砂州下流部たまり・わんどの環境形成の伏流水流動による影響
EFFECTS ON PHISICO-CHEMICAL ENVIRONMENT OF BACKWATER IN/ALONGA RIVER SANDBAR BY SUBSURFACE FLOW

鷲見哲也 1
Tetsuya SUMI
1 正会員 博(工) 大同大学准教授 工学部都市環境デザイン学科（〒457-8532 名古屋市南区白水町 40）

キーワード: わんど，たまり，伏流水流動，砂州，相互作用，木曽川，木津川

１．はじめに
本報告では，木曽川下流域の水制群区間におけるわんどでの伏流水水交換現象の研究を通してその特徴を参考とし，多くの河川が有する河道砂州内または砂州周辺のわんどやたまりの環境形成において，砂州伏流水流動が与える影響について研究した成果を示している．前者は木曽川での調査であるのに対し，後者は木津川での調査結果を示している．
本報告では後者を主として記述する．

２．木曽川わんどにおける伏流水との水交換現象

図-1 研究対象わんど（18.8km 付近）
表流水と伏流水の交換（１）対象区間の特徴
岐阜県と愛知県の境界を流れる木曽川下流部の右岸水制群は河口から 70 基以上を数え，わんど状地形は河口12～25km に見られる．17km 付近まで塩水遡上し，25km付近までは感潮区間となる．明瞭なわんど状水域を持った 18.8km 地点にあるわんど（図-1）を見ると，対象わんどの上下流側に大規模な石積み水制（長さ約 300m，水制間隔約 300m）が河川の中心線あたりまで伸び，水制間には広く土砂が堆積し陸地化が進み，ヤナギなどの高木もみられる．このわんど周辺の堆積域の陸地化は，本川の河床低下が主な原因であることがわかっている 4)5)．
（２）潮汐の影響と伏流水との水交換
わんどの水域は潮位変動によって内部および本川との間で水流動があり，干潟的環境が見られる．二枚貝をはじめさまざまな生物や植物が生息し，独特の生態系・水質水環境を生み出している．環境上の機能（水質・生態系）については幾つかの調査事例 1)2)がある．ここで特徴は干満の影響を受け，主に砂からなるわんど水域周辺の堆積層中の伏流水との水交換を行っていることである

表流水の交換地形
水位分布
満潮平均水位
干潮図-2 堆積域の概念図，文献 6)より転載

2次流路流れ伏流水浸出

わんど図-3 2 次流路の様子（干潮時），文献 6)より転載

1S3

P3-1 P3-2

P3-3

P3-4
10時台水位2次流路

0.8

11時台水位

Silt layer

13時台水位水位（T.P.m）

0.6

14時台水位

0.4

15時台水位
16時台水位

0.2

17時台水位

0

19時台水位
20時台水位-0.2

Sand layer

地形-0.404812
S3（水位杭）からの距離（m）

16

砂層

表層シルト層図-4 わんどの流路脇の伏流水位(干潮 12:00・満潮 17:20，文献 6)より転載)（図-2）．調査報告 3)6)によると，この堆積層からの流出水がわんど内の水質形成に少なからず影響を与える可能性を示唆している．堆積層との水交換はわんどと周辺堆積層との直接的なもの加え，干満により形成されたクリーク状の二次流路とその周辺堆積層との浸透・浸出の繰り返しも見られる（図-3）．特に鷲見ら 6) は，その水交換現象について現地調査・室内実験・数値計算を行った．
干満における二次流路脇の砂州堆積層内の伏流水の変化は図-4 のように明瞭であった．これを浸透解析を通じて再現した上で，１回の干満においる浸透層－わんど表流水間の水交換量をわんどでの全体で見積もった結果，わんど全体の本川との水交換量に対し，約 9%を占めると推定した．
周辺堆積土壌に貯留された水とわんど水域，あるいは本川流との間で交換が行われているということから，水質・水温の側面での影響（生物の生息・生育場に多様性を持たせる）がある可能性を持っていると見られる．
このように木曽川下流域での伏流水との水交換現象は干満を駆動力として行われ，これが水域環境の形成への影響要素として無視できないことを定量的に示すことができた．

３．木津川砂州のわんど・たまりにおける伏流水交換現象（１）はじめに
上記は干満によって伏流水水交換が生ずるわんどであるが，多くの河川では河道砂州内または砂州周辺に「わんど」や「たまり」が形成され，これらの水域にはタナゴ類などの生物にとっては重要な生息場であり，またこれには伏流水との水交換現象がその水域環境形成において重要だと推測できるものの，詳細な研究は見られない．
本研究では，2008 年度以降に京都府城陽市の木津川10km 砂州下流部にある，人工わんどと，自然なたまりについて行った現地調査から，水温形成を中心に環境を見るとともに，その周辺の伏流水流動と併せて，伏流水との水交換現象の影響について考察する．

（２）現地の概要
木津川は流域面積は約 1596km2 であり，流域の地質は上流域および下流右岸側に花崗岩帯があり，マサの生産が多く，これが木津川の砂河川としての特徴を作り出している（図-5）．京田辺市・城陽市付近の砂州では，砂を中心とした広大な自然裸地が形成され，「たまり」と呼ばれる止水域が点在するとともに，出水による地形変動が激しくしばしば砂州が水没する．また，近年は，本川の河床低下が進み，砂州の高さが相対的に高くなり，わんどやたまりが維持されにくくなっている．
調査対象は，京都府京田辺市・城陽市の境界付近，京奈和自動車道橋梁上流の砂州上に存在する「人工わんど」と自然の「たまり」で行った．わんどは平時の大きさは，長さ約 150m，幅約 50m である．この「人工わんど」は，桂川との合流地点から約 9.4 ㎞上流地点の砂州下流淵に存在し，平成 20 年 3 月に淀川河川事務所が，試験的に人工掘削したものである．周辺には主にツルヨシやヤナギなどの植物が繁茂している．
「自然たまり」は，砂州裸地域（図-6）の下流端にあたり，植生域に囲まれた低平地で，出水時には，水と土砂の通り道となっている．このため，凸凹ができ，そのくぼ地にたまりが形成されている．

図-5 調査地点

図-6 現地のわんどとたまり位置図

縦断線
6月9日
6月24日
7月29日
11月5日
11月5日の測量結果

縦断図1514.5

高さ（ｍ)

14

断面B

13.5
13

断面C

断面A

断面G
断面E

12.5

断面D

断面F

120204060

80

100120140

縦断距離（ｍ）

図-7 人工わんど(2008 年 4 月)

図-9 人工わんど縦断図（2008 年）
15.2
1514.8

たまり縦断線
7月29日
7月29日

高さ（ｍ）

14.6
14.4
14.2
1413.8
13.6
13.4
13.2
-128595-128590-128585-128580
座標[南-北]（北＋m）-128575-128570

図-10 自然たまりの縦断図（2008 年）

図-8 自然たまり(下流)(2008 年 4 月)

（３）調査方法
わんどやたまりの伏流水による水交換のも考慮し，水質・水温といった水環境の実態とその形成を明らかにするために，以下の項目について調査した．
図-11 設置後の井戸a) 平面測量および水準測量
平面測量については DGPS を利用し，わんどやたまりの水際線，センサー，井戸等の各種設置物の座標を記録し，図-6 の結果を得た．また，水域の地形を得るため，レーザーレベルを利用した水準測量・深浅測量を行った．
その結果，図-9，図-10 を得た．
b) 井戸の設置と各種水位の計測
φ16mm の長さ 2ｍの塩化ビニールパイプに下端から10cm 程度の間に 2mm 程度の穴を 20 ほど開け，砂州にパイプを打って井戸とした．地中先端には詰まり防止のため 15 番のステンレス網で覆った．
作成した塩ビパイプは，砂州伏流水の流動の特徴と捉えるために，「わんど」と「たまり」間，本川と「たまり」間の砂州を中心に打った．設置は先端を尖らせた鉄棒で一度穴を開け，パイプを差し込んで井戸とした（図-11）．
図-12 に井戸の位置を示す．
表流水の水位は，予め水準測量した杭と水位との差を計測する方法や，自記式水位水温計(Daiki-611A)を利用し，その都度および連続計測を行った．

図-12 井戸の配置c) 水質・水温の計測
pH，EC(電気伝導度)には電極式ポータブル伝導率 pH計(東亜 DKK 製 WM-22EP)を使用し，DO(溶存酸素濃度)の計測には溶存酵素計(東亜 DKK 製 DO-24P) を使用

図-13 水質等観測点
図-17 水位等高線（2010 年 12 月 7 日）

0
河川水位
観測日

-0.5

水位（ｍ）

-1

-1.5

4月22日

8月4日
7月29日

11月5日

12月12日-21月16日-2.5
10月3日

6月9日 6月24日
-3
4月1日

5月21日

7月10日

8月29日

10月18日

12月7日

1月26日

図-14 河川水位の変動（飯岡観測点，2008 年度）
54

河川水位
観測日

3水位（ｍ）

2
1

7/13

8/6

10/5

11/2

12/7

1/60
-1

図-18 水位等高線（2010 年 1 月 6 日）

-2
-3
-4
5/17

7/6

8/25

10/14

12/3

1/22

日付

図-15 河川水位の変動（飯岡観測点，2009 年度）
15.2
15水位(m+TP)

14.8
14.6
14.4

本川上流
本川下流
わんど奥
わんど中
たまり下流
伏流

14.2
14
13.8
13.6
11/2

11/7 11/12 11/17 11/22 11/27 12/2 12/7 12/12 12/17 12/22 12/27
日付1/1

1/6

図-16 各地点水位の変動（ダイバー水位計，2009 年度）した．計測箇所は図-13 に示す．また水温についてもこれらの機器をその都度用いて計測し，またダイバー水位計でも水温を連続計測した．
併せて，0.2μm メンブレンフィルターを通して採水し，イオン分析計(東亜 DKK IA-300 サプレッサ型)を用いて各種イオン（NO3，PO4，Cl，NO2）の濃度を調べた．

（４）結果と考察
a) 地形と水位の関係
図-14，15 は飯岡観測所における水位データと観測日である．2008 年 4 月 22 日から 7 月 29 日までの観測では比較的大きな出水が数回あり，わんど入口は本川と繋がっていたが，8 月 4 日には水位の低下と降雨による斜面土砂の崩落堆積によってわんどは本川から独立した．その後大きな出水が数回あり，10 月 3 日には再び本川とわんどは繋がったが，11 月 5 日から 1 月 16 日にはは再び本川から独立した．図-9 には水位も併記している．これは出水に伴う水位変化のみならず，出水によって本川河床が変化し，平水時の水位も変動すること，そして上記のようにわんど斜面の崩壊や土砂堆積により，わんど入口での水域の連続性は変化することが確認できた．これはわんどが普段の閉塞性を出水時の開放という性質を併せ持つかどうかの限界を決めるものであり，これは静穏な水域の生息する生物の他生物との関係にも影響するものと考えられる．

図-20 水温等高線（2009 年 10 月 5 日）
図-19 図水温分布（20094-16 水温分布(1年月116月日)16 日）

また，たまりは 6 月には上流・下流たまりが合流して1 つのたまりになったが，出水による土砂堆積により 7
月 29 日には再び別れていた．そして，11 月 5 日以降，下流たまりは干出して水域がなくなった．このように，たまりのような一次水域は，変化が大きく，出水に寄る河床（砂州面）の変動とともに，伏流水位の季節的な変化などが，こうした水域環境の維持に欠かせない要素であることがわかる．
b) 伏流水位の分布
伏流水位の２次元分布は図-17， 図-18 のようになった．上流砂州，本川上流側の水位が高く，わんどの水位が低いことがわかる．砂州を通過する伏流水の動きは上
流砂州，本川上流側から人工わんどに流れていると考えられる．たまり周辺では状況が複雑で，本川側からの流れと，砂州上流からの流れの両方が合わさってきている領域であることもわかる．
こうした傾向は 2008 年度のデータでも確認されている．
砂州上流部での水位分布については，木津川の 10km砂州，12km 砂州で調べられており 8～11)，その特徴も知られてきたが，下流部でのこのような結果が示されたのは初めてである．
c) 水温の分布
伏流水・わんど・たまりの水温の２次元分布は図-19～22 のようになった．ここでは冬の結果を中心に掲載する．
秋の図-20 と冬の図-21 を見ると分布は対照的であるが，秋のデータでは温度差がほとんど見られなかった．
冬について，伏流水はたまり付近において砂州上流から流れてくる伏流水は温かく，本川から流れてくる伏流水は冷たい．川側の伏流水は河川の冷たい水であることがわかる．このため，わんど水際では奥の方が水温が高い水が湧いている．秋の水温分布はその逆となっている．

図-21 水温等高線（2009 年 12 月 7 日）

図-22 水温等高線（2010 年 1 月 6 日）

砂州上流から長く伏流してきた水温は 14-20℃程度の範囲で安定しており，冬暖かく，夏冷たい．河川から取りこまれたばかりの伏流水の影響を受ける場所では変動が大きい．
こうした傾向は 2008 年度のデータでも確認された（図-19）．このように，水交換を伴う伏流水の水温はわんどやたまりといった一次水域の水温環境を大きく左右することが観測された．

25.0

2008/06/09
2008/06/24
2008/08/04
2008/11/052008/12/12
2009/01/16
2009/12/07
2010/01/06

Cl(mg/L)

20.0
15.0
10.0
5.0

川本流
まり
上た流
まり
下たわ

わん
ど中

心ん
ど
奥

0.0

次水域へ湧き出す伏流水がどの経路を通ってきたのかで大きく異なる点が特徴的であり，調査結果はこのことを水位分布と水温分布によって明確に示したものである．
今後は生物生息との直接的な関係性について議論するため，わんど内の伏流水湧出部などより局所的で生物生息場としての利用空間との対比をしながら，こうした場全体の機能の評価に繋がる研究が求められると考える．
謝辞：本研究の一部は，内藤科学技術振興財団の助成を受けて行われました．ここに感謝の意を表します．

調査地点

図-23 塩素イオン濃度

参考文献

12.0

2008/06/09
2008/06/24
2008/08/04
2008/11/05
2008/12/12
2009/01/16
2009/12/07
2010/01/06

NO3(mg/L)

10.0
8.0
6.0
4.0
2.0

2.河川環境管理財団：感潮河川の水環境特性に関する研究，1999．
3.河川懇談会共同研究：ワンドの水理特性と河川環境，研究成
果報告書，2001．
4.篠田孝・水谷直規・松山康忠・辻本哲郎：ケレップ水制周辺の地形履歴から見たわんど形成過程と水辺環境の特性に関す

川
本流
まり
上た流
まり
下
た

わん
ど
奥

0.0

わん
ど
中
心

1.河川環境管理財団：わんどの機能と保全・創造，1999．

調査地点

図-24 硝酸イオン濃度る考察，河川技術論文集 第 7 巻，pp.333-337，2001．
5.（財）国土技術研究センター：第 3 回木曽川水制技術検討委
員会資料，pp.14-41，1999．
6. 鷲見哲也・鷲津善之・辻本哲郎：木曽川わんど部での水域・堆積域間水交換，河川技術に関する論文集，土木学会，第 8d) 水質の特徴
pH,電気伝導度には水域間での明瞭な違いは見られず，
特に電気伝導度は 12mS/m 程度で場所・日時を通して安定していた．pH については 6.5～7.0 で本川が 0.5 程度高いが，伏流水・わんど・たまりでは 6.5 程度で安定した．
図-23 は塩素イオンの結果であるが，本川に比べて砂州伏流水・わんど・たまりともに塩素濃度は低く現れる傾向がある．これは伏流水は雨水で希釈される影響と考える．図-24 の硝酸イオン濃度についてはたまり・わんどの水域での数値がやや低く，藻類等の吸収が作用していると考えられる．

巻，pp.371-376, 2002．
7. 辻本哲郎・北村忠紀・鷲見哲也・金山晋吾・岡嶋和義：感潮域河道内氾濫原における侵食流路と浸出水に関する研究，河川技術論文集，土木学会，第 9 巻，pp.275-280, 2003.
8. 鷲見哲也，頴原宇一郎，辻本哲郎：砂州内の伏流挙動とたまりの水交換性に関する研究，河川技術に関する論文集，土木学会，Vol.6， pp.89-95, 2000.
9. 鷲見哲也・片貝武史・辻本哲郎：木津川の伏流環境と関連した水質特性，河川技術に関する論文集，土木学会，第 8 巻，pp185-190, 2002．
10. 中島治美・鷲見哲也・辻本哲郎：木津川砂州における伏流水の水質特性，河川技術論文集，第 10 巻，pp.381-386, 2004.

６．まとめ
本報告では，感潮域わんどとして木曽川水制群に形成されたわんど地形における水交換と対比しながら，木津川の砂州に形成されるたまりと人工的に掘削したわんどの環境形成と伏流水流動との関係について明らかにした．
砂州の伏流水との水交換は，感潮域わんどのように往復流としての水交換ではなく一方向的であり，よって一11. 片貝武史・鷲見哲也・辻本哲郎：地形の変遷から見た裸地
砂州における伏流水挙動の研究，河川技術論文集，土木学会，
第 11 巻，pp.523-528, 2005.
12. 片貝武史・亀井丈史・鷲見哲也・辻本哲郎：裸地景観と植生景観を有する砂州における保存性イオンを利用した伏流水の流動特性，水工学論文集，土木学会，第 50 巻，pp. 1123-1128,2006．
(2010.1.18)