Pb-19
山地森林小流域の長期間観測による流出解析 II－愛媛県大洲市天貢試験地の蒸発散量と流況－
愛媛大学農学部
１．はじめに筆者らは、愛媛県大洲市天貢地区の森林水文試験地（以降、天貢試験地と言う）で、1985 年～2015 年の約30 年間（2000～2001 年の２年間の観測休止を含む）の観測を行い、観測を終了した。このデータを使って、基礎データを整理し、解析して行くことは、非常に重要であると考えている。
本研究の目的は、この貴重なデータを用いて、森林の洪水緩和機能、水源涵養機能を解明することにある。そのために、この観測データを用いて、短期流出解析（減水曲線、ピーク流量の増減）、長期流出解析（年間水収支、蒸発散量と流況）を実施してきている。
ここでは、1985～2010 年の 24 年間のデータを用いて、前回の短期流出解析に引き続き、流域蒸発散量と流況について検討を行ったので、ここに報告する。
２．試験地概要と解析方法
天貢試験地は、愛媛県の南予地域に位置し、大洲市市街地の中心より東南東約 7 km（北緯 33° 28’、東経 132°37’）にある。標高は約 220 m～433 m、北向き斜面で、平均斜面勾配 27°、流域面積は 21.0 ha である。流域の森林植生は、スギ、ヒノキの人工林が 11 ha で、広葉樹が 10 ha である。人工林の林齢は、スギ 45 年～60 年、ヒノキ 10 年～37 年で、1985～1990 年代の人工林の施業は積極的でなかったと思われる。2000 年代になって間伐、一部伐採が行われている。この観測期間の 30 年間、広葉樹林の人工林への樹種変更はなく、広葉樹林は未整備である。地質は、チャート混じりの砂岩粘板岩互層である。
水文観測のうち雨量観測は、直角三角堰から約 10 mの林道端と、約 780 m 離れた集落の畑（以降、集落と言う）で行った。また、雨量観測が欠測した場合、あるいは異常値などの場合の補完として、アメダス大洲観測地点 (北西約 8.0 km、以降、アメダスと言う)と近傍の2003 年から開始したフラックス観測の杭瀬試験地の雨量計（西約 2.9 km）の観測値を用いた。本試験地の解析期間の平均雨量は、1692 mm (アメダスの平年値は1649 mm)で、集落の観測の平均気温の値(2006～2011年)は、14.7 ℃(アメダスの平年値は 15.6 ℃)である。
さらに、解析期間中の流量観測には、少なからず欠測があるので、時間雨量と時間流量データから、前回で用いた、総雨量－総損失量の関係（保留量解析）を組み込
1）
んだ長期間流出モデル（以降、高瀬モデル と言う）によって、観測休止期間前後の２時期に分けて、最適化計算を行い、時間流量を推定し、それを日流量になおして、欠測補完を行った。なお、2004 年 9 月 15 日以降 2005
年 6 月 10 日までの長期の欠測補完値の日流出量は、短期水収支法、流況解析には用いなかった(2004 年と 2005年)。
解析方法は、年間水収支の計算、鈴木方式２）による短期水収支の解析と、流況曲線の解析を行った。年間水収支の計算で、谷 3）が年貯留量の変動について指摘しているが、ここでは、単純に１月 1 日から 12 月 31 日までの期間とした。短期水収支法の鈴木方式とは、短期水収
支期間を決めるときに、①先行する２日間に降雨がな- 640 -○戎 信宏

石川県立大学

高瀬恵次

く、当日も無降雨である水収支の起日、終日の候補とす
る、②この期間候補で、日流出量の差が日流出量の 2%以下のある日の組を用いる、③この組のうち、期間が 8以内のもの、60 日以上のものを除外するという条件で推定する方法である。
３．解析結果と考察
解析期間 24 年のうち多雨年は 1989 年(2105.5 mm)、1993 年(2521.5 mm)、2004 年(2168.0 mm)、2006 年(2128.5 mm)、異常少雨年は 1994 年(1032.0 mm)、2002年(1067.0 mm)である。全解析期間の降水量の平均は1629.0 mm、平均年蒸発散量は 762.8mm となった。降水量の平年値に近い年は、1991 年、1997 年になる。なお、
アメダスでも降水量は、観測 40 年間で 1993 年が多雨年で、第 1 位で、1994 年は少ない年で第 2 位（1 位は1978 年）である。つまりこの期間にこの地方の、極値と同じ多雨年、小雨年が含まれていると考えてもよい。
年間水収支の結果を図－1 に示す。これを見ると、少雨年の 1994 年、2002 年で年蒸発散量の低下はその他の年3）と比較して大きくはなく、谷 が岡山県竜の口試験地の解析で指摘しているように、少雨年でも蒸発散量を維持しようとする森林固有の性質が示されていると考えられる。
次に、年降水量と年蒸発散量、年降水量と蒸発散比の相関関係を図－2,図－３に示した。従来から年間降水量と蒸発散量との相関は言われており、さらに年間降水量と蒸発散比（蒸発散量/可能蒸発量）は、より高い相関値を持っている。これは、降水量が多いと、遮断蒸発量が増加することを意味している。図－３で、蒸発散比が 1.0 となるのは、計算上 1961 mm となり、多雨年は、蒸散量より遮断蒸発量が卓越することを意味する。
ここで、可能蒸発量は、アメダス気象データと大洲市内の消防署の湿度の値から計算されるペンマン式の値である。
蒸発散量の季節変化を調べるため、短期水収支法で推定した蒸発散量の計算結果を図－4 に示す。図－4 の太線は 22 年間(2004 年,2005 年を除く)の平均値である。
これを見ると最小値は 0.7 mm/d(1 月)、最大値は 3.5mm/d(7 月)、年間総量は 801.5 mm であり、年間水収支で求めた値より約 5%大きくなったが、季節変化の値は、妥当なものと思われる。
さらに小雨年の蒸発散量の季節変化を検討するため、1994 年と 2002 年の短期水収支法の結果を平均した値と 22 年間の平均値を示してある。ここで、単年解析では連続的な蒸発散量が得られないこと、図－4 に示す全期間の結果から考えて、26 年間の植生変化の影響は、ほとんどないと思われたので、連続でない少雨年の２年間を平均化した。図－5 でわかるように、図－1 で読み取れない少雨期間(7 月～10 月）に蒸発散量が低下したことがわかる。遮断蒸発量が少ない影響か蒸散量の抑制か断定できないが、蒸散量の抑制の可能性が高い。
なお、紙面の関係で示せないが多雨年では、これとは反対の結果を得ている。
次に、全解析期間の流況曲線を図－6 に示す。図をみる

3000

全期間平均値

少雨年平均値（1994,2002)

6.00

2000

蒸発散量(mm/day)

年降水量、年蒸発散量(mm/y)

7.00

降水量
蒸発散量
平均年降水量
平均年蒸発散量

2500

1692.0
1500

1000
762.8
500

5.00
4.00
3.00
2.00
1.000.00019851990

1995

2000

2005

1

2010

316191

121 151 181 211 241 271 301 331 361
ＤＯＹ年

図－1 年間水収支の年変動

図－5 少雨年の蒸発散量と全期間平均値

蒸発散比

年蒸発散量(mm)と流況がよい 2008 年、流況が悪い 1994 年、1995 年と読み取れる。2008 年は多雨年ではなく、1995 年は少雨年ではない。少雨年
1200.0の 2002 年の流況は、1000.01994 年よりは良好である。これは異常800.0
な少雨期は夏から600.0始まり秋までの期400.0間なので、翌年にそy = 436 + 0.193x R= 0.526の影響が持ち越さ200.0
れ、翌年の春以降に0.0
流域貯留量が回復
0500
1000
1500
2000
2500
3000
年降水量(mm)するまで続くので、少雨年の翌年も流図－2 年降水量と年蒸発散量
況が悪くなる。一方、
1.5多雨年は降水の降り方のばらつきに支配されるようで、
1.0
低水流量(275 日)、渇水流量(355 日)
４）の流出は、劉ら が0.5
年降水量の関係を調べて指摘したよ
y = 0.353 + 0.00033x R= 0.612
うに、あまり関係が0.00500
1000
1500
2000
2500
3000
ない。
年降水量(mm)
３．おわりに
洪水解析、蒸発散量、流況解析を通じて長期間の森林流域の流出解析を行ってきたが、26 年間の森林植生の変化が、流出特性、蒸発散量に大きな影響を与えたとは認められず、幼齢林から森林が推移したような場合を除いて、森林が長期間生長したとしても、水源涵養機能の向上につながると理解すべきではないように思われる。今後は、人工林流域、落葉樹林流域等の他流域との比較検討行うことによって、さらに、森林小流域の特性が明らかにしていく予定である。
引用文献
１）竹下伸一・高瀬恵次ほか：侵入能方程式を導入した長期間流出モデルの開発.農業土木論文集 212,p.71-77,2001
２）鈴木雅一：短期水収支法による森林流域からの蒸発散量推定.日林誌 67(4), p.115-125,1985
３）谷誠・細田育広：長期にわたる森林放置と植生変化が年蒸発散量に及ぼす影響.水文･水資源学会誌
25(2), p.71-88,2012４）劉若剛・鈴木雅一ほか：山地流域の流況曲線に与える降雨の年々変動の影響. 日林誌 80(3), p.184188,1998

100

1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2002
2003
2006
2007
2008
2009
2010

図－3 年降水量と蒸発散比

流出量(mm/d)

7.00

10

2008

6.00

1
蒸発散量(mm/day)

5.00

4.00

1995

3.00

1994

2.00

1.00

0.1

50

0.00
131

61

91

121

151

181

211

241

271

301

331

100

150

200

250

DOY

361

DOY図－4

短期水収支法による全期間の蒸発散量

図－6- 641 -全観測期間の流況曲線

300350