陸水物理研究会報－第 40 回研究発表会（2018 石垣大会）講演要旨－
主 催：陸水物理研究会
協 賛：八重山陸水研究会、日本地球惑星連合(JpGU)大気水圏科学セクション
期 日：2018 年 11 月 16 日（金）～ 11 月 18 日（日）11 月 16 日（金）サテライトイベント（JIRCAS ワークショップ）
11 月 17 日（土）研究発表会
11 月 18 日（日）巡検「石垣島・竹富島をめぐる旅と天体観望会」
会 場 :大濱信泉記念館
講演会場：多目的ホール〒907-0004 沖縄県石垣市登野城 2-70
TEL：0980-84-1551
懇親会：こてっぺん 石垣市美崎町 12-7 (TEL 050-5590-2662）

11 月 16 日（金）「JIRCAS ワークショップ‐太平洋島嶼地域における持続可能な資源管理と環境保全‐」（陸水物理研究会サテライトイベント）
主催：国立研究開発法人 国際農林水産業研究センター（JIRCAS）
協賛：陸水物理研究会
後援：パラオ天然資源環境観光省 (MNRET、Palau)、パラオ環境保護局 (EQPB、Palau)、パラオコミュ
ニティカレッジ (PCC、Palau)
時間：10:00～17:00
概要：熱帯・亜熱帯に位置する太平洋島嶼では、降雨強度が強く、土壌の受食性が高い一方で肥沃度は低く、沿岸域には観光資源や水産資源の下支えとして重要なサンゴ礁が分布するなど多くの共通点が存在する。これらの地域では保全型農業の普及と資源循環系の構築が喫緊の課題となっている。
現在、国際農研（JIRCAS）が実施しているアジア・島嶼資源管理プロジェクトでは、沖縄県
石垣島にある熱帯・島嶼研究拠点の傾斜圃場を利用して土砂流出を削減する作物栽培技術、沈砂池の堆砂を再利用する技術の開発に取り組んでいる。また、パラオ共和国では、流域の資源管理や保全型農業に関する研究を行っている。これらの成果は沖縄やパラオだけではなく、同様の環境、同様の問題を抱える多くの太平洋島嶼においても活用できると考えている。本ワー
クショップでは、最新の地域情勢や研究動向、研究成果などの情報を参加者の皆様と共有するとともに、太平洋島嶼地域における持続可能な資源管理と環境保全のための今後の取り組み、
そして持続可能な開発目標（SDGs）への貢献について議論する。

＜ワークショップ懇親会＞ 18:30・懇親会場：ホテルミヤヒラ（石垣市美崎町４-９）

11 月 17 日（土）9:10 開会の挨拶

飯泉佳子氏（国際農林水産業研究センター）＊座長は前の発表者がおこなってください。
＊発表時間 15 分は発表 12 分、質疑 3 分です。発表時間 10 分は発表 7 分、質疑 3 分です。

＜Session 1＞ 9:15-10:45
9:151) 飽和面からの蒸発量を推定する表面ボーエン比法（SBR 法）の検証
浦野愼一 (NTC インターナショナル株式会社)、酢谷岳 (富山県庁)
9:30
2) 水による光吸収が湖底での乱反射および湖内での光散乱に加わる場合の湖沼の青色呈色の試算：光物理の立場からの一考察
花石竜治 (青森県環境保健センター)
9:45
3) 2011 年紀伊半島豪雨 赤谷・長殿崩壊メカニズムの再検討齊藤隆志 (京都大学防災研究所)
10:00 4) 地表水－地下水相互作用と生態系影響：地下水が沿岸環境の多様性形成に及ぼす影響に着目して齋藤光代（岡山大・院・環境生命）
・小野寺真一・（広島大・院・総合科学）
・岩田徹・
大久保賢治（岡山大・院・環境生命）
10:15 5) 流域における水循環に駆動されるリンおよび窒素循環の未知-生態系ストックと動態フロー小野寺真一(広島大)，齋藤光代(岡山大), 清水裕太(農研機構), 福岡正人(広島大),
田瀬則雄(筑波大学)
10:25 6) 地震による地盤の水理特性の変化とその回復について
北岡豪一・西村敬一・山下栄次（岡山理科大学）
10:35 7) 火山性深湖における地殻熱流量評価―摩周湖・俱多楽湖・田沢湖の比較―
知北和久(北大・北極域セ), 大八木英夫(日大・文理), 田中 敦(国立環境研),
網田和宏(秋田大・理工), 藤井智康(奈良教育大)10:45-11:00 ポスター発表準備（休憩）11:00-11:15 ポスター口頭紹介(各 2 分)
8) 草津白根山周辺地域の水環境に関する研究（3）猪狩彬寛(法政大・院), 小寺浩二(法政大・地理), 浅見和希(法政大・院）
9) 箱根山周辺の水環境-噴火(150629)後を中心に (3)堀内雅生(法政大・学), 小寺浩二(法政大・地理), 猪狩彬寛(法政大・院),
浅見和希(法政大・院)
10) 長崎県島嶼の河川水質特性(2)矢巻剛(法政大・院), 小寺浩二(法政大・地理), 浅見和希(法政大・院), 猪狩彬寛(法政大・院), 堀内雅生(法政大・学)
11) 御嶽山噴火後の高山湖沼及び周辺諸河川の水質変化(3)浅見和希(法政大・院), 小寺浩二(法政大・地理), 猪狩彬寛(法政大・院),
堀内雅生(法政大・学)12) SWAT model analysis for the effect of crop growth on sediment yield from a settlingbasin catchment in Ishigaki island
Yang Cao, Shin-ichi Onodera (Hiroshima Univ.), Mitsuyo Saito (Okayama Univ.), HideOmae, Yoshiko Iizumi (JIRCAS)
13) 北海道東部の森林小河川における河川流量とフラックス
鎌内宏光(地球研),福島慶太郎(京大・生態研), 近藤昭彦(千葉大・環境リモセン), 岡部
芳彦, 勝山智憲, 佐藤修一, 林 大輔, 徳地直子（京大・フィールド）14) 熊本県菊池川流域における SWAT モデルを用いた森林の流出機構の推定
藤井創一朗, 金森匡彦, 永野裕子 ((一社)日本森林技術協会)，木下 牧 ((株)パスコ)，
清水裕太(農研機構西日本農業研究センター), 小野寺真一(広島大)iiポスター発表コアタイム

11:15-12:20＝＝＝ 12:20-13:30 昼休み (70 分) ＝＝＝<運営委員会>12:20～13:30＜Session 2＞ 13:30-15:15
13:30 15) 田沢湖深層部にみられる水温の上昇
林 武司(秋田大・教育文化)，石山大三，小川泰正(秋田大・国際資源)
13:45 16) 臨界水深概念の前提としての混合水深の実用的評価手法について
古里栄一(鹿児島大・南九州・南西諸島共創機構)，Tulaja Gurung(埼玉大院・理工)，
鮎川和泰(環境システム)，中山恵介(神戸大・工)，清家 泰(島根大・エスチュアリーセ
ンター)，今本博臣(水機構・総技センター)，久納 誠(水機構・総技センター)，
前田広人(鹿児島大・水産)，奥西将之(鹿児島大・水産)，伊藤祐二（鹿児島大・農）14:00 17) 沖縄県石垣島河川水質の栄養塩特徴とアンパルマングローブ林内水温変動
干川 明 (NPO 法人石西礁湖サンゴ礁基金／八重山陸水研究会)
14:15 18) 扇状地河川の伏没帯における地中熱利用の可能性
阪田義隆 (北大・工)，葛 隆生(北大・工)，長野克則(北大・工)14:30 19) 別府群発地震時の温泉水位について
柴田智郎 (京都大・理・地球熱学研究施設)
14:45 20) 暑熱地域における園芸施設の室内熱環境のシミュレーションと評価
葛 隆生，鈴木大也 (北大・工)15:00 21) 河床礫の粒径分布分析を用いた岡山・旭川中流域の河床調査
山口 一裕（岡山理科大）＝＝＝休憩(15 分)＝＝＝＜公開シンポジュウム：島嶼における水環境と自然災害－北海道から八重山諸島までー＞
15:30 22) 島嶼地域の水環境の把握と保全のための産官学民の連携
小寺浩二(法政大・地理), 浅見和希, 矢巻 剛, 猪狩彬寛(法政大・院),
堀内雅生(法政大・学)15:45 23) 水資源として重要な山岳地域の雪鈴木啓助（信州大・理）
16:00 24) 北海道の 3～5 月における最近の雪氷災害
石井吉之 (北大・低温研)
16:15 25) 屋久島 1979，三宅島 2000，そして伊豆大島 2013 土石流災害に学ぶ
諏訪 浩（東大・空間情報科学研究センタ、立命館大 歴史都市防災研究所）..
休憩(15 分)
16:45 26) 海と陸とを一体的に捉えた島嶼型統合的水循環管理を目指して
安元純, 野崎真司, Bam HN Razafindrabe(琉球大・農), 中屋眞司(信州大・工),土岐知弘, 新城竜一（琉球大・理）,安元 剛（北里大・海洋生命）
17:00 27) 西南日本亜熱帯島しょの陸水環境と沖縄の島々における上水道供給方法
東田盛善（八重山陸水研究会）
17:15-17:35 総合討論
＜総 会＞ ＜表彰式＞ 17:35-18:05＜巡検説明＞ 18:05-18:10

iii

＜懇親会＞ 19:00注）進行を円滑にするため，発表者は予め備付け PC に ppt ファイルをインストールしてください（ファイルは，研究会終了後に責任をもって削除します）。
・懇親会会場：こてっぺん 石垣市美崎町 12-7 (TEL 050-5590-2662）

11 月 18 日（日）： 巡検「石垣島・竹富島をめぐる旅と天体観望会」
巡検案内者：飯泉佳子（国際農林水産業研究センター）
集合場所： 石垣港離島ターミナル (午前 8 時 20 分)
巡検ルート：
巡検 1（8:30-12:00）: （JIRCAS ワークショップ巡検 主催：国際農研）
石垣港離島ターミナル→国際農研 熱帯・島嶼研究拠点→沈砂池ほか→
ホテルグランビュー石垣前
巡検 2(12:00-15:00):
12:00-13:00 ホテルグランビュー石垣（ランチバイキング）
13:10 石垣港離島ターミナル(13:30 発)→竹富島（水牛車、自由散策）（16:15 発）→石垣港離島ターミナル（16:25 着）
17:30-20:30 夕食会（豊年満作 石垣店： 石垣市美崎町 12-3）
巡検 3(20:00-20:30 or 21:00-21:30): 石垣島天文台・天体観望会＜解説＞
巡検 1 では「高島」の石垣島、巡検 2 では「低島」の竹富島をまわります。両者の地形、地質、土地利用、環境保全施策の違いなどをご覧ください。島嶼は、慣習としておおよそ「高島」と「低島」の 2 つに分類されます。前者は、起伏のある火成岩の島、後者は「サンゴや有孔虫などの生物遺骸からなる砂により形成される低平な島と定義されます。一般的に「高島」では河川が発達しているのに対し、「低島」では河川はなく雨水は地下に浸透します。
このように「高島」と「低島」では、陸域から海域への水や物質の流出は大きく異なっています。
巡検 3 では、石垣島天文台を訪問し、むりかぶし望遠鏡による天体観望会に参加します。
同天文台は市街地から離れており、今年 4 月に国際ダークスカイ協会（IDA）から日本で初めて星空保護区（「ダークスカイ・パーク」カテゴリー）に認定された西表石垣国立公園に隣接しています。

竹富島の水牛車

国際農研熱帯・島嶼研究拠点の傾斜圃場とライシメータ―iv

１）

飽和面からの蒸発量を推定する表面ボーエン比法（SBR 法）の検証＊

浦野愼一 (NTC インターナショナル株式会社)、酢谷岳 (富山県庁)

１．はじめに
蒸発量 E を推定するペンマン式は、地表面が飽和していることを条件に、高さ z の気温、湿度（水蒸気圧）、風速の観測データから E を求める式である。
この式は z における風速関数 f(U)がわかれば、任意のｚで成立する。またこの式はボーエン比法と同じく、E が z 方向で変化しないコンスタントフラッ
クス(CF)の状態を前提としている。著者の一人浦野（2012）は、ペンマン式が前提としている CF と式の構造から、この式が想定しているボーエン比を推定する方法を考案し、表面ボーエン比法(Surface
Bowen Ratio Method、SBR 法)として提案した。
著者らはこの SBR 法を検証するため 2010～2012
年に釧路湿原・赤沼で蒸発量の観測を行い、良好な結果を得た（浦野、2011）。しかしその検証は蒸発
量 E の値の検証にとどまったため、今回そのデータを再整理し、SBR 法で推定した表面温度の検討など、より詳しい検証を行ったので結果を報告する。
２．SBR 法の概要
SBR 法は、地表面が飽和していることと、地表面から観測高度 z までの間で CF が成立していることを考慮し、以下のペンマン式・(1)式の構造から導き出した方法である。

---------------(1)
但し、 Ea = f (U )  (eas − ea )ここで、 E ：蒸発量(mm/h)、 QT ：有効エネルギー( ＝ Rn-G 、 Rn ： 正 味 放 射 量 、 G ： 水 中 熱 伝 導量)(MJ/m2h)、Δ：観測高度 z の気温 Ta における飽和 水 蒸 気 圧 の 勾 配 (hPa/ ℃ ) 、 ｌ ： 水 の 蒸 発 潜 熱(MJ/kg)、 γ ：乾湿計定数(hPa/℃)、 f(U) ：観測高度 z における風速関数、(eas-ea)：高度 z の気温 Taにおける飽差(hPa)、である。
(1)式は、z における f(U)が正しく与えられれば任意の ｚで成立する。また(1)式は蒸発が生じていることを前提としているため、例えば z を地表面に近づければΔが大きくなり、第１項の比率が大きくなる。ｚをさらに飽和地表面まで下げると飽差がゼロになり、(1)式は第１項だけになる。この時のボーエン比βは式の形から、β＝γ/Δとなる。CF が成立している条件下ではβは高さによらず一定であるため、このβは高度 z で観測しているβと等しい
はずである。つまり、(1)式のβ は飽和地表面の温度 Ts におけるΔから求められる。
上記の論理が正しければ、 Ts は実測ではなく計算で求められる。つまり、空気線図(T-e グラフ)上に高さ z の観測値 Ta、ea をプロットし、そこから飽和水蒸気圧の曲線上の Ts に向けて直線を引き、その直線の勾配と Ts における飽和水蒸気圧の勾配
Δが等しくなるような Ts を求めればよい。そのよ
うな Ts は１点しかないから数値計算で（Excel でも）簡単に求められる。これが SBR 法である。
SBR 法の利点は、Ts が数値計算で推定できるため、
ペンマン法での風速観測が不要になること、ボーエ
ン比法の観測高度が 2 点ではなく１点で済むこと、
プレストリ・テーラ法の係数αは考える必要がなく、α＝１に固定できること、などである。これにより蒸発量の推定が容易になる。
３．観測方法と使用データ
観測は釧路湿原・赤沼で行った。赤沼は恩根内地区に発達したボッグのほぼ中央に位置しており、水面の面積約 9.5ha、集水面積 14.4ha の湿原湖沼である。水深は最大約 2.6ｍ、平均約 1.8m で、貯水量は概ね 171,300m3 である。赤沼に繋がる明確な
流入・流出河川はないが、湖の南西湖岸の標高が北
東湖岸より高く、また地形的に湖の南西と北東に河川の痕跡が残っていることから、湖沼への水の出入りは、南西側から流入し北東側から流出していると推察される。
観測項目は、正味放射量 Rn、気温 Ta・湿度(飽和水蒸気圧)ea、および水温分布（水面、深さ 0.4m、0.8m、1.5m、約 3.0m（湖底）の 5 点の水温）である。 Rn は、湖岸近くの水面上に熱電堆型放射収支計（CPR-Q*7 型）を設置して観測した。湖面上の Ta、ea は湖岸から約 30m 沖にポールを立て、水面から 40cm の高さにおんどとり（TR-72U 型）を設置して観測した。水温分布はポールとほぼ同じ場
所にブイを浮かべ、ブイから湖底へ垂らしたロープにセンサー（TR-52i）を付けて観測した。観測は2010 年 7/8 から同 10/22 まで１時間間隔で実施した。なお解析は値に異常値がなく連続してデータが取れた、8/10 から 10/20 までを対象とした。

写真１．ポールとブイによる気温・水温等の観測-１-

また本研究の期間中、別途湿原の熱収支・水収支を求める目的で、赤沼近くの湿原内に気象ステーシ
ョン（気象 ST）を設け、そこでも気象観測を行った。本研究では(1)式の風速関数 f(U)を求めるため、
気象 ST での風速データを使用した。

図 2～4 は 3 つの方法で計算した蒸発量 E (mm/h)の比較である。ここで、負の E 値が多数示されているが、これは、図 1 の温度勾配と期間中のβが常に正だったことから、QT の誤差に伴うエラー（G の誤差で QT が負になったため）と考えられる。
3

E(SBR)：SBR法

４．解析方法
本研究では、蒸発量 E をボーエン比法(Bo 法)、(1)式のペンマン法(Pe 法)、および SBR 法で求め、各値を比較した。ここで、共通データとなる有効エネルギー QT （＝ Rn+G ）については、正味放射量 Rn
は観測値を使ったが、水中熱伝導量 G は、水温分布から計算した水面から湖底までの貯熱変化量を求め、その値を G として計算した。
Bo 法では、ボーエン比βを、高さ 40cm で観測した気温 Ta と湿度（水蒸気圧）ea、およびブイで観測した水面温度 Tw とその飽和水蒸気圧 ews から求めて計算した（式は省略）。Pe 法では、気象 ST で観測した風速を高さ 40cm の値に換算し、その値と Bo法で計算した E を比較して風速関数 f(u)を求め、その f(U)と Ta、ea 等を使って(1)式から計算した。
SBR 法では、Ta、ea から水面温度 Ts を推定し、その Ts の飽和水蒸気圧の勾配Δから求めたボーエン
比βs＝SBR（＝γ/Δ）を使って計算した。

y = 1.1159x - 0.0052
2
1

0
-3

-2

-1

0

1

2

3

E(Bo)：ボーエン比法

-1
-2
-3

図 2.蒸発量計算値、E(Bo)と E(SBR)の比較
E(SBR)：SBR法

3
y = 1.1259x - 0.0209
2
1
0
-3

-2

-1

0

1

2

3

E(Pe)：ペンマン法

-1

-2

50
Tw(観測値）

45

Ts(推定値）

温度（℃）

35
30
25

20
15

10
8/16

8/17

8/18

8/19

8/20

-3

-2

3
y = 0.9876x + 0.0143

2
1

0

-1

0
-1

1

2

3

E(Bo)：ボーエン比法-2-3

図 4.蒸発量計算値、E(Bo)と E(Pe)の比較
結果は概ね一致したが、値の大小では E(SBR)＞
E(Bo)＞E(Pe)となった。どの値がより正確かの判断は難しいが、E(Bo)は Tw の精度に、E(Pe)は f(U)の不安定さに問題がある。一方 SBR 法は、Ts を理論的に推測できることと、f(U)を使うことなしに E を推定できるのが強みである。これにより 3 つの中では相対的に E(SBR)の信頼性が高いと思われる。

Ta(気温）

40

8/15

-3

図 3. 蒸発量計算値、E(Pe)と E(SBR)の比較
E(Pe)：ペンマン法

５．結果と考察
SBR 法では途中で推定値として水面温度 Ts が算出されるため、最初にその Ts と観測値 Tw を比較し、両者の信憑性を検討した。
図１は 8/15（0 時）から 8/21（0 時）までの水面温度の観測値 Tw と SBR 法での推定値 Ts、および気温 Ta の時間変化である。Ts は時間変化が大きく、Tw より昼間に高く、夜間に低かった。また Ta は常に Ts、Tw より低かった。ここで、水面温度としてTw と Ts のどちらの信憑性が高いかを考えてみる。
一般に、空気に接した地表面の温度は変動が大きく、正確に観測するのは極めて困難とされている。水面温度も同様で、今回の観測値 Tw は水面に浮かべた
薄い板の裏側にセンサーを付けて観測した値である。
このため、空気と接した水面温度を正確にキャッチしているとは言い難い。また推定値 Ts の方が１日の時間変化が明瞭に出ていることから、水面温度としての信憑性は Ts の方が高いと考えられる。

8/21

日付

図 1.水面温度 Tw（観測値）と Ts（推定値）の比較

文献
浦野愼一、2011、湿原湖沼「赤沼」の蒸発量の観測、
2010-2012 環境省一括計上研究「湿原流域の広域
環境変化と解明と調和的管理指針の解析」研究成
果報告書
浦野慎一、 2012、ペンマン式およびプレストリ・
テーラ式のボーエン比に関する考察。北海道大学
地球物理学研究報告、 75、 91-107

-2-

2）

水による光吸収が湖底での乱反射および湖内での光散乱に加わる場合の湖沼の青色呈色の試算：光物理の立場からの一考察＊

花石竜治 (青森県環境保健センター)

１．緒言
青森県西津軽郡深浦町松神地内の「津軽十二湖青池（じゅうにこ・あおいけ）」は、澄み渡るような青色を呈する。その湖水は透明度が高く、三上らはそれを全透（水深 8.8 m）としている。
演者らは、①青池の湖水中の着色性物質が極めて低濃度であること、②SS（懸濁物質）が低濃度であること、③可視領域における吸収スペクトルが、青池実地および青池湖水を実験室に持ち帰っての測定で、水の吸収スペクトルに一致したことの三つの点を、湖底が明るい色のいわゆる「十二湖凝灰岩」
からなると推定されることと考え合わせ、水による赤色光吸収と湖底における白色的光反射が青色の原因であるという仮説を提唱し、2017 年度までに、その仮説を支持する測定・解析結果を得た。
その後、2018 年度に青池実地調査で新たな観測結果を得て、青色原因として考えられる別の要因を発見した。今回、これを考慮して観測結果を解析し、青色呈色のシミュレーションを行った。
２．理論
1)理論の前に：理論構築の正当性
普段、観測する青池は直達 and/or 散乱日射が入射するが、青池の湖面上には樹木の枝があり、このために青池に差し込む「木漏れ日」を 2018 年 7 月 24日および 9 月 2 日に観測することができた。
「木漏れ日」の湖内への入射では、湖底と考えられる場所からの青白い光（既説の「湖底における光反射」の証拠）および日射が水中を通過した跡に青色の光が筋状に現れ、これは水中における光散乱が原因と考えた。図 1 に「木漏れ日」の画像（2018 年
7 月 24 日 15:52）を示す。
以上から、青池の呈色には、湖底からの反射および湖内での光散乱の両方を考慮する必要があるとの認識に至った。

図 1 青池における「木漏れ日」
2)光挙動の仮定①：水底における乱反射モデル
以下、まず直達日射について述べる。
「滑らか」と仮定した湖底において、入射光がそ-3-の法線ベクトルを対称軸として与える反射光ベクト
ルから、三次元正規分布による強度比を持つ「乱反射光」が派生すると考える。
観測される「乱反射光」は、観測位置と湖底の反射点が決まれば一意に決まり、よって湖底の反射点と太陽高度および方位角から、乱反射前後の湖内光路長が決まる。したがって反射湖底点に依存して透過・反射・透過した光の光路長と水の吸光係数とから色調が第一要因で決定され、それ以外の波長に依存しない強度因子で明暗が決定されると考える。
3)光挙動の仮定②：水中での光散乱モデル
水中を通過する光が、指数関数的に強度を失いながら「散乱光」に変化すると考える。「散乱光」は、すべての立体角に放射され、その一部分が観測されるとする。色調・明暗の決定は前項と同様と考える。
4)湖盆形態の回転放物面近似が有効な系
青池の場合、吉村らが湖盆形態を漏斗型としたことから、回転放物面をその形態と仮定する。
湖底点に依存する光路の「乱反射光」ベクトルを、
長谷川の光線屈折式およびこのベクトルの規格化条件を用いて、四次方程式の数値解から求める。これにより、乱反射前後の光路長を決定できる。
さらに、各湖底点に対応した強度因子として、面積素片を媒介変数表示するためのヤコビアンを求め、湖底において傾いた面積素片の湖面への射影の因子、湖面から観測点までの立体角の因子、湖面での入射・射出時のフレネルの反射透過係数の因子を考慮する。
各湖底点に対応した「乱反射光」の光路長と水の可視領域吸光係数、直達日射の場合の太陽光分光放
射強度および上述の強度因子から呈色の三刺激値
XYZ を求め、これを RGB 表色系に移行し、さらに湖面における RGB 値の二次元正規分布を仮定して、各湖底点からの寄与を足し合わせ、観測位置から見た湖面上の呈色の sRGB 値を求める。
「散乱光」については、各湖底点から鉛直方向に等間隔で散乱点を設定し、湖底反射で考えた湖底座標に対応する面積素片の各深度での水平面への射影
から光が散乱されると仮定する。この場合、散乱光
強度には立体角の因子の 4π で除算した因子が入り、湖底での乱反射光強度の三次元正規分布および湖底反射の強度比以外について湖底乱反射光と同様に考えることで、湖底乱反射光の寄与と比較可能な散乱
光強度因子となる。
３．方法
1)「木漏れ日」の解析
木漏れ日の通過跡のデジタルカメラ画像の sRGB

値から、線形 B 値を再現する散乱光強度因子を決定した。なお、日時からの太陽高度・方位角の算出は、赤坂の式によった。
2)青池画像の呈色分布解析と青池画像の再現
青池の画像を、デジタルカメラの絞り、露出時間
および ISO 感度から基準化し、これを用いて上記
1) の結果も考慮した。
なおパラメータ決定は、デジタルカメラ画像の
sRGB 値の線形 GB 値について残差平方和を極小とする条件とした。元データとして、湖面上に樹木の葉の少ない 2017 年 5 月 2 日 10:07 および 11:35（晴天時）の撮影画像を用いた。
3)直達日射と散乱日射
曇天時の散乱日射の場合は、太陽光分光放射強度として、NEDO による 2012 年の北海道長沼町での実測値で、散乱比が 1 ヶ月のうち最も大きいものを抽出し、12 ヶ月分の算術平均を使用した。
散乱日射条件の日射強度の太陽高度・方位角依存性は、同じく 1 年間の散乱日射光強度（9716 デー
タ）を太陽高度の正弦と方位角についての二次式との積で得た回帰式により全天からの寄与を考慮した。

(a) 基準化した画像(b)②湖底乱反射(b)③湖内散乱
図 3 青池画像とシミュレーション

４．結果
1)「木漏れ日」解析
画像から抽出した 9 点の sRGB 値の線形 B 値を再現するパラメータを決定し、図 2 に示した。湖内の
木漏れ日通過点の算出においては、変数 2 つに対して決定方程式が 3 本成立する段階があったが、この場合は行列の特異値分解により最小二乗解を決定した。

図 2 木漏れ日の観測光線形 B 値の観測値と理論値
2)青池画像の呈色分布解析と青池画像の再現
図 3 に 2017 年 5 月 2 日 11:35（晴天時）の青池の湖岸撮影定点からの画像を基準化したもの (a) とそのシミュレーション結果 (b) を①湖底乱反射＋湖内散乱の双方の寄与、②湖底乱反射の寄与、③湖内散乱の寄与として示した。
3)「青池カラーチャート」の算出
以上の知見により、縦軸に月日を、横軸に時刻を配した二次元グラフである「青池カラーチャート」
を作成できた。図 4(a) に直達日射条件（日射強度 1×105 lx）、図 4(b) に散乱日射条件（日射照度 3×
104 lx）とした場合を示した。これらのグラフの算
出では、観測位置を展望台の湖岸位置とした。

(b)①湖底乱反射＋湖内散乱(a) 直達日射(b) 散乱日射
図 4 青池カラーチャート
５．考察
図 2 の「木漏れ日」解析により、散乱光強度因子を決定できた。
図 3 (b) の三つのグラフの比較から、実際の青色呈色には、湖底での乱反射だけではなく、湖内での光散乱も大きく寄与していることが明らかになった。
このことは青池の呈色に関する新規な知見である。
この散乱モデルにおいても、水による光吸収が青色
呈色の大きな要因であることが示唆された。
また、図 4 で、直達日射の場合は、夕刻に呈色が暗くなる傾向があると示唆された。これは、展望台の方位角を変えた設定で明らかになるが、観測位置が北北西の方向にあるためと考えられる。
６．結語
モデルケースとして「津軽十二湖青池」を選び、その湖盆形態を回転放物面として近似し、数理モデ
ルにより青色呈色の再現を試みたところ、その呈色の大きな要因は、湖底での乱反射と湖内の光散乱に
水の光吸収が関与したものと考えられた。

-4-

3）

2011 年紀伊半島豪雨 赤谷・長殿崩壊メカニズムの再検討齊藤隆志 (京都大学防災研究所)

１．はじめに豪雨や地震をトリガーとする土砂災害は、短時間の急激な地形変化現象であり、人命はもちろん社会
インフラに大きな被害を及ぼす。さらに現象発生後、長期間にわたって、それらに影響を及ぼす。土砂災
害の被害軽減のためには、それに関わる現象を理解し、いつどこで発生するか、また、その規模はどの程度であるかなどを事前に把握して対策を講じることが、最も有効であると考えられる。
極端な豪雨現象が増加し、巨大地震の発生が想定されている現状を考えると、その予測手法が喫緊の k
課題である。しかし、この発生位置・発生時刻の予測は、現象の理解段階にとどまり、有効な手法の提示がされているとは言えない。土砂災害が発生した
際には、その発生機構を定量的に検討する手法が確立されていないと考えるべきである。最近のレーザ
ー測量の技術進歩から、詳細な地形情報を得ることが可能となり、現象を定量的に可視化する方法を開発した。それを用いて、2011 年台風 12 号による紀伊半島での深層崩壊とされている現象の再検討を行ったので、ここに報告する。
２．対象地域の概要と方法
対象とした崩壊現象：奈良県十津川村赤谷および長殿での巨大崩壊。奈良県上北山村アメダスでは
72 時間雨量が 1652.5 ミリとこれまでの国内の観測記録である 1322 ミリ（宮崎県神門（みかど））を大幅に上回り、総降水量は 1808.5 ミリに達し、一部の地域では解析雨量で 2000 ミリを超えるなど、記録的な大雨となった。（気象庁：平成 23 年台風
第 12 号の概要より抜粋）Web で公開されている猿谷ダムでの観測降水量、ダム流入量および赤谷での崩壊発生推定時刻（Yamada et al. 2013 ）を図１に示す。崩壊発生機構を推定するために、現象の前後での詳細数値地形(1mDEM)を用いて、斜面の各部分に存在する土塊の追跡を実施した。この方法の詳
細は、講演時に示す。赤谷の崩壊現象の前後で計測された 1mDEM に手法を適用した結果を図 2 と図 3 に示す。

図 1.猿谷ダムにおける降水量・ダム流入量。赤矢
印は、赤谷での崩壊発生推定時刻。

-5-

図 2. 本手法適用結果（赤谷崩壊前）

図 3. 本手法適用結果（赤谷崩壊後） 0

N

500m

３．結果
講演時には、前後の図を重ね合わせ、移動した土塊の範囲と崩壊後に本手法を適用した結果から読み取れる土塊の流動跡痕から、土砂移動の様式を示す。
また、跡痕の重なり状態から、土塊移動の順も示す。
本手法は、現象の前後の地形変化の特徴を可視化し、現象前の存在位置とその土塊の追跡を可能とする点で、大きな利点がある。
４．崩壊位置予測の可能性
赤谷崩壊の場合、崩壊の端緒となる小崩壊が斜面の下方で生じていて、この小崩壊から、斜面に不安定に存在するいくつかの箇所に崩壊が拡大した結果、全体として、巨大な崩壊が発生したように見えると考えられる。本手法は、斜面に存在する不安定土塊の位置とその移動する可能性の高い方向を検出する可能であることから、他の事例の検討も重ね、位置予測に資することができると考える。
参考文献
Yamada, M., Y. Matsushi, M. Chigira, and J. Mori
(2012), Seismic recordings of landslides caused
by Typhoon Talas (2011), Japan, Geophys. Res.
Lett., 39, L13301, doi:10.1029/2012GL052174.
ここで使用した詳細数値地形データは、国土交通
省近畿地方整備局より提供を受けた。記して、謝意
を表する。

4）

地表水－地下水相互作用と生態系影響：
地下水が沿岸環境の多様性形成に及ぼす影響に着目して*齋藤光代（岡山大・院・環境生命）
・小野寺真一・（広島大・院・総合科学）
・岩田 徹・大久保賢治（岡山大・院・環境生命）子として藻場の維持に寄与している』という仮説が１．地表水－地下水相互作用研究の歴史と意義
地下水は「涵養」および「流出」を通して河川水立てられる．しかしながら，SGD と藻場との関係を

や湖水，海水などの地表水と相互に影響し合ってお扱った既存の研究はごく限られており，両者の因果り，地下水の流動およびそれにともなう物質輸送の関係は十分明確にされていない．そこで本研究では，評価にあたっては，それらの相互作用を考慮する必SGD が沿岸環境の多様性形成に及ぼす影響の評価

要がある．Anderson (2008) 1) によると，地下水－地を行うことを目的とし，研究を進めている．

表水間の交流に関する研究の歴史は Kohout (1960)2)による塩淡水境界の研究まで遡り，その後 Johannes(1980) 3) は ， 海 底 湧 水 （ submarine groundwater
discharge: SGD）が硝酸性窒素などの輸送を通して沿岸海域の生態系に影響を及ぼすことを指摘した．また，それ以降は，河川水と地下水との交流場（ハイポレイックゾーン：Hyporheic zone）が河川の窒素動態や河川生態系に影響を及ぼすことなどが明らかにされるなど，これらの地表水－地下水交流過程については，今年度地下水学会誌においても特集号が３．藻場の分布する沿岸域における SGD の評価
発表者らは現在，瀬戸内海の島嶼部（広島県生口島，岡山県鹿久居島）を対象に，水温，塩分，およびラドン（222Rn）をマルチトレーサーに用いる手法
やダルシ―則に基づく地形モデルなどによる SGDの評価を行うとともに，藻場の分布との対応関係などを調査している．以上の島はいずれも急峻な地形を呈し，沿岸域への目立った河川の流入はほとんどみられない．また，前者の生口島は基盤が花崗岩であり，後者の鹿久居島は流紋岩となっている．いず

組まれ，最新の研究動向が紹介されている 4)．

れも，沿岸域には藻場（主にアマモ，ガラモ，アオサなど）の分布がみられる．

２．沿岸環境の多様性形成に及ぼす地下水の影響
地表水－地下水交流域のうち，発表者らは現在，生口島においてマルチトレーサー法および地形

沿岸海域に着目し，そこに生息する藻場と海底湧水モデルにより SGD の空間分布を評価した結果，相（SGD）との関係についての研究に着手してきた

対的に地形勾配が急なエリアにおいて，SGD がより（科研費基盤研究(B)，18H03411，代表：齋藤光代，

大きくなる傾向が確認された．また，鹿久居島沿岸

平成 30 年度～32 年度）．海草や海藻の群落である藻では，降雨の直後に淡水性の SGD が増加する傾向

場は，陸域の森林にも匹敵する二酸化炭素固定能が確認され，SGD が原因とみられる二重拡散対流が（カーボン・ストック）を有するとされ，また，魚生じている可能性も示唆された．今後，これらの類の産卵場や稚魚の成育場として，食物連鎖においSGD が藻場の空間分布や生育環境に及ぼす影響にても重要な役割を果たしている．しかしながら，瀬ついて，詳細な評価を実施していく予定である．

戸内海などでは藻場が減少傾向にあるとされ，その保全の重要性が指摘されている．
藻場の保全にあたっては，他の一次生産者（植物
プランクトンなど）との共生が可能な多様性に富む
沿岸環境（水温，塩分，栄養状態，底質などのバリ
エーション）をいかに保全していくかが大きな鍵となる．これに対し，地下水は，河川水などの地表水と比べて水温や流動量の変化が小さいため，SGD は
冬季や夏季における極度な海水温変化を緩和するとともに，一定量の淡水や栄養塩を安定的に供給する機能を持つ可能性がある．これらの特性を踏まえると，『SGD は沿岸環境の多様性形成の重要な一因

-6-

参考文献
1) Anderson, M.P. (2008): Groundwater, IAHS
Benchmark Papers in Hydrology Series, 3, IAHS
Press.
2) Kohout, F.A. (1960): A cyclic flow of salt water inthe Biscayne aquifer of southeastern Florida. Journalof Geophysical Research, 65, 2133-2141.
3) Johannes, R.E. (1980): The ecological significance ofthe submarine discharge of groundwater. Marine
Ecology Progress Series, 3, 365-373.
4) 齋藤光代・小野寺真一・土原健雄（編）（2018）：
特集「地下水－地表水交流過程；その物質輸送および生態系への影響」，地下水学会誌，60(2)，139-221.

5）

流域における水循環に駆動されるリンおよび窒素循環の未知-生態系ストックと動態フロー＊

小野寺真一 (広島大)，齋藤光代 (岡山大) , 清水裕太（農研機構）
福岡正人（広島大）, 田瀬則雄（筑波大学）

1. はじめに「惑星限界」という概念（地球規模の環境容量を超えているかどうか）において、リン循環 1)および窒素循環の劇的な変化は地球の環境容量を超えるレベル（危機的）であることが指摘されており 2)、現在では地球環境問題の一つとしてとらえるべき課題となっている。自然のリン循環および窒素循環において、「人間活動の影響」が現在の環境学にとっての未知といえるが、主に①大量消費活動（食糧増産のために農地に肥料を大量散布）という直接的作用
1)3)と②水循環過程の変化という間接的な作用による 1)4)ものであり、結果として陸域から海域への輸送を加速してきた。自然のリン循環では岩石由来のリンが土壌‐陸域生態系に取り込まれ，一部が地形過程（浸食作用）により水域から海洋まで運搬・堆積され，一部は海洋生態系に取り込まれる。一方、窒素では硝酸性窒素が水溶性で地下水を経由して河川や海域へ輸送されるが途中脱窒過程を経てガス化される。ここでは、自然循環系を加速させた人間活動の影響について、水循環過程の変化という間接的な作用にともなう部分を整理したい。
２．リン循環について
松八重ら（2008） 5)によれば、人間活動にともな
うリン循環への影響について、農業と工業でそれぞれ 4:1 の割合で大量に消費され廃棄されていて、いずれも土壌（生態系でストック）などにとどまると想定されている。しかし、一般に農地では、森林流域に比べて地表面の浸透能が低く（農業活動にともなう圧縮や雨滴衝撃によるクラストの形成のため）、
降雨時に地表流が発生しやすい。地表流の発生は、表面土壌の浸食を引き起こす。沖縄の農地での観測
結果 6)によれば、農地から大量の土砂流出があることが確認されており（いわゆる赤土流出）、その結果として、農地に散布されたリン肥料も流亡している。このリンのロスは、農地に散布される肥料の 5割と見積もられている 6)（H30-H33 科研 A；代表小野寺）。また、世界的に拡大する人為的な森林伐採や山火事などの森林の消失は、同様に降雨流出経路
を地表流優先へと変化させ、土壌に蓄積された栄養分（リンを含む）の系外流亡を加速している 4)。20
世紀後半に拡大した砂漠化や土壌劣化という地球環
境問題地域は、人間活動によってリン循環の大きな変化が起きた代表的な地域であるといえる。
さらに、近年の集中豪雨では、大規模な土砂災害が頻発しており、2014 年には広島災害が、2017 年には九州北部豪雨、2018 年には西日本豪雨が発生した。集中豪雨にともなう大規模な流出時における-7-

リン輸送量は明らかではなく、大きな課題である。
衛星情報や SWAT などの解析的アプローチが必要となってくるだろう。
３．窒素循環について
窒素循環においても、非定常性が大きな課題である。都市では、降雨の不浸透面が拡大し地表流が発生し都市型洪水が問題となる中、その多くは整備されてきた下水道に集中して流出する。その際、下水道を流れる窒素・リンを含む汚水は、一定以上の降雨時に下水管へ雨水の集水が生じた際、処理場を経由せず未処理（降水によって希釈されているだけ）のまま直接河川や海洋に放出される。大阪では日雨
量 10mm 程度の降雨から直接放流が生じる可能性があることが確認されており、特にゲリラ豪雨の発生頻度が増加する現在、この見積もりは重要である。
また、地下水中での脱窒過程で放出される温室効果ガスである N2O の動態についても、地下水中で季節変動が大きくみられることが確認されているが、その機構については明らかではない。また、地域による放出量分布についても課題が残されている（H28H30 科研 B;代表福岡）。
さらに、塩水化にともなう窒素成分（リン成分も）の溶脱も沿岸においては重要な変動要因であるが、この定量化についても大きな課題である（H29H31 科研 B;代表小野寺）。
また、農地から流出した肥料成分を含む地下水や土砂のリサイクルについて（H30-H33 科研 A；代表小野寺）も、今後人間活動の一環として改善に向けて重要であるが、この促進については課題である。
引用文献
1)小野寺真一, 人間活動のリン循環への影響, 『リン事典』, 2017年
2)Steffen, W et al., Planetary boundaries: Guiding human development
on a changing planet, Science, 10.1126/science. 1259855, 20153)Onodera, S., Subsurface pollution in Asian megacities, 159-184,
Groundwater & Subsurface Environment in Asia, Taniguchi, M. ed.,Springer, 312p, 20114)Onodera, S. and Van Stan, J.T. II, Effect of Forest Fires on Hydrology
and Biogeochemistry of Watersheds, 599-621, Forest Hydrology and
Biogeochemistry, Levia, D.F. eds., Springer, 740p, 20115) 松八重一代ら, 廃棄物からの人工リン資源回収, 社会技術研究
論文集, 5, 106-113, 2008 年
6)Onodera, S. et al., and Cao, Y. et al., in this issues

６）

地震による地盤の水理特性の変化とその回復について
北岡豪一・西村敬一・山下栄次（岡山理科大学）

2016 年 4 月に発生した熊本地震（M7.3）において、震源から 360 km 離れた岡山平野で、変位の最大
複振幅 4.8 cm、周期 8.9 sec のラブ波が観測された。平野の北端に位置する深さ 105 m の井戸では、地震に際して水位が約 23 cm 低下し、その地球潮汐の M2 分潮（半日潮）の振幅が 1.2 cm から 2.3 cm に増幅し、位相が 18°進んだ（全日潮の O1 分潮でも振幅は 0.6 cm から 1.0 cm に、位相は 8°進んだ）。このような、地下水位とその地球潮汐の異変は、地震による揺さぶりによって地盤の水理的な性質に変化が生じたためと考えられる。
地震によって地層の透水性が増したという報告例は多い。しかし、透水係数の増加だけでは、観測されたような振幅の増大と位相の進みを説明することは困難であり、地層の弾性的な性質の変化についても考慮する必要があると考えられる。多孔質弾性論を用いて解析を試みたところ、地震によって地層の弾性率（剛性率）の増加、透水係数の増加、および間隙率の低下が起こったものと推定される。しかし、透水係数の増加と間隙率の低下は互いに相容れないものである。地震動中には間隙率が一時的に増した可能性があり、その直後に地盤が締まって間隙率が下り、弾性定数が増したと考えて差し支えないと思われるが、透水係数が増加したことは理解しづらい。これは、地震によって、新たな割れ目が作られ、地盤が不均一媒体に変わった可能性を示唆しているのかも知れない。割れ目（みずみち）が作られると、透水性が変わると考えられるからである。地震によって地球潮汐の特性が変わった理由については、今後の課題とし、地震後 2 年半にわたる水位記録から、その変化が回復しているかどうか調べてみた。

図1

水位の変動と降水量（1 時間間隔）。カバ色の線は、周期が 24h-48h 以下の変動をカットした
ローパス成分。赤色の縦線は熊本地震と鳥取県中部地震を示す（以下の図も同様）。

図2

地震前後の水位変動とその 1 日ローパス成分。地震の後、水位は 23 cm 低下したが回復に向かっている。水位のローパス成分からの偏差に地球潮汐が現れ、その振幅に変化が見られる。

-8-

図3

水位の 1 日ローパス成分からの偏差。これは、起潮力（理論値）の相対的な振幅と位相とかな
りよく一致しているので、地球潮汐を表しているとみられる。熊本地震時に増幅した振幅は 2 年以上経過してもなかなか回復していない。

図 3 は、水位のローパス成分からの偏差である。偏差には降雨の影響がほとんどカットされており、地球潮汐が現れている。フーリエ解析で得られるスペクトルから、S2, M2, N2, K1, S1, O1 の 6 分潮を選び、
区間 2,048 時間（約 85 日）ごとに調和解析を行い、各分潮の振幅と位相を求めた。その結果を M2 と O1分潮について図 4 に示す。熊本地震に際して増加した振幅と進んだ位相は、地震前の状態に向かって徐々に回復しているように見える。地震後 2 年以上経過した現在でも回復途上にあることがうかがえる。

図 4

地球潮汐の振幅と位相の長期変化。2048 時間ごとに調和解析して振幅と位相を求めたもので、半日潮の M2 分潮と全日潮の O1 分潮について示す。なお、位相は遅れの方向を正にとってある。

熊本地震によって揺すられた岡山の地盤は、その水理的および弾性的な性質において、現在も揺すられる前の状態に向かって、つまり安定化の方向にゆっくりと回復している。
-9-

7）

火山性深湖における地殻熱流量評価―摩周湖・俱多楽湖・田沢湖の比較―＊

知北和久(北大・北極域セ), 大八木英夫(日大・文理), 田中 敦(国立環境研),
網田和宏(秋田大・理工), 藤井智康(奈良教育大)１．はじめに我が国には島嶼を縦断して多くの活火山が分布し、様々な噴火過程で形成された火口湖・カルデ
ラ湖・堰止湖が存在する。これらの中には現在も地下マグマ活動と連携し、その活動に応じた地殻熱流量が観測されている湖がある(Boehrer et al.,2013)。この報告では、現在まで観測が進められている火山性湖沼の摩周湖、俱多楽湖、田沢湖について、湖底からの地殻熱流量を量的に求めることで地下マグマ活動による熱的影響を評価する。
２．対象地域の概要と方法
図 1～3 に、対象となる三湖の位置と湖盆図を示す。摩周湖は屈斜路カルデラの東縁にあり、同カルデラ内には活動が盛んなアトサヌプリ火山がある。火山の北 2.5 km には川湯温泉(pH=1～2, 泉
温 35～66 ℃)があり、地下から熱水が盛んに湧出している。俱多楽湖はクッタラ火山の東部を占め、湖の西方 2 km には地獄谷や大湯沼など活動が盛んな地熱～熱水地帯（別名：登別火山）が存在する。秋田県・田沢湖は、日本で最も深い湖(最大水深 423 m)で東北東 11.7 km には活動が盛んな秋田駒ヶ岳が存在する。また、駒ヶ岳
北方には乳頭温泉、玉川温泉などが分布し、湖からは比較的遠距離だが熱水活動は盛んである。なお、摩周湖と俱多楽湖は流出河川のない閉塞湖であるが、田沢湖は流出河川を持つ開放湖で、特に 1940 年 1 月開始の玉川水の導入に伴い、平均流出量は 1.2 m3/s から 31 m3/s に著しく増加した。また、玉川は pH=5 程度の酸性水で、この導水により湖に生息するクニマスが絶滅している。図 3 には、現在の田沢湖～玉川流域間の水利用状況を示す。
三湖の最深点（図 1～3 の黒点）で、2014～2018
年の水温成層期に RINKO プロファイラー(測定精度：水温±0.01℃、電導度±0.1 mS/m)による観測を実施した。このとき、特に底層付近の水温・25℃電導度の分布に着目し、両者が上昇する期間
Δt での平均熱流量 QB を求めた。なお、ここでのQB は次式を近似的に用いて計算した。

QB = Δ

図 1. アトサヌプリ火山と摩周湖の位置

図 2．クッタラ火山と地熱地帯～俱多楽湖の位置

𝜌 𝐶 𝑇 𝑑𝑧 /Δ𝑡

ただし、ρw：水の密度(kg/m3)、cp：水の定圧比熱、(J/kg/K), T: 水温(K), h:湖底からの高さ(m)である。
３．結果と討論
図 4 に、摩周湖最深点における 2015 年 3, 8, 10 月
での(a)水温と(b)25℃電導度の湖底～30 m 高の分布

図 3．秋田県・田沢湖と水利用状況- 10 -

を示す。これを見ると、8 月から 10月にかけて湖底～約 15 m 高の範囲
で水温・25℃電導度の増加が認められ、これより、QB=1.6 W/m2 と求められた。同様に、2014 年 7～11 月
間では QB=2.3 W/m2 が得られた。
図 5 は 2014 年に得た、俱多楽湖
における湖底 0～45 m 高での(a)水温と(b)25℃電導度の分布を示す。摩
周湖と同様に 6 月～10 月の水温成層期に水温・電導度の上昇が認めら
れ 、QB=0.7～1.2 W/m2 と 求 め ら れた。これより、摩周湖の熱流量は
俱多楽湖の約 2 倍であり、摩周湖底
図 4. 摩周湖最深点における(a)水温と(b)25℃電導度の垂直分布（湖底へのアトサヌプリ火山熱水系の影から 30 m 高までの範囲）
響が相対的に大きいことが示唆される。
図 6 は、田沢湖における 2018 年 3月と 8 月における湖底～120 m 高の(a)
水温と(b)25℃電導度の分布を示す。
水温上昇は湖底～80 m 高の範囲で認められるが、その差は 0.01 ℃程度で測定誤差と同等である。25℃電導度
は逆に 3 月の方が増大しているように見えるが、その差 0.04 mS/m は測定誤差の範囲内である。一応、図 6aの水温分布から QB=0.18 W/m2 と計算されたが、いずれにしても田沢湖の地殻熱流量は摩周湖、俱多楽湖に比べかなり小さく、秋田駒ヶ岳の火山図 5. 俱多楽湖最深点における(a)水温と(b)25℃電導度の垂直分布
活動やその周辺の熱水活動からの影（湖底から 45 m 高までの範囲）
響は小さいと判断される。
以上から、活火山の山体上またはそれに隣接する火山性深湖
では、湖底下での熱活動の影響を受けており、
その地殻熱流量は上層からの熱輸送が小さい 6 月～11 月の水温成層期に評価でき
図 6. 田沢湖最深点における(a)水温と(b)25℃電導度湖の垂直分布(湖底から 120 高の範囲)る。今後は、火山体に対する MT 法などによる地下構造の解明や直<参考文献>
接的な地下熱水活動評価と連携しながら、湖底熱流
Boehrer B, Fukuyama R, Chikita KA (2013): Geothermal
量の経時変化を水温・電導度モニタリングによってheat flux into deep caldera lakes Shikotsu, Kuttara,
明らかにする必要がある。今回のような地殻熱流量
Tazawa and Towada. Limnology 14:129–134.
評価は、噴火活動の一指標として活用されるものとChikita KA, Oyagi H, Aiyama T, Okada M, Sakamoto H,
Itaya T (2018): Thermal regime of a deep temperate
考える。
lake and its response to climate change: Lake Kuttara,
Japan. Hydrology 5: 1-13

- 11 -

8）

草津白根山周辺地域の水環境に関する研究（3）猪狩彬寛1）・小寺浩二2）・浅見和希1）
1）法政大・院、2）法政大・地理学教室

Ⅳ おわりにⅠ はじめに2018 年1 月23 日に本白根山で噴火（水蒸気爆発）が発

噴火後、河川水のEC 値に大きな変動は無かったが、溶生した。放出された火山灰は北東方向に向かって流れ周辺

存成分割合の変化が考えられ、火山灰の溶出実験からも、の積雪中にトラップされた。この地域では噴火前の 20172018 年 1 月噴火の供給物質解明の余地がある。堆積した年5 月から周辺水環境での水質調査を開始しており、噴火

火山灰が、今後の降水で河川水質に影響を及ぼすことも考前後の水質への影響を検討するとともに、降灰した火山灰

えられ、今後も継続的な調査が必要である。

の溶出成分と水環境への影響を検討した。また、草津白根
山周辺河川水における水質形成要因の考察を試みた。

Ⅱ 研究方法2017 年 5 月から 2018 年 11 月にかけて 17 回の現地調査を行った。調査地点は山体の東側と南側を流れる河川を中心に、約 45 地点ほどである。現地で気温、水温、pH、
RpH、EC、流量を測定し、採取した試料は主要溶存成分分析を行った。2018 年2 月には東麓で火山灰の堆積状況・
降灰量の調査とサンプリングを行い、実験室での溶出実験を進めている。降灰域を含む流域で河川水以外にも降水や積雪、温泉水の現地調査とサンプリングを行った。
写真 1 草津白根山東麓の降灰（2018 年 2 月 6 日）
35
30
25
20
15
10
5
0
‐5
‐10
30

の影響を受けた地下水・河川水が支流から流入している。
EC 値の変動が大きい地点もあり、湯川・谷沢川・大沢川といった酸性河川の中和水を貯める品木ダムの放流・

AMeDAS: 草津

山体の東側を流れる白砂川では、温泉排水や火山活動

Precipitation (mm)AT (℃)

Ⅲ 結果・考察1．河川水質（現地調査項目）

25
20
15
10
5
0

Snow Depth (cm)8060

導水に影響されている。最下流地点直上には品木ダムか40
20らの導水排出口があり、pH 値が引き下げられている。西

0
16
14
12
10
8
6
4
2
0
2,500

WT (℃)

麓と南麓の流域には万座温泉や硫黄廃鉱が立地し、河川
水はその排水の影響を強く受ける。上流部に硫黄鉱跡がEC (μS/cm)

ある厳洞沢ではpH2.0、6000μS/cm前後の水質を示す。

2．降灰状況と周辺河川水への影響
本白根山北側火口から放出された火山灰は、北東の振

2,000
1,500
1,000

流送⼟砂により測器埋没

500
0

2⽉27⽇

3⽉13⽇

3⽉27⽇

4⽉10⽇

4⽉24⽇

5⽉8⽇

5⽉22⽇

6⽉5⽇

6⽉19⽇

7⽉3⽇

7⽉17⽇

ロガー交換日子沢・清水沢の尾根に多く堆積し、既に積もっていた積

図 1 谷沢川水質と気象項目（アメダス・草津）の変動

雪と新たな降雪に挟まれる形で固結した。場所によっては風送による二次堆積や融雪・氷結で積雪中に 2 層の火

参 考 文 献山灰層が確認できる地点もあった。融雪期前の 2 月より、

猪狩 彬寛, 小寺 浩二, 浅見 和希(2018)：2018 年 1 月草

降灰域を流域に含む谷沢川で水質ロガーによる測定を開津白根山噴火前後の周辺水環境の水質変動と降灰の影始した。御嶽山、箱根山では噴火後の強降雨時に周辺に響, 日本火山学会講演予稿集, 2018(2018), P112.

堆積した火山灰が河川に流れ、その水質に影響を与えた

大井 隆夫, 小坂 知子, 平塚 庸治, 山崎 智廣, 垣花 秀武,

ことが確認されており（浅見ほか 2017、堀内ほか 2017）、

小坂 丈予(1991)：白根硫黄鉱山からの酸性坑排水が遅沢

草津白根山でも今後同様の影響が現れる可能性がある。

川水系河川に与える影響,日本化学会誌,1991(5),478-483.

- 12 -

9）

箱根山周辺の水環境箱根山周辺の水環境-噴火(150629)
噴火(150629)後を中心に(150629)後を中心に後を中心に-(3)(3)*

堀内雅生 1）・小寺浩二 2）・猪狩彬寛
猪狩彬寛 3）・浅見和希３）

1）法政大・学、）法政大・学、2）法政大・地理学教室、３）法政大・院）法政大・地理学教室、３）法政大・院
Ⅰ はじめにく含んでいる。大涌沢では陰イオン組成に変化が表れ火山地域では水資源が豊富で、保全、利用のためには水環境問題の把握が重要である。特に、噴火により流域に供給された火山噴出物から溶出した成分により周辺の水環境に大きな影響を与えると考えられている。箱根山では 2015 年 6 月 29 日に大涌谷で噴火が発生したため、周辺水環境へどのような影響を与えているか研究を始めた。その他にも、温泉が河川に与える影響や、噴気孔周辺の雨水水質と火山ガスの関係などを扱い、火山活動が周辺水環境に与える影響を総合的に検証することを目的とする。

ており、噴火直後中流の地点においてCl-/TAni比がⅡ 研究方法調査は 2015 年 7 月(以降 1507)に開始し、1707 まで
は月に 1 度実施した。その後 2 か月に 1 回のペースに落とし 1806 の調査で 31 回目となる。現地では河川・雨を対象に AT,WT,pH,RpH,EC の測定、採水を実施し0.52だったものが1年後の1607には0.37、1707には0.17となっており、Cl-の割合が低下する傾向にあることが分かった。一方で陽イオンの変化は少ない。早川の陰イオン組成であるが、1507で大涌沢合流後にCl-/TAniの上昇がみられたが、1607や1707などでは値の上昇は見られていない。これは大涌沢Cl-/TAni減少によるものと考えられる。
4）雨水
大涌谷周辺に近づくほど高EC、低pHがみられる。
噴気孔周辺の雨水は陽イオンにNa+やCa2+が多く、陰イオンにはCl-やSo42-が多い。サンプラーに採取された
Cl-とSo42-総量は大涌谷から離れるにつれて少なくなる傾向が見られている。

ている。採水したサンプルは実験室にて TOC、主要溶存成分の分析を行っている。

Ⅲ 結果と考察
結果と考察
1）河川の濁り大涌谷から流れる大涌沢の水が白濁し、大涌沢合流
後の早川も濁りがみられた。濁りは薄くなる傾向にあるが、降水のたびに濁りが強くなる。
2）河川の pH・EC
早川では EC、pH が基本的には 200～400μS/cm、7～8 で変動している。しかし、温泉排水が流れ込んでいる影響で地点によっては変動が激しい。大涌沢では
高 EC、低 pH を観測しており、特に噴火後は 6,780μ

図2 大涌沢下湯
大涌沢下湯橋
下湯橋における溶存成分
における溶存成分の変化
溶存成分の変化S/cm、pH2.4 であった。長期的には大涌沢の EC は低下する傾向にある。降水によって河床に堆積している火山噴出物などが押し流され、EC の上昇、pH の低下がみられることもある。

大涌沢では噴火から時間が経過するにつれて濁りやEC が低下しており、噴火の影響が小さくなってきたと考えられる。また、Cl-/TAni 比も低下がみられてお

7000
6000

EC(μS/cm)

Ⅳ おわりにり、火山活動との関連性が考えられる。噴気孔付近の

5000
4000

雨水水質は火山ガスの影響が見られた。今後は分析で

3000
2000

得られた主要溶存成分データをもとに解析をすすめて

1000
J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M
30.大涌沢上橋

16.下湯橋いく。

8.姫沙羅橋参 考 文 献図1 大涌沢にお
大涌沢におけにおけるECのECの長期変動
3）主要溶存成分

大沢 信二, 由佐 悠紀, 北岡 豪一(1997)：九重硫黄

大涌沢は陽イオンにCa2+、陰イオンにCl-、SO42-を多山の噴気地域から放出される塩化水素・マグマ性水
蒸気量の推定,日本地熱学会誌,19-2,73-83.

- 13 -

10）

長崎県島嶼の河川水質特性(2)＊矢巻剛1) ・小寺浩二2)・浅見和希1)・猪狩彬寛1)・堀内雅生3)1) 法政大・院、2)法政大・地理学教室、3) 法政大・学

Ⅰ はじめに大きい水質組成であるが、下流の金田橋では濃度が島嶼の陸水は一般的に地質・植生や人間活動のみ

増加し、カルシウムイオンが増加した。一方、仁田

ならず、海塩や越境汚染物質などの大気降下物の影

川、旗鉾川、安満川は流下に伴い濃度は増加が見ら

響も大きく反映される傾向にあると考えられている。

れたものの、水質組成に大きな変化は見られなかっ日本の島嶼における水環境研究には地理的な偏りがた。佐須川上流部は矢立山を含んでおり、風送塩のあり、対馬や壱岐、五島列島、平戸など長崎県の島影響だが、下流部ではそれ以外の要因も大きくなっ嶼に関する詳細な研究はほとんどなく、継続的に調ている。旗鉾川、安満川は上流部より重炭酸イオン

査・水質分析を行ってきた。GIS を用いた解析から、濃度が高く、地質や土壌の影響を受けた地下水の寄地質や起伏といった流域特性と水質との関係性が明与が大きいと言える。対馬上島の舟志川支流の上流

らかになったので報告する。

部で、溶存成分濃度が特異的に高い地点が見られた。

Ⅱ 対象地域

周辺に廃棄物の埋め立て場があるという情報があり、壱岐は、九州北部の玄界灘に位置する面積約

土壌および水質汚染の可能性が高い。

137km²の島で、最高標高 213m ながら起伏に富み、農業が盛んで島の各地に溜池が数多くある。対馬は、九州北部の玄界灘に位置する面積約 708 km²の島で、島全体の標高が比較的高く、島土の約 90％を山地と森林が占める。
平戸諸島は、
面積 163 ㎢の平戸島と、北部には生月島、度島、的山大島がある。土地利用は平戸島の約 50%が森林、約 30%が田畑で、生月島・的山大島も水田が比較的広く分布する。

Ⅲ 研究方法a) 旗鉾川（壱岐）

まず既存研究の整理および考察を行った上で、現地調査は五島列島で 2014 年から 4 回、壱岐で 2015年から 8 回、対馬は 2016 年から 8 回、平戸島で 2017年から 7 回行った。現地にて、水温、気温、電気伝導度(EC)、比色 pH および RpH を計測し、採水した試料を用いて、全有機炭素(TOC)の測定と主要溶
存成分の分析を行なった。雨水は五島列島 1 か所、
壱岐・平戸 3 か所、対馬 4 か所観測している。

Ⅳ 結果・考察
壱岐とそれ以外の 3 島では、河床勾配が異なり、壱岐では、対馬や平戸の河川と比べて上流部から溶
存成分濃度が高いことが特徴である。対馬では特にb) 佐須川（対馬）

変化が大きいが、中流部で伏流、または流量が極端

図１ 小地域における表層地質と水質組成に減ることとの関係も考えられる。
仁田川（対馬上島）、佐須川（対馬下島）、旗鉾川

参 考 文 献（壱岐）
、安満川（平戸島）において流下に伴う水質

矢巻剛・小寺浩二・浅見和希・猪狩彬寛・堀内雅生

組成を見ると、佐須川においては上流において濃度(2018)：長崎県島嶼における水質の変動と地域比較．

が低く、塩化物イオンとナトリウムイオンの割合が第 83 回日本陸水学会岡山大会発表要旨．

- 14 -

11）

御嶽山噴火後の高山湖沼及び周辺諸河川の水質変化(3)＊浅見和希1） ・小寺浩二2） ・猪狩彬寛1） ・堀内雅生3）1）法政大・院、2）法政大・地理学教室、3）法政大・学ていた火山噴出物が流入したと考えられる。10 月末

Ⅰ はじめに火山やその周辺に存在する水は噴火をはじめとしには水質が安定し、11 月以降は河川水への地下水のた火山活動の影響を受けることが考えられる。中部

性質の影響が観測された。噴火から 2 年目以降も、地方の御嶽山は 2014 年に 35 年ぶりに水蒸気爆発噴

融雪期は希釈効果が働き、降雨期は pH 低下と EC

火し、火山噴出物が周辺の水環境に影響を与えるこ

値の上昇が観測されている。

とが予想された。日本では各地で噴火に伴う水質の山頂域湖沼は、火口からの距離に応じて水質に差変化についての研究がなされているが、長期的に水が見られ、最も火口に近い二ノ池が低 pH かつ高 EC

質の推移を研究した事例は少ない。

値と噴火の影響を強く受けていた。火山噴出物の堆積状況から今後も降雨の度に水質に影響が出て、湖そこで当研究室では御嶽山山頂域の湖沼と周辺河

沼の水質改善には時間がかかると予想された。

川の継続調査を行ない、水環境への噴火の影響およ

２．過去の噴火時との比較
噴火から約一月後の周辺河川の水質組成は、1979

び水質の推移について把握することを試みた。ここでは、2014 年 10 月～2018 年 8 月のデータを中心に、2018 年 10 月までの結果について報告する。

年時と非常に似通い、その空間分布も一致した。しⅡ 対象地域
御嶽山は岐阜と長野の県境に位置する活火山で、かし噴火直後の濁川の水質組成は、1979 年時が南麓を本流の王滝川が、東麓にはその支流の西野川

度にも違いがあった。また二ノ池の水質組成はともが流れているほか、山体から細かな支流が流出してに Ca-SO4 型で共通しているが、今回はより濃度がいる。また山頂域には 5 つの火口湖が存在している。

高いことがわかった。1979 年時と火山噴出物の堆積

Ⅲ 研究方法状況に違いがあり、それが主要成分の組成や濃度の河川調査および雨水採取を月 1 回の間隔で実施し、Ca-SO4 型なのに対し今回は Na-Cl 型と異なり、濃差異として表れたと考えられる。

現地調査項目は AT、WT、pH、RpH、EC 等である。
400

また、夏季には山頂域の湖沼調査も行なった。この噴⽕前の平均値を1とした時の各イオンの値

ほか王滝川および二ノ池にデータロガーを設置し 1
時間おきに水位・水温・EC を記録し、御岳湖への河川水流入地点ではALEC を用い多点で鉛直方向の水質測定を行なった。採水したサンプルは研究室にて TOC、主要溶存成分の分析を行なっている。

Ⅳ 結果・考察
1．御嶽山周辺の水環境の状況

陽イオン

Na⁺

K⁺

Ca²⁺

Mg²⁺

陽イオン

陰イオン

Cl⁻

HCO₃⁻

SO₄²⁻

NO₃⁻

Na
Cl
y = ‐25.76ln(x) + 177.42 y = ‐109.8ln(x) + 731.42
R² = 0.8895
R² = 0.8525

350

y = ‐51.1ln(x) + 368.29
R² = 0.9631

300

陰イオン
K
y = ‐29.71ln(x) + 241.81 y = ‐54.32ln(x) + 401.14
R² = 0.9265
R² = 0.898

HCO₃
y = 0.404ln(x) ‐ 0.4551
R² = 0.0346

250

Ca
y = ‐60.95ln(x) + 436.37
R² = 0.9565

SO₄
y = ‐25.29ln(x) + 223.04
R² = 0.8442

200

Mg
y = ‐22.91ln(x) + 200.35
R² = 0.5601

150
100
50

濁川と濁川合流後の王滝川は白濁し、pH は低く

0
0

365

電気伝導度(EC)の値が高かった。その後、徐々に pH
は上昇、EC 値は低下し、2015 年 1 月末には安定し730
噴⽕発⽣からの経過⽇数1095

図 1 二ノ池の主要成分濃度の推移

Ⅴ おわりにた。その間、御岳湖では全循環により湖全体へ濁水の影響が拡散し、放流により王滝川最下流部で遅れ

御嶽山周辺の水環境に対する噴火の影響と時間経て pH の低下と EC 値の上昇が起こった。

過に伴う水質の変動をある程度把握できた。今後も融雪の影響は 2 月から現れ、4 月末にピークに達引き続き水質の推移を追う必要がある。

した。この間 pH と EC 値がともに低下したため、

参 考 文 献当初の仮説と異なり低 pH の融雪水による希釈効果

浅見和希・猪狩彬寛・矢巻剛・堀内雅生・小寺浩二が卓越したと考えられる。6 月以降は一部河川で降(2018)：御嶽山噴火(140927)前後の水環境の研究(2),雨後に pH 低下と EC 値の上昇が確認され、堆積し日本陸水学会 2018 年度学術大会講演要旨集．

- 15 -

12）SWAT model analysis for the effect of crop growth on sediment yield from a settling basin

catchment in Ishigaki island＊

Yang Cao, Shin-ichi Onodera (Hiroshima University), Mitsuyo Saito (Okayama University), Hide Omae, Yoshiko
Iizumi (JIRCAS)

1. Introduction
The problem of soil erosion is prominent in the
agricultural areas of tropical mountains, and soil erosion
is exacerbated by the large amount of precipitation andthe lack of effective vegetation protection. Initialplanting of crops can exacerbate soil slack and increase
the risk of soil erosion. Therefore, using the SWAT
model to explore these complex changes caused by crops
is especially important for the application of models anda better understanding of the effects of crops on soil
erosion. The objective of this research is to analyze theeffect of crop growth on sediment yield from a settlingbasin catchment in Ishigaki island using SWAT model.
2. Study area and Methods
Ishigaki island is located in the southernmost sea areaof Japan. Its climate and other natural conditions are
special compared with the Japanese mainland. The total
area of the study catchment is about 0.09 km2. The
annual average precipitation is about 2100 mm, and theannual average temperature is about 25 ℃. The maintype of crop is sugarcane, mainly planted in August. The
digital elevation model used is the first version of theAdvanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection
Radiometer (ASTER) Global Digital Elevation Model(GDEM) (grid cell: 30 m × 30 m). The soil and land use
data were collected from Japanese land and information
web site. Weather data was collected from Japanmeteorological website. The parameters of sugarcane
planting and growth are set in SWAT (Soil and Water
Assessment Tool).

Figure 1. The location of study area.
Table 1. The setup of growth about sugarcane in SWAT.
SWAT model setup

3. Results and Discussion
The present study used the SWAT model successfully
generate runoff and suspended sediment simulations forthe small agriculture catchment. We achieved goodmodel performance for flow simulations (R2=74, NS=73).
Satisfactory performance results were achieved inmodeling suspended sediments (R2=51, NS=48). With
the growth of sugarcane, the sediment concentration in2018 is lower than that in 2017 under similar
precipitation conditions. The soil protection is enhancedby the development of root system and the growth ofcrop. It is worth noting that the maximum sedimentconcentration occurs at the planting or germination
period of sugarcane without the highest precipitation. We
consider that these phenomena is caused by the fact thatsugarcane cultivation has resulted in increase andmitigation of soil erosion during planting period andgrowth period, respectively.
4. Conclusions
This study focused on the response of crop growth tosoil erosion in small watersheds and the ability of SWAT
models to represent this mechanism. The results show

Fertilizer component（kg/10a）

Fertilization

N

P2O5

K2O

First time(kg/ha) Second time(kg/ha) Third time(kg/ha) Forth time(kg/ha)

26

10

7

300

300

200

200

7-8 (Month)10-11 (Month)2-3 (Month)

5-6 (Month)Figure 2. The simulation of flow and suspend sediment.

that SWAT model performs well in setting crop growth
conditions, but it was difficult to simulate the increase ofsoil erosion during planting period. These results will
provide a better understanding of soil erosion
characteristics in sugarcane agricultural areas and theapplication of SWAT models in single crop watershed.
*A part of this research was commissioned by JIRCAS
and supported by JSPS (18H04151), respectively.

- 16 -

13）

北海道東部の森林小河川における河川流量とフラックス＊

鎌内宏光（地球研）, 福島慶太郎（京大・生態研）, 近藤昭彦（千葉大・環境
リモートセンシング研究センター）, 岡部芳彦（京大・フィールド）, 勝山智憲
（京大・フィールド）, 佐藤修一（京大・フィールド）, 林大輔（京大・フィールド）, 徳地直子（京大・フィールド）１. はじめに河川流量とフラックスは降水量や気温、土地利用などの影響を受ける。森林が国土の７割を占める我が国では、森林小河川は水生動物の生息場所を提供するだけでなく、中下流域に供給される河川水の水質と水温に大きな影響を与える。
北海道東部は国内でも年降水量が少なく年平均気温が最も低い地域である。根釧台地は緩やか丘陵地が続き、主な土地利用は牧草地と、広葉樹二次林や常緑針葉樹の人工林等の森林である。しかし母材の分布には違いがあり、台地の北部から東部では摩周岳に由来する火山噴出物が、南部では海成堆積岩が基盤となっている。そこで本研究では根釧台地でも母材の異なる集水域を持つ近隣の一次河川の流量とフラックスを比較検討した。
２. 研究場所と方法
試験河川は根釧台地に位置する、京都大学フィール
ド科学教育研究センター北海道研究林・標茶区の１０林班の一次河川（43º 22'N, 147º 38'E；以下 A
河川）と、標茶町町有林内の一次河川（43º 18'N,
147º 38'E；以下 B 河川）とした。両河川の直線距
離は約 9 km である。いずれの集水域も標高 50140m の丘陵地で、土地利用は広葉樹主体の二次林である。両河川周辺の年平均気温は 5.5 ºC、年降
水量 1060 mm、土壌凍結深度 40 cm、森林土壌は黒色火山灰土、 岩相は非アルカリ火砕流（後期更新世〜完新世）であるが、B 河川では集水域の一部は海成及び非海成層の堆積岩類（中期更新世）である。
2010 年 10 月から 2012 年 11 月まで、両河川の各１カ所に圧力式水位・水温計を設置して水位を連続観測した。三次元電磁流速計で適宜現場流量を観測し、流量とその時の水位の回帰式を作成して、得られた水位の連続データから流量に換算した。また、2010 年 10 月から 2011 年 7 月までの間に各々12 回
採水し、イオンクロマトグラフィーで分析した。
３. 結果と考察
河川流量は A 河川で 0.112 m3 s-1（最低：0.097 m3
s-1 、最高：0.121 m3 s-1 ）、B 河川で 0.017 m3 s-1(同：0.005、0.118) であった。主要無機イオンの組成は両河川で異なり、A 河川では硝酸やカルシウ
ムイオンが多く、B 河川では硫酸イオンが多かった。
年平均水温は A 河川で 6.64ºC（最低：0.89 ºC、最高：14.04 ºC）、B 河川で 6.45ºC（同-0.10 ºC、
17.48 ºC）であった。最低水温が零下であることか

らも分かるが、B 河川では冬期に水面が凍結したが、A 河川では凍結しなかった。
調査を行なった根釧台地内陸部では冬季の最低気
温が-20 ºC に達し、土壌も 40 cm まで凍結するので、浅い地層を流れる地下水に涵養された河川では河川水温が大きく低下することが予想される。A 河
川の集水域では火砕流に由来する砂礫質が母材なので、雨水が地下深くに浸透することで地表温度の影
響を受けにくく、結果的に冬季に凍結しないのに対して、B 河川では母材が地質学的に新しい堆積岩であることから帯水層が小さく地下水の滞留時間が短いので地表温度の影響を受けやすく、冬季には凍結するものと考えられた。このことは、夏季の最高水
温が A 河川よりも B 河川で高いことからも裏付けられる。
降雨イベントに対する流量の応答は両河川で異なっており、A 河川に比べて B 河川ではピーク流量までの時間や平水までの回復時間が短い傾向がみられた。このことも、B 河川に比べて A 河川で地下水の滞留時間が長いとすれば整合的である。
冬季における河川表面の凍結は、低い水温や弱い
直達光を介して水生生物群集の種組成や、河川内での光合成や有機物分解などの物質循環を大きく作用すると考えられる。同じような地形や植生が広がる
根釧台地においても、母材の違いによって河川生態系の冬期の構造が大きく異なることが示唆された。

図 1. 北海道東部の地質図（日本シームレス地質図より）。ピンクは火山噴出物系、緑および黄は堆積岩系。

- 17 -

14） 熊本県菊池川流域における SWAT モデルを用いた森林の流出機構の推定＊

藤井創一朗, 金森匡彦, 永野裕子 ((一社)日本森林技術協会)，木下牧 ((株)パスコ)，清水裕太(農研機構西日本農業研究センター), 小野寺真一(広島大)
１．はじめに菊池川は有明海に注ぐ一級河川であり、流域面積
は筑後川、緑川に次いで 3 番目に大きい重要な河川である。近年、有明海では富栄養化が問題となっており、流入河川の影響も注目されていることから、菊池川流域における水循環プロセスを解明することは重要である。
菊池川流域は面積の半分以上が森林であり、流域の水循環に森林は大きな影響を与えていると想定される。特に、森林が河川に果たす役割（水源涵養機能、流出平準化機能等）の有効活用による海域の環境改善が期待されている。しかし、森林の影響に着目した流域レベルでの解析はほとんど行われておらず、森林から雨水がどのように流出し河川や海域に影響を与えているのかはわかっていない。
そこで、本研究では、熊本県菊池川流域を対象として、水文モデルを利用して森林から河川への雨水の流出を再現し、その結果から森林が果たす役割を探ることを目的とする。

降雨のない渇水時には森林からの流量が他の土地利用よりも多い傾向にあった。なお、傾斜が 10-20°となる HRU を比較の対象として抽出している。

図 1. 対象流域の土地利用図
表１．再現精度の評価
指標
2008-20112012-2015
評価

２．対象地域の概要と方法
対象地域は、熊本県菊池川流域の菰田観測所より上流（996km2）とした。対象地域の土地利用は約70%が森林となっている（図 1）。使用する水文モ
デ ル は 、 準 分 布 型 流 出 モ デ ル で あ る Soil andWater Assessment Tool(SWAT)とした。SWAT モデル構築に必要な土地利用データ、土壌データ、気候データ、30m メッシュ DEM データは国交省・国土地理院・気象庁から公開されているデータを利用した。
土地利用・土壌・傾斜から、SWAT モデルでの計算の 最 小 単 位 と な る Hydrological Response Unit
(HRU)を作成し、シミュレーションを行った。モデルのキャリブレーション（調整）・バリデーション（検証）用に、2008 年～2015 年までの河川日流量データを収集し、水収支に関連するパラメータについてキャリブレーション結果から調整を行った。
３．結果と討論
モ デ ル の 再 現 性 に つ い て 、 Moriasi et al.
(2008)に従い Nash-Sutcliffe index（NSE）など 3
つの指標から評価した結果、キャリブレーション期間(2008-2011)・バリデーション期間(2012-2015)ともにすべての指標で非常に良い精度で再現されていると評価された（表 1）。
土地利用ごとに、降水量と流量を各 HRU の面積で重み付けした加重平均になおしてプロットした（図2）。その結果、降水量が増加すると、畑・水田に比べ森林の流量が少なくなる傾向となった。また、

RSR
0.41
0.41
very good(0<RSR<0.5)

Flow (mm/day)60
Forest

NSE
0.83
0.83
very good(0.75<NSE<1.0)

PBIAS
-8.4
+1.5
very good(PBIAS<±10)

SLOPE (10-20 %)Farmland40

Puddyfield

20
0
0

20

40

60

80

Average precipitation in each land use(mm/day)

図 2．土地利用ごとに平均した降水量に対する流量(傾斜 10-20°)

４．考察
図 2 の結果より、降水量が増加しても一定程度流出量を抑え、また渇水時には安定的に流出するといった森林の流出平準化機能が表現されたと考えられる。SWAT モデルを用いたアプローチにより、従来は難しかった流域レベルでの森林の機能の可視化が可能となった。今後も様々な観点からの解析が望まれる。
【謝辞】本研究は、林野庁委託事業「平成 29 年度
山地保全調査（水源森林保全調査・有明海等の閉鎖性海域と森林に関する調査）」の成果を元に実施した。

- 18 -

15）

田沢湖深層部にみられる水温の上昇＊

林 武司 (秋田大・教育文化)，石山大三 (秋田大・国際資源)，小川泰正 (秋田大・国際資源)

１．はじめに日本最大の水深（最深部：423m）を誇る田沢湖は、潜窪の容積も国内最大級である（湖面標高：249m）。
田沢湖の地形上の集水域は 22.3km2 と小さく（森・佐藤，2015）、自然の恒常流入河川は湖の南側に数条あるのみである。また自然の流出河川は、現在では存在しない。田沢湖の水循環機構については古く
より様々に論じられてきたが（吉村，1937；田中，
1922 など）、通年での全層の観測・調査データに乏しく、その実態については不明な点が多い。
一方で田沢湖では、酸性河川である玉川の希釈や発電を目的として、玉川河川水が 1940 年より導水されている。この結果、田沢湖の全層が酸性化するとともに、金属元素濃度の増加や透明度の低下などが生じた。その後、玉川の酸性度を緩和する取り組
みがなされたが十分な効果を得られなかったため、玉川に中和処理施設が建設されて 1991 年より稼働している。これにより玉川の酸性度が緩和され、田沢湖水の pH は全層でやや上昇した。これら人為の環境変遷は、田沢湖の水循環機構に大きく影響してきたと考えられる。また地球温暖化による気候変動に伴う気温の上昇も、湖面水温や導水の水温の上昇をもたらすことによって田沢湖の水循環機構に影響してきた可能性がある。
そこで筆者らは、田沢湖の水循環機構の変遷や現状を把握し、将来の変化を検討することを目的として、湖水の水温や水質、湖底堆積物等の調査を実施している。本発表では、観測によって明らかとなった深層部における水温上昇について報告する。
２．研究方法田沢湖の湖心部において、自記圧力・温度計（分解 能 ： 0.001℃ ， 確 度 ： ±0.002℃ ， 時 定 数 ： 0.1
秒）を用いて湖水温の鉛直プロファイルを 2015 年
5 月より 2017 年 7 月まで繰り返し測定した。また、既往文献や秋田県の調査結果を収集し、過去の水温についても整理した。
３．結果と考察
水深 400m では、2015 年 5 月から 2017 年 7 月にかけて、0.03℃の上昇が認められた。この変動は、観測に用いたセンサーの性能を考慮すれば、有意な変化であるといえる。またこの結果は、田沢湖では湖底部まで比較的短期間で熱が輸送されることを示唆している。その要因としては全層循環による熱の移流や中層部以浅からの熱の伝導が考えられるが、現時点では明らかでない。
長期の変動については、1937 年 8 月（吉村，1937）から 2017 年 7 月までの 80 年間で 0.42℃の上昇が確認されたが、上昇の程度は一様でないことが窺われた。これらの結果は、田沢湖の水循環機構
が時代；①玉川導水以前（自然状態；～1939 年）、②導水開始～中和処理開始以前（1940～1990 年）、③中和処理開始以降（1991 年～）、とともに変化
してきたことを示唆するものである。

図 1. 田沢湖周辺の地勢（産総研，地質図 NAVI を基に作成）

図 2．水温プロファイルの経年変化（秋田県の資料により作成）
謝辞
本研究を行うにあたり、秋田県生活環境部環境管理課よりデータを提供していただきました。ここに記して感謝申し上げます。
参考文献
・田中阿歌麿（1922）趣味の湖沼学．実業之日本社．
・森和紀・佐藤芳徳（2015）図説 日本の湖，朝倉書店．
・吉村信吉（1937）湖沼学．三省堂．

- 19 -

臨界水深概念の前提としての混合水深の実用的評価手法について＊

古里栄一(鹿児島大・南九州・南西諸島共創機構)，Tulaja Gurung(埼玉大院・理工)，鮎川和泰(環境システム)，中山恵介（神戸大・工），清家 泰（島根大・エスチュアリーセンター），今本博臣(水機構・総技センター)，
久納誠(水機構・総技センター)，前田広人（鹿児島大・水産），奥西将之（鹿児島大・水産），伊藤祐二（鹿児島大・農）１．はじめに湖沼や貯水池における植物プランクトンのハビタ
ットは湖水の流動・混合状態である．こうした観点の重要な概念として，1953 に sverdrup により提唱され現在でも特に海洋学でその重要性が増加しつづけている臨界水深概念が存在する．これの元となる
複数の理想状態のうち，最も重要な要素の一つが「混合水深」である．本発表では，実用性を考慮した，植物プランクトンの生息環境としての混合水深評価手法構築の試みについて述べる．
２．対象地域の概要と方法
本研究は，沖縄県久米島の山城池(図 1)に設置した水温水質自動観測装置のデータを用いた．本装置
は，水温，DO 等の現地機器計測可能な項目を 2 時
間間隔で自動ウィンチによる測定するものである．
本研究では，鉛直混合や乱流構造を評価するために
1cm 毎の鉛直分布を測定できるよう，ウィンチや測
定データの処理システムを制御した．また，測定装置・ウィンチが設置された浮体も，波浪による振動を防ぐために，重量および浮力の大きい，港湾で用いる浮き桟橋のフロートを用いた．台風来襲時のビデオ観測により，強風時の波浪条件においても浮体の振動は認められなかったことから，本研究で用いた通常気象条件においては，水深方向 1cm 間隔のデータは，実際の水温，水質の微細構造を取得していると考えられる．
混合水深の評価方法は，乱流エネルギーとポテン
シャルエネルギーを用いた手法によるラグランジェ
タイプの湖沼貯水池数値解析モデルも古くから開発されているが(Imberger 1985)，工学的適用の観点からは，現地で機器観測可能な指標から簡易に評価できる手法が有効である．ウェッダーバーン数を用いて，この数値が 1 となる条件の等価水深を混合水深として扱う先行研究も存在するが(Visser et al.
1996)，貯水池現地データにおける安定成層要求性の強い藍藻類の出現状況から考えると，この手法ではプランクトンハビタットとしての混合状態の評価において問題があることが指摘されている(梅田ら2006)．本指標は混合外力として風のみを対象としていることも議論が必要な点であろう．一方，水理
学的には問題はあるのは自明であるものの，鉛直混合の有無は，水温や水質パラメータの水深方向の一様化により判断できるはずであるというシンプルな仮定に基づき，臨界水深(Sverdrup 1953, 古里ら- 20 -

(a)

(b)

50km

(c)

C

C コンプレッサー

気象計
水位計
気泡循環施設
自動観測装置7m

山城池
気象庁気象観測所

2km

50m

図 1.山城池と実験施設の位置

15

水温 [℃]
15.5
16
16.5

-4

dWT / dz [℃/m]
-2
0
2

-1
0
1
水深 [m]

16)

2
3
4

5

図 2.山城池(最深部)の水温(左)および局所水温勾配(右)の鉛直分布(2017 年 2 月 25 日午後 0 時)

2017)の基礎概念である混合水深を評価する試みも行われている．表層と当該水深の水温や DO 等の値の差分が一定以下の値となる最大水深を混合水深として評価するものである．そのパラメーターとしては ， 水 温 (Tedford et al. 2014, Obata et al.
1996, de Boyer Montegut et al. 2014, Anis &Moum 1994)，密度(Smith & Jones 2015, de Boyer
Montegut et al. 2014, Brainerd and Gregg,
1995)，DO(Morales & Kaiser 2012)等の事例がある．
本研究では，上述した時空間的に詳細な，特に水深方向に 1cm 間隔の水温や DO，EC 等の測定データや水面付近の気象データを活用して，混合水深の評価を行った．
３．結果と討論
図 2,3 に本観測装置の計測例を示す．図 2 は，水温や DO の表層との差分評価にあたって，その原因としての混合が実際に生じていたかを評価するための材料の一つとして用いる水温微細鉛直分布と 1cm毎の水温差である．混合の源である乱流は本来であ
れば流速測定結果から乱れエネルギーの散逸率を評謝辞
本研究の一部は，公益財団法人 河川財団の河川基金助成事業，公益財団法人 高橋産業経済研究財
団研究助成，独立行政法人水資源機構総合技術セン
ターの受託研究，琉球大学国際沖縄研究所 共同利用・共同研究事業により行われた．本研究は久米島町と第一著者との間での研究協定（山城池の水質研究に関する協定書）に基づいて実施された．ここに記して謝意を示す．
参考文献

Wind Velocity

15Wind Direction

N
E

10

S
5

W
Sunlight

Rainfall

14 0
12 20
10 40
8
60
6
80
4
100
2
120
140
0
30.00

10
5
0.0
1.0
2.0

25.00
20.00

3.0
4.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0

WT (˚C)

Sunlight (hrs/day)

Air Temp.

317.0
283.0

250.0
12.0
8.0
4.0

0.0

3/01

3/05 3/09

3/13

3/17 3/21 3/25 3/29 4/02 4/06

4/10 4/14 4/18 4/22 4/26 4/30 5/04 5/08 5/12 5/16 5/20 5/24 5/28 5/31
Observed Period

図 3.山城池における気象および水温 DO 鉛直分布の実験期間中における時系列変化(白色部は欠測)- 21 -EC (µS/m)

15.00
350.0

Rainfall (mm/day)

N

0

35
30
25
20
15

DO (mg/L)

Depth(m)Depth(m)Depth(m)Avg. Air Temp.
(˚C/day)Wind Velocity (m/s)

Anis, A. & Moum, J.N. 1994. Prescriptions for heat fluxand en-trainment rates in upper ocean during convection.
Journal of Physical Oceanography, 24
Batchelor, G. K., 1959: Small-scale variation of
convected quantitites like temperature in turbulent
fluid. J. Fluid Mech., 5, 113–139.
Brainerd, K.E. & Gregg, M.C. 1995. Surface mixed andmixing layer depths, Deep Sea Research. 42(9), 15211543

de Boyer Montègut, C., Madec, G., Fischer, A.S., Lazar, A.
& Iudicone, D. 2004. Mixed layer depth over the global
ocean: An examination of profile data and a profile
based climatology. Jour-nal of Geophysical research,109.
古里栄一・他，新しい臨界水深評価手法としての修正Sverdrup
式―気泡循環の吐出水深設計指針として―， 土木学会論文集
B1（水工学）, Vol.73, No. 4, I_985-I_990 , 2017.
古里栄一・他，強い気泡循環により受熱期に生じる水温成層形
態変化の現地観測と広域流分類区分の提案， 土木学会論文集
B1（水工学）, Vol.74(投稿中), 2018.
Imberger, J. 1985. The diurnal mixed layer. Limnol.
Oceanogr. 30(4), 737-770.
Morales, K.C. & Kaiser, J. 2012. Using dissolved oxygen
concen-trations to determine mixed layer depths in
Bellingshausen sea. Ocean Sci., 8, 1-10.
Obata, A., Ishizarka, J. & Endoh, M. 1996. Global
verification of critical depth theory for phytoplankton
bloom with climatological in situ temperature andsatellite ocean color data. J. Geophys. Res., 101(C9),20657–20667.
Smith, W.O. and Jones, R.M. 2015. Vertical mixing,
critical depths and phytoplankton growth in the Ross
sea. ICES J. Mar. Sci, 72(6), 1952-1960.
Sverdrup, H. U.: On Conditions for the Vernal Blooming of
Phy-toplankton, J. Cons. int. Explor. Mer., Vol. 18, No.
3, 287-295, 1953.
Tedford, E.W., Maclntyre, S., Miller, S.D. and Czikowsky,
M.J. 2014. Similarity Scaling of turbulence in atemperate lake during fall cooling. J. Geophys. Res.
Oceans, 119, 4689-4713.
Visser, P.M., Ketelaars, H.A.M. & van Breemen, L.W.C.A.:
Diurnal buoyancy changes of Microcystis in an
artificially mixed storage reservoir, Hydrobiologia,
331, 131-141, 1996
梅田信・古里栄一・浅枝隆，富栄養化したダム湖におけるアオ
コ 発 生 指 標 と し て の 水 温 成 層 安 定 性 ， ダ ム 工 学 ， Vol.16,
pp.269-281, 2006
Wind Direction

価 す る 等 が 必 要で あ る が， い く つ か の 先行 研 究(Batchelor 1959)に従いこうした解析を行った．図
3 は関連諸量の時系列変化の一例である．これは成層期初期の 3 月(沖縄では本土よりも成層開始が早い)のデータであるが，混合外力として想定される
風や水面冷却による水温や DO の水深方向の一様化の特性が伺える．これらより，現地における植物プ
ランクトンの生息時間スケールにおける混合水深評
価を，混合駆動外力の影響を含めて行った．発表においては現時点における結果を用いて，会場との意
見交換を行いたい．

17） 沖縄県石垣島河川水質の栄養塩特徴とアンパルマングローブ林内水温変動＊

干川

明 (NPO 法人石西礁湖サンゴ礁基金／八重山陸水研究会)

１．はじめに沖縄県石垣島は人口約５万人、近年観光客の数が増え、2018 年には年間 130 万人になる。名蔵川は
延長 4.5km 流域面積 16 平方キロで河口にはアンパルと呼ばれる干潟とマングローブ林が広がり、ラムサール条約に登録されている。島で唯一の製糖工場の排水は草地内の直線土水路を経てマングローブ林に流入し、林内の蛇行水路を通りアンパル干潟に流れ込む。干潟は狭い海峡部で名蔵湾と通じる。

年 12 月から 2016 年 5 月まで測定した。各地点での水温測定例を図 3 に示す。工場排水流量は毎秒約200 リットルだった。工場排水口以外は感潮域であり、下流ほど潮汐の影響が大きい。
工場が操業していないとき排水は無く、各水路温度は同じであった。工場が操業すると水温は工場排出口（地点１）において 35～40℃であった。温排
水は草原水路、林内水路を流れるに従い水温は低下していき、マングローブ林を出る地点では周辺海水温より最大で 10℃程度高かった（地点５）。

２．対象地域の概要と方法
全国身近な水の環境調査の日に市民が石垣島主要河川の水質を毎年測定している。採水地点を図 1 に示す。河川水は 2016 年 6 月５日に採水した。工場
排水とアンパルマングローブ林内の水路は 2015 年
12 月―2016 年 6 月工場操業時の干潮時に工場排水11 回とアンパルマングローブ林内の水路②－⑤で 4回採水した。試料は凍結保存後、東京工業大学灘岡研究室に送り栄養塩含有量を測定依頼した。

100

石垣島DIN DIP濃度対数値散布図

N-DINmg/L

アンパル2

10

新川川

新川
轟川

轟川

名蔵川

アンパル水路

宮良川

1

工場1

宮良川
工場排水路

北
５
３
４

２

0.1

1ｋｍ

名蔵川

0.001

製糖工場
１

図2

名蔵川

名蔵アンパル湿原拡大地図

45

轟川

℃

40
宮良川

35

新川川
石垣島河川採水地点

30

5ｋｍ

0.01

P-DIPmg/L

0.1

1

10

石垣島河川水 DIN と DIP の関係（2016 年）
マングローブ内水路と工場排水口の水温変化例

1工場排水口

2工場排水マングローブ林流入部3マングローブ水路上流
4マングローブ水路中流
5マングローブ水路下流端

25

図1

石垣島採水地点

20

３．河川水質溶存態栄養塩の特徴
図２に溶存態無機窒素量 DIN を縦軸、溶存態無機
リン量 DIP を横軸にとった各地点採水試料の対数値
濃度グラフを示す。
工場排水は給水源の名蔵川にくらべ平均値で N は数倍の濃度、P は数十倍の濃度であり、放流先のアン
パルマングローブ水路の水質も同様に P 濃度が高い。
住宅排水の多い市街地の新川川は N,P 濃度が共に高い。流域に農用地割合の多い轟川は N 濃度が高い。
４．アンパル湿地マングローブ林水路の温度変化
工場排水口とその放流先であるマングローブ林内
水路に沿って４地点で水温を測定した。測定は KN
ラボラトリ社のサーモクロン G を水中に設置し、１時間毎に水温を自動計測した。工場操業中の 2015

15
休止

操業

休止

10
12月15日 12月17日 12月19日 12月21日 12月23日 12月25日

図 3

マングローブ林内水路の水温変化（2015 年）

5 . 終わりに
石垣島農地の半分を占めるサトウキビ産業は耕土流出など、島と海の自然環境に与える影響は大きく、
環境保全型農業への移行が求められている。
謝辞 東京工業大学灘岡研究室では無償で栄養塩分析を行っていただいた。石垣島の水環境を長年測定し続けている石垣島海森学校、アンパルの自然を守る会参加者
により各河川地点でサンプルを採取していただいた。改
めて感謝の意を表する。

- 22 -

扇状地河川の伏没帯における地中熱利用の可能性＊

阪田義隆 (北大・工)，葛１．はじめに扇状地河川では，周辺地下水位より河川水位が高い区間において，河川水が地下へ浸透する伏没現象
が一般に観察される。こうした伏没帯では，流速の速い地下水流れが発生するため，地中熱交換器を設置することで移流効果により効率的な地中熱利用が期待できる。本研究では，札幌扇状地を流れる豊平川の伏没帯の地下水観測井にて，孔内加熱試験を行い，地下水流れによる有効熱伝導率の見かけの増加を測定するとともに，地下水流速を仮定したシミュ
レーションから地中熱利用の可能性を評価した。
２．対象地域と試験方法
調査個所は，札幌扇状地の扇央上流に相当する豊平川より西方に約 120 m 離れた地点に設置した深度
40 m の地下水観測孔である。地質は深度 40 m まで
扇状地砂礫層で，現場透水試験による透水係数は10-3～10-5 m/s と概して高く，不均質な分布を示す。
観測孔では水位・水温を継続的に観測しており，河川水の夏季水温ピークが観測孔へ移送される時間を解析した結果，地下水流速は 1.5 m/d と計算された。
本研究では同観測孔（VP50）にワイヤーヒーターを挿入し，35 W/m にて孔内を 120 時間（2015 年
12 月 1～5 日から 120 日）加熱した。その間，光ファイバー温度計を挿入し 0.5 m 刻みで温度の深度分布を測定した。加熱後の温度回復から，下式により深度毎の見かけの有効熱伝導率を推定した。

４．まとめ
本研究では，豊平川の伏没帯での有効熱伝導率の見かけの増加と地下水流速を想定した場合の GSHPの効率向上について示した。今後は，札幌扇状地における詳細なポテンシャル評価に加え，全国各地の伏没帯における導入ポテンシャル評価を進める。

Initial1h After inrecovery1015

12 h inheating

20

48 h inheating

25

30

35

40

2

4

6

8

10

12

14

Effective thermal conductivity [W/(m・K)]

図 1．(a)熱応答試験中の温度と(b)解析した見かけ有効熱
伝導率の深度プロファイル
30

30

Ta

Ts: q=0 m/y

20

10

27
24

Ts:q=300 m/y
Ts:q=100 m/y

Ts0

21
18
15

0

12

Cooling9-10

HeatingHeating

Hourly load [kWh]３．結果と考察
図 1a に，加熱試験中の孔内の温度分布を示す。
試験前温度は 13℃付近で安定し，地温勾配はほとんど見られない。なお±0.5℃程度のゆらぎは測定機の測定誤差に起因する。測定開始 12 時間後では，地下水面(深度 12m)下の温度は 18℃程度にほぼ一様に上昇する。48 時間加熱後では，地下水面から深度 25m 付近まで 20℃程度で大きな上昇が認められない。図 1b に解析した見かけの有効熱伝導率の深度 分 布を 示す 。 見か けの 有 効熱 伝導 率 は 3～ 12
W/(m・K)の値を示し，特に加熱中の温度変化の小さい深度 15～25 m の区間では 10 W/(m・K)以上の高い値を示す。通常の砂礫の有効熱伝導率は 1.5～2
W/(m・K)程度であり，この増加は地下水の移流効
果に起因すると解釈される。
図 2 に，GSHP シミュレーション結果を示す。暖房運転時には，地中温度は地下水流速がない場合，-10℃を下回るが，地下水流速 100 m/y の条件では0℃を上回り，300 m/y（約 1m/d）を仮定する場合，自然地中温度 11℃付近で安定するようになる。この解析結果より，豊平川扇状地付近の伏没帯付近で地下水流れが卓越する場合，効率的な運転が可能であり，地中熱利用の高いポテンシャルを示唆する。

Temperature [C]□
ここで Tave は観測温度[℃]，Tg は自然地温[℃]，q は加熱量[W/m]，λ は見かけの有効熱伝導率[W/(m・K)]，a は温度拡散率[m2/h]，rb は孔径[m]，t は加熱開始からの時間[h]，t’は加熱停止後からの時間[h]。
併せて同伏没帯にて間接型地中熱ヒートポンプシ
ステム(GSHP)の導入効果について Ground Club を用いたシミュレーションにより評価した。想定する暖冷房熱負荷は，札幌市の一戸建て住宅の標準負荷，ヒートポンプは 10kW 出力市販機，地中熱交換器は40 m，地下水流速は 0, 100, 300 m/y を仮定した。

隆生(北大・工)，長野克則(北大・工)D e p th [m ]

18）

6
3

-20
01

02

03

04

05

06

07

Date

08

09

10

11

12

0

図 2．異なる地下水流速での GSHP シミュレーション結果- 23 -

19）

別府群発地震時の温泉水位について＊

柴田智郎 (京都大・理・地球熱学研究施設)

１．はじめに2016 年に発生した熊本地震は、熊本県益城町では震度 7 の揺れが 2 回観測され、熊本県内のみならず、隣接した大分県でも大きな被害をもたらした。
この地震は、2016 年 4 月 16 日に発生した最大マグ
ニチュード 7.3 の地震を含め、九州中央部を東西に横断する別府から島原に沿って連なる日奈久断層
帯・布田川断層帯・別府－万年山断層帯に沿う東西に約 150km の範囲で、1000 回以上の地震が観測されている。大分県別府地域はその北東端にあたる。
別府地域では 1999〜2000 年、2003 年、2006〜2007
年に群発地震が発生しており、前回 2007 年に発生してからすでに 11 年経過しており、別府地域で観測された地震は過去に発生した群発地震と類似している。
別府温泉は日本有数の温泉地の１つで、中部九州
を東西に横断する地溝性陥没地域の東端に位置している。今回発生した群発地震時および地震後の温泉
水圧変化を調べることは、温泉水の起源の評価、地震に伴う地殻変動と間隙圧変化の関係の解明につながる。また、地震活動が活発化する一因として間隙圧変化が考えられており、そういった現象のメカニ
ズム解明にも重要である。ここで間隙圧とは、地層または岩盤の間隙内部の圧力であり間隙が水で満たされている場合はその水圧に等しい。温泉水圧（水位）として観測されるものは、帯水層の間隙圧と考えられるから、観測可能な温泉水圧変化から、地震発生域付近等の間隙圧変化の把握が期待できる。

３．結果と考察
観測された水位データを標高値に換算した。水位データの一部に欠測があり、また、OAFC には高周波のノイズが見られる。この高周波のノイズは水位計ケーブルの接触不良によるものと考えられる。また、OAFC は BRGL に比べ、気圧・潮汐による影響が小さい。
それぞれの水位は、BRGL が 20〜25m、OAFC が 91〜98m で、OAFC の方が約 72m 高い。これは２観測井の標高差約 78m とほぼ同じであるまた、振幅は
OAFC の方が１m 程度大きいが、同じような年周期変化が見られることから、南北とも同じ起源を持つものと考えられる。
2016 年 4 月 16 日の地震発生直後に、BRGL ではス
テップ状の 1.5m 水位上昇したが、OAFC ではステッ
プ変化は見られず、その後、緩やかな水位の上昇が見られる。しかし、約３ヶ月後の７月ごろから２観
測井とも緩やかな水位上昇が観測された。
４．まとめ
2016 年熊本地震で発生した別府群発地震に伴う水位変化を観測した。１つの観測井では地震直後にステップ状の水位変化が見られた。また、約３ヶ月後に２観測井とも緩やかな水位上昇が観測され、深部流体の供給が示唆される。

２．温泉水位の観測
別府温泉は西部にある伽藍岳が源となり、南北にある堀田・朝見川断層および鉄輪断層に沿って、東部の海岸まで広がっていると考えられる。図１に示した２ケ所の観測井（BGRL、OAFC）で、2014 年 12月から大気圧補正型の圧力式水位計を用いて水位連続観測を実施している。水位は自動記録式データロ
ガー（ノースワン社製 KADEC21-MZPT）を用い、１分もしくは２分間隔で測定している。
南にある観測井（BGRL）は、海岸から約２km 内
陸の、標高約 80m にある京都大学理学研究科附属地
球熱学研究施設敷地にある深度 300m の温泉井戸である。一方、北にある観測井は（OAFC）は、海岸から約３km 内陸の、標高約 158m にある大分県農林水産研究指導センター農業研究部花きグループにある
深度 350m の温泉井戸である。BGRL は南部にある堀田・朝見川断層を、OAFC は北部の鉄輪断層を流動する温泉を対象としている。

図 1. 位置図- 24 -

20）

暑熱地域における園芸施設の室内熱環境のシミュレーションと評価＊

葛 隆生 (北海道大・工)，鈴木大也 (北海道大・工)１．はじめに
暑熱地域の人口増加が著しいという背景から，近い将来，暑熱地域の食料需要が増大することが見込まれる．それに対して現地に安定的に食料を供給できる園芸施設(植物工場)を建設することが一つの対応策と考えられる．また，植物を生産する際には，
昼間もしくは夜間に集中的に冷却・加熱することにより，生育を促進できることが明らかとなっている．
上記より，園芸施設において植物を少ないエネルギ
ーで冷却・加熱できる方法が求められている．
本研究では，暑熱地域に建てられた園芸施設において少ないエネルギーで効率よく冷却できる方法を，シミュレーションにより見出すことを目的とする．
本報告では室内熱環境とエネルギー消費量を計算す
るシミュレーションの概要について紹介するとともに，石垣島での園芸施設の建設を想定してシミュレーションを行ったのでその結果について報告する．

図 1. 園芸施設のシミュレーション概要

図 2．園芸施設のシミュレーションの条件

２．園芸施設のシミュレーション概要
図 1 に園芸施設のシミュレーションの概要について示す．シミュレーションは施設内の室内温度や熱負荷を計算する熱負荷モデルとヒートポンプ空調シ
ステムモデルで構成され，それらを連成して計算を行う．図 1 に示すように植物工場内部の熱収支を考えて，熱収支式を立てる．熱収支式を離散化し，時刻毎に室温，日射量，空調熱量などを与え室内の温度を計算する．また園芸施設については地盤に大きな熱容量を有しているため，内部地盤の熱移動についても計算を行う．空調熱量については熱負荷モデ
ルにより計算される室内温度と空調機側の室内温度の設定値を比較して決定する．空調システムのエネ
ルギー消費量については，空調熱量と外気温度，室内温度をもとに計算を行う．
３．シミュレーションの事例
石垣島での園芸施設の建設を想定してシミュレー
ションを行った．シミュレーションの条件を図 2 に示す．今回は夜間(20 時～8 時)に空調を行う条件とし，非空調時間帯となる昼間の時間帯は，換気量を大きくして日射熱負荷による温度上昇を極力抑えるようにした．図 3 に示す外気温度と日射量等の気象条件を与えて園芸施設内温度変化を計算した．計算結果を図 4 に示す．図 4 には空調と換気を行わなかった場合の室内温度の変化についても示す．図 3 に示されるように昼間に換気を行わない条件は，日射量の大きい日は室内温度が 50℃を上回っており，
この結果より換気による日射熱負荷による温度上昇の緩和効果を確認できた．また，夜間についても空調を行うことにより温度が低下する結果が得られた．

図 3．気象条件(上：外気温度、下：日射量)

図 4．6 月 29 日～7 月 4 日の園芸施設内温度変化

４．まとめ
本報告では暑熱地域における園芸施設の室内熱環
境とエネルギー消費量を計算するシミュレーションについて紹介した．また，石垣島での園芸施設の建設を想定してシミュレーションを行い，昼間の換気による室内温度上昇の抑制効果や，夜間の空調による室内温度低下の計算事例について紹介した．

- 25 -

21）

河床礫の粒径分布分析を用いた岡山・旭川中流域の河床調査
山口一裕（岡山理科大学）

１．はじめに旭川中流域において，地域住民，児童生徒，大学生，市民団体，研究者が協働していい川づくりを進めるために，「かいぼり調査」が 2007 年より始められた。河床環境は，河川に生息する生きものにとって大切なものであり，同じ地域を継続して調べる
ことは大変意義があると考えられる。岡山理科大学
では野外実習として学生とともにかいぼり調査に参加してきた。河床調査として，底生魚の生息数と河床環境の関係を検討するために浮石率を調査してきたが，2016 年からは，礫の大きさを測定して河床材料の堆積環境についても検討している。さらに，
2017 年は台風の襲来により旭川の水位が高い状態が長く続いたことから河床環境にも影響があったと考えられる。そこで，2017 年の河床調査の結果か
ら河床礫の粒径分布を求め，河床の堆積環境の変化について検討した。さらに河川の礫は児童，生徒だ
けでなく大学生にとっても身近な地学教材であることから，河原の礫の教材化に向けて河原の礫を構成している岩石の種類(岩石組成)についても調査し，礫の供給源についても検討した。
２．調査地域と調査方法
岡山県の旭川の中流域の分流部で入口を堰き止め，河床を干上げて河床調査を行った。同時に底生魚，
水生昆虫の調査も行われた。河床調査は，50ｃｍ×50ｃｍの方形区内の表面に出ている礫をランキング
サンプリング方により大きい順に 20 個体を選んで，その礫の大きさ(長径・短径・厚さ)を計測し，礫の状態(浮石・沈み石)を観察した。礫の種類（岩石名）を判別した。礫の下の底質の粒度分析を行った。
３．結果と考察
浮石率は河床表面に露出している礫のうち浮石状
態の礫の割合を示すものである。分流域全体では浮石率は 30～100%と，昨年(2016 年)のデータと比較
すると全体的に上昇している。また分流域の入り口の地点では浮石率が 90～100％で，昨年の 65～75％と比べると高くなっている。出口の地点 8 も 90～
100%になっていることが分かる。このような浮石率の分布は水の流れによる掃流力と関係があると考えられる。また浮石率が高い地点とアカザの採取数には良い相関が見られた。
石礫河原では水の掃流力により小さい砂礫が移動し，巨礫が表層に現れることで，それ以上洗堀されずに河床が安定することが指摘されている 1)。そこ
で，河床礫の分布状態の変化を明らかにするために，浮石と沈み石の粒径から礫の体積を求め，浮石と沈図1

礫の体積加積曲線（地点 1）

み石のそれぞれの加積曲線を求めた。その結果の一例を図 1 に示す。礫の体積加積曲線のパターンを分類すると，堆積型，洗い流し型などに分類できた。
図 1 は，浮石の曲線が沈み石の曲線よりも体積が小さい方へ分布しているので，礫の体積加積曲線の分類では堆積型を示している。これは小さい河床材料が堆積しやすい環境にあったと考えられる。このよ
うに，礫の体積加積曲線により河床環境の現状を把握できるとともに洪水時の水の動きや堆積物の移動についても検討することができる可能性があると考えられる。礫の体積加積曲線パターンで全調査地点を分類した結果，昨年は堆積型だった地点が，今年
は中央部が洗い出し型に変化していた。現地での倒木の方向などの観察からこの地点では，洪水により河床が洗堀されたと見られることから，2017 年の洪水時の水の流れが通常とは異なっていたと考えられる。台風の襲来により洪水が発生し，河床の水の流れや礫の移動が推定できると考えられた。ただし，洪水時の水の流れを観測できていないので，洪水時の河床環境の変化や河床材料の移動については，さらに詳細な検討が必要である。
礫の岩石組成からほぼすべての岩石が，調査地点から 20～30km 上流から供給されていることが分かった。礫の教材化では，岩石を鑑定するだけではな
く，上流の地質(岩石と年代)との関係を学ぶことで空間的な広がりと時間的な繋がりを学ぶことができた。河原の礫を地元の地質教材として積極的に活用するためには，今後は礫の簡易的な鑑定方法や粒径を調査する地質学的な意味について研究する必要があると思われる。
4. 参考文献
1)福岡捷二，長田健吾，安部友則：水工学論文集，
52，643-648，2008□□□□□□□□□□□□□□- 26 -

22)

島嶼地域の水環境の把握と保全のための産官学民の連携＊

小寺浩二 1）・浅見和希 2）・矢巻 剛 2）・猪狩彬寛 2）・堀内雅生３）1）法政大・地理学教室、2）法政大・院、３）法政大・学

Ⅰ はじめに
島嶼地域において良好な水環境が重要なことはいうまでもないが、個別テーマによる単発的な調査・研究は多いものの、モニタリングに基づいた継続的な水環
境変遷の分析は、十分に行われているとは言えない。
そこで、公的機関によって測定されている「公共水域の水質測定結果」(1971～2009)と市民団体によって継続されている「身近な水環境の全国一斉調査」(2004～2018)の結果を比較した上で、法政大学水文地理学研究室によって行われてきた島嶼地域での調査結果と併せて、水環境の保全のための産官学民の連携のあり方について議論する。

３）石垣島の河川水の水質
2006年～2011年にかけて、季節毎に全島の約80地点
について12回の現地調査を行い、その後も一部の地点(21箇所)に関しては月ごとの継続的なサンプリングを行って、その結果を分析した。日本の平均的な河川水質と比較して、圧倒的に溶存成分が多く、特にNa-Cl
型とCa-HCO3型の分布が顕著で、海塩・地質・農業の影響を反映している。
また、畑作地域と市街地で窒素汚染が著しく、特に市街地では、亜硝酸やアンモニアの成分が高い地点が見られ、排水処理が不十分な地域があると想われる。

Ⅱ 結果と考察
１）公共用水域水質測定結果

Jap an Averag e

Total Nitrog en
15mg/ L
10
5

全国規模では、1979 年には現状と同程度の地点での観測が始まったが、沖縄県では 1987 まで整備が遅れている。さらに石垣島では、1988 年になってやっNO3 -NNO2 -NNH 4 -NO-Nと 6 箇所で調査が始まった。

Farm land
Ped d y Field
ForestBarren Lan d
Build ing sRoad sRivers,Lakes
Sea
Seash ore
Golf course
Othersme/l
30m e/ l
3

0

5km

N
W

E
S

Na + Kme/l
9

図１ 観測地点数（公共用水域）の推移

6

Cl

Ca

H CO 3Mg
3

SO4 (+ NO3 )0

3

6m e/ l9

図２ 石垣島諸河川の水質と窒素汚染(2009年)

2）身近な水環境の全国一斉調査
2004年に開始されて、公共用水域と同程度の地点数があるが、観測地点のバラツキが大きい。また、沖縄

Ⅳ おわりに島嶼地域で継続的に調査が行われている地点は少な
いが、市民団体などの努力によっては、「公共用水の半分以上は石垣島がしめる（約25箇所）。

域」の調査地点よりも多くの観測地点を維持しうる。
しかし、頻度の高い調査は困難である上、分析項目も限られるため、大学や研究所などの機関と連携して調査を行う必要がある。経費も含めて継続的な調査を実現させるためには、産官学民の連携が求められる。

参 考 文 献小寺浩二・浅見和希・齋藤 圭(2018)：東京の水環境の変遷と課題-河川環境を中心に-.法政大学地理学会2018年度第1回例会資料.

図2 観測地点数（全国一斉調査）の推移- 27 -

23）

水資源として重要な山岳地域の雪鈴木啓助（信州大学理学部）

我が国の日本海側地域は、世界でも有数の多降積雪地である。冬季の放射冷却により形成されるシベ
リア高気圧は、チベット・ヒマラヤ山塊の存在により強化される。そこから吹き出す寒冷で乾燥した気塊が、暖流である対馬海流が北上する日本海上に流れ込むと、下層から熱と水蒸気の供給を受け、対流性の雪雲が形成される。その雪雲は日本の脊梁山脈
によって積雲対流がより強化されるため、山塊の風上側である日本海側地域は多降積雪地となる。東北
地方から中国地方まで続く脊梁山脈を形成する山岳の積雪は、我が国の水資源として極めて重要であり、天然の白いダムとも呼ばれている。また、積雪は生物にとって低温に対する断熱効果や適度な水分補強の役割を果たすが、森林限界の形成には、気温変動
よりも雪の量によって規定されることが最近明らかにされている。また、脊梁山脈で最も高標高の中部山岳地域でさえ標高が 3000 m 級と、世界の高山に比較してそれほど高くはないにもかかわらず、冬季の強風と多降雪とが相まって、高山帯の植生がモザ
イク状の分布となっている。さらに、東北地方の山
岳は標高が 2000 m 級と低いにもかかわらず、多量の積雪の影響で偽高山帯と呼ばれる特異な森林帯を形成している。これらの山岳地域の植生は、地球規模での気候変動に対して敏感に反応すると考えられる 。 そ れ は 、 南北 へ の 水平 移 動 に よ る 気温 変 化（ 1℃/122 km ） に 対 し 、 山 岳 地 域 で の 高 低 移 動（1℃/154 m）では、距離に対する気温変化が約
800 倍であることに起因する。
気候変動に伴う降積雪量の変動は、水資源や植生
分布をはじめとする生態系への影響のみならず、長期的な視点では山岳地域の地形形成作用として影響
し、短期的な変動でも豪雪に伴う雪崩災害や多量の融雪水による地滑り災害なども引き起こす。雪崩のみならず、除雪作業や落雪などの雪氷災害により毎
年 100 名前後の死者が報告されている。このように、気候変動に伴う降積雪量の変動は、様々な側面で重要な課題である。しかし、わが国では、平地に比べて山岳地域には降積雪深の観測地点が少ないこともあり、山岳地域における降積雪深の気候変動に対す
る応答については、これまであまり研究されていな
い。さらに、世界的にも山岳地域における降積雪深の観測が行われていない問題点が指摘されている。
わが国における降雪量が、地球温暖化とともに減少するとの予測結果が報告されているが、これらはおもに標高の低い地点のデータを用いて行われた研究である。さらに、現在（1984 年～2004 年）と比
較した将来（2080 年～2100 年）の気候変動の予測
結果をまとめた「日本国内における気候変動予測の不確実性を考慮した結果について」（気象庁・環境省、2014）では、年最大積雪深はすべてのシナリオで減少し、降雪量はほとんどのシナリオで減少する。
特に減少量が大きいと予測されている東日本日本海側地域の代表としてあげられている新潟では、現在の冬季でも雪／雨の閾値付近の気温であるため、気温が上昇するシナリオでは、降雨が増え降積雪量が減少するのは当然である。現在でも、低標高地点では暖冬の年は降雨率が高いのである。一方、北海道の寒冷地では降雪量が増加となる地域もある、と報告されている。現在でも、暖冬か寒冬かに関わらず、北海道の年累積降雪量はほとんど変わっていない。
北海道の冬は、雪／雨の閾値よりも低い気温で降水となるので、わずかの気温変動では、降水粒子が固体から液体になることはないためである。では、なぜ、北海道と同じような気温条件で雪が降っている
本州の山岳地域でも、将来は降雪量が多くなると予測されないのか。それは、観測地点の配置に問題がある。気象庁による、積雪深測定も含めた有線ロボ
ット気象計としては、奥日光の 1292 m が最高所で、次いで菅平の 1253 m である。つまり、1292 m より
高所では、気象庁による降積雪量の観測がなされていないのである。富士山（地点標高：3775 m）では、
2004 年まで積雪深が観測されていたが、測候所の廃止とともに観測されなくなった。ちなみに、1966
年から 2004 年までの富士山における年最大積雪深は、統計的に有意な増加傾向を示している。
高標高地域で降水量や降積雪量の観測が行われていないために、流出高が流域降水量を上回るという
水収支的に矛盾することも起きてしまう。流量を流域面積で除して算出される流出高は、流量観測の精度にもよるが基本的には流域全体の値として評価できる。しかしながら、降水量と蒸発散量は地点ごとに得られるデータで、かつ空間代表性に乏しい水文要素でもあり、流域単位で算出する際には様々な問題がある。高標高地域では気象観測データそのものが欠乏しているので、流域降水量と流域蒸発散量を観測値から算定することが難しいのである。さらに、高標高地での降水量の観測は、風の影響による降水粒子の捕捉率の問題があるし、寒候期の降水量観測にはヒーターのための電源が必要であり、地点選定の制約も大きい。
これらの課題を克服する試みとして、雪氷化学的手法による積雪水量から固体降水量を算定する試み
や、航空機に搭載したレーザースキャナによる積雪
深分布測量から流域全体の平均積雪水量算定の試みなどを紹介する。様々な困難を克服しながら山岳地
域での気象観測を継続しつつ、流域単位での議論が不可欠な水文量の算定にはいろいろな手法を開発していく必要がある。

- 28 -

24）

北海道の 3～5 月における最近の雪氷災害
石井吉之 (北海道大学低温科学研究所)

１．はじめに大雪、吹雪、雪崩、着氷、凍上、融雪などの雪氷災害の中から、北海道の 3 月から 5 月に起きた最近の災害事例について紹介する。この時期は冬から春への移行期であるとともに、移行する時期の年々変動が大きいという特徴がある。特に 3 月は、大雪・吹雪・雪崩など冬型の災害が起きることもあれば、一時的な暖気団の流入によって春型の融雪災害が起きることもある。今日では短期中期の気象予報の予測精度も上がり、予想される災害に対して十分に準備しておくことも可能になったが、予想を上回る降雪降雨量、気温、風速になることもあり、まだまだ注意が必要である。
２．冬に台風の目
3 月になると日射量や気温が上昇し徐々に春へと季節が進むが、しばしば冬への逆戻りが起こる時もある。2013 年 3 月 2 日から 3 日にかけて、前線を伴った低気圧が急速に発達しながら北海道を通過したため広い範囲で暴風雪となり、北部から東部では大雪や猛吹雪によって 9 名の方が亡くなった。この時の低気圧は、2 日 09 時に網走沖と苫小牧沖にあった二つ玉低気圧が 12 時には網走沖で一つになり、その後も発達しながら東へ進んだ（松岡ら，2013）。
低気圧の中心気圧は 2 日 03 時の 990hPa から 3 日
03 時の 968hPa まで急激に低下し、いわゆる爆弾低気圧であった。近隣の AMeDAS 弟子屈の風速を、同じように 2014 年 2 月 16 日から 19 日にかけて発生した同規模の吹雪における風速と比較すると、2014 年 2 月は強風が 4 日間も継続したにもかかわらず人的被害は起こらなかった（松岡ら，2014）。
一方、2013 年 3 月は 1 日 18 時から 2 日 01 時の強風が 03 時から 12 時にかけて止み、あたかも嵐が過ぎ去ったかのような誤解を人々に与えてしまった。その後 13 時過ぎには天候が急変し以前にも増して猛吹雪となり各地で被害が起きる結果となった。まるで台風の目の中に入ったかのような気象状況が被災地に出現していた。

けて土砂崩れが起こり、幹線国道が 20 日間と 6 日間にわたり全面通行止めになる事態となった。北海
道開発局の調べによると、両年の日換算雨量（雨量と融雪量の和）は 126mm と 118mm で、2000 年以
降の 1 位と 2 位の大きさだった。特に 2012 年は近年例を見ない融雪量の多さと大雨が重なり災害につながった。一方、2013 年は、融雪量自体は平年並みであったが、12 時間で約 100mm という大雨が引き金となったと考えられる。
ROS 時にはあたかも雨によって融雪が促進され、洪水や土砂崩れなどの災害につながるかのように見られるが、日本のような中緯度地帯の融雪期の気温はそれほど高くなく、雨の持つ移流熱による融雪量は小さい。ROS 時には、気温湿度が比較的高く風
速が強いことや、凝結潜熱の増大、蒸発熱損失の抑制、夜間の雪面冷却の抑制などの二次的効果によって融雪が進む。しかし、それでも降雨時の融雪量は晴天時の融雪量に比べて小さく、それにもかかわらずなぜ著しい河川増水が起きるかについては十分に理解されていない。
４．雪泥と融雪鉄砲水
2013 年 3 月 2～3 日には猛吹雪による災害が発生したが、同じ 3 月上旬の 2018 年 3 月 9～10 日には、発達した低気圧や前線の影響で南から暖かく湿った
空気が流れ込んで気温が上昇し、時ならぬ融雪が急速に進んだ。これに太平洋側を中心とした日雨量
100mm 超の大雨が重なり、北海道各地で浸水や洪水・雪崩被害が起こった。特に上川管内美瑛町の辺別川では、雪泥による河道閉塞とその崩壊による融雪鉄砲水が発生したと考えられ、河川改修工事中の作業員 1 名が亡くなった。国交省資料によると、周囲の観測点の河川水位変化に比べ、辺別川の水位変化には降雨に伴う水位上昇の遅れとその後の急上昇が顕著に現れている（図 1）。融雪期における河道閉塞とその後の鉄砲水発生については、地形地質及び水理学的な観点からの要因分析のみならず、気象及び雪氷学的な観点からの要因分析も必要と考える。

３．Rain-on-snow(ROS)災害
積雪上にまとまった雨が降る現象は rain-on-snow（ROS）event と呼ばれる。春先の融雪期のみならず冬期の積雪期間中にも起こり、融雪洪水・全層雪
崩・土砂崩れ・地すべりなどの災害要因になっている。日本国内では、本州日本海側の積雪地域において真冬の降雨に伴う積雪底面流出や ROS 洪水の例が報告されているが、ROS に起因する顕著な災害
は春先の融雪期に生じることが多い。札幌市近郊の中山峠では、2012 年と 2013 年の各融雪期に 2 年続

図 1. 辺別川及びその周囲の川水位時間変化- 29 -

25） 屋久島 1979，三宅島 2000，そして伊豆大島 2013 土石流災害に学ぶ
諏訪 浩（東京大 空間情報科学研究センタおよび立命館大 歴史都市防災研究所（客）..

はじめに土砂災害は大雨や地震，火山噴火によってもたらされる。その都度災害調査が行われ，関与した研究者あるいは自治体から調査結果が報告されている。土砂災害は，日本列島を形づくる大きな島，例えば九州からから遠く離れた離島と呼ばれる土地でも起きている。
それらの中から 1979 年に屋久島で，2000 年
から三宅島で，また 2013 年に伊豆大島で起きた災害を振り返り，教訓や課題を確認したい。
１．屋久島 1979 年災
屋久島では 1979 年の 16 号台風豪雨で山崩れ・土石流が発生した。下川ほか（1982）などによれば，以下のようであったことが判る。
9 月 30 日午前 2 時過ぎ，二つの川から流れ下った土石流や土砂流が永田の集落を襲った。
家屋や土木構造物，農地や林地などの損壊流失などの被害が小さくなかったものの，人的被害は起きなかった。屋久島では 1965 年 9 月にも別の集落吉田が土石流に襲われた。そして，そのときも被害は小さくはなかった。しかし人的被害は軽傷者 2 名にとどまった。背後の谷奥からの山鳴りなどの気配を察知して間一髪で逃げおおせていた。永田や吉田集落の形成は江戸時代に遡る。災害経験の伝承があり，住民が土地勘を育む条件が揃っていたことが幸いしたように思われる。
２．三宅島 2000～2005 年災
三宅島は比較的頻繁に噴火を繰り返している。2000 年 6 月の噴火は火山灰やスコリア，
火山礫など大量の火砕物を全島にまき散らした。火山灰の堆積は土石流の発生を促す。すなわち山体斜面の浸透能を著しく低下させる
ので流出率が極度に増大する。このため土石流は著しく発生しやすくなる。土石流や泥流，土砂流の頻発である。そこで，噴火によるリスクの増大とこの土石流災害を避けるべく 9
月には全島避難となった。したがって，頻発する土石流や土砂流で家屋や道路，農地などが損壊流失する被害は小さくなかったが，人的被害は免れることになった。噴火活動，特に火山ガスの噴出量の低下を待ち，ようやく2005 年に避難指示が解除されて島民は逐次帰島した。しかし，島の人口は噴火前には
3,845 人であったが，2005 年末には 2,754 人，

現在は 2,200 人余りであり，元の水準に戻る
どころか減少し続けている。
３．伊豆大島 2013 年災
伊豆大島の三原山も噴火を繰り返している。
1986 年 11 月 15 日に始まる噴火は熔岩流出と大量のスコリアを噴出する爆発的なマグマ噴
火の繰り返しとなった。21 日になって溶岩噴出を伴う割れ目噴火は島の北西部と南部に現れ，逃げ場を失った島民は全員島外避難した。
その後，熔岩の流出が終了したため，およそ
1 ヶ月後，住民は帰島した。このような火山噴火との闘いを繰り返してきたことで，住民の三原山噴火に対する防災意識は高いものがあった。しかし，2013 年の 26 号台風豪雨に際しては，この火山防災に重点を置く意識が災いすることになる。
2013 年 9 月 15 日から 16 日にかけて台風の通過に伴い，伊豆大島を横切り北東-南西に延
びるいわゆる線状降水帯が停滞して，島に大雨をもたらした。1 時間最大が 122.5 mm，24
時間最大は 842 mm という豪雨である。このため三原山の外輪山の西側山腹が崩壊して土石流となった。麓の集落を呑み込み，土砂流は海にまで達した。死者行方不明 39 名，重軽傷
22 名の人的被害を伴うことになった。
むすび
本稿で取り上げた離島は山がちである。したがって，麓の緩斜面が住宅や耕地などのための貴重な土地である。しかしその緩斜面はもともと土石流や土砂流が繰り返し土砂を堆積することで形成され，維持されている。いわゆる沖積錐である。離島ではなく，たとえば本州のように，もっと大きな島であれば，沖積錐以外の，よりリスクの小さい土地を求めることが可能な場合も少なくない。土石流
による災害リスクを下げるため，山がちな離島ではより強力な対策と賢い土地利用が求め
られる。
引用文献
１）下川悦郎ほか（1982）屋久島永田における山崩れ・土石流災害（その 1），砂防学会
誌，No.123．26-31．
２）下川ほか（1983）屋久島永田における山崩れ・土石流災害（その 2）砂防学会誌，- 30 -

No.126．20-27．
３）山越隆雄ほか（2002）三宅島噴火後 1 年間の火山灰堆積斜面の浸透能と土砂流出変化，
砂防学会誌，55（2），36-42．
４）牧野裕至ほか（2015）三宅島の土砂災害
地とその周辺における住民の砂防に関する認識・意見と評価，砂防学会誌，68（4），1219．
５）東京都（2007）平成 12 年三宅島噴火災害

誌 本編および資料編．
６）石川芳治ほか（2014）2013 年台風 26 号
による伊豆大島土砂災害，砂防学会誌，66（5），61-72．
７）秋山怜子ほか（2014）平成 25 年伊豆大島号災害における土砂流か範囲と被害発生時刻，
砂防学会誌，67（4），3-12．
８）東京都大島町（2018）平成 25 年伊豆大島
土砂災害記録誌．

図1

1979 年 16 号台風による屋久島小瀬田観測点における降雨。下川ほか（1982）より引用

図２

三宅島 200 年噴火後の降雨と土石流・土砂流出発生状況。降雨データは三宅支庁観測点。
山越ほか（2002）より引用- 31 -

26）

海と陸とを一体的に捉えた島嶼型統合的水循環管理を目指して*安元純・野崎真司・Bam HN Razafindrabe（琉球大・農）・中屋眞司（信州大・工）・
土岐知弘・新城竜一（琉球大・理）・安元剛（北里大・海洋生命）

１．はじめに国内唯一の亜熱帯島嶼地域である琉球弧では，人々は島嶼の限りある水・土地・生物等の資源を有効利用しながら自然と共生した生活を営んできた。
しかし，近年の都市域の拡大や産業構造の変化を背景に，人口や観光客数の増加にともなう水資源利用量バランスの急変と，舗装面，建築物等の不浸透域の拡大による雨水の地下浸透量の減少などにより，多くの島嶼地域では湧水や地下水などの水資源が枯渇傾向にある。くわえて，生活排水や畜産廃棄物の不適切な処理や化学肥料等の過剰使用に伴い病原性
微生物や硝酸性窒素等による地下水汚染が顕在化している。特に，宮古島や沖縄島南部地域など水道水
源を地下水に依存している島嶼地域において喫緊の課題であるといえる。地下水は農業用水としても利用されているため，一部地域では地下水の水質劣化
が農作物の生育障害の原因となっている。さらに，
熱帯・亜熱帯の島嶼地域において水資源の枯渇や水環境の悪化は，浅海域生態系の土台となっているサ
ンゴ群集の衰退や生態系の劣化に繋がり，水産・観光業にも損害を与えている。
２．琉球石灰岩地域の地下水
沖縄県は、基盤岩山地で形成された地域と琉球石灰岩台地によって形成された地域または島々が大半を占め、特に、琉球石灰岩地域はもっとも広い範囲を占めている。琉球石灰岩地域の地下水は、基盤岩である島尻層群の上面構造と琉球石灰岩堆積後に形成された断層活動によるブロック化に規制されて琉
球石灰岩中に賦存している。琉球石灰岩地域では、石灰岩中に止水壁を築堤し地下水を地下に貯留する
地下ダムによる地下水開発も行われている。
一般に、石灰岩帯水層は不均一性や異方性が非常に高く、地下水の挙動は他の帯水層と大きく異なっている。琉球石灰岩地域で，地下水を水資源として持続的に利用するためには地下水の流動状況や水質形成機構の把握が不可欠であり、沿岸域に形成されているサンゴ礁生態系の保全といった観点からも重要となる。今回，環境トレーサーや数値シミュレー
ションを用いて、琉球石灰岩地域の地下水の流動特性、滞留時間及び水質形成機構、さらに、同地域の沿岸域でみられる海底湧水の湧出速度や栄養塩濃度に関する研究成果を紹介する。
３．サンゴの生息環境に栄養塩が及ぼす影響
サンゴ礁が形成される熱帯，亜熱帯の海水は一般
的に栄養塩濃度が低く貧栄養であり，富栄養化した海域や水質の悪化した陸水の供給はサンゴの生育にとって不適な環境となる。特に，リン酸塩はサンゴの骨格形成を阻害する要因になっている可能性も指摘されている。
そこで著者らは，コユビミドリイシサンゴ（Acropora digitifera）の稚ポリプを用いて，硝酸塩
やリン酸塩等の栄養塩が初期の骨格形成に及ぼす影響について検証した。その結果，サンゴのポリプの初期の骨格形成には，硝酸塩 NaNO3 は 10 mM でも有意な阻害効果がみられなかったのに対し，リン酸
塩 Na2HPO4 は 1 µM と非常に低濃度でも阻害効果がみられた。さらに，オルトリン酸やポリリン酸などの無機態リンのみならず，有機態リンなどの形態のリン塩が低濃度でもサンゴの骨格形成を大きく阻害することを見出した。このことから，サンゴ礁生態
系が形成される熱帯・亜熱帯地域において，持続的な農業活動とサンゴ礁生態系の保全を両立するためには，リンの循環を流域スケールで把握し管理していくことが非常に重要である。
４．亜熱帯島嶼地域の統合的水循環管理に向けて
琉球弧における水循環に係わる地域課題の要因
として，①沖縄特有の水循環の特性や，陸水とサンゴ礁生態系との関係性（陸と海のつながり）に関する基礎研究が不足していること，②人間活動に伴う水資源や水環境への影響評価と環境負荷低減に向けた技術開発の応用研究が不十分であること，③水資源や水環境に対する住民の意識が希薄化していること，④海洋基本法（2007）や水循環基本法（2014）
で義務づけられた陸域と海域とを一体として捉えた
統合的水循環管理計画が欠如していることなどが挙げられる。
著者らは，平成 26 年度から琉球島嶼の統合的水循環管理の在り方について，分野横断的な学際研究を進めている。そのなかで，多くの琉球島嶼において，水資源の枯渇や水環境の悪化とそれに伴うサンゴ礁生態系の劣化が問題となっていることや，アジ
ア太平洋をはじめとする熱帯・亜熱帯域の島嶼地域で共通の問題であることが確認された。
琉球弧のように規模の小さな島嶼では各資源間の物理的な距離が短く，水循環を介して地形・地質，
土壌，サンゴ礁生態系などの各環境要素が互いに密接な関わりを持っており，健全な水循環を維持することが，持続可能な自然共生社会システムの構築に繋がる可能性がみえてきた。また，宮古島・多良間
島及び沖縄本島南部地域で実施した研究成果により，島嶼地域の基幹産業となることが多い農業や畜産業の影響が大きな割合を占めていることを明らにした。
今後は，熱帯・亜熱帯島嶼地域において，健全で持続可能な水循環管理を実現するために，人間社会
システム，水循環システム，サンゴ礁生態系システ
ムの相互関係の解明を目指したい。

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27）

西南日本亜熱帯島しょの陸水環境と沖縄の島々における上水道供給方法
東田盛善（八重山陸水研究会）- 33 -

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図 1 南西諸島および日本列島太平洋側の地下水の δ18O と緯度の関係
150(354mg/L)

120

台風10号 □
≈

90

台風11号
台風7号

60
台風1号

30

1998/12/1

1998/11/1

1998/9/1

1998/10/1

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1998/7/1

1998/6/1

1998/5/1

1998/4/1

1998/3/1

1998/2/1

1998/1/1

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1997/12/1

３．結果と討論
南西諸島の中・南部地域において，低島の陸
水は海水・海塩粒子および琉球石灰岩の影響を受け，塩分濃度や硬度が高いため，現在は多くの低島において物理的・化学的に処理された環

Latitude ( o N )Cｌ - (mg/L）

2． 対象地域の概要と方法
水の水素および酸素同位体比，すなわち D/H および 18O/16O 比は，標準平均海水(SMOW)からの千分
偏差 (δ 値)で次のように表わされる。
δ (‰)＝[(Rsample－RSMOW)/RSMOW]× 103 (1)ただし，RsampleおよびRSMOWはそれぞれ試料水と標準平均海水のD/Hまたは 18 O/16 Oである。
最小二乗法によって得られた緯度と南西諸 島の地下水のδ 18 Oの関係は，
δ 18 O＝－0.14N(deg.)－1.18(r=－0.85, n=134)(2)
18となり，緯度が1度高くなるにつれてδ O値が－0.14‰減少する直線関係が得られた(図1)。
日本列島の場合，両者の関係は，
δ 18 O＝－0.014N(N－23)2 －4.78(24＜N＜44, n=55)(3)となり，南西諸島の緯度効果に比べて，緯度が高 く な る に つ れ て 著 し く δ 18 O値 が 減 少 す る 曲線が得られている(図1)。
図2に1997年12月4日から1998年12月5日までの約1年間，石垣島で採水された1日毎降水のCl－ 濃度の変化を示した。
南西諸島の島々は高島と低島に大別される。
高島は古期岩類・深成岩類の大陸島 (大陸と同じ岩石や地質構造を有する島 )と噴出岩からなる火山島であり，低島は琉球石灰岩に覆われた低サンゴ島・隆起サンゴ礁の島である。高島と低島の陸水のCl－ 濃度には違いが見られた。
表1に地下水と気相間の平衡炭酸ガス分圧
P CO2，Ca 2+およびHCO 3－ 濃度を示した。

境水が生活用水として利用されている。
逆浸透膜方式の海水淡水化施設が座間味島，
粟国島，渡名喜島，南大東島，北大東島，竹富町波照間島，沖縄県企業局北谷浄水場において稼働しており，鹿児島県与論島では電気透析法
によるかん水淡水化が行われている。
沖縄島からは，周りの低島である伊江島，瀬底島・水納島，津堅島，久高島へ海底送水され，浜比嘉島へは平安座島経由で海底送水されている。屋我地島へは屋我地大橋に水道管を敷設して送水されている。また，古宇利島へは海底送水管と屋我地島で橋梁に敷設した送水管を利用した2本立て送水となっている。
久米島からは，奧武島経由でオーハ島に海底送水されている。
宮古島市の浄水場において，流動床式晶析軟化法(ペレット法)によって硬度低減処理が行われた上水δ １８ O (‰)

1． はじめに
南西諸島は九州の南西部に位置し，北緯 24°から 30°の範囲に弧状に分布している。
亜熱帯地域と温帯地域の陸水の同位体比や化学組
成および地下水の平衡炭酸ガス分圧などを比較する
ことで，西南日本亜熱帯島しょ陸水の特徴を規定している環境要因ならびにそれらが沖縄の島々における上水道供給方法に及ぼす影響を明らかにしたい。

図 2 石垣島の 1 日毎降水の Cl－濃度の変化

は，池間島，栗間島，大神島へは海底送水，伊良部
島・下地島へは伊良部大橋の開通に伴い，2015 年より送水管を橋梁に敷設して送水されている。
沖縄県内では，宮古島市の浄水場のほかに，名護市，伊是名村，多良間村，沖縄県企業局北谷浄水場において流動床式晶析軟化法(ペレット法)によって地下水の硬度低減処理がなされている。伊平屋村では，電気透析法によって地下水の蒸発残留物，塩化物イオンCl － ，硬度低減化が行われている。
八重山諸島では，高島の西表島の水源から低島の新城島(上地島，下地島)，黒島，鳩間島，高島の小浜島に海底送水が行われている。また，竹富島は行政区の異なる石垣市の浄水場から分水を受け，海底送水されている。
図 3 に平成 29 年度竹富町地域別給水使用水量を示した。小浜，上原，竹富，波照間，大原，黒島の順で使用水量が多い。小浜島では大型リゾート施設があり，上原地域では宿泊施設が多くあるためである。
石垣島では，リゾート開発や地下水涵養域に自衛隊駐屯地の建設が予定されており，水道水の供給と需要のアンバランスや地下水汚染が危惧されている。

表 1 沖縄諸島の石灰岩地域の平衡炭酸ガス
分圧 Pco2，Ca2+および HCO3－濃度
観測地域

Ca2+ (meq/ L)

HCO3－ (meq /L)

範囲

範囲

範囲

av.** n***av.** n***av.** n***

備考

沖縄島

－3.3～－1.2 －1.7 68 60.6～210 110 68 2.50～6.53 4.78 68 東田ほか(2001)

宮古諸島－2.9～－1.4 －1.8 70 40.8～151 99.2 75 2.12～7.05 4.20 74 東田ほか(2003)

波照間島－2.6～－1.1 －1.6 63 71.9～161 112 63 2.72～12.0 6.47 63 東田(1993)

与那国島－3.2～－1.5 －2.1 29 31.1～132 76.5 29 1.62～5.99 3.69 29 東田(1995)* Log：常用対数** av. ：平均値*** n ：試料数

トン
25,00024,936

小浜

24,680小浜

上原

22,92820,317
20,31519,19520,00016,461
16,29815,23615,085上原
15,00022,593
21,91920,901

竹富
波照間
大原

17,746

17,317 16,842
16,751
16,52516,032
14,983
14,405
14,259黒島
西表大富

11,625
11,496
10,0009,460

10,214

竹富
7,985 8,219
7,6177,502 8,135
7,516
7,077
7,480
波照間
7,134
7,532
6,979
6,896
6,730
6,688
6,266
6,539
6,427
大原
6,358
5,804
5,821
5,320
黒島
8,005

5,000

４．考察
亜熱帯島しょの南西諸島における高島と低島では，降水量や水文地質などの水文環境が異なる。高島と低島は島嶼の自然・水文環境や陸水の化学組成を規定する要因と思われ，亜熱帯島嶼の陸水環境と人々の暮らしを考察するために，重要な事柄である。

Log Pco2/atm *

豊原
美原
白浜
古見
鳩間

舟浮
新城
0

４月 ５月 ６月 ７月 ８月 ９月 10月 11月 12月 1月 2月 3月

図 3 平成 29 年度竹富町地域別給水使用水量(データの出所：竹富町水道課)

文献
東田盛善(2015) 南西諸島の天然水―海洋，気団，地質および人間活動の影響―．ボーダーインク，
pp.209.
東田盛善(2018) 西南日本亜熱帯島しょにおける陸水の同位体と化学組成を規定している環境因子
に関する研究および沖縄の島々における上水供給方法．熱帯・亜熱帯地域水環境研究委員会編，
熱帯・亜熱帯地域水環境に関する研究動向．日本
水環境学会，1-9.
沖縄県保健医療部生活衛生課(2017) 沖縄県の水道概要平成 28 年度版(平成 27 年度データ)．1，2649，68.

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