長期モニタリングデータを用いた道路排水の重金属類汚濁負荷算出とその降雨特性による影響
廃棄物有害物管理工学研究室 07328787 小池 薫
指導教員 小松俊哉 姫野修司
1.背景及び目的
ノンポイント汚染は汚染源が面的に存在し、その汚染濃度自体は薄いものの単位面積当たりに排出される汚染物質量は増加する傾向にある。そのため、水環境の保全においてノンポイント汚染対策の重要性が高まっている。本研究では市街地のノンポイント汚染において非常に大きな割合を示す道路排水に着目した研究を行っている。
既存の研究 1)では降雨に左右される性質を持つ

図 1 2008 年度用いた

影響から発生量全体の割合から換算すると数％

小型サンプリング装置概要

以下の発生量であり、発生量全体から汚濁負荷を推定する段階には至っていない。

2009-10 年度も 2008 年度 2)と同地点である，

本研究では、1 年間に発生する道路排水全体か新潟県長岡市の渋海川にかかる渋海橋左岸橋梁

ら発生する重金属類の汚濁負荷量・発生由来を推下の既設雨水排水管(排水面積：35m2)に採水装置定することを目的としている。

を設置し，道路排水の採水を行った．採水地点である渋海橋の道路交通量は平成 17 年現在約

2.採水装置と採水地点の概要7,000 台/日である。

本研究では 2008 年度に村田ら 2)が作成した発生量全体を採水可能な「M50-2008 型採水装置」

3.調査項目と重金属類の測定・算出方法

をベースに「K56-2009 型採水装置」を作成した。

本研究では道路排水中の重金属類濃度や汚濁

この装置は図 1 に示すシステムから、最大降雨強負荷と降雨緒元(総降雨量、最大降雨強度、先行無度の増大化（12mm/h→20mm/h）を目的とした降雨時間)の関連性、重金属類濃度同士の関連性、改良を施しており、図 1 の②－③間のホースにつ雨水中の重金属類濃度との比較を行っている。

いて，径を太くするとともに、接続部の凸部を撤測定している元素は 2008 年度までのカドミウ去した。他に下記の改善を施した。

ム・クロム・鉛・亜鉛・銅に加え、鉄・マンガン

均等分割槽の整流壁にネジをつけて平衡状の 7 元素の濃度を ICP 発光分析装置により測定し態を改善ている。道路排水は溶存態：<１µm、微粒子：1µm

均等分割槽の分割数を 50→56 に増大化（10%～2000µm、懸濁態：>2000µm の 3 態から構成さ増）れており、それぞれの濃度の総和を一つの道路排

その結果、本研究では 2008 年度まで採水でき水濃度とした。汚濁負荷は以下の式(1)のようになかった最大降雨強度 12mm/hr 以上の降雨から総降雨量と重金属類濃度の積とした。

発生した道路排水も採水できるようになった。

汚濁負荷(mg/m2)=濃度(mg/L)×総降雨量(mm)(1)

4.道路排水採水時の5.道路排水中の重金属類濃度

降雨状況と長岡市の降雨状況
道路排水の採水数は 2 年間で 21 サンプル（≧

表 2 道路排水中の12mm/h【n=6】）であり、降雨量において 558mm 道路排水を採水した。これは 2 年間に発生した 4～12 月の降雨に対して、降雨回数では約 24％、降雨量では約 16％にあたる。採水地点のすぐ近くで雨水も並行して採水した。道路排水採水時の降雨状況代表値について表 1 に示した。
表 1 道路排水採水時の降雨状況代表値
09-10年(N=21)
最小値
最大値
平均値
中央値
標準偏差

総降雨量(mm)
3.5
79.0
26.6
19.5±19.2

降雨緒元
先行無降雨時間(h)25829253±126.4

最大降雨強度(mm/h)
1.5
21.0
9.1
7.0±5.1

総降雨量については平均値・中央値は 2 年間を通して 20～30mm を示した。この値は長岡市で重金属類濃度代表値及び基準値
最小値
最大値
平均値
中央値
標準偏差

Cd<0.2
3.271.38
0.807
±1.11

道路排水重金属類濃度 ×10-3(mg/l)
CrPb
Zn
Cu
Fe
1.43
1.57
13.8
1.08
14.7
45.1
82.1
611
77.1 24100
12.522.9
169
22.1
5080
6.00
19.0
10210.2
2040±12.2 ±22.4 ±161 ±25.0 ±6930

Mn5.36692151
40.6±210

環境基準(mg/l)
排水基準(mg/l)

Cd
0.01
0.1

Cr0.052

Mn1009-10年(N=21)

Zn
0.03
2

Cu
3Fe10

道路排水中の重金属類濃度代表値及び環境基準・排水基準について表 2 に示した。全濃度の平均値・中央値供に、環境基準との比較では鉛と亜鉛が超過した。同時に採水した道路排水と雨水の倍率を表 3 に示した。
表 3 雨水との重金属類濃度倍率(道路排水/雨水)観測された全降雨(n=89)の平均値・中央値と比較した結果、概ね同レベルだった。

Pb0.010.1

平均値倍率
中央地倍率

Cd5.5-Cr2210Pb3.46.6

Zn8.07.2

Cu0.8113Fe15059Mn278.6

先行無降雨時間については、平均値が中央値の約 2 倍の値を示した。この理由は 2010 年に観測

道路排水中の濃度が雨水よりも全体的に大幅した先行無降雨時間 582 時間のサンプルを採取しに高く、路面堆積物や土壌の影響が大きいと考えたためである。先行無降雨時間の最長値となるサられた。その中では、鉛は比較的雨水にも含まれンプルとその次に長いサンプルの時間の比率はていることが明らかとなった。

約 3 倍にもなった。そのため、このサンプルを除いて降雨緒元の関係性について考察する。

表 4 道路排水中の各態濃度分布（％）

2 年間を通した道路排水採水時の総降雨量と先行無降雨時間の関係性について回帰分析を行った結果、中程度の負の相関(R=-0.30)を確認した。

溶存態
微粒子
懸濁態

Cd
17.1
25.058.0

溶存態
微粒子
懸濁態

Cd
0.0
66.1
33.9

先行無降雨時間が長いほど総降雨量が尐ない傾向にあった。
長岡市の全降雨(09-10 年)における総降雨量と先行無降雨時間の関係性について回帰分析を行った結果、弱い負の相関(R=-0.15)を確認した。
以上の結果から道路排水採水時の降雨緒元の関係性と長岡市の 2 年間の全降雨・降雨緒元の関係性は近似していると考えられる。

3態の平均濃度分布(各態濃度/道路排水濃度)
CrPb
Zn
Cu
Fe
Mn
13.6
12.1
12.1
9.9
10.4
10.4
26.9
10.7
18.0
12.4
18.7
19.0
59.6
77.2
69.8
77.7
70.970.6
2010年9/7-9/8サンプル重金属割合CrPbZn
CuFe
2.03.30.60.00.571.461.178.767.470.926.535.620.832.628.6

Mn0.063.936.1

表 4 に示したように、道路排水中の濃度分布について、多くのサンプルで懸濁態に高濃度で分布していた。東京都練馬区 3）で行われた調査では、道路粉塵中の重金属類において、銅は固形物質として残存し、亜鉛はイオン状に存在するため溶存態に吸着され易いことが報告されているが、本研についての比較結果から、共通点をまとめた結果、究では溶存態中の濃度分布は全ての元素で同割以下のことが明らかとなった。

合であり、傾向が異なった。先行無降雨時間 582【共通点】

時間・総降雨量 63mm のサンプルは濃度の比率に



鉛は他の元素との相関係数が低い

おいて微粒子濃度が非常に高く、亜鉛・鉄濃度に鉄・マンガンの相関係数は高い

おいて最大値を示した。



カドミウムと他の元素の相関係数が低い場合が多い

6.道路排水中の重金属類同士の濃度比較

以上の共通点から道路排水における重金属類同各重金属類の発生源の類似性を推定すること士の関係性による発生由来を以下のように推定した。

を目的として、道路排水中の重金属類濃度同士を【推定した事柄】比較した。関係性を相関係数によって表 5 に示した。また、道路排水の重金属類濃度に関する特徴、新潟県中越地方の土壌での重金属類含有量の特徴に関する共通点を明らかとすることを目的に、カドミウムは他の元素と発生源が異なる可能性が高い



銅・鉄・マンガンは発生源が一致している可能性が高い

表 6 に信濃川流域(N=37)底泥に含まれる重金属類含有量同士の相関係数及び有意差を示す。信濃7.道路排水中の重金属類汚濁負荷と川流域データは産業技術総合研究所が 2000 年以

降雨緒元との関連降に全国の河床底泥を調査した際の公開データ 4)をもとに算出している。

道路排水による汚濁負荷と降雨緒元との関連性を調べた。一例として、図 2 に総降雨量と鉛・亜鉛の負荷との関連性を示す。

(**:p<0.01,*:p<0.05)
CdCrPbZn

CuFeMn

**
**
**

**
**
**

***
**

*
**
**

CdCrPb

1
0.42
0.75

10.81

**
**
1Zn
Cu

0.54
0.56

0.87
0.90

0.83
0.91

10.95

**
1

**
**

**
**

Fe
Mn

0.47
0.44

0.87
0.91

0.82
0.84

0.97
0.94

0.96
0.98

10.98

**
1

表 6 信濃川流域底泥における重金属類含有量同士の関係性(**:p<0.01,*:p<0.05)
CdCr

Zn

Cu

Cd

1

**

Pb

**

**Cr

0.42

1

*

Pb

0.30

0.15

1Fe2O3

Zn

0.84

0.38

0.52

1

**

0.63

0.31

0.19

0.66

1Fe2O3

0.03

0.09

0.03

0.21

MnO

0.38

0.14

0.30

0.46

図 2 総降雨量と鉛・亜鉛汚濁負荷の関係性

MnO
*

**

Cu

3.5
50
3.53.55050503.03.540
先行無降雨時間
3.03.02.53.0404040582h道路排水2.52.52.530
2.0303030
2.02.02.0
1.5
20
1.51.51.5
2020201.0
1.01.01.010
0.5
1010100.50.50.5
0.0
00.00.00.0
0 00
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0 100.0
0.00.00.0 20.0
20.020.040.0
40.0
40.0 60.0
60.0
60.0 80.0
80.0
80.0100.0
100.0
100.0
総降雨量(mm)

亜鉛汚濁負荷(mg/m2)同士の関係性・相関係数によるまとめ

鉛汚濁負荷(mg/m2)

表 5 道路排水重金属類濃度****0.341**0.340.781

汚濁負荷が飛びぬけて高かったのは先行無降
雨時間 582 時間のサンプル（総降雨量 63mm）であり、多くの元素で最大負荷を示した。このサン
プルを除いた 20 サンプルでの降雨緒元と汚濁負荷との相関係数を表 5 に示す。総降雨量とは正の道路排水中の重金属類濃度同士の比較結果と中越相関を示し、一方、先行無降雨時間とはカドミウ

地方・信濃川流域底泥の重金属類含有量の関係性ム以外では極めて弱い負の相関を示した。2008

年(n=15)2)は鉛元素と総降雨量で有意な正の相関表 8 年間汚濁負荷算出近似式の係数一覧を示したが、この 2 年間では 2008 年ほど強い相a(総降雨量傾き）b(先行無降雨時間傾き)
切片関を示さなかった。なお、最大降雨強度との関連性については 12mm/h 以上のサンプルの負荷がa(総降雨量傾き）b(先行無降雨時間傾き)
切片高い傾向は認められなかった。しかしながら図 2

Cd
6.77×10 -4
9.47×10 -5-2.03×10 -3
Cu
6.45×10 -3-5.28×10 -4
0.329

Cr
2.30×10-3
2.88×10-5
0.186
Fe1.47Pb
8.10×10 -3
8.71×10 -70.296
Mn
3.24×10 -2-8.28×10 -3
2.72-6.61×10 -264.1

Zn
7.17×10-2
1.96×10-4
1.63のように総降雨量に伴い負荷が上昇する傾向が
表 9 年間汚濁負荷一覧(kg/km /年)
2ある点は共通点である。大きな相違点は、2008年は先行無降雨時間との間に有意な正の相関を示したことである。この 2 年間では、総降雨量と本研究
2008年度
大阪市高速道路Cd
1.74
0.020.5

Cr16.72.55.4

Pb
36.9
18.924.5

Zn269
47.6
450

Cu33.49.845.1

Fe7130
1690

Mn
21462

先行無降雨時間に負の相関がみられたことが影本研究では 2008 年度の結果と比べ、濃度が総響したと考えられるため、本研究では、重金属類降雨量に対して負の影響を受けていなかった。よ

汚濁負荷における総降雨量と先行無降雨時間のって、年間汚濁負荷が大きくなったと考えられる。

影響の大きさについて確認するため、表 7 に重相大阪市との比較では、亜鉛と銅は大阪市の方が関係数も示した。

高い年間汚濁負荷を示した。これらは自動車交通の影響が大きいことが知られており、交通量の影

表 7 各緒元の相関係数一覧
総降雨量
先行無降雨時間重相関係数

Cd0.360.070.41

Cr0.36-0.050.18

Pb0.39-0.090.29

Zn0.41-0.120.41

Cu0.25-0.130.26

Fe0.23-0.100.23響が考えられる。しかし、同様に自動車交通の影
Mn
0.19-0.180.23

重相関係数の値は，全ての元素において総降雨量との相関係数よりも若干高い値もしくは同程度の値であった。クロム・鉛・亜鉛では，先行無降雨時間と負荷の相関係数そのものは負であったが，重相関における先行無降雨時間の傾きは正になった。しかし，全ての重金属において，総降雨量の傾きに対して先行無降雨時間の傾き（絶対値）が非常に小さかった。以上より，この 20 サンプルでは先行無降雨時間の影響が実際に小さいことが確認された。この重相関からの近似式を用いて，採水できなかった道路排水も含めた全降雨(n=89)からの汚濁負荷を表 8 に示す係数及び、響が大きいと考えられている鉛も含めて他の元素では本研究の方が高い年間汚濁負荷を示した。
この理由としては、大阪市での調査では 6 回の初期降雨のみの採水から推定したため、総降雨量に影響を受ける年間汚濁負荷量が低く算出されたことが考えられる。また、鉄やマンガンが大幅に高い値を示したのは、これらは土壌中にも比較的多く含まれ、長岡市は大阪市と比べ地表面に晒されている土壌面積割合が大きいことや地質的特性としてこれらの含有量が多いことから、主に土壌からの流出由来と考えられる。
8.まとめ

以上の降雨から発生した道路排水も採水し(2)式から算出することにより年間汚濁負荷を求め、表 9 に示した。比較のため，2008 年度の結果、および大阪市の高速道路排水に関する調査結た。
＝Σ(a×総降雨量＋b×先行無降雨時間＋c) (2)

先行無降雨時間 582 時間の道路排水を採水した。これは多くの元素の負荷が最大値を示し果 5)についても示している。
年間汚濁負荷(kg/km2/年)

採水装置の改善により、最大降雨強度 12mm/hた。
今回の重金属類汚濁負荷は先行無降雨時間の影響を受けにくく、総降雨量の影響を受け易かった。



本研究の亜鉛・銅以外についての年間汚濁負荷は大阪市の調査結果より高く算出された。

本研究では鉄・マンガンの発生由来は土壌からの流出と推定された。

参考文献
1) 肱岡靖明：水環境学会誌，
Vol.26,No.4,pp.237-242(2003)
2) 村田洸：長岡技術科学大学大学院 修士論
文(2008)3）岩佐知洋：水環境学会誌，Vol.28,No.10,pp.637-641(2005)
4）産総研：海と陸の地球化学図,
http://riodb02.ibase.aist.go.jp/geochemma
p/index.htm5)新矢将尚：生活衛生,
Vol.44,No.3,pp.207-213(2002)