関東森林研究 68‑2(2017)

論 文

多雪森林小流域における２年間の溶存イオンの流出過程について
Runoff process of several ion concentration for two seasons at forest catchments on a heavy snow region
玉乃井梓＊１・豊泉恭平＊２・瀧澤英紀＊２・小坂泉＊２Azusa TAMANOI＊１，Kyohei TOYOIZUMI＊２，Hideki TAKIZAWA＊２ and Izumi KOSAKA＊２＊１ 日本大学生物資源科学部＊２ 日本大学大学院生物資源科学研究科
Coll. Bioresource Sci., Nihon Univ., Fujisawa 252-0880
要旨：隣接した大小２流域において，2015 年と 2016 年の積雪・融雪期間を通して，渓流の水質・水量を観測した。2016年は 2015 年に比べ，積雪期間が短く，融雪による流量の増加が小さく融雪期間も短かった。多雪の 2015 年では，Cl-，NO3-，SO42-は融雪の進行に伴い濃度変動が見られた。少雪の 2016 年は，融雪の進行に伴う変動はほとんど見られず，NO3-は小流域で非常に低い値を取り，SO42-は２流域で濃度変化がほとんど見られなかった。２流域間では，NO3-は比較的表層の土壌が発生源となり，SO42-は基岩近傍の礫層が発生源となると考えると，流出経路の差が見られた。
キーワード：森林流域，渓流水質，融雪流出
Abstract: We observed steam water chemistry of snowmelt runoff at two adjacent small and large forest catchments on a heavy snow
fall region in 2015 and 2016. Snow cover period in 2016 was shorter than in 2015. The amount of discharge by snowmelt in 2016
was low. The variation range of the each average ion concentration of Cl-, NO3- and SO42-in an observation day with the progressionof snowmelt in 2015, much snow year, were bigger than 2016. In 2016 of little snow year, the concentrations of NO3- wereexceptionally low, approximately zero, in the small catchment, and SO42- of the two catchments ware very small variations. The
source of NO3- was relatively shallow soil and the source of SO42- was in gravels formation above bedrock; therefore, it appeared thatthe runoff process was different at two catchments.
Keywords: forest catchments, stream water chemistry, snowmelt runoff
Ⅱ 方法Ⅰ はじめに渓流水中の溶存イオンは，降水由来，表層土壌の有機１．調査対象流域 調査対象流域は群馬県利根郡みな物由来，基岩由来のイオンの３つに大別され，流出成分

かみ町の日本大学演習林内に位置する標高 760〜900m，分離のトレーサーとして用いる場合，単純で明瞭な発生

流域面積 13.7ha の三つ又沢流域と，隣接する標高 770m源である必要がある。また，多雪地では融雪期に長期間〜840m，流域面積 1.2ha の隣接流域である（図−１）。三流域全体が湿潤になり，様々な場所で流量が豊富なため，つ又沢流域の植生はブナ，ミズナラ，コナラ林が約７割，流域の流出過程を解明するのに適していると考えられる

カラマツ林が約２割分布し，隣接流域はコナラ，ミズナ（２）。しかし，溶存イオンの発生源は地形，地質などのラ林が約６割，カラマツ林が約３割分布している。

影響により流域ごとに異なるため，溶存イオンを用いて２．計測方法 流出量は，90°V ノッチを設置した量水堰

流域の流出過程を検討する場合，その流出特性を知る必を用いて測定した。水位は投げ込み式水位センサー要がある。

（HM‐200 株式会社センシズ）にて測定し，データロ

本研究では，降雪地域の隣接した大小２流域を調査地

ガー（CR‐10X，Campbell Co.）に記録した。降水量は，とし，積雪および渓流の水質・水量の測定を行い，2014

流域から 600m 離れた上空の開けた露場にて，転倒マス〜2015 年と 2015〜2016 年の観測値の比較し，冬期の積式雨量計（OW‐34‐B，大田計器）を用いて計測し，冬雪期や融雪期の渓流への溶存イオンの流出特性を明らか

季にはヒータ付き雨量計（52202，R.M.Young Co.）を用にする。また，以降は 2014〜2015 年は 2015 年，2015〜いた。欠測時には，藤原の AMeDAS データを用いた。積雪深は積雪深計(レベルセンサー 260-700，FieldPro)にて2016 年は 2016 年と表記する。

露場で測定した。

−

177 −（受理日 2017 年 6 月 29 日）

最盛期は 2015 年では３月８日，2016 年では２月 19 日，融雪後期は 2015 年では４月 10 日，2016 年では３月３日から開始とし,採水日の区分は図−２のようになった。
2015 年と 2016 年を比較すると，最大積雪深が 2015 年は 265.1cm であるのに対し，2016 年は 177.89cm だった。
また，12 月から５月の０℃以下の日の総降水量が，2015年は 582 mm であるのに対し，2016 年は 169mm と非常に少なく，融雪による流量の増加が小さかった。
２．融雪を伴う溶存イオン濃度変化 2015 年と 2016
図−１．調査対象流域

年の融雪期開始前から融雪終了までの各イオン濃度の変Fig.１ Experimental catchments

化を図―３に示す。１日６~７回の観測データから平均

３．採水方法 融雪期間を進行に伴い区分し，各期間イオン濃度を算定し，エラーバーにて最大値，最小値をにおいて１〜２回の採水日を設定した。渓流水は各採水示した。

日の開始時刻から約 24 時間，計６~７回の採水を行った。

Cl⁻では 2015 年は変動が大きく，融雪前期に濃度が上2015 年の５月 22 日，2016 年の４月 19 日，５月 22 日は昇し，融雪後期に低下の傾向が見られたが，2016 年にお消雪後であり融雪による流量の日変化がないため，１回いて変動が小さく融雪期終了後も低下の傾向にあった。

だけ採水を行った。
積雪は 2016 年２月 17 日，３月２日，また，２流域でイオン濃度差は小さかった。
NO3-では，2015 年において融雪前期に濃度上昇，融雪３月 17 日，４月６日の計４回，露場にて深さ 10cm 毎に後期に低下の傾向があり，2016 年において濃度変動が小積雪を採取し，求めた。
Na⁺，NH4⁺，K⁺，Mg2⁺，Ca2⁺，Cl⁻，NO3⁻，さかった。２流域を比較すると，2015 年は融雪前期で濃SO42⁻を，イオン交換クロマトグラフィー（陽イオン：メ度差が大きく，融雪が進むにつれて濃度差が小さくなっ

トロームジャパン/ICA5000 システム、TOA、陰イオン：

たが，2016 年は濃度差が常に大きい値となり，隣接流域

863 コンパクト IC オートサンプラー）にて分析した。本は融雪期に濃度が非常に低い値を示した。

４．分析方法研究では Cl⁻，NO3⁻，SO42⁻についてのみ報告する。

SO42-は，2015 年では融雪前期に濃度が低下，融雪後期に上昇し，2016 年は濃度変動が小さく常に高い値を示し

Ⅲ 結果た。また，2015 年では融雪が進むにつれ２流域の濃度差

１．融雪の進行に伴う区分 2015 年と 2016 年の積雪・が大きくなり，一方，2016 年の融雪後期に大きな濃度差

融雪期の降水量，気温，積雪深，流量及び採水時刻を図は生じなかった。

−２に示す。

３．流量と溶存イオンの関係 流量と溶存イオンの関

融雪開始日は，積雪開始日以降の無降雨期間において係を図−４に示す。また，2016 年の積雪の鉛直方向に気温の上昇による流量の増加が確認できた最初の日とし，10cm 毎の濃度変化を図−５に示す。

融雪終了日は流量の日変化，及び無降雨期間における流

Cl-は流量の変化に対して濃度変化が小さく，2015 年は量の増加が見られなくなった日とした。よって，2015 年融雪の進行を伴った流量増加に対する濃度の変化が見らは 12 月５日，2016 年は１月 18 日あたりより積雪深の増れたが，2016 年はほとんど見られなかった。NO3-は隣接加が見られるようになり，融雪開始日は 2015 年では２流域に比べ三つ又沢流域で濃度が高く（図−３），2015 年月 22 日，2016 年では２月 12 日，融雪終了日は 2015 年の流量の増加に対して濃度増加の傾向があったが，2016

では５月６日，2016 年では４月５日となった。よって，年においては大きな変化は見られなかった。SO42-は三つ融雪期間は 2015 年では 74 日間，2016 年では 54 日間と又沢流域に比べ隣接流域で濃度が高く（図−３），2015 年なった。に流量の増加に対して濃度低下の傾向が見られ，2016 年

融雪期間について進行に伴い区分すると，融雪開始後には大きな変化は見られなかった。の単発的な気温の上昇により流量の増加が見られる期間

積雪中の Cl-濃度において，２月 17 日は直前に融雪がを融雪初期，日変化を伴い流量の大きな変化が見られる

進行しており，上層は濃度が低く下層は高い濃度となり，期間を融雪最盛期，積雪深が減少し流量の増加が小さく３月２日は前日の積雪により表層のみ 3.28mg/L と濃度なる期間を融雪後期とした。よって，融雪初期は 2015 年が高く，40cm 以深では 0.43mg/L と低い値を取り，３月

では２月 22 日，2016 年では２月 12 日から開始し，融雪

17 日は積雪がほとんどなく，濃度は低い値となった。

−178 −

0020204030150-15300
20010004.54030150-15300流量(mm/hour)

流量(mm/hour)

積雪深(cm)

気温
降水量(℃) (mm/hour)

関東森林研究 68‑2(2017)

150
04.5

隣接流域

331.5

1.5

04.5

04.5

3/18~3/19◇
3/30~3/31◇
4/30~5/1△

三つ又沢流域

32/25~2/26□

1.5

三つ又沢流域

34/16~4/17△ 1.5
5/22×

2/11~2/12○

012/1 12/31 1/30

隣接流域

3/1

3/31

4/30

5/30

2/16~2/17□
3/1~3/2◇
3/17~3/18△
4/6×
5/20×

0
12/1 12/31 1/30

2015年

2/29

3/30

4/29

5/29

2016年

○積雪期 □融雪初期 ◇融雪最盛期 △融雪後期 ×融雪終了後
図−２ 2014 年から 2015 年・2015 年から 2016 年の 12 月から５月の降水量・気温・積雪深・流量及び採水時
Fig.２ Rainfall, temperature, snow depth, discharges of two cachments and sampling timing from Dec. to May.

SO42－(mg/L)

NO3－(mg/L)

Cl－(mg/L)of two years

2.5
2
1.5
1

三つ又沢流域

隣接流域

2.4
1.2
0
3.5
2.5
1.5
2/8 2/22 3/8 3/22 4/5 4/19 5/3 5/17 2/8 2/22 3/7 3/21 4/4 4/18 5/2 5/16

2015年

2016年

図−３ 2015 年・2016 年の観測日日平均イオン濃度の融雪に伴う変化
Fig.３ Variations of the each average ion concentration in an observation day with theprogression of snowmelt in 2015 and 2016
期及び融雪期が短く，積雪深は低く，総降雪量は非常にⅣ 考察
多雪森林域の隣接した大小２流域（13.7ha，1.2ha）の低い値を示した。そのため， 2015 年に対して 2016 年で積雪，融雪の異なる 2015 年と 2016 年における溶存イオ

は融雪による土壌水の押し出しや希釈があまり起こらず，ン濃度の流出特性の比較を行い，流出経路を考察する。

流量の変動に対してイオン濃度の変動が小さいと考えら2016 年は 2015 年に比べて積雪期の開始日が遅く，積雪れた。

−179 −

○三つ又沢流域 △隣接流域

Cl－(mg/L)

2.5が発生源となり，2015 年では融雪前期に融雪水による押し出しで土壌中に存在していた融雪期前の高い濃度の土

2

壌水が渓流へ流出した影響が強く，その後融雪水により希釈された土壌水が流出すると考えられた（２）。2016 年

1.5

では，融雪水による流量の増加が小さく，濃度変動に至1らなかったと考えられた。三つ又沢流域は隣接流域に比2.4NO3－(mg/L)

べて傾斜が緩いので，土壌層が厚いと仮定する。２流域を比較すると，Cl-濃度の融雪に伴う変化が同じであるの1.2で，融雪の浸透から流出の滞留時間は２流域で変わらないと考えられる。NO3-は三つ又沢流域の流出が高濃度で

SO42－(mg/L)

03.5あり，表層土壌で付加される NO3-が多かったと考えられる。土壌層が厚いと高濃度 NO3-の土壌水が多く存在したと考えられる。三つ又沢流域では供給された融雪水によ2.5る土壌水の押し出しが生じたが，隣接流域では NO3-のイオン濃度が非常に低く，土壌水の押し出しよりも基岩近傍を通って NO3-濃度の低い水が流出したと考えられた。

1.5036900.5

11.5

流量(L/sec/ha)
2015年
2016年

SO42-は基岩近傍の礫層が発生源となり地下水と融雪水が混合して流出すると考えられており，融雪の多い

図−４ 2015 年・2016 年の融雪期の流量と溶存イオンの関係
Fig.４ Relationship between ion concentrationand discharge in 2015 and 20162015 年のみで２流域で濃度上昇の時期が異なったことから，土壌の厚い三つ又沢流域は降水の供給量が少なくても土壌水による希釈があり，土壌の薄い隣接流域は土壌水による希釈の影響が小さく，濃度上昇が早いと考えられた。
引用文献（１）鈴木啓介・小林大二（1987）森林小流域における融雪流出の形成機構．地理学評論 60（A-11）：707724（２）豊泉恭平・前島健人・大類和希・小坂泉・長坂貞郎・瀧澤英紀（2016）奥利根源流部の多雪地森林
小流域における融雪期の水質形成について，関東

図−５ 2016 年の積雪の鉛直方向の Cl-濃度変化
Fig.５ Vertical variation Cl- ion concentration of

森林研究 67-１：93-96（３）塚本良則（1992）森林水文学．文永堂出版，東京：
p227-231

snow cover in 2016
本対象流域の Cl-の流出は２流域で差が小さく，積雪量や融雪の進行の違いは小さいと考えられている。2016 年
は積雪において，新雪中の Cl-が融雪の進行に伴って優先的に融け出し，下層に Cl-が留まり，上層より下層で濃度が高くなると考えられ，融雪後期には低い濃度の Cl-のみ残存していると考えられた（図−５）。Cl-は融雪により積雪中の濃度低下と共に渓流水の濃度を下げるようなイオンである（１）が，2016 年では Cl⁻は積雪中の濃度分布幅に比べ一定の濃度で流出したと考えられた。
降水や融雪水で供給される NO3-は，比較的表層の土壌−

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