「水循環」に関する研究報告

河川が有する熱環境改善効果について
Improvement effect of rivers on urban thermal environment
研究第二部

主任研究員

水垣浩

研究第二部

次田中長光長株式会社 富士総合研究所 筧雅行

株式会社 富士総合研究所 川名輝子

近年ヒートアイランド現象や地球温暖化の影響によると考えられる異常気象が多発しており、各方面の研究機関でヒートアイランド現象に対する調査・研究を行っているところである。本稿は、河川のヒートアイランド現象軽減効果の有効性を検証するため、河川が有する周辺市街地への熱環境改善効果を定量的に把握した研究成果である。
ケーススタディーとして、河川区域内の土地利用を変化させた数値シミュレーション計算を行い、現況の土地利用での気温と比較することにより河川が有する熱環境改善効果を評価した。一点目は、河川の有無による周辺市街地の気温差により、河川の効果を検証した。二点目は、多自然型川づくりにより高水敷の植生を増加させた場合の気温差により、多自然型川づくりの有効性を検証したものである。
キーワード：ヒートアイランド、熱環境改善、荒川将来像計画、多自然型川づくり
Many abnormal meteorological phenomena that are thought to be attributable to the heat island effect andglobal warming have been reported, and research institutions in various fields are conducting studies andresearch on the heat island effect. This paper reports the results of a quantitative evaluation of the improvement
effect of rivers on the thermal environment in urban areas.
In case studies, numerical simulations were performed for different land use patterns in the river areas, and thethermal environment improving effect of rivers was evaluated by comparing the simulation results with the temperatures brought about by the present land use patterns in the river areas. The authors verified (1) the effect ofrivers by comparing air temperatures in riverside urban areas and those in riverless urban areas; and (2) theeffect of nature-oriented river works by comparing air temperatures in dry riverbed areas with different amountsof vegetation fostered by nature-oriented river works.

Key words : heat island, improvement of thermal environment, "Next Arakara" Plan, nature-oriented riverworks−172−リバーフロント研究所報告

1．はじめに第15号

2004年9月

本研究では、ヒートアイランド現象に対して河川が今春の桜の開花日は、東京では例年より10日早い3有する熱環境改善効果を把握するため、数値シミュレ月18日であり1953年の観測以来2番目の早さとなった。 ーションにより定量的に評価し、今後進めていく多自また、福岡の3月17日に次ぐ早さで鹿児島や高知よ然型川づくりや自然再生事業等の熱環境面での効果について検証するものである。

り早い開花日であった。（図−1参照）

2．ヒートアイランド現象に対する河川の効果
河川でのヒートアイランド現象に対する軽減効果の改善としては、埋立や暗渠化などにより失われた水面の復活、高水敷の緑化、コンクリート護岸から芝生や多自然型護岸への変更等が考えられる。
一般に河川等水辺の周辺では、付近の気温と比較して気温が低く涼しく感じる。これは、水面や緑地は他の地表面と比較して、表面温度が低く顕熱（空気によって運ばれる熱）が小さいこと、また、水面上や植物による蒸発散機能により潜熱（固体、液体、気体と変化する時に吸収、放出する熱エネルギー）が多くなる
図−1 全国の桜の開花日（日本気象協会資料）ためである。さらに、都市部では河川周辺が密集市街地となっているのに対し、河川区域内は、水面およびさらに、5月11日東京都心では最高気温が30.2℃に達し、今年初めての真夏日となった。気象庁によると東高水敷のオープンスペースとなっているため、風の通り道となり、気温が低くなるためである。

京都心での真夏日は1876年の観測以来4番目の早さとこれらの河川等の水面が有する熱環境改善効果につのことである。近年、局地的な豪雨が多発してきていいては、既に多くの研究者が詳細な観測データとともることも含め、これらの異常気象は地球温暖化やヒーに報告しているところであり、菅・河原（1993）が観トアイランド現象の影響と言われている。

測した多摩川での結果では、日中の河道内低水路部の1）,2）

写真−２

荒川周辺の熱ビデオ静止画像（撮影高度2,000m 撮影日時2003年8月25日12:30）−173−

「水循環」に関する研究報告

気温は周辺市街地に比べて1.2〜0.8℃低く、高水敷で計算するアプローチである。本研究では後者のＣＦＤも0.8〜0.4℃低いと報告しているところである。

による検討を行った。

3）

また、前頁の写真−1および写真−2は荒川の上空

3−2 シミュレーションの前提条件

2000ｍからのデジタルカメラおよび熱ビデオカメラによる撮影画像であるが、この画像からも河川周辺では本シミュレーションでの前提条件は、下記のとおり周囲の市街地に比べ気温が低いことが伺える。とした。

3．数値シミュレーションによる河川の効果の把握
3−1 シミュレーションの概要（1）計算領域は対象地の川幅（500ｍ程度）と既往の文献の影響範囲（500〜600ｍ）を考慮し、2㎞四方の範囲とする。
（2）建築物の大きさと計算工数を考慮して20ｍの計

本研究では、河川区域内の土地利用を変化させ、現算格子幅で解析する。

況の土地利用でのシミュレーション結果と比較するこ （3）日射などの効果は簡易的に評価して境界条件なとにより、一点目は、河川の存在自体が周辺市街地のどの形で考慮する。

熱環境に与える効果を評価する。二点目は、多自然型 （4）特定の時刻の定常的な様相を捉える。
川づくりにより水面面積や川岸の植生が増加した場合 （5）周辺の建物などのうち計算格子で解像出来る比の熱環境改善効果を同様に評価する。具体的な内容については、後述するケーススタディーで記載する。

較的大きなものは表現する。
なお、流れ場の計算には、（株）富士総合研究所所

河川周辺の熱環境を数値シミュレーションにより評価する手法は大きく二つに分けられる。一つはメソス

有のＣＦＤコードKappaシリーズのうち、Kappa3D/Vを使用した。

ケールモデルと言われるものであり、比較的広域を対本検討での作業項目は表−1に示す。

象として、経時変化する気象現象を考慮して解析する

次章で作業項目の内容について記述する。

モデルである。もう一つは、ＣＦＤ（ComputationalFluid Dynamics：数値流体力学）モデルと言われるものであり、機械、航空、原子力など工学の各方面で利用されているモデルである。メソスケールモデルよりは狭い領域を対象として高い解像度で詳細な流れ場を

表−１ 作業項目
作業項目（1）地表面温度設定機能の作成

内容①日射解析プログラム作成（ 計算対象地域の日向と日陰の判定）②地表面性状データの取得③地表面温度予測機能の作成（2）計算格子の作成①計算対象地域の選定②地表面の起伏に関する標高データの取得③ 河川周辺の比較的大きな建物に関するデータの取得④計算格子の作成（3）地 表 面 境 界 条 件 の作成①計算対象地域の土地利用データの取得②水面温度データの取得③気象条件データ（ 風向、風速、温度、湿度） の取得④人工排熱データの取得（ 地表面温度境界条件は（1）により設定する）（4）ケ ー ス ス タ デ ィ の実施①ケース１ （ 現況＝ 河川がある場合）②ケース２ （ 河川が無いと仮定した場合）③ケース３ （ 高水敷の植生を増加させた場合）−174−リバーフロント研究所報告

3−3 地表面温度設定機能の作成

第15号

2004年9月

Ｒa＋Ｌa＋Ｌs＋Ｈ＋ｌＥ＋Ｇ＝0

地表面温度は太陽からの地表面に達する短波入射

ここで、各記号の意味は下記のとおりである。

量、地表面からの長波放射量、大気からの長波放射量、 Ｒa：地表面に達する正味日射量[Ｗ/ｍ2]
地表面から大気への顕熱フラックス、地表面から大気Ｌa↓：快晴日の下向き長波放射の日平均値[Ｗ/ｍ2]への潜熱フラックス、地中への熱伝導フラックスの収Ｌs↑：地表面のからの長波放射量[Ｗ/ｍ2]

支を考慮して計算する。地表面温度計算の準備として

Ｈ：地表面からの大気への顕熱フラックス[Ｗ/ｍ2]

日向と日陰を判定するための日射解析を行う。また、 ｌＥ：地表面から大気への潜熱フラックス[Ｗ/ｍ2]
地表面性状により、アルベド（反射率）、地表面からＧ：地中への熱伝導フラックス[Ｗ/ｍ2]の射出率、蒸発効率の違いを考慮する。
ここで計算した地表面温度を大気計算における地表3−4 計算格子の作成面の境界条件値として用いる。

本作業の大気の計算に使用するＣＦＤコードは複雑

次項に概要を記載する。

な形状を精度よく模擬することができるが、以下の点（1）日射解析プログラムの作成（日向と日陰の判定）
太陽の方角・高度および建物データ、標高データを読み込んで日向日陰判定を行うプログラムを作成しに配慮する。
・地表面の起伏・河川周辺の比較的大きな建物た。日向は全天日射を考慮して地表面温度を予測し、 次項に概要を記載する。
日陰は散乱日射のみを考慮して地表面温度を予測し （1）計算対象地区の選定
計算対象地区は荒川下流部の東京都足立区扇大橋周た。

辺の上下流2km×2kmの地区とした。当該箇所は荒川（2）地表面性状データの取得

地表面を田、畑、果樹園、樹木畑、森林、荒地、 将来像計画において扇大橋上流側で水際部の自然地創
建物用地、交通用地、その他、川水面、水たまり、 出、湿地性植物群落などの中規模自然地が予定されて建物の12種類に分類し、参考文献からそれぞれのアいること、また、下流部左岸側では水際部の湿地性植ルベド（反射率）、蒸発効率、熱伝導係数、比熱等を物群落の保全・拡大、ワンド等の自然地の形成などに取得した。

よる大規模自然地の整備などが位置付けられており、

4）,5）,6）

現状からの改善効果が高いと判断した。また、当該地（3）地表面温度予測機能の作成の夏期においては南風が卓越しているため、川の流向地表面の熱収支の様子を図−2に示す。
図中に示した熱収支を次式の地表面熱収支モデルとが東西方向の場合に風下の市街地へ及ぼす効果を把握しやすいと考え、本地点を選定した。

して地表面温度の周期定常計算を行った。

7）,8）

地表面からの長波放射Ls↑
正味日射Ra
大気からの長波放射La↓

顕熱フラッ
クスH

地中への熱伝導フラックスG

0.05m

潜熱フラックスlE

0[m]−0.75[m]断熱境界

図−２ 地表面の熱収支

図−３ 計算対象地域−175−

「水循環」に関する研究報告（2）標高データの取得（2）水面温度データの取得

計算対象地域の地表面の起伏に関する標高データ

河川の水温は、荒川の江北橋における8月上旬の晴は、『数値地図5ｍメッシュ（標高）』（国土地理院発行） 天時の観測結果から27.8℃とした。9）を利用した。

（3）気象条件データ（気温、風向、風速）の取得（3）建物の高さデータの取得

気象庁の資料から8月上旬晴天日の14時における気計算対象地域の河川周辺の比較的大きな建物に関す温、風向、風速をそれぞれ32.5℃、南、2.3ｍ/sとした。10）

るデータは、荒川下流河川事務所から提供頂いた『東 （4）人工排熱データの取得
京都建物高さデータ』を加工して使用した。

独立行政法人土木研究所より提供して頂いた土地利（4）計算格子の作成用ごとの人工排熱データを使用した。

計算体系は東西2km、南北2km、上空500ｍの地域とした。上空の計算領域を500ｍとしたのは、試算の結果、熱の影響は500ｍ程度までしか及ばないと判明したことによる。

3−6 ケーススタディーの実施
河川の水面面積や高水敷の植生など地表面性状を変えた場合のケーススタディーを実施した。現況の土地計算格子幅は水平方向（東西、南北）は20ｍとした。 利用での計算結果と比較することで、河川が存在する鉛直方向は地表面付近を5ｍとし、上空になるほど等ことの効果と多自然型川づくりを行った場合の効果を比級数的に粗くなるようにした。

気温差により評価する。
（1）ケース1（現況＝河川あり）

3−5 地表面境界条件の作成

前項の土地利用データおよび航空写真から作成した

地表面温度設定機能を使用して地表面境界条件を作

現在の土地利用図を図−5に示す。

成した。田、畑、建物用地など土地利用データを収集して計算格子のサイズに合わせてデジタル化した。また、河川水面温度、気象条件データも取得した。これをもとに地表面温度設定機能により地表面温度を計算し、境界条件を作成した。
次項に概要を記載する。
（1）計算対象地域の土地利用データの取得
計算対象地域の土地利用データは、『細密数値情報（10ｍメッシュ土地利用、首都圏1994年版）』（国土地理院作成）を利用した。対象地域の土地利用区分を図−4に示す。なお、このデータでは、高水敷はすべて公園・緑地となっていたため、航空写真の判読によりグラウンド、駐車場、公園・緑地に細分化した。
図−5 土地利用（現況）
また地表面温度予測機能により計算した地表面温度を図−6に示す。
水面は低温（27.8℃）となっており、交通用地や建物では温度が高くなっている（52.6℃〜55.8℃）のがわかる。公園、緑地などは、これよりも低めの温度（44.5℃ぐらい）となっている。

図−4 荒川下流付近の土地利用区分−176−

リバーフロント研究所報告

図−6 地表面温度（現況）第15号

2004年9月

図−8 地表面温度（河川が無いと仮定した場合）（3）ケース3（高水敷の植生を増加させた場合）（2）ケース2（河川が無いと仮定した場合）河川が存在することの効果を把握するため、河川が荒川の将来像計画11）,12）では、河川敷に湿地性植物群無いと仮定した場合のシミュレーション計算を行う。 落、水辺の自然地、大規模自然地が計画されているが、河川区域内が周辺市街地と同様に都市化された場合をこれらが整備されたと想定し、シミュレーション計算想定する。簡略のため、10ｍ×10ｍの低層住宅地と5を行った。図−9に横断図、図−10に平面図のイメーｍの道路を碁盤状に配置した。この場合の土地利用をジを示す。

図−7に、地表面温度予測機能により計算した地表面温度を図−8に示す。

図−9 多自然型河岸整備例

図−7 土地利用（河川が無いと仮定した場合）
現在水面となっている箇所を低層住宅用地と道路用地と想定したため、地表面温度は54℃となり、水温27.8℃に比べ26℃高くなった。このため、風下側の北側市街地の気温が高くなることが予想される。現況との気温差は次項の計算結果に示す。

図−10
−177−

荒川将来像計画整備イメージ

「水循環」に関する研究報告

この場合の土地利用を図−11に、地表面温度予測機
能により計算した地表面温度を図−12に示す。

図−13に示す。現在の水面の位置で最高1.2℃気温が高くなる。

図−13
図−11

現況との気温差（河川が無いと仮定した場合）（xy断面、Z=標高+5ｍ）

土地利用（高水敷の植性を増加させた場合）

また、Ａ地点とＢ地点における風向き方向（y方向）での気温差を図−14に示す。風下側の市街地で最高0.4℃気温が高くなり、800ｍ離れた地点でも0.2℃の気温上昇の影響が及ぶことがわかった。以上より河川が存在することにより周辺市街地の熱環境改善に効果があることが検証できた。

図−12

地表面温度（高水敷の植性を増加させた場合）

地表面温度は、大規模自然地、中規模自然地は43.3℃、湿地性植物群落は、35.9℃、水辺の自然地は
図−1427.8℃となり、現在の公園・緑地の44.5℃、駐車場の風向き方向の気温差55.8℃より1.2℃〜20.0℃低くなり、風下側の北側市街地の気温は、現在より低くなることが予想される。

（2）ケース1（現況）とケース3（高水敷の植生を増加させた場合）の気温差

3−7 計算結果の比較
前項の地表面温度をもとにそれぞれのケースで3次現況と高水敷の植生を増加させた場合の気温差を

元大気・熱移流拡散計算を行い、ケース1（現況）と図−15に示す。該当箇所で0.6℃気温が低くなる。また、の気温差を表示する。なお、ここではＺ＝標高＋5ｍ

図−16に示すとおりＢ地点の水辺の自然地の風下側での結果のみ表示したが、計算は500ｍ上空まで行って最高0.4℃、300ｍ先でも0.1℃の気温低下の影響が及ぶ。

いる。

これに対して、土地利用の変化が少ないＡ地点ではほ（1）ケース1（現況）とケース2（河川無し）の気温差とんど気温差がない結果となった。以上より多自然型

現況の河川が有る場合と河川が無い場合の気温差を川づくりにより高水敷の植生を増加させた場合、周辺−178−リバーフロント研究所報告

市街地の熱環境改善に効果があることが検証できた。

第15号

2004年9月

も効果があるという印象であったが、今回の研究などから、河川周辺の住民や生活環境にも直接効果が有ることがわかった。このような河川の効果をもっと積極的にアピールすべきであろう。
韓国の清渓川（チョンゲチョン）では、高架道路を撤去することによる、暗渠化された河川の再生事業を実施中であり、工事中の段階から周辺の気象観測を行っていると聞いている。河川の有無による熱環境改善効果が、シミュレーションではなく実測値として検証されることとなるため、大変興味深いところである。
同様に、東京で埋められた河川が復活したり、河川上に建設された首都高速道路が撤去されれば、ヒートアイランド現象の緩和に効果があると考えられる。

図−15 現況との気温差（高水敷の植生を増加させた場合）（xy断面、Z=標高+5ｍ）

本研究は、荒川下流河川事務所の委託による「荒川下流整備計画検討業務」の一環として行ったものであり、ご助言を頂いた独立行政法人土木研究所木内氏および荒川下流河川事務所の関係各位に対し深く感謝を申し上げます。
＜参考文献＞
1）環境省環境管理局：ヒートアイランド現象による環境影響に関する調査報告（概要）2）土木研究所 水理水文チーム：ヒートアイランド現象の軽減に関する研究
3）菅和利、河原能久：都市河川，運河が周辺市街地の熱環境に及ぼす効果（1993）

図−164）一ノ瀬俊明ら：細密地理情報にもとづく都市気候

風向き方向の気温差

数値シミュレーション

地表面境界条件の高精度化（1997）5）井原智彦ら：都市熱環境を考慮した高反射高放射4．おわりに塗料導入による建築物のＣＯ 2 排出削減効果の評

今回の前提条件による計算結果では、河川の有無に価よる気温差は、水面位置で最高1.2℃、風下側市街地で

6）理科年表（平成15年版）

最高0.4℃となり、植生増加による気温差は、該当箇所

7）近藤純正：水循環の気象学−地表面の水収支・熱で最高0.6℃、風下側市街地で最高0.4℃となった。一見小さいように見えるが、東京の平均気温の上昇が収支（1994）
8）青竹紀子ら：市街地の熱流・温湿度の実測とシミ100年で3℃と報告されている ということから考えれュレーションによる熱環境評価

ば、決して小さい値ではない。また、仮定した土地利ーションによる市街地の熱流・気温の予測用などの条件を変えれば、もっと大きな気温差が生じ

9）国土交通省ホームページ 「水情報国土」

ることも十分考えられる。

10）気象庁ホームページ1）

その2

従来、多自然型川づくりは、どちらかというと河川

11）荒川将来像計画全体構想書（1996）

空間に生息する動植物のためであり、間接的に人間に

12）荒川将来像計画［足立区編］（1996）−179−

シミュレ