水工学論文集,第50巻,2006年2月

流域水物質循環モデルを用いた東京湾と流入河川における水質変遷再現について
APPLICATION OF A HYDROLOGICAL & MATERIAL CYCLE SIMULATIONMODEL TO REPRODUCING LONG-TERM WATER QUALITY CHANGE
IN TOKYO BAY AND ITS INFLUENT RIVERS

安間智之1・小路剛志1・伊藤弘之2・藤田光一3Tomoyuki ANMA, Takeshi ORO, Hiroyuki ITO and Koh-ichi FUJITA
1正会員

工修 国土交通省国土技術政策総合研究所河川環境研究室（〒305-0804 つくば市旭１番地）
工修 国土交通省国土技術政策総合研究所 建設マネジメント技術研究室長（同上）
3正会員 工博 国土交通省国土技術政策総合研究所 河川環境研究室長（同上）2正会員

The watershed-scale hydrological and material cycle system has deteriorated owing to the construction ofvarious infrastructures to accommodate rapid increase of urban population and economic growth. For appropriate andefficient restoration, the entire system should be correctly understood and integrated measures should be implemented
in order to build sound water and material cycles. This study attempts to develop a hydrological and material cycle
simulation model for grasping water pollution processes and relationship between Tokyo Bay and its watershed. It is
discussed that application of the model to understand real phenomena from the past to the present is beneficial for theinvestigation of water environment problems and that understanding of material outflow structure in watershed isnecessary for grasping material cycle mechanism in closed water area and its watershed.

Key Words : hydrological and material cycle simulation model, water environment problems,
process of water pollution, watershed-scale, Tokyo Bay

は，水環境に関する現象理解が不可欠であり，その検討過程においてシミュレーションモデルの活用が有効な手段となる．これまで閉鎖性水域を対象にした水質シミュ
レーションモデルを活用した現況再現の検討は，現象解
東京湾における水質の悪化は，河川と同様に1950年代
明やモデルの精緻化を目指した研究レベルから3)-5)政策
後半から顕著になり，1970年頃にピ－クに達した．湾央部のCODは1958年頃まで約1mg/Lであったが，1970年代検討ツールとしての活用1),2)まで広く行われている．
後半には6～7mg/Lに達した．1970年に水質汚濁防止法
また閉鎖性水域の水環境の変化は長期にわたることがが制定され，さらに1978年にはCODの総量規制制度が導一般的である．大局的な政策検討の方向性を検討する上入され，水質は徐々に改善され，1986年頃から4mg/L程で，水環境が良好であった時期から悪化に至るまでの変度になり，その後ほぼ横ばい状況が続いている．現在は， 遷過程を再現することは重要であり，これまでにも過去
2009年度を目標とする第６次総量規制のための汚濁負荷から現在までの水質再現の試みが行われている6)-9)．
量の総量の削減に関する基本的な事項を定める総量削減
これらの検討過程において，流域からの流入負荷量は
基本方針の策定が環境省により進められている1)．また①原単位法，②流入河川のL-Q式と流量，③平均流量と平均水質，などの方法により算定される．これらの手法
公共用水域の水質環境基準を達成維持するための下水道の問題点としては，面源負荷や合流式下水道越流水のよ整備を効果的に実施することを目的として，東京湾流域
うな雨天時汚濁負荷の流出形態を十分に考慮していない
下水道整備総合計画が平成24年を目標年次として平成92)
こと，全ての流入河川については評価していないこと，
年に策定されている ．このような法的な規制や計画の②の方法については，L-Q式を平水時の実測値に基づき実行は水質改善に一定の効果を上げてきているが，依然作成しているために，降雨時の流入負荷を過小に評価さとして環境基準を達成するには至っていない．
れている可能性があること等が挙げられる．分布型の流閉鎖性水域における水環境に関わる課題解決のために

１． はじめに

域水物質循環モデルは上記の事項をある程度考慮でき，また，流域の土地利用形態や産業構造，人口分布の変化を考慮した流域から閉鎖性水域までの長期的な環境変遷を総合的に分析する上で有用である．
著者らはこれまで東京湾とその流域を対象とした2030
年を対象年次とした水物質循環モデル等を活用した政策検討を試みている10)．今後の政策検討に向けた方向性の議論を深める上で，大局的に水環境の変遷を理解することが必要であると考え，本論では流域水物質循環モデルを用いた過去から現在までの東京湾と流入河川の水質再現を試みた．この結果をふまえ，水環境悪化の原因の理解に資する情報を得ると同時に，水物質循環モデルを活用した河川と閉鎖性水域の水環境改善に関わる政策検討の方向性を考察する．

えている．
(1) 流域水物質循環モデル
流域モデルは，自然系水循環の流出過程を表現する分
布型のタンクモデル11)をもとに，農業・工業・生活等の用水・排水といった人工系水循環を組み込み12)，さらにその水を介して流動する有機物，栄養塩等の物質循環を表現するモデルを組み込んだもの13)である．モデルでは，
東京湾流域を約1km×1km（国土数値情報の3次メッシュ）の15,558メッシュに分割し，図-1に示す26流域に分割して計算を行う．図-2,3に水循環と物質循環のモデ
ル構造を10)，表-1に流域水物質循環モデルの概要を示す．
自然系水循環 降雨

Sf0Sf1Sf2
不飽和層モデル

水物質循環モデルは，流域モデルと湾モデルから成る．
計算対象物質は，窒素(T-N)，リン(T-P)，CODであり，流域モデルにはBODを，湾内モデルにはChl-aとDOを加

地下水層
モデル

農業用水

表面流
5/3 1/2= Kf2 /N･(h-Sf2) ･i
早い中間流=α0･αri･Kf0･(h-Sf1)
地下浸透 =Kf0･α0･(h-Sf0)

表層モデル

２．水物質循環モデルの概要

人工系水循環灌漑取水の供給（表層）

蒸発散

D

灌漑用水の還元 灌漑

河道
モデル

遅い中間流
=Ks1･kx･D･i

取水

生活用水
工業用水
排水

上水道からの漏水（不飽和層）

地中浸透 =Ks0･Kz
不圧地下水流=kg12･Au2･(h-Sg)2
被圧地下水流=kg0･Ag･hSg

取水下水管路への浸出
地下水取水

N: 等価粗度係数
i : 斜面勾配
αri :早い中間流の定数
α0 : 表層モデルの浸透能i: 斜面勾配
Kf2,Kf0,Ks1,Ks0 :補正係数
Sf2,Sf1,Sf0,Sg: 表面流，早い中間流，地下浸透，不圧地下水流の発生高さ
D : 層厚kx,kz :不飽和層透水係数: 不圧地下水減水定数
Ag :被圧地下水減水係数
Au

湾モデル

図-2 流域水循環モデルの構造
自然系物質循環
降雨

表層
モデル

脱着 Cf
吸着
Snp 掃流人工系物質循環

灌漑取水の供給(表層)農業系負荷

表層流出負荷mn

Lf２= knp・Snp ・A・Qf

Hf
浸透負荷 Lf1 = Lf2/Qf0・Qf1
不飽和層
脱着
Cs
モデル
Hsmx
吸着
不飽和層流出負荷
HS
Ss
Ls2 = ks・Ssm・A・Qs2n
浸透負荷 Ls1 = Lss・Qs2/Qs1
地下水層
脱着 Cg
モデル
地下水層流出負荷
Hgmx
Hg
Lg = kg・Sg・A・Qgn
Sg 吸着

灌漑用水の還元
取水負荷

畜産系負荷
取水

河道
モデル

生活系負荷
工業系負荷

排水
上水道からの漏水(不飽和層)
下水管路への浸出
地下水取水

Ci : i 層の貯留水濃度
Hi : i 層の貯水位（i = f,s,g）
Qi1 : i 層からの浸透量
Qi2 : i 層からの流出量
Li1 : i 層の浸透負荷量
Li2 : i 層の流出負荷量
湾モデル
Snp : 面源負荷由来の堆積物量
Hsmx,Hgmx : 最大貯水位
Ss,Sg : 土壌内の汚濁負荷蓄積量
knp : 面源負荷由来の堆積物の掃流係数

図-1 対象となる東京湾流域(流域分割と河道メッシュ)

図-3 流域物質循環モデルの構造

表-1 流域水物質循環モデルの概要

表層モデル

水循環モデル
降雨を表面流，早い中間流，地下浸透流に分離.
表面流はManning則が成り立つものとして基礎式を決定.
早い中間流出量, 地下浸透量は浸透能（タンク水位と流出孔との差に比例）に比例.
水平方向へは落水線に沿って流下.(不飽和帯，地下水モデルも同様)
蒸発散はPenman式.

地中浸透した汚濁負荷は土壌内に蓄積し, 蓄積物に吸脱着する過程を考慮.
蓄積物から溶脱した汚濁負荷は中間流により流出.
地下水タンクへは中間流と同じ水質で浸透.
地中浸透した汚濁負荷は土壌内に蓄積し, 蓄積物に吸脱着す
被圧地下水はタンク水位に比例し, 不圧地下水はタンク水位と不圧地下水発生高のる過程を考慮
差の２乗に比例.
蓄積物から溶脱した汚濁負荷は基底流により流出.
生活系・畜産系・産業系の排出負荷量はメッシュごとにGISを
上水，工業用水，農業用水は, 当該メッシュの地下水もしくは河道から取水．
用いて原単位法により計算し, 表層モデルの入力条件とする．
排水(生活系，農業系，工業系)は, 当該メッシュの表層モデルに与える. ただし, 下水
ただし､下水処理の負荷については処理場から表層又は湾モ
処理の排水については処理場から表層または湾モデルに与える．
デルに与える．
各タンクから河道に流出した汚濁負荷について河床への沈水の挙動(水位，流速)の基礎式：１次元Kinematic-waveモデル.
降・吸着を考慮.

遅い中間流は不飽和透水係数（水分量に比例）に比例し, 動水勾配が近似的に地不飽和帯形勾配に等しいとして流出量を計算.
モデル
地中浸透量は不飽和透水係数に比例し, 動水勾配を1として計算.
地下水
モデル
人工系
モデル
河道
モデル

物質循環モデル
降雨負荷, 面源負荷の地表面への堆積による汚濁負荷は表
層流（表面流＋早い中間流）の掃流力によって流出.
堆積物の流出負荷量は流量のべき乗に比例.
不飽和タンクへは表層流と同じ水質で浸透.

(2) 湾モデル
湾モデルは，流動モデルと低次生態系モデルにより，
東京湾内の水と物質の循環を表現するものである．
a)流動モデル
流動予測モデルは鉛直方向に静水圧近似を仮定した準3次元の運動方程式，連続方程式(非圧縮性流体を仮定)，
熱・塩分・物質の移流拡散方程式，密度の状態方程式である．以下に基礎式を示す．
①運動方程式(x，y方向)
1 ∂p
∂u
∂ 2
∂
∂
∂ζ g 0 ∂ρu − (uv ) − (uw ) + f 0 v − gdz − ⋅ 0
=−
−
∂t
∂x
∂y
∂z
∂x ρ ∫z ∂x
ρ ∂x

( )

+

∂ 
∂u  ∂ ∂u  ∂  ∂u 
 +  Nz
 Nx
 +  Ny∂x ∂x  ∂y ∂y  ∂z 
∂z 

(1)

∂u
∂
∂ 2 ∂
∂ζ g 0 ∂ρ
1 ∂p= − (uv ) −−v − (vw) − f 0u − g
dz − ⋅ 0
∂t
∂x
∂y
∂z
∂y ρ ∫z ∂y
ρ ∂y

( )

+

∂  ∂v  ∂ ∂v  ∂  ∂v 
 N x  +  N y  +  N z ∂x  ∂x  ∂y ∂y  ∂z  ∂z (2)

ここに，u，v，w：x，y，z方向の流速，Nx，Ny，Nz：x，y，z方向の渦動粘性係数，f0：コリオリパラメータ，g：
重力加速度，ρ：密度，p0：大気圧．
②熱・塩分・物質の移流拡散方程式∂T∂∂∂= − (uT ) − (vT ) − (wT )
∂x
∂y
∂z
∂t

(3)

∂  ∂T  ∂  ∂T  ∂  ∂T 
 +  kz
+  kx + ky∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z 
∂Cl
∂
∂
∂
= − (uCl ) − (vCl ) − (wCl )
∂t
∂x
∂y
∂z

(4)

∂Cl  ∂ ∂ ∂Cl  ∂ ∂Cl 
 +  Kz
+  Kx+ Ky∂x ∂x  ∂y ∂y  ∂z 
∂z 

∂c
∂c
∂c
∂c
+u +v +w
∂t
∂x
∂y
∂z
=

∂
∂c  ∂ ∂c  ∂  ∂c  Dhx  +  Dhy  +  Dv  + Sc
∂x  ∂y ∂y  ∂z  ∂z x

(5)

ここで，T：水温，kx，ky，kz：x，y，z方向の熱に関する
乱流拡散係数，Cl：塩素量，Kx，Ky，Kz：x，y，z方向の塩素量に関する乱流拡散係数，Sc：内部変化項，c：物
質濃度，Dh，Dv：水平，鉛直渦動拡散係数で，塩素量と水温から密度を計算するための状態方程式として
Knudsenの式を用いる．
b)低次生態系モデル
湾内の物質循環については流動モデルによる移流拡散の他に，生化学過程を組み込んだ低次生態系モデルを用いている．計算項目は図-4に示す８項目で，全COD，全窒素，全リンは次式より求める．
全COD＝(植物プランクトン態COD)＋(動物プランクト
ン態COD)+(非生物体有機態COD)
全窒素＝(植物プランクトン態窒素)＋(動物プランクト
ン態窒素)+(非生物体有機態窒素)＋(無機態窒素)
全リン＝(植物プランクトン態リン)＋(動物プランクト
ン態リン)+(非生物体有機態リン)＋(無機態リン)(a)植物プランクトン(以下、｢植物P｣と標記)
SP = (植物Pの生成)-(植物Pの自己分解)-(動物Pによる摂取)+(沈降)(b)動物プランクトン(以下、｢動物P｣と標記)
SZ = (動物Pの生成)- (動物Pの自己分解)- (動物Pの自然死滅)(c)無機態窒素
SIN = －(植物Pによる摂取)+(植物Pの自己分解による回帰)+(動物Pの自己分解による回帰)+(非生物体有機態窒素のバクテリア
による分解)+(底泥からの溶出)(d)有機体窒素
SON = (植物Pの自己分解による回帰)+(動物Pからの排泄)+(動物Pの自己分解による 回帰)+(動物Pの自然死滅)-(非生物体有機態窒素のバクテリアによる分解)+(沈降)(e)無機態リン
SIP = -(植物Pによる摂取)+(植物Pの自己分解による回帰)+(動物Pの自己分解による回帰)+(非生物体有機態リンのバクテリアによる分解)+(底泥からの溶出)+(沈降)(f)有機体リン
SOP = (植物Pの自己分解による回帰)+(動物Pからの排泄)+(動物Pの自己分解による回帰)+(動物Pの自然死滅)-(非生物体有機態リンのバクテリアによる分解)+(沈降)(g)COD（非生物態有機物）
SCOD = (植物Pの自己分解による回帰)+(動物Pからの排泄)+(動物Pの自己分解による回帰)+(動物Pの自然死滅)-(非生物体有機物のバクテリアによる分解)+(沈降)(h)DOSDO =(植物Pによる生産)-(植物P呼吸)-(動物P呼吸)-(非生物体有機物のバクテリアによる分解)+(再曝気)-(底泥による消費)図-4 各物質の変化速度の基礎式

各物質の基礎式を図-4に示す．各式の左辺が式(5)の内部変化項Scに対応する．植物プランクトンの増殖速度に影響する因子として日照強度，水温，無機態窒素濃度，
無機態リン濃度及びスペース効果を考慮する．動物プラ
ンクトンの増殖は植物プランクトンの捕食のみを考え，捕食速度は植物プランクトン濃度に比例し，水温と飽食効果も考慮している．

３．モデルによる過去から現在までの水環境再現(1) 現況再現
現況の水量と水質のモデルによる再現性を調べるため，
土地利用，水利用，排出負荷に関するデータを収集し，表-2～4に示す条件で，2001年の年間計算を行い，河川流量10地点，河川水質8地点，東京湾水質5地点について計算値と実測値を比較した．これらの流量・水質の再現性は概ね良好であった10)．詳細は文献10)を参照されたい．
(2) 東京湾流入河川における過去再現
過去の再現計算を行う年度は東京湾の水質がまだ良好であった1950年，水質悪化が著しかった1970年および水
質汚濁防止法制定後の1976年とし，表-2に示す流域条件
および原単位のもとで各設定年度の年間計算を行った．
なお，過去再現計算時の条件設定に際しては，極力，再現年当時のデータ収集に努めたが，当時の知見がない条件については，近傍の年の情報がある項目についてはト
レンドから求め，また，それらの知見も無く，水物質循

表-2 現況と過去の再現条件

上水道

COD負荷量(t/日)
T-N負荷量(t/日)01950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
350
300
T-N
250
200
150
100
50
0
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
30
25
T-P
20
15
10
5
0
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

10

1000
100
10
1950/9/1

100

実績値

1950/7/1

1000

計算値

1950/11/1

流量
10000

1950/3/1

実績値

流量(m3/s)

計算値

1950/1/1

流量10000

1950/5/1

図-5 東京湾への流入負荷量の変遷14)

1976/11/1

家畜

計算値

500

1976/9/1

工業系

流総指針(1999)
流総指針(1974)
細分類別排水量原単位および排水水質原単位(流総指針(1999))，淡水使用量および工業出荷額(工業統計)をもとに算出し，水質規制値(東京都上乗せ基準等)，除去率等を考慮して決定
BOD：流総指針(1999)，COD，N，P：東京湾流総(1997)

文献値

COD
1000

1976/7/1

負荷量原単位
生活系

1500

1976/1/1

家畜頭数

農 林 業 セ ン サ ス 農林業センサス(1950～)の県別頭数を現況割合で割り振る(2001)

T-P負荷量(t/日)

工業用水取水量

工業統計表(2001)
をもとに，都県別の地下水取水，地 工業統計の出荷額の現況との比率から算出したメッシュ毎製造品出荷額
表水取水を算出
し，工業統計メッ と淡水使用量から算出
シュ(2000)のメッ 地下水取水．地上水取水比率は現況
シュ毎製造品出荷 と同様額に比例するとしてメッシュに分配

海底摩擦係数海面摩擦係数
水平渦動粘性係数
鉛直渦動粘性係数
水平乱流拡散係数
鉛直乱流拡散係数
コリオリ係数流量(m3/s)

水道統計(2001)の 一人あたり使用量経年変化(水資源白県別一人あたり水 書)から現況との比率を求め，県別一道取水量から，地 人あたり取水量を算出し，メッシュ
取水量下・地表別取水量 人口を乗じて算定
地下・地表別取水割合は現況と同じを算出し，メッ
シュ人口を乗じて とするが，1950年の埼玉，群馬，茨城，栃木は全量を地下取水
算定
関東地建水利権一覧(1996)の水利権 東京，神奈川，千大規模取水
葉の大口取水は現
35m 以上の堰を対象
況と同様
処理形態別人口
下水道統計(2003) 現況との線形補間により推定(処理場
下水道( 人 口 集 中 メ ッ の有無は下水道統計の稼働開始年よ
シュに割り振る) り)
県別処理形態別人 全国ベースの処理形態別人口割合の口割合(H14環境統 経年変化(世界水フォーラム資料
下水道以外
計 集 ) を 下 水 道 以 2003)を，下水道以外の市町村人口に乗ずる
外人口に乗ずる
下水処理場
市町村別人口に下水道普及率および一人あたり水道使用処理水量量を乗じて算出
実測放流水質(2001)
処理水質
土地利用
国土数値情報国土数値情報(1976)
農業用水
田・畑面積に期別減水深を乗じて算出，水資源白書
取水量(2003)から地表水・地下水利用割合を算定
大規模取水 関東地建水利権一覧(1996)の水利権5m3以上の堰を対象
かんがい用水地域現況図(1973)，利水現況図(1981)
給水範囲

設定値
⊿t＝5.0秒⊿S＝500×500 m（95格子×90格子）
最上層：平均潮位下5m（層厚約5m、可変）
第2層：層厚10m
第3層：層厚15m
第4層：平均潮位下30m以深
2.6×10-3
なし
５２
5.0×10 cm /sec
2.0 cm２/sec
５２
5.0×10 cm /sec
２
0.5 cm /sec
f＝8.40×10－５ rad /sec

層厚1976/5/1

人口1976/3/1

流域地形等
河川流路
流域分割
気象データ

表-4 流動モデルの入力条件
諸条件
時間間隔
格子間隔

現況(2001年)
1976年,1970年
1950年
50mメッシュ標高データ，国土数値情報(1981)
50mメッシュ標高データより落水線計算
流総(1997)をベースに50mメッシュ標高データより作成
アメダス観測所・測候所日データ(各年)
地域メッシュ統計 国勢調査(調査年以外は線形補間)
分布は現況のメッシュ人口に比例(2000)

図-6 河川流量の実測値と計算値(利根川・栗橋地点)(左：1976年，右：1950年)

表-3 湾モデルに与える境界条件
項

目
流量，
水質
IN，IP

河
口
条
件

流
入
河
川

Chl-a
DO

境界条件
流域モデルから算出される日平均流量と日平均水質から均等割して与える
水質の実測値がある河川についてはIN/TN割合、IP/TP割合との関係を求め，流域モデルの全窒素,全リンからIN,IPに変換
実績データがない河川については土地利用割合から変換式を求め，流域モデルの全窒素,全リンからIN,IPを計算
流山橋地点の実測値からCOD～Chl-a相関式を作成し、全河川についてCOD計算値からChl-a値に変換
流入河川水温に対する飽和濃度で与える
DO 飽和濃度 ( mg / l )()= 10 . 291 − 0 . 2809 T + 0 . 006009 T 2 − 0 . 000063 T 3 × 32 27 . 4

水温
水量，
下水 水質
処理水
IN，IP
直接
排水
水温
開境界
条件

潮汐
水質，
塩分，
水温

風速，風向
気象条件
(気温，日射量)
水質，
初期条件
水温

水温の実測がある河川については流入河川の実績水温と気温の相関式を用いて気温（気象庁大手町）から水温を変換
処理場毎に実績値を一定で与える．日雨量が5mmを超過する
場合は，超過分については未処理相当水質分が排出
東京都下水道局による年平均処理水質割合(IN/TN，IP/TP)の平均値を求め，処理水質の全窒素,全リンからIN,IPを計算
東京都下水道局による下水処理水温の測定値（月平均）と気象庁大手町の月平均気温から相関式を作成
第１海堡の推算潮位(各再現年について設定)
第３海堡の測定値(ただし，動物プランクトンは測定値がないため，
0.1 mg/lを与える)
気象庁東京測候所の日平均風速を日最多風向で与える
気象庁千葉測候所
湾央の2000年11,12月の測定値の平均値を湾全体に与える

千葉県の現地調査結果に基づき設定
底泥溶出速度(IN，IP)
浅場については干潟の浄化機能（脱窒，堆積，採餌，漁獲に底泥DO消費速度
よる系外への移動）をINの溶出速度で考慮

環へ与える影響が大きくないと考えられる項目については現況と同じ値を設定した．
はじめに，東京湾への流入負荷量の変遷について，運輸省港湾技術研究所等による14)既往調査結果を集約した値(図中の灰棒)とモデルによる計算結果 (図中の丸)を比較したものを図-5に示す．流入負荷量は，全体として既往調査結果とほぼ同程度の値が得られたと言える．
次に，モデルによる過去の河川水量および河川水質の再現性を調べるため，河川流量10地点，河川水質4地点について計算値と実測値の比較を行った(観測実績がな
い地点，項目を含む)．その例として，利根川・栗橋地点における河川流量について1976年および1950年の再現計算結果の年間変動を図-6に示す．1976年については良好に再現できているが，1950年は低水時の再現性が不十分である．この理由としては当時の雨量観測地点数が疎

流量
1000

8.0
1976/9/1

1
1976/11/1

1976/9/1

10

1976/11/1

1976/7/1

1976/5/1

1976/3/1

1976/1/1

1

図-7 河川流量の実測値と計算値(荒川・1976年)

実績値

COD濃度
15
12
9
6
3
0

計算値

(mg/L)(mg/L)(mg/L)

1950/111950/09

1950/07

1950/05

1950/03

1950/01

(実測値)
(計算値)

1960

1970

東京湾３
東京湾３

1980

東京湾５
東京湾５

1990
東京湾８
東京湾８

2000
東京湾９
東京湾９

1970年

≧8
3～5

5～8

≧8
2～3

5～8
3～5

≧8

5－8

5～8

計算値

3－5
3～5

1950/111950/09

1950/07

1950/05

図-11 東京湾における水質変遷(COD)の計算結果(最上層)1950/03

1950/01

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

2001年
≧8

1950/111950/09

1950/07

1950/05

1950/03

1976年
1950/01濃度(mg/l)

10
5
0
1950
1960
1970
4
3 T-P
2
1
0
1950
1960
1970
計算値 栗橋(利根川)計算値 八条(中川)実測値 栗橋(利根川)実測値 八条(中川)参考値：千葉県沖合

15
12
9
6
3
0

T-P濃度
濃度(mg/l)

1976/11

1976/09

1976/07

1976/05

計算値(左：1976年，右：1950年)

1970

2.0

1950年

図-8 河川水質の実測値と計算値(荒川・笹目橋地点)

40
30 COD
20
10
0
1950
1960
20
15 T-N4.0

図-10 東京湾の実測水質の変遷と計算結果との比較(COD)

T-N濃度

1976/11

1976/09

1976/07

1976/05

1976/03
1976/03

1976/01

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

計算値

6.0

1950

濃度(mg/l)

実績値

T-P濃度
濃度(mg/l)

1976/11

1976/09

1976/07

計算値

15
12
9
6
3
0
1976/01濃度(mg/l)

T-N濃度

1976/05

1976/03

1976/01濃度(mg/l)

計算値

COD

東京湾５
東京湾３
東京湾８
東京湾９

0.0

(左：寄居地点，右：大芦橋地点)
COD濃度
15
12
9
6
3
0

(mg/L)

12.0
10.0

1976/7/1

10

実績値

100

1976/1/1

100

計算値

1976/5/1

実績値

1976/3/1

計算値

流量(m3/s)

流量(m3/s)

流量
1000

1980

1990

2000(年)

1980

1990

2000(年)

1980
1990
2000(年)
計算値 笹目橋(荒川)計算値 亀の子橋(鶴見川)
実測値 笹目橋(荒川)実測値 亀の子橋(鶴見川)

図-9 東京湾流入河川の流入水質の変遷(表示している日時は各年の6月15日12時)であり，利根川上流域の山間部は降雨量の少ない前橋地点のデータを用いているために，春の融雪期及び夏の出
水後において流量の再現性があまり良好でないことが考えられる．このことは現象のモデリングの解像度向上とモニタリングデータの充実が不可分であることを示唆するものである．この他，1950年については1976年の土地利用データを用いて計算していることの影響も考えられる．
次に荒川・寄居地点，大芦橋地点における河川流量について1976年の再現計算結果の年間変動を図-7に，荒川・笹目橋地点における河川水質について1976年および1950年の再現計算結果の年間変動を図-8に示す．COD値
については，1976年6，7月に実測と異なる傾向を示す部
分がみられた．その他の流量および水質については，現
況再現と同様に過去再現についてもモデル計算によって
河川流量・水質の時間変化特性を概ね再現できている．
実測データが得られた他の地点，年次においても概ね同様の結果が得られた．これらのことから，過去から現在までの東京湾における水環境の変遷の理解に資する情報を得られるものと判断した．
また，主要河川の水質測定地点における河川水質の経
年変化について，図-9に実測値(図中の実線)と計算値(図おける設定条件についても，データの不足により，かな
中のプロット)の比較を示す．実測値は年間の測定値のり大胆に条件を与えたことなどの点について改良を進め
平均値，計算値は１年間の日平均水質の平均値である．
ていく必要がある．
CODについては計算結果を高水時における水質も含めた平均値で評価していることもあり，鶴見川などで実測値
参考文献よりも高めに出ているものの，計算結果と実測値は同様のトレンドを示している．T-Nについては現況計算結果
1) 中央環境審議会：第６次水質総量規制の在り方について(答は概ね実測値と一致しているものの，実測値が全体的に申)，2005. http://www.env.go.jp/council/toshin/t097-h1703.html
増加傾向にあるのに対して，計算結果は1970年をピーク
2) 建設省関東地方整備局，東京湾流域別下水道整備総合計画に緩やかな減少傾向をみせており，過去からのトレンド検討委員会：東京湾流域別下水道整備総合計画に関する基本と再現性については課題が残されている．なお，T-Pに
方針策定調査報告書，1997.
ついては，現況の計算結果は概ね実測値と一致している．
3) 鈴木雅春，三村信男，塚田光博：３次元生態系・水質モデ(3) 東京湾における水環境悪化の変遷の把握
流域の水環境の変遷による東京湾の水質変化を再現するために，流域モデルによる流入量，流入負荷量の計算結果を用いた東京湾の水質再現計算を行った．過去再現を行う際の境界条件は，沿岸地形は東京湾における埋め立ての変遷データ14)をもとに，潮位は海上保安庁HPの潮汐推算をもとにそれぞれ当時の条件を設定し，その他の条件については現況と同じ設定で計算を行った．なお，
文献14)から当時干潟があったと考えられる沿岸域については干潟の浄化機能を現況と同様に無機態窒素の溶出速度に反映させている．図-10に湾内の公共用水域水質調
査地点におけるCOD実測値(年平均値)の経年変化(図中の実線)とモデル計算による年平均値(図中のプロット)の比較を示す．また，図-11にCODが最も高い値を示す6月におけるCODの計算結果の平面分布を示す．水質が良かった過去から1970年代前半に水質が悪化し，その後改善し現在に至るという水環境の大局的な変遷については，概ね再現できたと考えられる．

ルによる東京湾の水質改善予測，海岸工学論文集，Vol.46，
pp1011-15，1999.
4) 岡田知也，中山恵介，宮野仁，古川恵太：総合的内湾水質評価モデルの構築と東京湾への適用，海岸工学論文集，
Vol.49，pp1051-55，2002.
5) 柳哲雄，屋良由美子，松村剛，石丸貴：東京湾のリン・窒素循環に関する数値生態系モデル解析，海の研究，Vol.13-1，
pp61-72，2004.
6) 川島博之：東京湾とその流域における窒素収支の歴史的変遷，沿岸海洋研究，33-2，pp147-155，1996.
7) 北澤大輔，多和田茂，藤野正隆：陸域からの物質負荷量に対する東京湾の水質の応答，沿岸海洋研究，40-2，pp159-169，
2003.
8) 浮田正夫，山原康嗣，中西弘：大阪湾における流入負荷量の推移と内部生産，沿岸海洋研究ノート，29-1，pp51-59，
1991.
9) 中辻啓二，寺辻貴康，山根伸之：近年70年の大阪湾水質の時間変化と環境事後評価の試み，海岸工学論文集，Vol.45，
pp1011-15，1998.

４． まとめ10) 福田晴耕，藤田光一，伊藤弘之，長野幸司，小路剛志，安間智之：自然共生型流域圏再生のための東京湾とその流域における政策シナリオの検討，第33回環境システム研究発表会

講演集，pp365-374，2005.
本研究では，東京湾とその流入河川を対象に，水物質11) 吉野文雄，吉谷純一，堀内輝亮：分布型流出モデルの開発
循環モデルを用いた環境変遷の再現について検討を行っと実流域への適用，土木技術資料，Vol.32-10，pp54-59，
た．その結果，現況再現と同様のパラメータを用いたモ
1990.
デルに，客観的に辿りうる過去の流域条件を設定して計
12) 安陪和雄，大八木豊，辻倉裕喜，安田佳哉：分布型流出モ
算を行うことで，環境変遷の再現が概ね可能であること
デルの広域的適用，水工学論文集，第46巻，pp247-252, 2002.
が示された．このことは，本検討で用いた水物質循環モ
13) 辻倉裕喜，安陪和雄，大八木豊，田中伸治：湖沼流域管理
デルが，過去から現在に至る環境変化の振れ幅のスケーのための総合的な水循環・物質循環流動モデルの構築，水工
ルで，環境改善施策の評価を行うツールとなりうること
学論文集，第47巻，pp217-222, 2003.
を示唆するものである．
14)
運輸省港湾技術研究所，（財）港湾空間高度化センター，
一方，過去の底泥条件が十分に考慮されていない点や，
海域環境研究所：平成９年度東京湾の環境管理に関する調
湾内の計算に用いた低次の生態系モデルについても，生
査-その２-報告書，1998．
態系の構成自体が異なるであろう数十年前の現象を現況計算と同様に扱うことができるかという問題がある．こ（2005.9.30受付）のようなモデル自体がもつ限界に加え，過去再現計算に