成

汽水域の水の動きをしらべる(その２）−中海での塩分躍層の観測−
汽水湖では高塩分層が下に，低塩分層が上に重なり，その間に塩分が急変する塩分躍層ができています．これは２つの層の密度差から起こることで，なかなか混じり合 いません．特に夏になって上層の水温が高くなってくると，密度差はさらに大きくなるので，下の高塩分層は底のほうに停滞し，有機物の分解や生物によって含まれている酸素がしだいに減っていき，貧（無）酸素の高塩分水塊を生じさせ，湖底からのリンの溶出をもたらすなどして水質を悪化させます．また，この水塊が潮位・気圧・風の吹き方によって湖の底を這うように移動することがコノシロやヤ
マトシジミの大量 死と関係があるのではないかと考えられています．
これまで塩分躍層は船上から水質計を降ろして水質（塩分）を測定することによっ て行われてきました．しかし，この方法だと，天気が悪い時には観測ができません． くわしくデータをとろうとすると，観測点や観測の回数を増やさなければならず，経費もたくさんかかることになります．私たちの研究グループは，（その1）で示したように，湖底に観測機器を設置して塩分躍層の動きを昼夜を問わず，また天候にとらわれずにその動きを連続的にとらえる方法を開発しました．これによって，中海では 強い風が長時間に渡って吹くと高塩分水塊が移動を始め，陸に近い湖
棚にはい上がっ てくる現象や，台風のような強風で湖が荒れた時には塩分躍層は消失するのではなく，大きく振動して，風が弱まるとまたもとに戻るといった驚くべき現象が明らかに なっています．

中海における観測水域
境水道

境港
江島
美保湾

観測水域１

中海の大根島入江港の沖合約200m先に塩水楔音響動態観測システムの送受波器３台を設置しました．送受波器を設置した場所の水深は3.5m程度で，通常，水面から湖底まで低塩分水で満たされており，ふだん塩分躍層は存在していません． 水温，塩分，塩分層の動きを把握するため，温度塩分センサを備えた流向流速計や光ファイバ分布温度センサも同時に湖底に設置しました． 観測データの中で，典型的な塩分躍層の現れた音響断面を図（左上図）に示しました． この記録では，５月１１日８時頃から送受波器T‑3付近に沖合
いから塩水が到来し１２時〜１４時には水面下約50cmまで
塩分躍層が上昇したことを示しています．塩水層が到来した
時，湖底の塩分，水温，流向流速はどのように変化するかをグラフ（左下図）に示しました．音響記録の塩分躍層の上昇と，塩分の上昇，水温の低下が相関していることがわかります． また，流向は北向き（0, 360度）から南向き（180度）に変化しますが，これは塩水塊の動きを反映しています．また光ファイバケーブル（右上図）には，高塩分水塊の湖岸への到来に伴って湖底水温が低下する様子が光ファイバケーブ
ルの各地点で検知されています（中図）．光ファイバケーブ
ルの南端から順次水温が低下して低温の高塩分水でみたされることがわかります．
この長期観測により，湖岸付近では，主に強風（観測域付
近では西風）が吹いた後，湖水下層の塩水塊が湖岸（湖棚）に到来することがわかりました．

湖底に敷設された
光ファイバケーブル

塩分躍層
2

T‑3

中海
1

観測機器の設置図（中海大根島入江湖岸）

湖底

9

風
30

塩分
(psu )

の経時変化

低塩分水
高塩分水

25
15

水温

5

(℃)

強風による湖水の流動

360

流向

180

(°)

0
20

( cm /s)

0
5/9
12:00

5/10
0:00

5/10
12:00

5/11
0:00

5/11
12:00

5/12
0:00

!!!
P
P!
ELL
H
HE

距離(m)

流速

10

中海

大根島

水面

付き流向流速計
による塩分，水温，流向，流速3km

中海の観測水域

3102

観測水域 2

強風時の大根島入江T‑3地点における音響画像（1995年5月10−11日）

温度塩分センサ1

米子☆強い風が吹くと高塩分水塊が湖棚へはい上がってくる．
（大根島入江での観測例 1995年５月10‑11日）

20

0

大根島

光ファイバ分布型温度センサによる海底水温分布と時系列変化

5/12
12:00

貧酸素
高塩分水塊

貧酸素高塩分水塊の漁場への侵入

観測機器の設置作業☆台風のとき，塩分躍層は消失されずに大きく振動する．
（中海中心部での観測例 1995年9月15−17日）

湖底に敷設された
光ファイバケーブル

強風時の中海中心部T‑3地点における音響画像（1995年9月15−17日）

建設省中海湖心観測所
この付近に観測機器を設置した．
@▲▲

A ▲ C▲ D

▲F

▲H

▲J▲ K

M
▲▲

湖心観測所

送受波器T‑3

N

28
9/16
12:05

1,15

23
28
9/17
1:59

観測機器の設置図

23
28
12:21
23
28
12:29
23
28
12:45
23

温度塩分センサ付き流向流速計

35

28

25

12:53

塩分

15

23
28

( psu )

による塩分，水30

温，流向，流速

25

水温

の経時変化

20

(℃)

13:01
23
28
13:09
23
28

360

13:17

流向

180

23

(°)

28

30

流速

28

15

( cm /s)

0

13:26
23

13:34
23

0

28

9/16

９/16

9/17

9/17

9/18

9/18

9/19

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

12:00

0:00

13:42
23
28
18:00

中海の湖心に設置された建設省中海湖心観測所（写真上）を中心に，音響送受波器３台，光ファイバ分布温度センサ， 流向流速計，小型サーミスタ水温計を湖底に設置し，長期観測を行いました．観測水域の水深は6.5m程度で，通常，水面下3m付近に塩分躍層が存在します
が，天候により塩分躍層と湖水の動態は大きく変化することがわかりました．1995年9月15‑17日の大型台風１２号が接近したときの塩分躍
層動態観測の記録を示します．台風１２号の接近により，風が強まり， それに従い，水中に音響ノイズが現れ， 音響反射面（塩分躍層）が下降して行きました．9月16日23時には風速
15.7m/sに達し，それとともに反射面も湖底に達したものと思われます．同時観測の湖底の塩分測定結果では，塩分が急激に低下しています．これは下層の高塩分層がこの付近から移動し，上層の低塩分水が湖底まで満たされたことを示しています．また光ファイバ分布型温度センサ（右上図）は，温度の高い高塩分水塊が戻ってきた時の温度変化を刻々と記録しています（右下図）．

23

▲▲

@

▲ ▲

A

C D

▲

▲▲

▲

F

H

J K

▲▲

M

N

光ファイバ分布型温度センサによる海底水温分布と時系列変化
観測機器の設置作業

流向流速計

制作 2000年11月 徳岡隆夫（島根大学総合理工）・西村清和（地質調査所）
塩水楔研究開発グループ 徳岡隆夫・三瓶良和（島根大学総合理工）・西村清和（地質調査所）・須崎聡（千本電機〔株））・松田滋夫（クローバテック（株））・久保田俊輔（（株）ワイ・オー・システム）・鈴木重教（（株）鶴見精機）・上野博芳（北陸先端科学技術大学院大学）

汽水域の水の動きをしらべる(
その３）−大橋川での高塩分水塊の観測−
汽水湖中海では下位の高塩分層と上位の中塩分層の間に塩分躍層があります．これは 境水道から中浦水門を経て入ってくる海水と斐伊川→宍道湖→大橋川を経て中海に入 ってくる水塊が密度差からたやすくは混じり合わないことから起こります（（その 2）参照）．湖底付
近の高塩分水はとくに夏場には停滞して貧（無）酸素化し，気象条件によっては大橋川を溯上して，宍道湖にまで入りこみます．大橋川を生活の場としている漁師は，「川底を這うように澄んだ，冷たい水が上がってくるがそれだ！」といっています．この水には魚はおらず，この水が上がってくるとまったく漁 にならないとのことです．（その1）で説明した機器を矢田の渡し付近に設置して行 った観測から，以下に説明します．

宍道湖
大橋川
中海

観測水域

大橋川での一日の水の動きをとらえる（1999
年10月22日）
温度(℃)

大橋川付近の空中写真
水面

ON2
流向流速計
音響動態観測システム
送受波器
マルチCT
センサ

矢田の渡し」
大

橋

水底
水面

塩楯島

川

ON3
光ファイバケーブル

水底
0
:0
0

1
8:
00

1
2:
00

0
:0
0

音響動態観測システム
川床に設置した2つの送受波器が，同様に2回の水塊の動きがあったことを示しています．午前 1
時すぎにはい上がった水塊は昼前に後退しましたが，この位置から後退しきれずに再び はいあがっていったことがよくわかります．

塩分(P
SU)
観測機器の設置図
A'

6
:0
0

B'

河口からの距離(km)

マルチCT
センサによる温度塩分測定
4
つのセンサが川床に約 100ｍおきに設置されています．温度と塩分の変化が完全に対応 していることから，水塊の動きを知ることができます． C
T2から C
T5までは 240ｍ であるの で，最初のはい上がり速度は 0
.2
m/
s(0
.7
2k
m/
h)
，二度目は 0
.2
m/
s
(
0
.7
2k
m/
h)
となります．

B

A

光ファイバ分布型温度センサによる川床温度の時空間分布
中海入口(大橋川河口）からの距離 1.6kmから宍道湖側へ 2
.6
kmまでの
100
0ｍ間（縦軸）の川床の温度 変化が0.5℃ごとで示されています．温度の急激な変化は水塊が違うことを意味するので（右図），0時すぎに大橋川をはい上がった水塊がいったんは退き，再度昼からは い上がっていったことがわかります．図のA‑A'，B‑B'の傾きは水塊がはい上がる速度を示 していて，前者では 0.35m/s(1.2
6km/h)，後者では 0.2
7
m/
s(1
.0
5k
m/
h)
となりま
す．

観測機器の水底設置作業

マルチCT
センサの敷
設作業

流向流速計で観測された流速

光ファイバーケーブルの敷設

光ファイバーケーブルの敷設

観測室での機器調整

光ファイバ温度センサで一ヶ月の温度変化をみる(19
99
/9/
30
〜1
99
9/1
1/
2)．
河口からの距離(km)
Position(km)

2.6

2.4

2.2

2.0

1.8

1.6

9
/3
0

1
0/
1

1
0/
2

1
0/
3

1
0/
4

1
0/
5

1
0/
6

大橋川を溯上する塩水塊

1
0/
7

1
0/
8

1
0/
9

1
0/
10

1
0/
11

1
0/
12

1
0/
13

1
0/
14

1
0/
15

1
0/
16

1
0
/1
7

1
0
/1
8

1
0
/1
9

D
at
e(
y
(
/
月/
m/
日)
d
)

1
0
/2
0

1
0
/2
1

塩水楔音響プロファイリングシステム（航走式：SC‑3型）による大橋川（塩楯島〜大 橋間）の水塊
分布（19
99
年1
0月22
日，1
0.
3
0〜1
1
.0
5の記録）
中海側からの中塩分水塊の先端部が新大橋付近にまで達し，その上を宍道湖からの低塩分水塊がそれを削りながら流れています．水深2〜3ｍあたりに重なるように見える音響反射面はそこで塩分が急変していることを示しています．水面直下の濃い帯状部は音源から の直接反射，縦の線は波による乱れを示しています（上記の大橋川の一日の水の動きを示した観測データと同じ時間帯で測定しています）．

1
0
/2
2

1
0
/2
3

1
0
/2
4

1
0
/2
5

1
0
/2
6

1
0
/2
7

1
0
/2
8

1
0
/2
9

1
0
/3
0

1
0
/3
1

1
1
/1

1
1
/2

1
1
/3

中海〜大橋川〜宍道湖にかけての水塊の分布（概念図）
中海では下位の高塩分層が上位の中塩分層と塩分躍層で接し，宍道湖では湖底付近に 中塩分層がうすく拡がりますが，大部分は低塩分〜淡水層からなっています．大橋川では中海側か らの中塩分水塊と宍道湖側からの低塩分〜淡水塊が斐伊川の流量，潮の干満・風・気 圧などによって複雑な出入りをします．中海の高塩分水塊は通常は塩楯島を越えること はありません
が，気象条件によっては大橋に至り，さらに宍道湖にまで流入します．

まとめ
この観測システムによって高塩分水塊の動きを目で見えるようにリアルにつかまえることに成功しましたが，溶存酸素（DO）の測定が組み込まれていないこともあって，かんじんの無酸素水塊の宍道湖への来襲はまだとらえられていません．さらに改良を加えて，大橋川で長期の観測を続ければ，高塩分水塊が中海から宍道湖にどのようなタイミングで入り込むのかを明らかにすることが可能です．また，光ファイバをはじめとしてこれらの観測機器を中海から宍道湖まで連続して系統的に設置すれば，全体の水の動きをつかまえることもできるでしょう．大橋川をさかのぼる高塩分水塊の速度は今回観測した矢田の渡しから松江大橋（県内水面水試の観測による）の間まででみると時速1〜 2km程
度でゆっくりしたものですから，それが無酸素で，まわりの水環境に悪影響を与えるおそれがあるときに工学的な手段を使って破壊することも夢ではありません．

制作 2
00
0
年11
月 徳岡隆夫（島根大学総合理工）・西村清和（地質調査所）・上野博芳（北陸先端科学技術大学院大学）
塩水楔研究開発グループ 徳岡隆夫・三瓶良和（島根大学総合理工）・西村清和（地質調査所）・須崎聡（千本電機(株)）・松田滋夫（クローバテック(株)）・久保田俊輔（(株)ワイ・オー・システム）・鈴木重教（(株)鶴見精機）・上野博芳（北陸
先端科学技術大学院大学）

汽水域の水の動きをしらべる(その４）−感潮河川「江の川」の塩水くさびの観測−
河口域では一般に流下する河川水の下位に海側から海水がもぐりこみながら溯上する
塩水楔（くさび）が形成されます．流量が大きく，干満の差が小さい河川では淡水と海水はあまり混合せずに，海（塩）水は川床を這うようにして溯上して行きます．塩水溯
上の起こる範囲は日本の大きな河川では数 kmから数10km,世界の大河では数 100kmに及ぶ例があります．日本海に注ぐ江の川は感潮河川の代表的な例として知られていて，下流域では自然の状態が良く保存されているので，塩水楔の観測には好適な条件を備えています．建設省浜田工事事務所の支援のもとに行われた観測機器開発による観測例を以下に紹介します．塩水の溯上は川床の浚渫や上流での取水によって促進され，さまざまの被害が起こります．また，地球温暖化による海面上昇では塩水侵入が進み，地下水の塩水化により水資源に影響を与えることになるので，それをモニターしておくことは重要です．塩水くさびは河川管理上で重要な意味を持っていますが，これまでの調査は水質測定のみに頼っていたために，その実際の挙動を捉えることは困難でした．また，測定点や観測時間を増やしても，経費がかさむばかりで，実態の解明には限界がありました．ここに紹介する観測システムによって，塩水溯上がどこまで及んでいるかを船上からの音波探査ですみやかにとらえることができ，また，各種の機器を川床に設置することによってその動きを連続的にリアルにとらえることが初めて可能になりました．

江の川
江の川はその源を広島県山県郡大朝町阿佐山に発し，本流の長さ約 200km，流域の広さ3870km
2で全国16位，流域人口は約23万人です．中国山地を越えて日本海に注ぐ先行性河川で，上流部では河川争奪が各所でみられ，地形学的にはもっとも特徴があり，注目されている河川の一つです．また下流部では豊富な水量と日本海側は潮位差が小さいことから，弱混合型感潮河川の日本における代表例として知られています．
江の川ではスズキは河口から15kmにわたって溯上しており，アユとともに魚釣りの名所として知られています．

水面

塩分躍層

温度

塩分

川床

塩水楔音響プロファイリングシステム（航走式：SC‑3型）
による渇水期の塩水溯上状況（19
99
年1
0月27
日）

音響探査で生じる塩水楔(塩分躍層)と塩分水温の実測値（19
9
9年2
月1
4日）

日本海

江の川

9
7年度観測域
江津

9
9年度観測域
(
7.
4‑
8
.2
km
)

観測井戸

塩水楔音響動態観測システム（オンライン式：SC‑2型）による河口から 5.
5km地点での塩水溯上と降下（1
99
7
年12
月2
5日〜31
日）

(
8.
65
k
m)
J
R 三江線
川平水位観測所

9
8年度観測域B
9
8年度観測域B1km

江の川下流部の観測域
塩水楔音響動態観測システム（オフライン式： CL‑3型）による河口から 5.
5km地点での淡塩境界（1999
年12月6日〜11日）

塩水楔音響プロファイリングシステム（SC‑3型）
による航走調査

光ファイバ温度センサによる川床水温の時間空間変化からみた
塩水溯上と降下（1999
年2月3日〜11日）

マルチC
T
センサ温度塩分計測システム（ M
CT
H‑
2型)
に
よる川床での温度・塩分の変化（19
9
9年2
月7
日〜10
日）

光ファイバケーブルの設置準備 光ファイバケーブルの敷設作業

水中撮影でとらえた淡塩
境界（潮目）

川床に設置したオフライン音響
動態観測システム用送受波器

音響動態観測システムの送受波器の設置作業

マルチCT
センサの設置準備

川床に設置した光ファイバケー
ブル(
左)とオンライン音響動態
観測システム用送受波器(
右)

制作 2
00
0
年11
月 徳岡隆夫（島根大学総合理工）・西村清和（地質調査所）・上野博芳（北陸先端科学技術大学院大学）
塩水楔研究開発グループ 徳岡隆夫・三瓶良和（島根大学総合理工）・西村清和（地質調査所）・須崎聡（千本電機〔株））・
松田滋夫（クローバテック（株））・久保田俊輔（（株）ワイ・オー・システム）・鈴木重教（（株）鶴見精機）・上野博芳（北陸先端科学技術大学院大学）