筒形装置による飛来塩分量測定法の開発と初期測定結果
植村綾一郎*1・池田圭吾*1・小橋みなみ*1・上田真也*2・横山有太*3・高田拓*4

Development of measurement method of airborne salts by cylindrical device
and its initial measurement results

Ryoichiro UEMURA*1, Keigo IKEDA*1, Minami KOBASHI*1,Shinya UETA*2, Yuta YOKOYAMA*3, and Taku TAKADA*4

Summary
In this study, we developed an inexpensive and simple method to measure, in a shorter time than previousmethods, the airborne salts dispersed from sea water. By using a cylindrical device, with an attached gauze oflarger surface area, salinity is absorbed in the gauze. The cylinder with gauze is then immersed in water, andelectric conductivity is measured to estimate salt content. We were able to detect a reasonable amount of salt
by conducting short-term measurements of about two days at two locations within 2 km of the coast. It issuggested, from the continuous measurement in this system, that the amount of airborne salts varies in theshort term. The relationship to weather conditions can be examined in the future.

序 論
日本は、多くの島から構成されており、海と接する地域が多い。沿岸に近い地域では、塩分を含んだ波しぶきが風によって内陸部へ運ばれることがあり、植物や農作物、建築物、構造物などに様々な被害が生じる。例を挙げると、塩害が起きた植物の葉は、縮れて変色し、すぐに枯れる。東北や北海道の一部を除いて、日本海や太平洋に面する多くの地域で、海水塩に由来する塩害は海岸から約２kmまでの地域で発生している1)。
一方、台風に伴う強風の場合には、海岸から遠く離れた内陸部まで被害が及ぶ場合がある。平成３年の台風19号による強風の場合、広島県などでは、瀬戸内海沿岸部から内陸40㎞にかけて電線に海水塩が付着した。その後の降水が少なく、雨水で十分に海水塩が洗い流されなかったため、絶縁部に付着した海水塩が雨や湿気により塩水となり通電時に短絡し、長時間に及ぶ停電を引き起こした。また、愛媛県では大量の温州ミカンの木が枯死するなど、離島部を中心に広域で塩害が発生した。
飛来塩分量を測定する方法は、主に土研式タンク法（土研法）とJIS規格のドライガーゼ法（ガーゼ法）があるが、比較研究によるとガーゼ法の方が飛来塩分量の捕捉効率が良いとされている2)。
＊1 高知工業高等専門学校 ソーシャルデザイン工学科 ３年生＊2 高知工業高等専門学校 教育研究支援センター 技術専門職員＊3 高知工業高等専門学校 ソーシャルデザイン工学科 講師＊4 高知工業高等専門学校 ソーシャルデザイン工学科 准教授（E-mail: takada@ee.kochi-ct.ac.jp）
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第64号

ガーゼ法では、10㎝×10㎝（面積100 cm2）のガーゼを枠で挟み、雨水が直接かからないように上方が屋根で覆われた簡易架台の中に設置する。通常、１か月間暴露させて飛来塩分を補足した後、チオシアン酸水銀（II) を用いた吸光光度法、またはイオンクロマトグラフィー法で定量する。
飛来塩分量は、日平均飛来塩分量 [mdd] で示されるのが一般的で、日平均飛来塩分量 [mdd] = 塩分量 [mg] /（捕集面積 [dm2]×計測期間 [day]）の式で算出される。ここで、dm2は立方デシメートルである。建築・土木分野では、飛来塩分量が0.05mdd 以上の地域は、塩害のリスクが大きいと考えられ、例えば、高い耐食性を持つ対候性鋼にも塗装が必要という指針が定められている。建設現場などの環境評価のためには、飛来塩分量の精度の高い計測や予測が必要である。一般に、飛来塩分量は風速や風向と関係があり、空気密度に比例し風速の３乗に比例する風力エネルギー係数を用いた飛来塩分量の予測などが研究されている3)。これまで１カ月毎の飛来塩分量が用いられてきたが、数日単位の短期間で飛来塩分量を正確に計測することができれば、気象条件と合わせた解析・考察を行うことで、ある場所の長期的に妥当な塩害リスクを推定することができると考えられる。
本研究では、従来の方法より簡易的で、短期間の飛来塩分量を計測できる方法を考案し、測定器の製作と初期測定を行った。また, 温湿度・気圧などの気象データとの関係性を確かめるために、オンボードコンピュータに温湿度・気圧センサを組み込んだ気象データロガーを製作し、動作確認を行った。

２．飛来塩分量測定装置の開発
2.1

測定場所

飛来塩分量の測定は、高知工業高等専門学校（高知高専）の敷地内（高知県南国市物部乙200‑1）で海岸線に最も近いグラウンドの端、および、やや内陸に位置する建物の屋上（地上から約10mの高さ）の２か所で行った。図１に示すように、この２か所は、海抜約５mで、海岸線から約1.40kmと約1.73km離れた位置にあり、海に流れ出す河川からは約400m以内の距離にある。海岸から２㎞以内に位置しているため、塩害が発生するリスクが十分ある測定点である。また、グラウンド南側（海岸側）は、田や畑、空港の滑走路、公園などが広がっており、高い建物などの障害物はない。装置の動作確認のため、ガーゼの暴露期間は10日以内で、変動させた。
図１2.2

測定地点と周辺の地図

測定装置の構成

図２に示すように、飛来塩分の捕捉装置は、２本の塩ビ管の間に、クリアファイルで作成したガーゼ差込口を挟んで固定する形式とした。塩ビ管の径が異なる２つの装置を製作した。１つは、直径10.5㎝、長さ１mの塩ビ管を４本束（総断面積346cm2）にしたもの、もう１つは、直径20cm、長さ１mの塩ビ管１本のみ（断面積314cm2）のものである。塩ビ管の長さに関しては、雨がガーゼに直接当たらないように長さを１mにしている。最適な長さについては検証を行っていないが、一連の測定の間に、筒の内部が濡れた形跡はなかった。飛来塩分を捕捉するために、ガーゼを用いているが、図３に示すように、取り換え用ガーゼを準備しており、ガーゼ差込口のポケットに入れ替えて使用している。塩ビ管のガーゼ差込口は雨にさらされると浸水する可能性があるので、塩ビ管全体30筒形装置による飛来塩分量測定法の開発と初期測定結果をブルーシートで覆っている。ガーゼの暴露する表面積は、従来のガーゼ法による装置の100㎝2よりも大きく、暴露期間を短縮するようにした。ガーゼに付着した塩分量を推定するために、暴露したガーゼを注射用水に浸し、ECメータを用いて電気伝導度を計測する。
飛来塩分量と気象条件の関係を調べるため、温湿度・気圧を計測できる小型の測定装置（気象データロガー）を製作した。図４に示すように、気象データロガーは、コンピュータボード（RaspberryPi Zero W）、データ保存用のマイクロSDカード、モバイルバッテリー、温湿度・気圧センサモジュー
ル、９軸センサモジュール（３軸の加速度、角速度、磁気センサを含む）で構成されている。気象データロガーは、モバイルバッテリーの残量が確認できるように蓋が透明なボックスに入れて測定する（図５参照）。センサ制御のプログラミング言語にはPythonを用いた。

図２

装置の外観

図３

取り換え用ガーゼ（左：４本束タイプ， 右：１本タイプ）

図４2.3

気象データロガーの構成

図５

気象データロガーの外観

塩分濃度と電気伝導度の関係

ガーゼで捕捉した塩分は、水に浸して溶かし、ECメータを用いて電気伝導度を計測し、塩分濃度を推定する（図６参照）。ECメータは、測定範囲が0‑9900µS/cmで25℃での補正値を表示する「TDS&EC meter」を用いた。塩分濃度と電気伝導度は比例関係にあると考えられるため、事前実験
で比例係数を導出する実験を行った。50mlの注射用水に10㎎の食塩を溶かし、ECメータで塩水の電気伝導度を計測する。50mlずつ注射用水を加えて塩分濃度を下げながら、計測を繰り返した。図７に示すように、塩分濃度と電気伝導度は比例し、y=5.16×10‑5 xの直線で近似できた。この式を用いることで、計測した電気伝導度から、塩分濃度を推定することができる。塩分付着前のガーゼのみで、電気伝導度を測定した場合、15㎝×15㎝のガーゼで10µS/cmであったため、10µS/cm程度以下の電気伝導度は測定誤差の範囲と考えている。
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図６

図７第64号

ECメータによる測定の様子

事前実験による塩分濃度と電気伝導度の関係

３．実験結果と測定データの解析
3.1

動作確認のための測定実験の結果

測定器の動作確認を兼ねて、2018年７月13日から11月５日までの期間で、９回の飛来塩分量の測定を実施した。表３に、実験の条件や得られた飛来塩分量を示す。表１より、計測できた電気伝導度は19‑156µS/cmであり、測定誤差と考えている10µS/cmを大きく超えており、有意に塩分を検出できた。事前実験で得られた電気伝導度と塩分濃度との関係式を用いることで、飛来塩分量は、全体で0.045‑0.231mddと推定できた。塩害リスクの基準である0.05mddを下回ったことは、全実験を通して２回のみであり、高知高専の敷地内には塩分が多く飛来していることが分かる。
また、屋上での飛来塩分量は0.045‑0.0794mdd、グラウンドでの飛来塩分量は0.099‑0.231mddであり、有意にグラウンドでの値が大きかった。飛来方向による違いについて、比較実験を行った結果が①と②である。①は海岸方向で、②は海岸線に対し垂直方向の結果である。屋上での測定のみで、0.0794mddと0.0692mddとわずかに海岸方向が大きいが、差は小さい。海岸と垂直方向に海とつながる河川があることから、今回の実験だけでは、飛来方向による塩分量の差について明確なことは言えない。今後、さらに検証する必要がある。次に、測定場所のみが異なる比較実験を行った
結果が、⑥と⑧、⑦と⑨であるが、屋上とグラウンドで倍以上の値の違いが確認できた。基本的には高さがあるほど、飛来塩分量が到達しにくいと考えられる。
今回、２つの装置を製作したが、装置の性能差について、簡潔に述べる。筒４本と筒１本の装置に関して、比較実験⑥と⑦では、屋上で0.051mddと0.049mdd、比較実験⑧と⑨では、グラウンドで0.099mddと0.106mddとなり、ほぼ同じ飛来塩分量を得た。実験の運用上、筒１本の方が、装置の設置やガーゼ取り換えが簡易であるため、今後は筒１本の装置を主に利用する。

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筒形装置による飛来塩分量測定法の開発と初期測定結果

表１

3.2

飛来塩分量の測定データ（2018.7.13 〜 11.5）

定点での連続測定の結果

動作確認のための測定実験の結果を受けて、これまで３日間程度以上であった計測期間を短くし、2018年11月５日から11月11日までの期間、グラウンドで２日毎に計３回の連続測定を実施した。気
象データロガーによる同時測定を行ったが、配線の接続不良で、今回はデータ取得できなかった。
連続測定の結果を表２に示すが、電気伝導度は44µS/cm以上と、ECメータで十分測定できる値が得られた。グラウンドの測定であれば、測定期間を１日にしても十分な値が得られることが多いと考えられる。飛来塩分量は、１週間程度の間に0.189〜0.578mddと大きく変動しており、短期間で飛来塩分量が大きく変動する可能性を示唆している。気象庁のアメダスから得られた南国日章における気象データ4)を参考までに示している。１時間値のデータを用いており、天気と風向は期間中の最頻値、風速は期間中の平均値、降水量は期間中の積分値である。今後、気象データロガーを組み合わせ、中長期的な飛来塩分量の測定を行うことで、飛来塩分量の短期的な変動の過程を明らかにすることができると考えている。

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独立行政法人国立高等専門学校機構高知工業高等専門学校学術紀要

表２

飛来塩分量の連続測定の結果

第64号(2018.11.5〜11.11＠グラウンド)4．測定装置の費用
今回の装置の製作および測定時にかかる費用を表３、表４にまとめた。飛来塩分量測定装置と気象データロガーを合わせた製作費用は、筒４本のタイプで約13,000円、筒１本のタイプで約16,000円であった。表３中の括弧表記は筒１本のタイプの費用である。また、１回の測定で使用する消耗品の費用は約260円である。筒１本のタイプは費用がやや高くなるが、実験実施に関わる作業を軽減できるため、今後、多地点での測定を実施する際には有効である。多地点で同時連続測定する際には、mカ月間、d日毎に、pヵ所で測定した場合の費用の見積りは、（260×30 m/d＋15,982 p）円となる。
表３筒形観測装置の製作費用

表４34

塩分測定にかかる消耗品の費用

筒形装置による飛来塩分量測定法の開発と初期測定結果

５．まとめと今後の展望
本研究では、飛来塩分量を測定するために、ガーゼ法を元に、簡易的かつ短期間での測定が可能な筒型装置を開発した。特に、ガーゼの表面積を大きくし、塩分濃度推定のために電気伝導度の計測を実施した。開発した装置による動作確認のための測定実験で、塩害リスクの基準とされる0.05mdd以上の飛来塩分量を高知高専の敷地内で計測した。また、高さ10m程度の建物の屋上とグラウンドの比較実験からは、有意にグラウンドでの飛来塩分量が多いことを示すことができた。さ
らに、計測期間を短くし、２日間程度の計測期間であっても十分な飛来塩分量を計測し、連続的な測定を実施できることが確認できた。定点での連続測定結果より、飛来塩分量は気象条件などにより、日単位で変動していることが示された。
今後に向けて、２つの検証を実施したいと考えている。１つは、ガーゼに含まれる電解質によるECメータの測定誤差を小さくするため、ガーゼ法と同様に、暴露前にガーゼを水に浸して乾燥させることである。２つ目は従来のガーゼ法との同時測定を実施し、推定した飛来塩分量の比較を行うことである。その後は、気象データロガーとの同時測定を行うとともに、筒型装置による同時多点の飛来塩分量の測定を実施することで、飛来塩分量のマップ作成や、塩害対策へ活かしていく。

謝

辞装置開発に際して、一般財団法人WNI気象文化創造センターから助成を受けました。

参考文献
１）建設省土木研究所資料、飛来塩分量全国調査(Ⅲ)、土木研究所資料、第2687号、1988
２）武邊勝道、大屋誠、安達良、大田隼也、落部圭史、梶谷慧、北川直樹、立花裕介、原貴之、土研式タンク法とドライガーゼ法で得られる 飛来塩分量の比較、材料と環境、57、pp.500‑505､
2008３）大屋誠武、武邊勝道、広瀬望、松浦葉月、今井篤、風向風速データを用いた飛来塩分予測、材
料と環境、62、430‑433、2013
４）気象庁：https://www.jma.go.jp/（参照日：2018/11/21）

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