5異なる地質流域の浮遊土砂生産・流出特性（国研）土木研究所寒地土木研究所
1. はじめに山地で生産される土砂の量・質（粒径）を把握する
ことは、流砂系を考慮した総合的な流域土砂管理において重要な課題の一つである。流域の土砂生産量の主な規定要因の一つに地質特性の影響が知られているが（たとえば Hicks et al., 1996; 岡野ら, 2004）、流域がさまざまな地質で構成される場合、流域内の土砂生産量や流出土砂の粒径組成に空間的な違い（ばらつき）が生じる可能性がある。効率的な土砂生産源対策を計画・実施するには、流域を構成する地質別に土砂生産特性を明らかにする必要がある。
著者らはこれまで、鵡川・沙流川流域を対象に岩石由来の放射性同位体をトレーサとして土砂生産源を 6種の地質（岩石）に区分し、流域内の浮遊土砂生産量が地質によって異なること（Mizugaki et al., 2012; 水垣ら, 2015a）、山地小流域から海岸（水垣ら, 2013）・沿岸（大橋ら, 2012）まで浮遊土砂・堆積土砂の生産源を推定し、土砂の粒径によって主要な生産源となる地質が異なることを明らかにしてきた。また山地流域の浮遊土砂の流出量（水垣ら, 2012）や粒径（Mizugaki et al.,2013）にも地質による影響が確認されたほか、岩石の風化速度も地質（岩石）によって異なることを確認してきた（水垣ら, 2015b）。しかし、山地流域の浮遊土砂生産・流出特性の地質・地形・降雨条件がどのように粒径の違いを生み出すかについて、データに基づいた総合的な解釈はなされていない。

そこで本研究では、地質の異なる山地流域の浮遊土砂生産・流出特性を明らかにすることを目的に、生産源土砂と浮遊土砂の現地調査及び粒度分析、暴露試験を行った。浮遊土砂の粒径に着目した地質による土砂生産・流出特性の違いを検討した。

2. 材料と方法
 生産源土砂と浮遊土砂 調査流域は、北海道中央部に位置する一級河川鵡川水系（流域面積 1,270 km2）及び沙流川水系（1,350 km2）とした（図-1）。シームレ
ス地質図上で単一の地質で構成される 13 の小流域（流域面積 0.7〜27.2 km2）を設定し、各流域の渓岸裸地斜面について 5〜8 箇所から表層 5 cm 程度の土砂を採取し、生産源土砂とした。さらに流域末端に浮遊土砂サンプラーを設置し（2009 年 11 月〜2014 年 12 月）、その間 8〜13 回、捕捉された土砂の回収と乾燥重量の秤量、及び粒度分析を行った。
  暴露試験 暴露試験は、寒地土木研究所（札幌市）の屋上で実施した（水垣ら, 2015b）。山地流域の渓岸裸地斜面から採取した岩石のうち、直径 3〜5 cm 程度のものを 4 個ずつ選び、電気乾燥炉により 35〜45℃で風乾したものを供試体とした（表-1）。供試体を 2 mm メッシュの篩に設置し、細粒化土砂を塩ビ容器で捕捉した。観測期間は 2013 年 10 月 1 日から 2015 年 10 月 1日の 2 年間とし、約 2〜4 週間ごとに、計 32 回、容器の回収を行った。捕捉された土砂と降水をガラス繊維フィルター（ADVANTEC GF/F; ポアサイズ 0.7 ȝm）で
表-1

図-1

調査地位置図%

○水垣滋・谷瀬敦・平井康幸

供試体の諸元（水垣ら, 2015b）

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B-2 ኚᡂᒾⓑள⣖䞉䜹䝮䜲䝁䝍䞁ኚᡂᒾC-1 ௜ຍ䝁䞁䝥䝺䝑䜽䝇䝆䝳䝷⣖-ⓑள⣖䞉⋞Ṋᒾ䝤䝻䝑䜽
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C-3 ௜ຍ䝁䞁䝥䝺䝑䜽䝇ⓑள⣖䞉䝯䝷䞁䝆䠄◁ᒾἾᒾ䠅D ῝ᡂᒾྂ➨୕⣖䞉∦㯞ᒾἋὶᕝ䜸䝟䝷䝎䜲ᕝᐦᗘ
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率で評価した。また、197 日目までの風化生成物について粒度分析を行い、粒径別の風化率を評価した。
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解析方法

各流域の地形・地質特性は、ArcGIS（ESRI; ArcGIS 10.0, Spatial Analyst）を用いて求めた。
国土地理院発行の 10 m メッシュ数値標高モデルを用い、各流域の流域面積、標高、1 次河川の流路勾配を集

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図-3

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風化生成物の重量を供試体の初期重量で除した、風化೟ฉଅෛ66$‫ق‬ਸ੎਴಑ >PJ@

ろ過し、105℃で絶乾したろ紙上の残留物を秤量し、風化生成物の重量とした。風化の程度を比較するために、生産源と浮遊土砂の比表面積の比較計した。地質は Mizugaki et al.（2012）の生産源区分に

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図-4'&

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3. 結果及び考察
浮遊土砂サンプラーで捕捉された土砂量を比較する
ために、流域面積や観測期間、降水量が異なるため、単位時間・降水量・面積あたりの捕捉量（単位土砂量とする）を算出した。また、粒径組成は比表面積を指標とした。単位土砂量や比表面積は、小流域によって様々であり、地質による違いが認められた（図-2）。浮
遊土砂の比表面積は生産源土砂のそれと正の相関があり、概ね生産源土砂の粒径特性に依存することが示唆される（図-3）。C-2 の浮遊土砂の比表面積は生産源土砂より大きく、微細土砂の流出が卓越していると考えられる。暴露試験では、C-2 の累積風化率は 4.4%と A1（86.4%）、B-1（14.0%）についで 3 番目に高く、63 μm以下の微細粒子画分の生成率は全岩の 0.47%（ただし%した。

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サンプラー設置期間毎に最大降雨強度、総雨量を集計

$のアメダス降水量データを用いて、各流域の浮遊土砂ྸ஋௯৲૨‫̭ق‬P‫@>ك‬

したがい 6 種の岩石で分類した（図-1）。また、気象庁

微細粒子画分（<63μm）の累積風化率

197 日間の累積）と 2 番目に高かった（図-4; 水垣ら,2015b）。これらのことから、河床・渓岸の礫の風化による微細土砂の生成が浮遊土砂流出に影響している可能性が示唆される。一方、1 次オーダーの流路勾配は地質によって大きく異なるが、単位土砂量や比表面積との関係は認められなかった。このことから、地質による地形特性の違いは浮遊土砂の流出特性に直接的な影響をもたらしていないと推察される。

౐ਜ਼ଅෛ୤ >PJPPGD\NP@ㅰ㎡現地調査にあたり日高北部森林管理署、むかわ町、占冠村、日高町、平取町の関係各位にご協力いただきました。ここに記して謝意を表します。
䛆ᘬ⏝ᩥ⊩䛇㻌Hicks et al., 1996. IAHS Publication, 236: 149-156.
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寒地土木研究所月報, 750: 2-13.
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山地小流域の単位土砂量と比表面積%

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図-2

水垣