海生研研報，第27号，1－9，2022
Rep. Mar. Ecol. Res. Inst., No. 27, 1-9, 2022

総説

発電所の温排水拡散評価技術
水鳥雅文＊§
Diffusion Evaluation Technique of Heated Water Discharged
from Power Plant
Masafumi Mizutori*§
要約：火力・原子力発電所に係る環境アセスメントにおいて，海域へ排出される復水器通過後の冷却水（以後，温排水と呼ぶ）の拡散評価は，海域環境や沿岸漁業等に及ぼす影響を考える上で重要な検討事項の一つである。本総説では，我が国における温排水拡散評価の経緯と現状，拡散評価のための予測手法，海象調査とデータ解析（事前・事後調査）について，その概要や留意点を解説する。
キーワード：温排水，拡散評価，海象調査，予測手法，数値解析，水理模型実験，モニタリング，環境アセスメント

いる。1960年代頃より発電所の規模が大型化する

まえがきに伴って，徐々に温排水の漁場や養殖業に及ぼす火力・原子力発電所の取水口から取り入れられ影響への懸念が表明され始めた。また，その頃米た大量の海水冷却水は，復水器を通過する時に蒸国では，温排水が環境問題の一つとして社会的注気から熱を奪うことにより7℃程度水温が上昇し，目を集め，州ごとに水温上昇に関する規制が実施放水口から放水される。これがいわゆる「温排水」されるなどの動きが見られた。

である。

こうした背景の中，我が国では1970年に制定さ火力・原子力発電所に係る環境アセスメントにれた水質汚濁防止法において水温が水質規制の対おいて，この温排水の拡散評価は，海域環境や沿象項目と位置づけられた。この規定によれば，規岸・養殖漁業等に及ぼす影響を考える上で重要な制の対象となる水温とは「熱による水の汚染状態検討事項の一つとなっている。

であって，生活環境にかかわる被害を生じる恐れ

本総説では，最初に我が国における温排水拡散のある程度のもの」（法第2条第2項第二号）となっ評価の経緯と現状を概説した上で，拡散評価のたている。そして，1971年以降，国は温排水問題のめの予測手法，および海象調査とそのデータ解析

究明に積極的に着手し，環境庁は，中央公害対策について解説する。

審議会の中に温排水分科会を設置して水温規制への対応の在り方や温排水拡散予測手法などについて検討・整理され，1975年に「温排水問題に関す我が国における温排水拡散評価の経緯と現状る中間報告書」が公表されている。
我が国の火力・原子力発電所は，そのほとんど一方，国による電源開発に関する環境影響評価が沿岸に立地し，大量の冷却水を海水に依存しては，1973年資源エネルギー庁の通達により環境調（2021年8月27日受付，2021年9月21日受理）＊ 公益財団法人海洋生物環境研究所 顧問（〒162-0801§ E-mail: mizutori@kaiseiken.or.jp

東京都新宿区山吹町347番地―1―

藤和江戸川橋ビル7階）

水鳥：環境アセスメント（温排水）査書の提出が義務付けられたことに始まる。1977

は，各方式の拡散特性を考慮した適切な手法を選年以降は，通商産業省（現択しなければならない。

経済産業省）の省議

決定「発電所の立地に関する環境影響評価及び環また，発電所計画段階などにおいては，海域調境審査の強化について」に基づいて環境影響評価査範囲の設定や取放水口の配置計画の検討などのが実施されてきた。いわゆる省議アセスであるために，より簡便かつ迅速に温排水の拡散範囲を（（一 社） 電 力 土 木 技 術 協 会，1995）。 現 在 は，予測する方法も必要とされている。

1999年に施行された環境影響評価法及び改正電気事業法に基づき，国による発電所の立地に係る環１．表層放水方式の場合境影響評価の審査手続きが行われている。こうし表層放水方式は，温排水を海域の表層部に低流た一連の動向の中で，温排水拡散評価は，当初よ速で放水する方式である。そのため，温排水の拡り水環境に係る重要な評価項目の一つとして位置散域はほとんど表層に限られ，放水口近傍領域で付けられている。の周囲海水の連行加入に伴う混合希釈効果は少な

温排水に関する環境調査・予測評価手法につい

く，海域の流れと乱れによる移流，拡散ならびにては，1980年に制定された「温排水環境影響調査

大気への熱逸散が温排水の水温低減に係る主要な暫定指針」にまとめられ，その内容は，その後の因子となる（第1図）。我が国では，こうした主要最新の研究成果を加味しながら，現在の「発電所な因子を組み入れた平面2次元数値解析モデル（和に係る環境影響評価の手引」（経済産業省，2020）田ら，1974）による数値シミュレーション手法がに引き継がれている。

最も一般的に使われており，表層放水方式を採用

温排水拡散による直接的な環境影響評価項目とするほとんどの地点で適用されている。

しては，熱による水温と放水流動による流向・流本手法では，温排水放水に伴う放水流動と水温速が挙げられる。水温は，1℃以上の昇温範囲をの鉛直分布に相似性が成り立つと仮定し，取放水もって評価される。ただし，放水口近傍(放水口口の位置・放水諸元，海岸・海底地形，ならびにから2～3℃以上の水温上昇域)では海生生物への前述の主要な因子を考慮した水平方向の運動方程影響が発生することも考えられるので，生物の生式，連続式，ならびに熱拡散方程式から成る平面息場所への配慮や昇温範囲の縮小する方策の検討

2次元数値解析モデルにより海域流動分布，放水などが必要である。流速については，明確な閾値流動分布，および水温分布を求める。主要な因子は示されていないが，海生生物への影響の他に船の内，海域の流れと乱れによる移流，拡散につい舶の航行への配慮が必要となる。ては，現地における海域流動の連続観測データに基づき，恒流や潮汐流といった移流成分と拡散係予測手法数として表現される拡散成分に区分して評価される。大気への熱逸散は，環境水温および気象・風温排水の放水方式は，表層放水方式と水中放水方式に大別できる。温排水の拡散過程はこれらの速などの気象観測データに基づき，海表面での熱交換係数として評価される。

放水方式により異なるため，拡散予測に当たって第1図

表層放水された温排水の水温低減過程―2―水鳥：環境アセスメント（温排水）２．水中放水方式の場合

い非圧縮性流体の水平及び鉛直3方向の運動方程

水中放水方式は，温排水を高速で水中に放水す式，連続式，及び熱拡散方程式から構成され，放る方式であるため，放水口近傍域での周囲海水の水口近傍域では周囲海水の連行加入現象を精度よ連行加入による混合希釈効果が極めて大である。

く計算するために渦動粘性・拡散係数の算出に乱そのため，こうした現象を比較的容易に取り扱う流モデル（k-εモデル）を用いるなど，高速で水ことができる水理模型実験手法が主に適用されて中放水される温排水の拡散現象を的確に再現するきている（加藤・和田，1981）。また，放水口近ことができる（第2図）。

傍での水温低減が十分でなく，温排水が海表面にまた，本モデルでは，潮流などの海域の流れや浮上後も広域に広がる場合には，表層放水方式と乱れ，大気への熱逸散など，水中・表層両放水方同様の水温低減過程も重要となる。そのため，温式に係る主要な因子をすべて考慮しており，従来排水が海面に浮上した付近の水理実験結果を境界からの予測手法に比べて，特に水中と表層の両放条件として表層放水方式の場合に適用する平面2水方式が混在するケースでの適用に優れている。

次元数値解析モデルに接続し，遠方域における水第3図は，こうしたケースでの適用事例を示す。

温分布を算出する手法が用いられる（（一社）電縦断面図をみると，湾奥から表層放水された温排力土木技術協会，1995）。

水が，その沖合で水中放水された温排水による鉛

しかし，近年では，数値シミュレーション手法

直混合の影響を受けて急速に水温を低減し，鉛直の高度化に伴い，3次元数値解析モデル（坪野ら，分布を変化させながらさらに沖合に拡散していく2000）が開発され，徐々に適用されるケースが増形態を見ることができる。

えてきている。本モデルは，静水圧近似を用いなỈ⾲㠃㸸Ỉ῝ẖࡢྛᒙ࡟
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第2図‫ە‬㸸ᐇ㦂⤖ᯝࠊ  㸸ィ⟬⤖ᯝ

2本の放水管から水中放水される温排水の3次元シミュレーション結果と実験結果との比較（出典：坪野ら，1998）―3―

水鳥：環境アセスメント（温排水）න૜๎ਭ͹ླྀԾ๏޴

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第3図

3次元数値解析モデルの適用事例－近接する表層及び水中各放水口により同時に放水される温排水の拡散挙動－（電力中央研究所 坪野考樹氏提供）

し，１．の平面2次元数値解析モデルとの相違点

３．簡易予測法
簡易的に拡散範囲を予測する方法としては，表として，海域流動計算については，流れの連続式層放水方式の場合には数値計算結果に基づいた汎を満たす簡易な計算手法を用いている。第4図に用図表を利用する方法（和田・角湯，1975），水

本簡易予測モデルのパソコン上のパラメータ設定

中放水方式の場合には既往の実験結果から経験的画面の１例を示す。に導いた簡易予測式（片野ら，1989）などが使わこうした簡易な予測法を活用する場合としては，次のようなものが想定される。

れてきた。
一方，近年ではこうした簡易予測法よりも様々・海域調査範囲の設定な条件を反映でき，かつ迅速に計算できるパソコ

・配慮書段階における複数案の比較ンによる簡易予測モデルが提案されている（坂・第二種事業についてのアセスの要否判定時

井・水鳥，1994；仲敷・坂井，2013）。本簡易予（スクリーニング）における簡易な環境影響測モデルは基本的には平面2次元数値解析モデル

評価で，表層放水方式および水中放水方式について，また，火力発電所のリプレースの場合には，方任意の地形，海象，気象，放水条件に対して海域法書以降の拡散予測評価においても，以下の要件

流動計算，放水流動，温度計算を行うもので，計が満たされれば，簡略化された予測手法として上算結果のグラフィックス表示も可能である。ただ記のパソコンによる簡易拡散予測モデルを選定す―4―水鳥：環境アセスメント（温排水）第4図

パソコンによる温排水拡散簡易予測モデルのイメージ図（出典：坂井・水鳥，1994）

ることができる（環境省，2013）。

調査点は，温排水による水温，流動等への影響は，・温排水の熱量（取放水温度差ΔＴ×時間当た一般に放水口に近いほど大きさを増すので，調査りの温排水量）が従来と同等、あるいは減少

点は放水口近傍で密に，離れるに従って粗になるすること。

ように配置し，予想される影響と調査の密度が全・放水口（温排水に係るもの）が100メートル以上移動しないこと。

体としてバランスを保つよう配慮する（和田，2007）。

・排出先の水面又は水中の別が変わらないこと。

２．流動調査流動調査の主な観測方法には，定点連続観測と海象調査とデータ解析

ADCP（超音波ドップラー流速計）などを用いた船舶からの曳航式観測などが実施されている。

１．海象調査の概要

海域には海流，吹送流，潮流などの流れや様々温排水拡散評価に係る海象調査（主に流動およな大小の渦が存在しており，異なる規模の現象がび水温調査）には，発電所計画時の事前調査と運互いに影響し合っている。観測に当たっては，対開後の事後調査がある。事前の海象調査には，①

象とする現象の時間・空間スケールを考慮した観発電所運開前の海域環境の実態把握と，②拡散予測計画の立案とデータ評価が必要となる（和田，測における海象に係る諸条件の取得，という２つ2007）。の大きな目的がある。一方，事後調査は，事前のこうした観点から，定点連続観測データの拡散環境影響評価結果の妥当性を確認するという意味評価では，流動データを温排水拡散過程に及ぼすで重要な役割を持っている。

流れ成分と乱れ成分に区分して考える。この区分

海象調査の実施方法については，前述の「発電に当たっては，前述のように対象とする温排水拡

所 に 係 る 環 境 影 響 評 価 の 手 引」（経 済 産 業 省，散現象の時間・空間スケールをどのように設定す2020）に示されている。基本的考え方として，調るがポイントとなる。具体的には，当該海域の主査期間・時期は，海域の水温・流動構造が季節にたる流れが潮流などによる周期性が顕著な場合によってその特性を異にするため，季節ごとに原則は，その内卓越する周潮流を流れ成分とし，卓越として1年は実施する必要がある。調査範囲は，する周期よりも短い時間スケールの流れを乱れ成

温排水による1℃水温上昇域を包含する範囲を目分とする。一方，周期性が不明瞭な海域において安とするが，当該地形や海域の流れの特性のなどは，温排水の放水流量に相当する拡散の時間スも考慮して決められる。また，隣接する発電所かケール（1℃水温上昇域を基準）を目安として，らの温排水の重畳が想定される場合には,その発流れ成分と乱れ成分を区分する。

電所の影響の範囲と程度を考慮する必要がある。
―5―

流れ成分の評価に当たっては，海岸地形や海底

水鳥：環境アセスメント（温排水）

地形の影響による空間分布特性や，季節的，時系ない。そのため，全国83ヶ所の臨海発電所環境レ列的な変動特性を把握することが重要となる。特ポートに記載された海域データに基づき，海域のに，周期性の不明瞭な海域では，流れの速度や分拡散係数を海域代表流速と時間スケールから求め布形状が複雑に変化するため，設定した時間スる簡易設定法も提案されている（水鳥ら，2006）。

ケールで移動平均した流れの時系列データから得第1表には，この簡易設定法によって算定した拡られる流速の出現頻度や分布特性から恒流として散係数の目安値の早見表を示す。

代表的な流れ場を評価する必要がある。
一方，乱れ成分については，数値解析モデルに

３．水温調査よる予測手法で使われる拡散係数として，設定し流動と同様に温排水が拡散する沿岸海域の水温た時間スケール以下の流動の時系列データからについても，海流，気象，河川水の流入などの要

G.I.Taylorの定理によって算出する。なお，通常因により様々なスケールの空間的・時間的な変動

ここで述べる拡散係数は水平方向成分を指すが，が存在する。

予測手法として3次元数値解析モデルを利用する

こうした点を踏まえ，事前調査では，①自然条場合には，鉛直方向の拡散係数が必要となるため，件下での水温変動・分布特性の把握，および②拡代表的な観測点において鉛直流速の定点連続デー

散予測に用いる環境水温設定のための自然水温のタを取得し，算出しておくことが望ましい。

年変動の把握，が主な目的となる。①では多数のまた，こうした温排水拡散評価に用いる拡散係定点観測や船舶による曳航式測定などによる空間数の既往データは，流れの情報に比べて極めて少的な観測，②では通年の定点連続観測が行われる。

第1表

拡散係数の目安値（出典：水鳥ら，2006）2㸦࿘ᮇᛶࡢ᫂░࡞ᾏᇦ㸧㹙༢఩㸸cm /s㹛ᣑᩓ᫬㛫ࢫࢣ࣮ࣝࠝKUࠞ ௦⾲₻ὶ᣺ᖜ    ʨcm/sʩ

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水鳥：環境アセスメント（温排水）一方，事後調査では，発電所運開後の温排水影慮する場合が出現することがある。例えば，河川響範囲を把握し，事前の影響予測結果と照合して水などの水温の異なる異水塊が流入する海域や，その妥当性を評価することが主な視点となる。特

水温の自然変動が大きい干潟が発達するような浅に，変動の大きい自然条件下における現地調査でい海域などでこうした場合が認められることが多は，短時間に同時性の高い空間分布データを取得

い。

することが温排水影響範囲を把握する上で重要で温排水の拡散域に河川水などの異水塊が流入しある。観測方法としては，多数の定点測定や船舶ている可能性がある場合には，塩分分布の観測による曳航式測定などとともに，上空からのリデータなどを参考としながら，異水塊の広がりをモートセンシングによる観測も有力な方法であ把握しておくことが重要となる。なお，河川水はる。例えば，航空機や人工衛星から撮影された赤低塩分のため海表面付近に明瞭な密度成層を形成

外線画像による観測（水鳥ら，1991），また，現するため，温排水の拡散挙動がこの河川水の分布

在ではドローンを利用した観測も有望と考えられ状況に大きく影響を受けて複雑な拡散形態をとるる。

ことがあることにも注意する必要がある。第5図

一方，水温分布調査結果において，自然水温のには，水鳥ら（1988）が実施した現地観測結果に空間分布が一様でないため適切な環境水温の選定基づき推定した河川水影響下での温排水拡散パが難しく，温排水による水温上昇範囲の特定に苦ターンを分類した結果を示す。

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第5図 河川水影響下での温排水拡散パターン（水鳥ら，1988）―7―水鳥：環境アセスメント（温排水）第6図

干潟の発達する浅海域における水温分布特性と熱交換過程（（一財）電力中央研究所，1989）

また，干潮時に干潟が発達するような非常に浅また，ここに示した温排水拡散評価のための環い海域では，主に大気・海面間及び大気・干潟地

境アセスメントの手法は，温排水拡散評価ばかり

表面の熱交換作用によって沖合と比べ自然水温変でなく海域での汚濁物質の拡散評価や，今後増加動の幅が大きくなり，特に日中は沿岸部に高温域が見込まれる洋上風力発電所に係る環境アセスメが形成される。こうした海域では，事前の現地調ントにも参考となるものと考える。

査によって当該海域の自然水温変動や分布の特性繰り返しになるが，海域の流動や水温といったを十分把握し，理解しておくことが重要となる（水物理環境は，時間・空間的に様々に変容し，その鳥ら，1983）。第6図には，こうした干潟の発達す特性は地域により異なる。環境アセスメントの実る浅海域における水温分布特性と熱交換過程を模施に当たっては，対象となる海域毎にその実態を式的に示す。

丁寧に調査・分析・評価することが求められる。
最後に謝辞

環境アセスメントにおける温排水拡散評価は，本総説の執筆の機会をいただくとともに，有益国による火力，原子力発電所の環境審査が始まっなご助言をいただいた（公財）海洋生物環境研究た当初より重要な環境影響評価項目の一つとして所の関係者の皆さまに感謝の意を表します。また，取り上げられ，現在まで数多くの実績が積み上げ3次元数値解析モデルに関する図を快くご提供いられてきた。そして，その影響評価の手法はほぼただいた（一財）電力中央研究所 坪野考樹上席確立されていると言える。しかしながら，温排水研究員にお礼申し上げます。の排出による海生生物・生態系への影響や海域の水質への影響などについては，未解明な点が多く

引用文献残されており，今後も継続的な研究及び知見の蓄積が必要である。

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