Bulletin of JESC No.43. 2016

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小型気球をプラットホームとした低高度リモートセンシングによる埋立地からの発生ガス推計に関する研究
Low-Altitude Remote Sensing for Estimates of Methane Flux at Landfill Sites

宮原哲也*、島岡隆行**、中山裕文**、八村智明*、永岡修一*

Tetsuya MIYAHARA* , Takayuki SHIMAOKA** , Hirofumi NAKAYAMA ,Tomoaki HACHIMURA* , Shuichi NAGAOKA*【要約】
本研究は、埋立地の安定化を評価するにあたって、その評価指標となる埋立地内温度およびメタンガスに着目し、主に現地調査にて小型気球をプラットホームとしたサーモグラフィーを用いた低高度リモートセンシングの有用性について検討を行った。その結果、計測エリア面積100m2（10m×10m）の埋立地表面の温度分布を10分程度で計測できた。また、小型気球に搭載したサーモグラフィーから得られた熱画像を用いて、埋立地表面温度とメタンフラックスとの相関関係を検討し、埋立地におけるメタンフラックスの推計を試みた結果、本研究で実施した計測条件において計測高度25m、50mであればある程度の精度でメタンフラックスを推計できることが分かった。

キーワード：最終処分場､リモートセンシング､サーモグラフィー､メタンフラックス

１．はじめにチャンバーは多大な時間と労力が必要であり、ま最終処分場における廃棄物の安定化度を評価す

た、レザーメタン検出器やTDL-ASでの計測においるための指標として、埋立層内温度のほかに発生ても、地表の凹凸や植生による計測阻害や、風のガスがあげられる 1)。その中でもメタンは温室効果影響を受けやすいため広大な埋立地を一度にカバガスのひとつであり、廃棄物埋立地は主要な人為ーすることは不可能である（Gregory et.al.2008）。

的発生源の一つでもある。埋立地からのメタン放そこで、埋立てられた廃棄物の分解により発生出量の推計手法としては、これまで用いられてきしたメタンガスが熱対流や濃度拡散により地表面た地表面にお椀型のチャンバーを被せてその中のからフラックスとして放出され、ホットスポット濃度を計測する閉鎖式チャンバー法や、近年ではとして現れることに着目した。このホットスポッ

近赤外波長可変半導体レーザー吸収分光法

トの温度とメタンフラックスとの相関を検討する（Tunable Diode Laser Absorption

Spectroscopy：ことで埋立地におけるメタンフラックスを推計でTDL-AS）等の手法が登場し、計測手法は進化しつきる可能性がある 2)。本研究では、小型気球に搭載つある（US EPA,2006）。しかしながら計測方法にしたサーモグラフィーから得られた熱画像を用いはそれぞれ解決すべき課題が存在する。埋立地のて、メタンフラックスとの相関関係を検討し、埋多数のポイントにおいて計測が必要となる閉鎖式立地におけるメタンフラックスの推計を試みた。

* 一般財団法人 日本環境衛生センター 西日

２．計測対象埋立地と計測方法

本支局 環境科学部
Dept. of Environmental Science, West Branch,
JESC** 九州大学大学院工学研究院環境社会部門
Department of Urban & Environmental
Engineering , Kyushu University

2.1

計測対象の廃棄物埋立地と計測区画計測を行った埋立地は、中国上海市崇明県にあり、その概要は表.1、図.1 のとおりである。計測
対象とした埋立地第一区の埋立面積は 3ha であり、

日 環 セ 所 報 No.43. 平成28年

71

埋立容積は 76 万 m3 である。
埋立構造は、底部にシートによる遮水および浸出水集水管を設置した改良型衛生埋立構造である。
埋立地には主に厨芥類を含む生活系ごみが中間処理を経ずに直接埋め立てられており、ガス抜き管は設置されておらず、更に、埋立物上面には粘土質の覆土が層厚 1m 程度施されている。この構造により、埋立層内に大気が浸透しにくく、埋立層内は、嫌気的な状態になっていることが推察される)。
表.1 計測対象埋立地の概要

図.2 選定した計測区画（10m×10m）の近景

10m
C１2m

12m

C32345C４C２678910141510m

C６1113C716
計測区画は、崇明生活ごみ最終処分場の第一区

12171819C５21

北側に10m×10mの正方形の計測区画を選定した

20C８22232425C９(図.1,2)。選定した計測区画内は植生の影響を排除するために伐採し、25区画に等分割した(図.3)。
また、区画内に存在しているクラック（C1～C9）の位置を図.3に長さや形状を表.2にまとめた。

図.3 埋立地表面に設置した計測区画とクラック位置
表.2 計測区画内に存在しているクラックの長さや形状
クラックNo

調査区画（１０ｍ×１０ｍ）

図.1

崇明生活ごみ最終処分場位置

C1C2
C3C4C5C6C7C8C9

長さ（ｃｍ） 幅（ｃｍ）
105050120
20200150100
710332455410形状
円形筋状
筋状
筋状
筋状
筋状
筋状
筋状円形

Bulletin of JESC No.43. 2016

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2.2

小型気球を用いた低高度リモートセンシ
ングによる埋立地表面温度計測の方法(1)小型気球を用いた低高度リモートセンシング(2)小型気球に搭載したサーモグラフィーの概要
小型気球には、サーモグラフィー（サーモショットF30、日本アビオニクス（株））を搭載した。
サーモグラフィーの仕様は、表.3に示すとおり

システムの概要
図.4に示すように、小型気球は、全長約6m、最であり、計測波長は8～14μmである。図.6にサー大径約0.6mの円筒形である。この気球にヘリウムモグラフィーのユニットへの搭載状況を示す。

ガスを充填し、計測機器としてサーモグラフィーを搭載した。サーモグラフィーを搭載したユニットは、無線により地上モニタでサーモグラフィーの計測状況をリアルタイムで確認することができる。また、地上からの無線操作によりサーモグラフィーユニットを操作することで、地上でモニタを確認しながら任意の角度に調整し、計測範囲を決定、計測を行うことが可能である（図.5）。

表.3 サーモグラフィーユニットの仕様

検出器測定波長
測定温度範囲
温度分解能
測定視野角
空間分解能

２次元非冷却センサ
8～１４μｍ-20～100℃
0.1℃at30℃
28°×21°
3.1mrad

図.4 小型気球の詳細
図.6 サーモグラフィーの搭載状況(3)計測方法と計測条件
サーモグラフィーによる計測は、小型気球計測
サーモグラフユニットを所定の高度まで浮上させて係留した。
サーモグラフィーの高度はレーザー距離計によって確認した。係留された状態で地上モニタの映像により計測区画を確認し、埋立地表面の温度分布計測を行った(図.7)。なお、計測高度によってサRC 操作状況

アンテナとモニターモグラフィーの分解能が変わることからその違いを確認するために、地上から25m（分解能7.8㎝）、50m（分解能15.6㎝）、100m（分解能：31.2cm）の3

図.5 計測システムの概要段階で実施した。計測の時間帯は、埋立地表面温度への影響が大きい日射量が少ない早朝の午前6時頃を選定した。なお、計測当日は、天候は晴天

日 環 セ 所 報 No.43. 平成28年

73であり、気温が18℃程度であった。
3.2

埋立地表面温度分布を用いた廃棄物埋立地のメタンフラックスの計測結果(1)計測方法a)メタンフラックスの計測方法
計測区画はサーモグラフィー計測と同一区画とし、各区画の中央部を代表として計測を行った。
メタンフラックスの計測には静的チャンバー法を用いた。図.9に示すように、チャンバー（内寸：W480mm×D640mm×H580mm）内のメタン濃度をレー
ザーメタン計（東京ガスエンジニアリング（株）
製
図.7

サーモグラフィーによる埋立地表面（計測区画）の計測状況

３．計測結果3.1

埋立地表面温度の計測結果

LMD-miniG）を用いて計測し、次式(1)を用いてメタンフラックスを算出した。

Fc   

273
V C

 106A t (273  T )(1)

ここでFc:チャンバー内のメタンフラックス

サーモグラフィーによる計測区画の埋立地表面(g/m2･hr)、ρ:メタンガスの密度(g/m3)、V:チャ温度の計測結果を図.8に示す。計測区画におけるンバーの体積(m3)、A:チャンバーの底面積(m2)、温度は概ね10～16℃の範囲内にあった。埋立地表⊿C/⊿t ：経過時間濃度変化(ppmv/hr )、T：チ面の温度の分布は均一ではなく、区画東側（区画ャンバー内の温度(℃)である。また、計測範囲内

14、15、19、20、24、25）の温度は、区画全体のに存在したクラック（表.2）についても個別にク平均値（12.1℃）よりも1℃程度高かった。また、ラックから湧出するメタンガス濃度を計測した。

スポット状に温度が高い場所が認められた。なお、埋立地表面に存在したクラックの位置を図.3に示計測に要した時間は、今回の計測区画程度（10mす。なお、図.3中における数字1～25は、区画の番×10m）であれば10分程度であった。

号、C1～C9はクラックの番号である。メタンフラックスの計測と同時に埋立地地表面下50～60cm深度のメタンガス濃度も計測した。

図.8 サーモグラフィーによる埋立地表面の計測結果（各区画の寸法は2m✕2mの正方形である。）

図.9

チャンバー法の概要

Bulletin of JESC No.43. 201674b)クラック内温度の計測方法

高濃度のメタンガス発生が確認されたクラック

表.4

計測区画、クラック別のメタンフラックスおよび地中メタンガス濃度の表層から深さ5cm程度に温度計を挿入して、連続計測を行った(図.10)。なお、ブランクとしてクラックから1m程度離れたメタンガスの発生が認められない地点の埋立地表面温度も同時に計測した。

クラック内温度
計測地点

調査区画（１０ｍ×１０ｍ）

図.10

区画
Ｎｏ．
12

地中メタ
フラックス
ン濃度
2（g/m /hr）
（％）
7.29
0.20
0.1610.20

区画
Ｎｏ．
18
19

地中メタン濃度
（％）
5.66
2.00
9.72
7.60

フラックス
2（g/m /hr）

30.50

0.30202.22

3.00

450.100.05

4.00
0.10

21
2210.88
0.05

9.80
1.00

60.09

2.00

23

3.74

0.10

78

17.64
0.21

10.70
3.90

24
25

0.33
0.53

3.70
22.00
-

90.67

4.30

C115.38

100.26

3.60

C2

16.67-

1112

6.81
3.79

15.50
7.30

C3C434.85
4.24-

13

4.05

0.10

C56.64

-

14
15

0.24
0.31

0.10
4.60

C6C7

5.66
17.69

-

160.00

3.60

C8

1.12-

170.71

12.90

C99.91-

クラック内温度計測地点(2)計測結果
a)メタンフラックス
計測区画中央の埋立地表面および、クラックを有する場所のメタンフラックスとその埋立地表面
下50cm～60cm深度のメタンガス濃度を表.4に示す。
各 区 画 （ 1 ～ 25 ） の メ タ ン フ ラ ッ ク ス は 0 ～17.64g/m2/hrであり、区画によって値のばらつきが認められた。また、クラック部（C1～C9）のメタンフラックスは1.12～34.85g/m2/hrであり、区画の計測結果と同様にクラックによって値のばらつき

図.11

メタンフラックスと埋立地中メタンガス濃度の関係が認められた。埋立地表面下50～60cmのメタン濃度は0.10～15.50％であった。各区画において計測b)クラック内温度

した埋立地表面下のメタン濃度とメタンフラック

晴天の条件において、高濃度のメタンガス放出

スの関係を図.11に示す。両者の回帰式の決定係数が確認されたクラック（図.12）内部とメタン放出は0.06であり、相関関係は認められなかった。

がない埋立地表面付近温度の経時変化を図.13に示す。日没後(18:00頃)から明け方(7:00頃)の間におけるクラック内部の温度は17.3～20.1℃、メタン放出がない埋立地表近くの温度は12.1～17.4℃程度と3℃程度クラック内部の温度が高いことが分かる。しかし、6:30頃から地表面温度が上昇し始め、8:00頃にはクラック内部温度とメタン放出が日 環 セ 所 報 No.43. 平成28年

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４．埋立地からのメタン放出量の推計ない埋立地表面温度が逆転する現象が認められた。
高濃度のメタンガス放出が確認されたクラックは4.1

直下に数cm程度の空間を有しており、これが埋立小型気球により高度25mから撮影した熱画像か層内の有機物の分解によって発生した熱やガスがら得られた埋立地表面温度と、チャンバー法によ大気放散される間に滞留しているものと推察されって計測した埋立地表面に設置した各区画のメタる。この空間における熱とガスの滞留現象が夜間

ンフラックスとの関係を図.14に示す。なお、回帰時におけるクラック内部温度がメタンの放出がな

式は、次式（2）のとおりであり、決定係数は0.45

い埋立地表面付近の温度より高くなったことが原となった。

因であると考えられる。また、6:00頃の日の出後の温度の逆転現象については、クラック端部が庇のように盛り上がった形状になっていることから日射の方向によりクラックの内部が日陰になった

熱画像の温度とメタンフラックスの関係

Ft  9.66t  112.97

(2)

ここで、Ft:推計されたメタンフラックス(g/m2/hr)、ｔ:地表面温度(℃)である。

ため、平坦部と比較して日射の影響を受けにくかったことが原因であると推察される。これらの現象から、クラックは埋立層内の有機物の分解によって発生した熱とメタンガスの大気への放熱・放散口となっているが、その放熱の影響は日射の影響よりも小さく、また、地表面の形状にも影響を受けることが分かる。

続いて高度50m、100mから撮影された画像を用いて同様の解析を行った結果を図.15、16に示す。計
測高度50m、100mにおける回帰式の決定係数はそれぞれ0.25、0.12となった。
これらの結果より、今回の計測時の状況（計測
対象が裸地であり・天候が晴天であり・早朝の気温が18℃前後である条件）において、本研究で使用したサーモグラフィーの分解能では、計測高度25ｍ、50ｍ であれば、ある程度の精度でメタンフラックスを推計することが可能であることが分かった。

図.12 メタン放出が確認されたクラック（中央部に温度センサーを挿入）

図.14

メタンフラックスと地表面温度（計測高度25m）

図.13

メタン放出の有無と埋立地表面付近温度の経時変化の比較

Bulletin of JESC No.43. 2016

76ｍ、50ｍ であれば、ある程度の精度でメタンフラックスを推計することが可能であることが分かった。
③ 埋立物の安定化に伴って埋立地表面に現れる埋立地内温度とメタンガスは、常に一定の関係ではなく、気温・気圧などの気象条件の変化や裸地・植生やクラックの有無などの埋立地表面の状況の違いによっても変動することが考えられることから、狭い範囲の埋立
図.15

メタンフラックスと地表面温度（計測地覆土表面温度とメタンフラックスを実測

高度50m）し、その結果から得られた回帰式と小型気球から計測した計測対象全域の熱画像を用いることによって迅速かつより高い精度でメタンフラックスが推計できると考えられる。

今後は、これらの点を踏まえて、幅広い条件下で適応できる式を構築するために、気象条件や埋立地表面の状況による影響などの検討を行いたい。

謝辞
本研究をすすめるにあたり、ＭＨＩ船海エンジ
図.16 メタンフラックスと地表面温度（計測高度100m）

ニアリング株式会社の山下修一氏、吉田誠氏には小型気球での計測について技術的な指導・支援をいただきました。また、同済大学環境科学与工程

５.

まとめと今後の検討課題

学院の柴晓利先生と学生の皆さまには現地処分場調査の調整・手配・技術指導と助力をいただきま本研究では、小型気球に搭載したサーモグラフした。記して謝意を表します。

ィーから得られた熱画像を用いて、メタンフラックスとの相関関係を検討し、埋立地におけるメタンフラックスの推計を試みた。
得られた結果と今後の課題を以下にまとめる。

参考文献
1) 廃棄物資源循環学会学会(2002): 廃棄物最終処
分場廃止基準の調査評価方法.
2) 山田正人、小野雄策、長森正尚、高橋伴幸① 小型気球をプラットホームとしたサーモグ
ラフィー計測システムを用いて、計測エリア
2

面積100m （10m×10m）の埋立地表面の温度(2001): 第12回廃棄物学会研究発表会講演論
文集、埋立地における地温とメタンフラックスの関係、pp.1026-1027.

分布を10分程度で計測できた。
② 今回の計測時の状況（計測対象が裸地であSummaryり・天候が晴天であり・早朝の気温が18℃前To maintain landfill sites，it is important to monitor the後である条件）において、本研究で使用した

landfilled waste and to evaluate the degree of waste

サーモグラフィーの分解能では、計測高度 25

stabilization. One useful index for such an evaluation is日 環 セ 所 報 No.43. 平成28年
the generated methane gas of the waste layer at thelandfill site. In this way, it is possible to grasp the spatial
distribution of the organic decomposition activity at thesite.

Inthisstudy,

authors

developed

asmallthermographic device mounted on a balloon monitoring
system to monitor the surface temperature of landfill
sites. It is possible to estimate the methane flux of thelandfill sites using the thermal image captured from thesky by the small balloon. The small balloon is aneffective platform to monitor landfill sites via remotesensing.

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