図 一1 荒川 河 口域 お よび 下 流域 の 形状 お よび観 測 地点. 図 一2 荒 川河 口域 沿岸 にお け る出水 時 の 河川 水 の 流 況 を は観 測 地点 を示す. 捉 えた 衛 星写 真(大 林 小島17)か ら抜 粋). い の は, 計 算 対 象 時 聞 ス ケ ー

土 木 学 会 論 文 集No. 754/II-66, 33-50, 2004. 2

荒 川 河 口域 に お け る潮 差 変 動 に 伴 う

Chlorophyll α

分 布 お よ び 河 川 流 入 負 荷 量 の 変 動

岡 田 知 也1・ 中 山 恵 介2

1正 会員 博(工) 国 土交 通省 国 土 技術 政 策 総合 研 究所 沿岸 海 洋研 究 部 海 洋 環境 研 究 室 (〒239-0826 神 奈川 県 横 須賀 市 長瀬3-1-1) E-mail:okada-t92y2@ysk.nilim.go.jp 2正 会 員 博(工) 国 土交 通省 国 土技 術 政 策総 合 研 究所 沿岸 海洋 研 究部 海 洋環 境 研 究室(同 上) 荒川 河 口域 に おい て, 潮 差 変動 に伴 うChlorophy11 α分 布 お よび 流入 負 荷 量 の変 動 に 関す る検討 を行 った. 河 口域 のChlorophyl1 α分 布 は, 中潮 時 に は密 度 フ ロン ト前 面 に集積 す る様 に分 布 す るの に対 し, 若 潮 時 に は塩 分 躍 層 の 下側 に薄 く流 下方 向 に長 く分 布す る こ とが観 測 か ら明 らか に な った, この分 布 の違 い は, 河 口域 にお け る一 次 生産 可 能領 域 は極 めて 限 定 され る こ と, 混合 強 さの 変 動 に伴 って そ の領 域 は 変動 す る こ と, その 生 産領 域 の 生産 能 力 は非 常 に高 い こ とに起 因 してい る こ とが 数値 解 析 に よ って 示 され た. また, 本 数 値 モ デ ル に よ る と, 河 口にお ける流 入 負 荷量 は小潮 期 には 大潮 期 の約2倍 で あっ た. この こ とは, 潮差 変 動 に伴 って 混合 強 さが変 動 す る河 口域 は流 入負 荷 量 の緩 衝 域 と しての機 能 を有 す る こ とを 示 して い る.

Key Words: river mouth, taidal range, mixing type, nutrient load, chlorophyll a

1. は じ め に 宇 野 木 りは 「海 か ら川 を 考 え る 」 と言 う視 点 で, 川 と海 を 一 体 と した 発 想 と管 理 が 海 洋 環 境 に 対 して 極 め て 重 要 で あ る と指 摘 し て い る. ま た 宇 野 木2)は, 内 湾 の 鉛 直 循 環 流Qは 河 川 流 量Rに 強 く依 存 し, 夏 季 東 京 湾 で は, 鉛 直 循 環 流 と河 川 流 量 の 比(λ=Q/R)は λ=5. 6, 鉛 直 循 環 流 の 値 は2, 200m3/sに も 達 す る と指 摘 して い る. 一 方, 松 村3)は 淡 水 か ら の 栄 養 塩 負 荷 の 内 で 河 川 負 荷 の 占 め る 割 合 はN: 60. 0%, P: 58.1% で あ る と指 摘 して い る. こ の よ うに 密 接 に 関 連 す る 河 川 と海 を 連 続 的 に 考 え る視 点 は 時 に は 重 要 で あ る. 淡 水 で あ る 河 川 水 と塩 水 で あ る 内 湾 水 の 出 会 う場 とな る 河 口域 で は, 一 般 的 に, 河 ロ フ ロ ン ト(密 度 フ ロ ン ト)が 形 成 され, フ ロ ン ト前 面 部 で は 植 物 プ ラ ン ク トン の 生 産 力 が 高 い4)こ と は 良 く 知 られ て い る. Fisher et al. 5)は, 河 口付 近 で は 沖 合 に 向 か っ て, turbidty maximum, Chlorophyll a maximum, zooplank-ton maximumと 遷 移 して い る こ とを マ ク ロ 的 に 示 して い る. しか し な が ら, 河 口域 に お け る水 平 ・鉛 直 方 向 に密 な植 物 プ ラ ン ク トンや 栄 養 塩 の 分 布 の 観 測 事 例,

また河 口域 特有 の混 合形 態(も し くは, 強 さ)変 動 に

伴 うそ れ ら分 布 の 変動 に 関す る観 測 事例 は少 な い.

河 口部 の植 物 プ ラ ン ク トンの 時間 変 動 に関 す る研 究

は, 河 川流 量 変動 の視 点 か ら雨 季 と乾季 と言 った長

い時間 ス ケール に 関す る もの6),7),8),9)が主である. 一

方, 河 口部 の植 物 プ ラ ン ク トンの 空 間分布 に関 す る

研 究 は, 高濁度 の 河川 水 が 沿岸 部 に拡 が る と有 光層

の光 が遮 蔽 され 沿岸 部 の 一 次生 産性 が減少 す る とい

う視点 か ら, 河 川 プ リュー ムの水 平 方 向 の広 が りに

関連 した河 口部 沖 合 い側 の比 較 的広 範 囲 な研 究 が多

い10),11),12),13),14),15). このように, Fisher et al. 5)が指

摘 して い る現 象 よ りも一 回 り小 さな 空 間 ・時 間 ス

ケー ル, つ ま り河 口域 程度 の 空間 ス ケー ル お よび潮

差変 動程 度 の時 問 ス ケー ル に対す る栄養 塩 や植 物 プ

ラン ク トンめ分 布変 動 に 関す る観 測 お よび 検討 はそ

れ ほ ど精 力的 に は行 われ てい ない.

一 方, これ ま で の東京 湾 の水 質 評価 モ デル にお け

る荒 川 か らの流入 負 荷 の取 り扱 い の 多 くは, 河 川流

量 に比例 す る よ うに与 え られ てお り, 河 口部 混 合強

さの影 響 ま では考 慮 してい な い. 現状 の 数値 計算 に

おい て河 口域 の栄 養 塩動 態 が それ ほ ど問題 とな らな

い の は, 計 算 対 象 時 聞 ス ケ ー ル が 季 節 変 動 等 の よ う に 潮 差 変 動 時 間 ス ケ ー ル よ り も長 く時 問 平 均 的 に は 全 リン お よび 全 窒 素 の 収 支 が と りあ え ず 合 っ て い る こ と, ま た 計 算 対 象 領 域 の 空 間 ス ケ ー ル が 河 口域 ス ケ ー ル に 対 して 大 き い こ と が 理 由 と して 考 え られ る. した が っ て, 逆 に, 河 口域 に 隣 接 し空 間 ス ケ ー ル が 河 口域 ス ケ ー ル 程 度 の 現 象, ま た 時 間 ス ケー ル が 数 日 程 度 の 水 質 変 動 に 対 し て は 河 口域 の 栄 養 塩 動 態 は 無 視 で き な い こ とに な る 可 能 性 が あ る. そ こ で, 本 研 究 で は, 観 測 お よ び 数 値 計 算 を 用 い て ・ 河 口域 に お け る 潮 差 変 動(混 合 強 さ 変 動)に 伴 うChlorophy11 α分 布 の 変 動 ・ 河 口域 に お け る 潮 差 変 動(混 合 強 さ 変 動)に 伴 う河 川 か ら海 域 へ の 流 入 負 荷 量 の 変 動 に 関 す る 知 見 を ま ず 得 る こ と を 目的 と して 調 査 ・検 討 を 実 施 した. 2. 観 測 地 点 お よ び 観 測 方 法 (1) 対 象 河 川 お よ び 観 測 地 点 観 測 は 東 京 湾 湾 奥 に 流 入 す る 荒 川 の 河 口 域 お よ び 下 流 域 で 実 施 され た(図 一1参 照). 荒 川 の 流 域 面 積 は 埼 玉 県 お よ び 東 京 都 に ま た が り2940kln2, ま た 流 域

内人 口は920万 人 に及 んで い る16).

河 口か ら35km地

点 に秋 ヶ瀬 取水 堰 が あ り, 堰 よ り下 流域 は感 潮 域 と

な って い る. ま た, 海 域 に流入 してか らの流 れ 方 は,

潮汐 や流 量 に よ って 異な るが, 平均 的 に は東京 湾 の

西 側 を直 線 的 に流 れ, 多摩 川 や江 戸 川 と較 べ て比 較

的単 純 な流 況 を示 す. 荒川 の 海域 で の流 況 の参 考 例

と して, 出水 時 の濁 水 の流況 を捉 えた衛 星写 真17}を

図 一2に 示 す. 調 査 範 囲 は, 東 京 灯 標 付 近(st. Dか ら塩 分 が ほ ぼ 0と な る 河 川 上 流 部 ま で と した(図 一1参 照). 河 口に お け る 潮 差 と河 口か ら21km上 流 に お け る 潮 差18)は 平 水 時 に は ほ ぼ 同 じで あ り, ま た, 河 床 勾 配 は 殆 どな い. (2) 観 測 方 法 観 測 は 河 口域 の 縦 断 面 観 測 と 定 点 連 続 観 測 に 大 別 で き る. a) 河 口域 縦 断 面 観 測 調 査 は2001年7月24日 お よ び8月15日 に 行 っ た。 調 査 は1隻 の 調 査 船 で 実 施 した た め, 調 査 開 始 か ら調 査 終 了 ま で お よ そ4時 間 程 度 か か っ て い る. した が っ て, 後 述 す る縦 断 面 観 測 結 果 は, あ る潮 時 の ス ナ ップ シ ョ ッ トで は な く, 海 域(下 流)側 と 上 流 側 で は お よ そ1/3周 期 ず れ た 潮 時 の 組 み 合 わ せ で あ る. ま た, 主 な 測 定 対 象 が 植 物 プ ラ ン ク トン で あ る こ とか ら, そ の 日 の 天 候 を 反 映 しか つ 光 合 成 が 安 定 し て い る と考 え られ る 日 中 の10時 か ら14時 の 間 に 調 査 を 行 う こ と を 潮 時 よ り も優 先 した. 調 査 項 目 は 多 項 目 水 質 計(ア レ ッ ク 電 子 社 製, ACL1183-PDK)を 用 い た 塩 分, 水 温, Chlorophyll α (以 下Chl-α と記 述 す る), 光 量 子, 採 水 に よ る リ ン酸 態 リ ン(以 下PO4-Pと 記 述 す る)お よ び 植 物 プ ラ ン ク トン 量 で あ る. 多 項 目水 質 計 に よ る 測 定 は, 測 線 上 を 1km間 隔 毎 に 表 層 か ら底 面 ま で10cm間 隔 で 実 施 し た. 採 水 は, 現 地 に お い て 多 項 目水 質 計 に よ っ て 得 ら れ た塩 分 お よびChl一αの 鉛 直 分 布 を 参 考 に して, 測 線 方 向 に6地 点, 鉛 直 方 向 に3層 を 基 本 と して 行 っ た. 塩 分 躍 層 が 流 下 方 向 に 変 化 す る 地 点, Ch1一αの 鉛 直 方 図 一1 荒川 河 口域 お よび 下 流域 の 形状 お よび観 測 地点. ● は観 測 地点 を示す. 図 一2 荒 川河 口域 沿岸 にお け る出水 時 の 河川 水 の 流 況 を 捉 えた 衛 星写 真(大 林 ・小島17)か ら抜 粋).

向 の ピ ー ク が 現 れ る 水 深, 躍 層 の 上 層, 下 層 等 を 主 に 採 水 した. 層 厚 は50cmを 基 準 と して, 採 水 に は 長 さ 50cmの バ ン ドー ン採 水 器 を 使 用 した. した が っ て, 例 え ば, 採 水 層0. 75mの 値 は, 水 深50. Ocm∼100. O cmま で の 層 厚 平 均 値 を 意 味 して い る. b) 定 点 連 続 観 測 定 点 連 続 観 測 は, 図 一1の 河 口付 近(st. 7)と 東 京 灯 標 付 近(st. 1)の2地 点 に お い て 実 施 した. st. 7に お け る定 点 観 測 は2001年8, 月1日 か ら9月3日 ま で, 東 京 灯 標 に お け る 定 点 観 測 は1999年6月 か ら8月 に か け て 実 施 した. st. 7で は 水 深 変 動(ア レ ッ ク 電 子社 製, MDS-TD)を10分 間 隔 で, 東 京 灯 標 で は 表 層1.5mに お け るChl-a(三 洋 測 器 社 製, MCL-1)を30分 間 隔 で 測 定 した. 3. 観 測 結 果 (1) 観 測 実 施 日前 後 の 概 況 st. 7に お い て 測 定 され た 水 深 変 動 と横 浜(山 之 内 検 潮 所 デ ー タ, 国 土 交 通 省 関 東 地 方 整 備 局)の 水 位 変 動 を 合 わ せ て 図 一3に示 す. 横 浜 とst. 7の デ ー タ が 重 な っ て い る 期 間 の デ ー タ を 比 較 す る と, 両 者 の 水 位 変 動 の 大 き さ お よ び 位 相 に は 顕 著 な 差 は な い. そ こ で 河 口域 の 潮 位 デ ー タ が な い 期 間 は横 浜 の 水 位 変 動 を 代 用 す る. 図 中 の 縦 線 部 は 河 口域 縦 断 観 測 が 実 施 され た 時 間 帯 を 示 して い る. 潮 汐 は7, 月22日, 8月4日, 19日 に 大 潮 とな り, 7, 月29日, 8月12日, 26日 に 小 潮 と な っ て い る. 大 潮 差 は 大 き い 方 が210cm小 さい 方 が120cm, 小 潮 差 は 大 き い 方 が80 cm小 さ い 方 が 20cmで あ る. 大 潮 差 と小 潮 差 の 差 は100∼130 cmあ り, 日潮 不 等 は60∼90cmに 及 ぶ. 観 測 を 実 施 し た 前 後 の 全 天 日射 量 お よび 降 水 量19) を 図 一4に 示 す. 7, 月 に は 比 較 的 高 い 全 天 日射 量 を維 持 し降 水 量 は 殆 ど無 か っ た. 8月 に な る と全 天 日射 量 は 減 少 し, 8月15日 前 後 で 一 旦 上 昇 し た が, そ の 後 台 風 の 影 響 で 低 め に な っ た. 降 水 量 は8月20日 以 降 に 増 加 した. 2001年 の 夏 に 関 して, 7月 は 高 温 ・少 雨 で 非 常 に 夏 ら しい 夏 で あ っ た が, 8月 は 一 転 して 曇 りの 日が 続 き 夏 ら し さ が な い 夏 で あ っ た. 観 測 日 の7月24 日お よ び8月15日 は, 2001年 の 夏 期 の 中 で も そ の 日 以 前 の 降 水 量 が 少 な く, 比 較 的 全 天 日射 量 が 高 い 日 に相 当 す る. (2) 塩 分 お よ びCh1一 αの 縦 断 面 分 布 塩 分 お よ びChl一αの7月24日 と8, 月15日 に 実 施 し た 観 測 結 果 を 図 一5, 6に 示 す. 7月24日 は 大 潮 か ら2 日後 の 中 潮, 8, 月15日 は 小 潮 か ら2日 後 の 若 潮 で あ っ た. 荒 川 河 口 に お け る 土 肥 ら18)の塩 分 の 縦 断 観 測 の 結 果 に よ る と, 大 潮 時 の 混 合 形 態 は 強 混 合 形 態, 小 潮 時 の 混 合 形 態 は 弱 混 合 形 態 で あ る こ と が 報 告 され て' お り, 荒 川 河 口 の 混 合 強 さ は潮 差 に よ っ て 大 き く変 わ る と言 え る. 8月15日(若 潮 時)の 観 測 結 果 で は, 塩 分 成 層 は 塩 水 懊 が 明 確 に 見 え る 程 強 く は な い が 塩 水 遡 上 距 離 は20km以 上 に 及 ん で い る. 一 方, 7, 月24 日(中 潮 時)の 観 測 で は, 塩 分 成 層 は 河 口域 で 強 い も の の 塩 水 遡 上 距 離 は3kmで8月15日. と比 べ て 短 い. この 河 口域 で 強 い 成 層 を示 す 要 因 は, 8月15日 の 観 測 に お い て も 確 認 で き るst. 2か らst. 5の 表 層 部0-2 mに 存 在 す る 塩 分20以 下 の 低 塩 分 水 の 影 響 で あ る と 考 え られ る. 後 節((4)節)で 述 べ る よ う に, こ の 低 塩 分 水 は 荒 川 以 外 か ら の 淡 水 流 入 で あ る と推 定 され て い る. い ず れ に して も, 今 回 の 観 測 に お い て も, 土 肥 ら18)の 報 告 と 同 様 に 潮 差 に よ っ て 混 合 強 さ が 大 き く 異 な っ て い る. 7, 月24日 のChl一αの 分 布 は, st. 4か らst. 5の 密 度 フ ロ ン ト付 近 お よ び 前 面 のst. 1か らst. 3に 主 に集 積 し て い る. こ のChl一αの 集 積 は 既 往 の 研 究4), 5)で指摘さ れ て い る フ ロ ン ト部 に お い て 植 物 プ ラ ン ク トン が 高 密 度 に な る 特 徴 を 良 く示 して い る. 一 方, 8月15日 の Chl-αの 分 布 は7月24日 とは 異 な り, フ ロ ン ト部 お よ び 躍 層 の 下 層 に 高 濃 度 を 示 す 領 域 が 流 下 方 向 に 長 く 存 在 す る. st. 5付 近 で は, 表 層 のChl-α は10μg/1程 度 で あ る に もか か わ らず, 水 深2-3m付 近 で は, 30 図 一3st. 7に お け る水 深 変化(cm)お よび 横 浜(山 之 内検 潮 所)に お け る水位 変動(cm). 図 中 の縦 線 は縦 断 面 観測 時 を示 す. 図 一4 観 測 期 間前 後 の全 天 日射 量 と降水 量

μg/1以上 の 値 を 示 して い る. こ の こ と は, 荒 川 河 口 域 に お い て, 海 面 状 況 は 一 見 す る と赤 潮 で は な い が, 中 層 で は 赤 潮 が 実 は 発 生 して い る 可 能 性 が あ る こ とを 示 して い る. と ころ で, 外 洋 な ど透 明 度 が 高 い 水 域 で は 強 光 阻 害 に よ っ て 表 層 よ りも 下 層 に お い てCh1一 α ピ ー ク が 見 られ る こ とが あ る. そ こ で, 8月15日 のst. 6に お け る 光 量 了 の 鉛 直 分 布 と最 適 光 量 の 比 較 を 図 一 7に 示 す. 図 中 の 破 線 は, 東 京 湾 の 生 態 系 モ デ ル20)で 図 一5 塩 分 お よ びChl-α の 縦 断 面 分 布, 2001年7月24日, 大 潮 か ら2日 後 の 中 潮. 観 測 は 上 流 側 か ら 流 下 方 向 に 行 っ た. st, 5付 近 の 調 査 時 の 潮 は 上 げ 潮. (a) 塩 分 (b) Chl-a 図 一6 塩 分 お よ びChl-α の 縦 断 面 分 布. 2001年8月15日, 小 潮 か ら2日 後 の 若 潮. 観 測 は 下 流 側 か ら 上 流 方 向 に 行 っ た. st, 5付 近 の 調 査 時 の 潮 は 上 げ 潮. (a) 塩 分 (b) Chl-a

用 い られ て い る 植 物 プ ラ ン ク トン の 光 合 成 に 対 す る 最 適 光 量2001y/dayを 光 量 子 の 単 位 に 変 換(lly=l cal/cm2, 1μmol/m2/s=52×104 cal/cm2/s)し た も の で あ る. 表 層10cmで は 最 適 光 量 を超 え て い るが そ れ 以 深 は 最 適 光 量 よ り も小 さ い. した が っ て, 強 光 阻 害 は 中 層 に 現 れ た ピー ク の 要 因 で は な い と言 え る。 (3) 植 物 プ ラ ン ク トン の 種 構 成 河 口域 に お け る 植 物 プ ラ ン ク トン の 種 構 成 に つ い て, 植 物 プ ラ ン ク トン を海 洋 性, 淡 水 性 に 分 類 し, そ の 数 量 の 流 下 方 向 変 化 を 図 一8に 示 す. 図 中 の デ ー タ は8月15日 に 実 施 さ れ た 観 測 の 表 層0-50cm層 の プ ラ ン ク トン密 度 で あ る. 図 一9は対 応 す る0-50cm層 の 塩 分 の 変 化 を 示 し た も の で あ る. ま た 海 域 部 お け る優 占7種 の植 物 プ ラ ン ク トン密 度 の 流 下 方 向 変 化 を 表 一1に 示 す. 8月15日 の 観 測 に お い て, 海 洋 性 の 卓 越 種 はSkeletonema costatumで あ り, 主 な 種 名 未 同 定 はNitzschia spp.で あ る. 淡 水 性 の 植 物 プ ラ ン ク トン は, 淡 水 域(st. 15-st. 29)に お い て102-103 cells/ml程 度 あ る が, st. ll-st. 14の 範 囲 で 塩 分 が10か ら15に 急 増 す る と10cells/ml程 度 に減 少 す る. 対 して, 海 洋 性 の 植 物 プ ラ ン ク トン はst. 11-st. 14の 範 囲 か ら急 激 に 増 加 し 始 め, st. llで は103 cells/ml以 上 に 達 す る. (4) PO4-Pの 縦 断 面 分 布 8月15日 に 実 施 さ れ た 観 測 の 表 層0-50cm層 の POべPの 流 下 方 向 の 変 化 を 図 一10に 示 す. st. 15-st. 29 の 淡 水 域 でPO4-Pは0. 18mg/1程 度 の 非 常 に 高 い 濃 度 を 示 し て い る. PO-Pは, 塩 分 が 次 第 に 高 く な るst. 7 -st. 15(図 一9参 照)で0. 05 mg/1ま で 減 少 す る が, st. 3-st-5で 再 び0. 15mg/1ま で 増 加 し, st. 1で は0. 02 mg/ 1に 減 少 す る. 図 一11は 表 層0一50cm層 の 塩 分 とPO4-Pの 関 係 を 示 し た も の で あ る. 塩 分 の 増 加 に 伴 いPO4-Pは 単 調 に 表 一1表 層0-50cmに お け る優 占7種 の 植 物 プ ラ ン ク トン 密 度 の 流 下 方 向 変 化(2001年8. 月15日). (単 位: cells/ml) 図 一72001年8. 月15日 のst. 6に お け る 光 量 子 の鉛 直 分 布. 図 中 の 破 線 は 植 物 プ ラ ン ク トン の 成 長 に 対 す る 最 適 光 量(2001y/day)を 示 す. 図一8 表層0-50cmに お け る植 物 プ ラ ン ク トン密 度 の流 下 方 向変 化(2001年8月15日). ○: 淡 水 性, □: 海 洋性, ◇: 種名 未 同 定 図 一9表 層0-50cmに お け る塩 分 の 鉛 直 方 向 平 均 値 の 流 下 方 向 変 化(2001年8月15日),

減 少 す る. 図 中 に お い て, PO4-Pが 増 加 す るst. 3-st 5の デ ー タ は, 他 の 地 点 が 示 し て い る 塩 分 の 増 加 に伴 うPO4-Pの 減 少 傾 向 か ら外 れ て い な い. ま た, st. 3-st. 5は 東 京 港 の 東 側 入 口で あ る 東 京 東 航 路 に位 置 し隅 田 川 等 の 東 京 港 に 流 入 した 淡 水 の 通 り道 で あ り, st. 10, 12付 近 に は 砂 町 水 処 理 セ ン ター, 葛 西 処 理 場 が あ り下 水 処 理 排 水 が 流 入 し て お り, 加 え て 旧 江 戸 川 水 も 周 辺 海 域 に 流 入 して い る(図 司 参 照). これ か ら, st. 3-st. 5付 近 に お け るPO-Pの 増 加 は こ の 地 点 特 有 の 生 物 ・化 学 的 な 要 因 に よ っ て 増 加 した も の で は な く, 荒 川 と 同 じ程 度 のPO-P濃 度 を 持 つ 淡 水 の 横 流 入 の 影 響 に よ る と推 察 され る. (5) Ch1-α と 潮 差, 河 川 流 量, 水 温 お よ び 全 天 日射 量 の 関 係(連 続 観 測 結 果) 一 般 に, Chl一α濃 度 は 日射 量 お よ び 水 温 に 依 存 す る. ま た, 対 象 海 域 は 河 口 域 で あ る の で 河 川 流 量 も Chl一αの 制 限 要 因 に な り得 る と考 え られ る. 加 え て, 縦 断 面 観 測 結 果 か ら, 潮 差 もChl一αの 制 限 要 因 に な り 得 る と考 え られ る-そ こ で, 東 京 灯 標 の 水 深1. 5m層 に お い て メ モ リー 式Chl一α計 に よ っ て 夏 期 に 長 期 間 連 続 観 測 され たCh1一αの1日 平 均 値 と1日 最 大 水 位 差(厳 密 に は 異 な る が 便 宜 的 に 潮 差 と す る), 荒 川 河 川 流 量 (秋 ヶ瀬 取 水 堰 放 流 量), 水 温 お よび 全 天 日射 量 の 関 係 を 図 一12(a)∼(d)に 示 す. 潮 差 が180cmの 場 合 に はChl一αは20μg/1程 度 で あ る の に 対 し て, 潮 差 が60cmの 場 合 に はCh1一αは 最 大 で120μg/1程 度 の 値 を 示 す. 潮 差 が 大 き い 場 合 に は Ch1一αは 小 さ な 値 を 示 し て い る の に 対 し て, 潮 差 が 小 図 一10表 層0-50cmに お け るPO4-Pの 流 下 方 向 の 変 化 (2001年8月15日). 図 一12東 京 灯 標1. 5m層 に お け る1日 平 均Chl一 αと潮 差, 荒 川 河 川 流 量, 水 温 お よ び 全 天 日射 量 の 関 係(1999年 6, 月 か ら9月). (a)潮 差 (b)荒 川 河 川 流量 (c)水 温 (d)全 天 日射 量 図 一11表 層0-50cmに お け る 塩 分 とPO4-Pの 関 係(2001年 8, 月15日). □ はst. 1, 7, ll, 15お よ び29, ■ はst. 3お よ び5を 示 す. 図-13 潮 差(1日 最 大 水 位 差)と 全 天 日射 量 に 対 す る1日 平 均Chl-α(μg/1)の 分 布(東 京 灯 標, 1999年6月 か ら9月).

さい 程Ch1-α は 大 き な 値 に な り得 る 傾 向 を 示 して い る. 河 川 流 量 に 対 して は, 少 な い 場 合 も 多 す ぎ る 場 合 もChト αは 減 少 し, 100 m3/s付 近 で ピ ー ク 値 とな る. 水 温 に 関 して は, Chl一αが22℃ か ら25℃ に か け て 増 加 す る 関 係 と26℃ か ら29℃ に か け て 増 加 す る 関 係 の2 つ の 系 統 が 見 られ る. しか しな が ら 一 方 で, Ch置-αへ の 寄 与 が 比 較 的 大 き い と 考 え られ る 全 天 日射 量 と Chl一αの 関 係 は 不 明 瞭 で あ る. そ こで, 図 一13に 全 天 日射 量 と 潮 差 の 複 合 的 影 響 を 考 慮 し た 関 係 を 示 す. 潮 差 が 小 さ く全 天 日射 量 が 大 き い 場 合 に は 高 濃 度 の Ch1一αが 発 生 し得 る もの の, 全 天 日射 量 が 大 き くて も 潮 差 が 大 き い 場 合 に は 高 濃 度 のCh1一αは 発 生 しに くい こ とが 半IJる. 4. モ デ ル 計 算 を 用 い た 検 討 前 章 の 縦 断 面 観 測 か ら, 河 口域 のChl-o分 布 は 中 潮 時 に は 密 度 フ ロ ン ト前 面 に 集 積 し, 若 潮 時 に は 塩 分 躍 層 の 下 側 に 薄 く 流 下 方 向 に 長 く分 布 す る こ とが 示 され た. ま た 東 京 灯 標 に お け る 連 続 観 測 か ら, 東 京 灯 標 付 近 で は 潮 差 が 小 さ い 方 がChl一α濃 度 は 高 く な り得 る こ とが 示 さ れ た. しか しな が ら, 前 者 は 空 間 的 に は 密 で あ る が, 時 問 的 に は ス ナ ップ シ ョ ッ ト(疎)で あ り, 後 者 は 時 問 的 に は 長 期 で あ る が, 空 問 的 に は 一 点 の 情 報 で あ る. 両 者 を も っ て 河 口域 を 時 空 間 に 対 し て 普 遍 的 に 表 現 で き た と は 言 い 難 い. そ こ で, 本 章 で は 数 値 モ デ ル を 用 い て 時 間 お よ び 空 間 を 補 う。 そ し て 観 測 で 示 され た 上 述 の 現 象 が 河 口域 の 普 遍 的 な 特 性 で あ る か 否 か に つ い て ま ず 検 討 を 行 う. 次 に, 河 口

域 に検 査 面 を設 けて, そ の 検査 面 にお け る負 荷 の 出

入量 を算 定 し, 負 荷 流 出入 に対 す る河 口域 の機 能 に

つ いて 考察 す る.

(1) 数 値計 算 方法

荒 川 河 口域 を図一14に示す よ うにモデ ル 化 した. 精

度 の高 い 再現 計算 を試み る場 合 には, 流 下 方 向の 水

深変 化, 横断 面方 向の水 深 の変化, 中川や 綾 瀬川 の よ

うな支 川 お よび 前章 で指 摘 した東 京 港側 お よび 旧江

戸川 水 等 か らの海 域 部 にお け る淡 水 の横 流入, 日潮

不等 な どを取 り入れ るべ きで あ る. しか しなが ら, 本

計算 は前 述 の観 測で 得 られ た潮 差 と河 口域 のChl一

αの

関係 を検討 す るモ デ ル計 算 と割 り切 り, モデ ル 地形

と して横 断 面方 向 には 一様, 平面 的 に は図一14で示す

よ うな 単純 化 した地 形 を用 い た. 河 口か ら海 域 に か

けて の拡 が り幅 は図 一2で示 した 出水 時 の濁水 の拡 が

りを捉 え た衛 星写 真 を参 考 に して 決 定 した. 計 算 に

は断 面2次 元計 算 を用 いた,

a) 基礎 式

潮 汐 成分 は鉛 直 積 分 され た連 続 の式 か ら決 定 され

るもの と し, 傾 圧 成分 に よる流 速 は運 動 方程 式 お よ

び連 続式 に よ り決 定 され る もの とす る手 法20)を用 い

た. 対 象水 域 の水 深 と比 べ て潮 汐 波 の水 平 ス ケー ル

は 十分 に長 い の で潮 汐 に よ り発 生す る流 速 は長 波 近

似 して も比 較 的精 度 良 く再 現 で き る と し, 傾 圧 成分

の流 速 のみ に運 動 方程 式 を適 用す る ことに してい る.

流速 成 分uは 潮汐 成分 流 速undsと傾圧 成 分 流 速艦 を用

い て ザunde+udcと 表 せ るもの とす ると, 傾圧 成 分 の

運動 方程 式お よび 連続 式 は次式 で表 す こ とがで き る.

なお, 保 存性 を高 く保 ち計 算 を行 うた め に, 有 限体 積

法 に基 づ く数値 計 算法 が用 い られ て い る.

(1)

(2) U) ∫(∫ub1z}dy=0 (4) こ こ で, x軸 は 海 域 か ら河 川 上 流 に 向 か う流 軸 方 向, z軸 は 鉛 直 上 向 き に 正 と し, u, wはx, z方 向 流 速 の 図 一14 モデ ル 化 され た荒 川 河 口部 の 形状. 海 側 の境 界 は東 京灯 標 よ り6km沖 合 に設 け た, 河川 上 流 の境 界 は 秋 ヶ瀬 取水 堰 と した.

一 つ の ボ ッ ク ス を 代 表 ス ケ ー ル と し た 空 間 平 均 成 分 (m/s), u', w'は そ の 値 か らの 変 動 成 分(m/s), Pbは 鉛 直 平 均 海 水 密 度(kg/m3), p'は 基 本 場 か ら の 偏 差 (kg/m3), gは 重 力 加 速 度(m2/s), Cは ス カ ラ ー 量(塩 分, 植 物 プ ラ ン ク トン 量(mgC/m3), デ ト リ タ ス 量 (mgC/m3)お よ びPO4-P濃 度(μg-at/1)を 示 す. 塩 分 に 対 して は 式(2)右 辺 の 生 産 項 は0で あ る.), ∫hは 水 深 積 分, ∫αは 横 方 向 積 分, 4は 各 層 の 水 域 面 積 で あ る. モ デ ル 基 礎 式 の 展 開 の 詳 細 は 古 川 ら21)に 示 さ れ て い る の で こ こ で は 省 略 す る. b) 鉛 直 渦 動 粘 性 係 数 鉛 直 渦 動 粘 性 係 数 は 定 常 状 態 を 仮 定 した 成 層 を 考 慮 し た1次 元 乱 流 エ ネ ル ギ ー 式

(5)

を基 に導 出 した. 上 式か ら渦 動粘性 係 数κ

と鉛直 渦

拡 散係 数K痴 は次 式で 表す ことがで き る.

Kiml=CniI/2 6l

(7)

(8)

こ こ で, Nは プ ラ ン ト ・ヴ ァ イ サ ラ振 動 数, l は 鉛 直 方 向 の 代 表 ス ケ ー ル, Prは 乱 流 プ ラ ン トル 数(添 え 字tは 乱 流, Prは プ ラ ン トル 数 を 意 味 す る), C, Cm, はLES定 数 で あ りそ れ ぞ れ0.845, 0.0865を 採 用 した. ま た, 長 方 形 開 水 路 に お け る渦 拡 散 係 数22)を 参 考 に して, 以 下 に 示 す 平 均 流 に 伴 う渦 拡 散 係 数K虎 お よ び 渦 動 粘 性 係 数Klm2を 考 慮 した.

Kh2=0.068hu=0.068huIJf=0.0035hu (9)

Km2=PryK/m2

(10)

こ こで, hは 水深, uは 平 均水 平流速 を示 し,

fは 底面

摩 擦係 数 と して0.

0026を 用い てい る.

これ らを用 いて, 渦動 粘性係 数 κ は

Kn=Kη1+Kmv2 (11)

Kn=CmEl+Pr0.0035hu

(12)

と した. c) 物 質 循 環 モ デ ル モ デ ル は 現 象 を 単 純 化 す る た め に植 物 プ ラ ン ク ト ン, 溶 存 態 の 栄 養 塩, デ ト リタ ス の3つ の コ ン パ ー ト メ ン トの み を対 象 と して 構 築 す る. そ の 概 念 図 を 図 一 15に 示 す. 本 モ デ ル を 用 い て 示 し た い 対 象 は 前 章 で 示 し た 密 度 フ ロ ン トの 海 域 側 も し くは 下 層 に 分 布 す る 高 濃 度 Ch1-a分 布 で あ る. これ ら の植 物 プ ラ ン ク トン は 海 洋 性 の 珪 藻Skeletonema costatumが 卓 越 種 で あ る こ とが 前 章 に よ っ て 示 され て い る の で, 本 モ デ ル で の植 物 プ ラ ン ク トン はSkeletonema costatumの み を対 象 とす る.

Smayda23)に よれ ば, 珪 藻Detonula Confervaceaの 成 長 速 度 は, 温 度 依 存 性 が あ る が 中 で も 温 度 が 一 番 大 き い12℃ の デ ー タ に 対 して, 塩 分5以 下 で0, 塩 分 の増 加 に 伴 い 増 加 し, 塩 分18前 後 で 極 大 値 と り, そ の 後 緩 や か に減 少 す る 塩 分 依 存 性 が あ る こ と 示 して い る. 本 モ デ ル の 対 象 種 は 同 じ 珪 藻 で あ っ て も Detonula Confervaceaで は な くskdetonema costatumで

あ り, 種 が 異 な る の で 全 く 同 じ塩 分 依 存 性 を採 用 で き な い が, 成 長 速 度 に 塩 分 依 存 性 は あ る も の の と し た. そ こ で 基 本 と な る植 物 プ ラ ン ク トン の 成 長 速 度 は μ=0. 8511/dayを 用 い, 塩 分 依 存 性 に 対 し て は Smayda23)と 観 測 結 果 を 参 考 に し, 成 長 速 度 を 塩 分15 以 下 で は0, 塩 分20以 上 は 一 定 値(μ=0. 8511/day), 塩 分15か ら20の 問 は0と μを 直 線 内 挿 と い う塩 分 依 存 性 を 仮 定 した. 潮 汐 変 動 と 日射 量 変 動 の 位 相 差 に よ る影 響 を 除 く た め, 日射 量 は昼 夜 区 別 な く一 定 値 と し た. 各 時 刻 の 日射 量 は8. 月15日 の 全 天 日射 量19.9MJ/m2を 日 中 時 間(≒12時 間)で 単 純 に 平 均 化 し た 値 を 用 い た. っ ま り本 計 算 は 昼 夜 の 区 別 が な い 常 に 昼 条 件 の 計 算 と な る. そ の た め植 物 プ ラ ン ク トン の 成 長 速 度 は0. 5を 乗 じた α=μ ×0.5を 用 い る こ とで1日 当 りの 生 産 量 が 倍 増 す る 効 果 を 抑 え た. ま た, 光 の 減 衰 係 数 は 図 一 7の 曲 線 に 合 う よ う に調 整 しK=0.7を 採 用 した. 以 図 一15 物 質 循 環モ デ ル の概 念 図

下に植 物 プ ラン ク トンに 関す る定式 化 を示 す.

(13)

光合成 に よる増殖: B1

B1=v1(T)v1([Nut}).v2(I).[Phvi

(14)

v,(T)=a,exp(f,T)

(15)

α1の塩 分依 存性

S<15: a1=0.0

15<S<20:

a1=0.43(S-15)/5

S>20: a1=0.43

(16)

(17)

枯 死: B2

B2=vz(T)[Phy]

(18)

vz(T)=a2exp(f2T)

(19)

沈 降: B6

B6=wph[Phy]

(20)

こ こで, [Phy]は 植 物 プ ラ ン ク トン 量(mgC/m3), Tは 水 温(℃), α1, β1は0℃ に お け る 最 大 成 長 速 度 (day-1), 温 度 係 数(℃ つ, Sは 塩 分, Kは 全 無 機 態 栄 養 塩 の 摂 取 に 関 す る 半 飽 和 定 数, 1, 1は_リノガ 光 強 度, 最 適 光 量(ly/day), α2, β2は0℃ に お け る枯 死 速 度 (daγ1), 温 度 係 数(℃ 一1), Wphyは植 物 プ ラ ン ク トン の 沈 降 速 度(m/day)で あ る. 本 研 究 は モ デ ル を 簡 便 化 し た た め 動 物 プ ラ ン ク トン の 過 程 は 省 い た. そ の た め, こ こ で の 枯 死 に は, 植 物 プ ラ ン ク トン を 捕 食 し た 動 物 プ ラ ン ク トン の 死 滅 や 動 物 プ ラ ン ク トン の 排 糞 等 を 陰 的 に 含 ん だ も の と し α=0.03(day-1)を 与 え て い る. デ ト リタ ス に 関 して は 次 の よ うな 定 式 化 を 用 い た.

(21)

細菌 に よ る分 解: B3

(22)

沈 降: B5

B5=we,[Det]

(23)

こ こ で, [Det]は デ ト リ タ ス 量(mgC/m3), (ろ, β3は0 ℃ に お け る 分 解 速 度(day-1), 温 度 係 数(℃ 一1), DOは DO濃 度(mg/1), DO1はDO=DOIの とき 分 解 速 度 が 1/2の 大 き さ に な る 半 飽 和 値, WDは デ ト リ タ ス の 沈 降 速 度(m/day)で あ る. 本 計 算 で はDO濃 度 は 計 算 し て い な い の で, DO=6.Omg/1, DOI=0.5mg/1の 一 定 値 を 与 え た. 溶 存 態 の 栄 養 塩 は 東 京 湾 の 栄 養 塩 律 則 を 考 慮 し, PO-Pの み を 対 象 とす る.

(24)

流入 負 荷: B4

B4=CPrQ

(25)

こ こ で, [Nut]は 栄 養 塩 濃 度(μg-at/1), [P: q]は リ ン ・ 炭 素 元 素 組 成 比 で あ り, 植 物 プ ラ ン ク トンお よ び デ ト リ タ ス と も に 体 組 成 比 と し て 便 宜 的 に レ ッ ド フ ィ ー ル ド比 を 仮 定 した. ま た, CP, は 河 川 のPO4-P 濃 度(μ9-at/1), 9, は 日平 均 の 河 川 流 量(m3/S)で あ る. 上 述 以 外 の モ デ ル パ ラ メ ー タ 値 は 東 京 湾 で 一 般 に 用 い られ て い る 値20), 24)を参考に設定した. モデルパ ラ メ ー タ の 一 覧 を 表 一2に 示 す. 表-2 物 質 循 環 モデ ル に用 い た パ ラ メー タ値

d)計 算 条 件 河 川 流 量 は 過 去 の 夏 季 に お け る秋 ヶ 瀬 取 水 堰 放 流 量, 下 水 処 理 水 お よ び 支 流 か ら の 流 入 を 考 慮 して 40.0m3/sを メ ッ シ ュ の 上 流 端(L46)か ら与 え た. ま た, PO4-P濃 度 は 図 一10を 参 考 に して 河 川 上 流 端 か ら の 流 入 水 にPO4-P濃 度0. 2 mg/1を 与 え た. 潮 差 は140cm(大 潮 時)と30 cm(小 潮 時)を15 日周 期 で 変 化 させ た. た だ し, 日潮 不 等 は 考 慮 して い な い. ま た, 7月24日 お よび8月15日 の 風 速18)は そ れ ぞ れ2.4m/sお よ び3.1m/sで あ っ た。 本 計 算 で は, 風 は 混 合 強 さ の 変 動 お よびChl-αの 分 布 変 動 を 引 き 起 こす 現 象 の 支 配 要 因 で は な い と仮 定 し, 風 の 影 響 は 考 慮 し な い こ と に した. 荒 川 河 口 域 の 密 度 成 層 は 水 温 よ り も塩 分 の 方 が 卓 越 して い る. ま た 植 物 プ ラ ン ク トン の 成 長 に 対 す る 水 温 の 影 響 を 取 り除 い た 方 が 混 合 強 さ とChi-α分 布 の 関 係 把 握 が 明 確 に な る と 考 え た. そ こ で 本 計 算 で は 水 温 を 一 定 値27℃ と した, 初 期 条 件 と して 計 算 全 領 域 に, 植 物 プ ラ ン ク トン はChl-α 濃 度 で26μ9/LPO4-Pは0.01mg/1, デ ト リ タ ス は50. O mgC/m3を 与 え た. た だ し, 計 算 結 果 は 計 算 開 始 第15日 目 当 りで 潮 汐 周 期 お よび 大 潮 小 潮 周 期 を 示 す 擬 定 常 状 態 に 達 し, 初 期 条 件 に は 依 存 しな い こ と が 確 認 され て い る. した が っ て, 後 述 す る 時 系 列 に 関 す る 計 算 結 果 は30日 か ら60日 ま で の 大 潮 小 潮 の2 周 期 分 の 結 果 を 示 す. 海 域 側 の 境 界 条 件 は植 物 プ ラ ン ク トン, PO4-P, デ ト リタ ス 共 に 勾 配=0を 与 え た. 塩 分 に 関 して の み, 0-5m: 28, 5-10m: 30, 10-15m: 32を 与 え た. (2) 塩 分 の 縦 断 面 分 布 の 計 算 結 果 と 観 測 結 果 の 比 較 に よ る 数 値 モ デ ル の 検 証 計 算 結 果 と観 測 結 果 を 比 較 して モ デ ル の 検 証 を行 う. 観 測 結 果 を示 した 図 一5, 6と 同 じ潮 時 で あ る 大 潮 か ら2日 後 の 中 潮 時 に お け る 上 げ 潮 時 お よ び 小 潮 か ら 2日 後 の 若 潮 時 に お け る 上 げ 潮 時 の 塩 分 分 布 お よ び Chl-α分 布 の 計 算 結 果 を 図 一16, 17に 示 す. 計 算 結 果 の 混 合 形 態 は, 中 潮 か ら若 潮 へ の 潮 差 変 化 に 対 して 緩 混 合 か ら弱 混 合 に 変 化 して い る も の の, 前 述 し た観 測 結 果 のst. 2か らst. 5の 表 層 部 の 低 塩 分 水 層 は 本 計 算 で は 再 現 され て お ら ず, 混 合 形 状 は 完 全 に は 一 致 して い な い. し か しな が ら, 植 物 プ ラ ン ク トン の 分 布 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す 塩 分16か ら24の 中 層 で の 勾配 お よび 塩 分 遡 上 距 離 は 概 ね 一 致 して い る. ま た, 若 潮 時 に 対 す る 塩 分16以 下 のst. 20よ り上 流 部 の 拡 が り は 再 現 で き て い な い が, こ れ は 河 川 域 の 水 深 を 一 様(5m)と 単 純 化 した 地 形 条 件 が 要 因 と考 え られ る こ とや, こ の こ と が 本 検 討 の 河 口域 に お け る Chl-α分 布 に 及 ぼ す 影 響 は 小 さい と考 え られ る こ と か ら, そ の 差 異 は 無 視 した. 一 方, Chl 一αが 高 濃 度 に集 積 す る 領 域 の 分 布 形 状 の 変 動 は フ ロ ン ト前 面 か ら フ ロ ン ト下 側 に 変 化 して お り, 観 測 結 果 で 得 られ た 分 布 特 性 の 潮 差 に 伴 う変 動 を 良 く再 現 して い る. 細 部 ま で 見 れ ば, 観 測 結 果 で は st. 3付 近 で低 濃 度 領 域 が 現 れ て い る 等 の 計 算 結 果 で は 表 現 され て い な い 不 一 致 点 は 幾 つ か あ る が, 若 潮 時 図 一16 大 潮 か ら2日 目の 中 潮 時 の 上 げ 潮 時 に お け る 塩 分 お よ びChl-oの 縦 断 面 分 布 の 計 算 結 果.

(a) 塩 分 (b) Chl-a (ug/1)

図 一17 小潮 か ら2日 後 の若 潮 時 の上 げ潮 時 にお け る塩 分 お よ びCh1-αの縦 断 面 分布 の 計算 結 果.

に対 して高 濃度Ch1一αが 水深2-3mにst.

1か らst.

12

まで分 布す る様 子等 の 高濃度Chl一

αの分布 領域 は概 ね

良好 に一致 して い る.

この よ うに, 本モ デル は荒川 以 外 の淡水 の影響 や

詳 細 地形 等 の境 界 条 件 を 忠 実 に用 い て い な いた め,

観 測結 果 で 得 られ た荒川 河 口域 にお け る塩 分 成 層構

造 の細 部 に 対 して は再 現 で きて いな い と ころ もあ る

が, 高 濃度Chl一αの分布 は よ く一致 で きて い る. 本モ

デ ル の 目的 は観 測結 果 の再 現 で はな く, 河 口域 の混

合 強 さの 変動 に対す るCh-αの 分布 変動 に 関す る特性

お よび河 川 流入 負荷 量 変動 を検 討 す るた め のモ デル

計算 とい う位 置付 け であ る. した がっ て本 モデ ル は,

観 測 結果 で得 られ た荒 川 河 口域 にお け る塩 分成 層構

造 を必 ず しも全 て忠 実 には 再 現で きて い な くて も,

潮差 変動 に伴 うCh一α分布 の変 動お よび塩 分成層 の基

本的 な特 徴 の 変動 を概 ね 再現 で き てい る ので 十分 と

した,

(3)Ch1一 αお よ び 一 次 生 産 速 度 の 大 潮 期 ・小 潮 期 に 対 す る 縦 断 面 分 布 の 特 徴 小 潮 お よ び 大 潮 に 対 す る 満 潮 時 の 塩 分 お よびChl一α の 縦 断 面 分 布 の 計 算 結 果 を 図 一18, 19(a), (b)に そ れ ぞ れ 示 す. 小 潮 時 の 高 濃 度Chl一α分 布 領 域 は若 潮 時 と 同様 に 塩 分 躍 層 下 に 流 下 方 向 に 長 く 分 布 す る. ま た, 大 潮 時 の 高 濃 度Ch-α 分 布 領 域 は 中 潮 時 と 同様 に フ ロ ン ト前 面 部 に集 積 す る. ま た 当 然 で は あ る が, 小 潮 時 よ り も 大 潮 時 の 方 がChl一 αの 鉛 直 方 向 の 拡 散 は 大 き い. 大 潮 時 ・小 潮 時 と も にCh1一αの 集 積 領 域 は30μg/1以 上 の 値 を 示 す が, 最 大 値 に 関 して は 大 潮 時 は30μg/1台, 小 潮 時 は60μg/1台 で あ り, 小 潮 時 の 方 が 大 き い. 高 濃 度Chl一α分 布 領 域 は 一 次 生 産 速 度 が 大 き な 領 域 と 関 連 が あ る と考 え られ る. そ こ で, 小 潮 お よ び 大 潮 に 対 す る満 潮 時 の 一 次 生 産 速 度 の 縦 断 面 分 布 の 計 算 結 果 を 図 一20(a), (b)に そ れ ぞ れ 示 す, 本 モ デ ル で は, 一 次 生 産 量 は塩 分, 光 量 お よ びPO 4-P濃 度 に 依 存 す る モ デ ル 化 を して い る. PO4-Pは 河 川 の み か ら供 給 され 図 一18 小 潮 時(潮 差=60cm)お よ び 大 潮 時(潮 差 一140 cm)に お け る 満 潮 時 の 塩 分 の 縦 断 面 分 布 の 計 算 結 果. (a) 小 潮 時 (b) 大 潮 時 図 一19小 潮 時(潮 差; 60cm>お よ び 大 潮 時(潮 差=140 cm)に お け る 満 潮 時 のChl-o(μg/Dの 縦 断 面 分 布0)計 算 結 果. (a) 小 潮 時 (b) 大 潮 時 図 一20小 潮 時(潮 差=60cm)お よ び 大 潮 時(潮 差=140 cm)に お け る 満 潮 時 の 一 次 生 産 速 度 の 縦 断 面 分 布 の 計 算 結 果. (a) 小 潮 時 (b) 大 潮 時

て い る の で, 河 川 水 のPO4-P濃 度 は 高 く, 河 川 水 に 近 い 方 が 生 産 に有 利 で あ る. しか し一 方 で, 塩 分20以 下 で は 成 長 速 度 は 抑 制 され る と して い る た め, 河 川 水 に 近 い 方 は 不 利 で あ る. ま た, 光 の 制 限 か ら, 生 産 は お よ そ 水 深5m程 度 ま で に 抑 え られ る. こ の よ うな 制 限 要 因 の バ ラ ン ス か ら, そ れ ぞ れ の 潮 差 に 対 す る 一 次 生 産 速 度 の 分 布 域 は 決 定 され て い る. 高 い 生 産 性 は, 小 潮 時 に 対 して は 密 度 界 面 に 沿 う よ う に 分 布 し, 大 潮 時 に 対 して は 塩 分20か ら24の フ ロ ン ト表 層 に 集 中 して い る. 小 潮 時 の 一 次 生 産 速 度 の分 布 はChl一α分 布 と同 様 に躍 層 の 下 側 に 流 下 方 向 に 長 く延 び て い る も の の, そ の 層 厚 は 高 々lm程 度 で 極 め て 薄 い. 小 潮 時 は 平 面 的 に は 広 い が 鉛 直 方 向 に は 極 め て 限 定 さ れ た 薄 い 層 で 生 産 が 行 わ れ て い る. 一 方, 大 潮 時 の 一 次 生 産 速 度 の 分 布 は 密 度 フ ロ ン ト前 面 に 集 中 し, そ の 生 産 層 は 鉛 直 方 向 に は 小 潮 時 よ り も多 少 は 厚 い も の の, 水 平 方 向 に は2km程 度 に 限 定 され て い る. 高 い 生 産 性 を 示 す 領 域 の 一 次 生 産 速 度 の 大 き さは, 小 潮 時 に は0. 05mgC/m3/s, 大 潮 時 に は 0. 04mgC/m3/s程 度 で あ り, 小 潮 時 の 方 が 大 き い. と こ ろ で, 透 明 度 が3m以 下, CODが3∼10mg/1の 様 な 過 栄 養 域 の 一 次 生 産 量 は10∼200mgC/m3/hr(0. 003 ∼0. 06mgC/m3/s)と 言 わ れ て い る25). ま た, 山 口 ・柴 田26)は, 東 京 湾 に お け る有 機 物 生 産 レベ ル は 平 常 時 に1∼3gC/m2/day程 度, 夏 季, 特 に 赤 潮 の 発 達 期 な どに つ い て は10gC/m2/day前 後 あ る い は そ れ 以 上 の 生 産 量 が み こ まれ る こ と, 東 京 湾 の 生 産 層 は 平 常 時4∼ 12m, 赤 潮 時 に は0. 5∼2mに す ぎ な い こ と を 報 告 し て い る. これ か ら, 東 京 湾 に お け る赤 潮 時 の 単 位 体 積 当 りの 基 礎 生 産 量 は0. 06∼0. 23mgC/m3/sと 推 定 され る. 本 数 値 計 算 で は 全 天 日射 量 を 日中 の12時 間 で 平 均 化 した に も か か わ らず 河 口域 の 一 次 生 産 レ ベ ル は 0. 05mgC/m3/s前 後 で あ り, 東 京 湾 の 赤 潮 時 の 一 次 生 産 に 匹 敵 す る程 大 き い と言 え る. 以 上 に よ う に 河 口 域 に お い て は, 塩 分, 光 お よび 栄 養 塩 の 制 限 か ら一 次 生 産 が 可 能 な 分 布 領 域 は 混 合 形 状 の 変 動 に 伴 う塩 分 成 層 に 応 じて 極 め て 限 定 され た 領 域 に 分 布 す る. ま た, そ の 限 定 さ れ た 生 産 領 域 の 生 産 能 力 は 赤 潮 時 に 匹 敵 す る 程 高 い. これ らの こ と が, 混 合 形 態 の 変 動 に 伴 っ て 高 濃 度Chl一α分 布 が 大 き く変 動 す る 要 因 で あ る と考 え られ る。 (4) 潮 差 とCh1一αの 関 係 図 一21は 潮 差 とst. 1(東 京 灯 標)に お け る 表 層 か ら 3層 目(1. 0-1. 5m層)のChl一 αの 計 算 で 得 られ た 関 係 を 示 し た も の で あ る. 図 一12(幻 で 示 した 潮 差 が 小 さい 方 がChl一αは 大 き く な る 特 徴 は 定 性 的 に は 示 さ れ て い る. 前 節 で 示 した 計 算 結 果 で も河 口域 のChl一α の 値 は 小 潮 時 の 方 が 大 潮 時 よ り も 大 き な 値 を 示 す こ と は 示 され て い る. 加 え て, st. 1で の こ の 特 性 は, 前 節 のChl一α分 布 の 計 算 結 果 か らCh1一αの 集 積 領 域 は 小 潮 時 に は 流 下 方 向 に 長 い の に 対 して 大 潮 時 に は 密 度 フ ロ ン ト前 面 の 狭 い 領 域 に集 中 しst. 1(東 京 灯 標: 河 口か ら10km沖 合 い)ま でCh1一αの 集 積 領 域 が 達 す る こ と が で き な い こ と も 強 く影 響 し て い る と言 え る. 一 方, 定 量 的 に 合 っ て い な い 原 因 は, 観 測 値 は 様 々 な 気 象 条 件, 河 川 流 量(流 入 負 荷 量)条 件 の 下 で の デ ー タ で あ る の に 対 して, 計 算 結 果 は 同 一 の 気 象 条 件, 河 川 流 量 条 件 を 用 い て い る こ と が 挙 げ られ る. 例 え ば, 図 一12に 示 され て い る よ う に, st. 1(東 京 灯 標) に お け るChl一αは 水 温 お よ び 河 川 流 量 に よ っ て 大 き く 異 な る に もか か わ らず, 今 回 の 計 算 計 算 条 件 は 水 温 一 27℃, Q=40m3/sで 固 定 で あ る こ と な どで あ る. 5. 河 ロ 域 の 負 荷 流 入 量 に 対 す る 考 察 (1)河 ロ域 お よ び 河 川 域 に お け るCh1-α, PO4-Pお よ び-次 生 産 速 度 量 の 水 域 内 総 量 の 時 間 変 化 図 一22に 示 す 河 口(st. 7)か ら東 京 灯 標 付 近(st. 1) 図 一21計 算 に よ るCh1一 α と潮 差 の 関 係 図 一22 積 分 対 象領 域 とフ ラ ッ クス検 査 面 の定 義

ま で の 水 域 を河 口域, 河 口(st. 7)か ら計 算 領 域 上 流 端(L46)ま で の 水 域 を 河 川 域 と して 各 水 域 に 対 す る 各 指 標 の 水 域 内 総 量 の 一 潮 汐 積 分 量 を求 め た. (st. 1 よ り海 側 は 海 域 と す る. )河 口域 お よ び 河 川 域 の 体 積 は そ れ ぞ れ142. 5×106m3, 36. 3×106m3で あ る. 計 算 で 与 え た 水 位 の 時 間 変 化 を 図 一23に 示 す. こ こ で, 便 宜 的 に 大 潮 の 前 後4日 間 を 大 潮 期, 小 潮 の 前 後4日 間 を小 潮 期, 残 りの 期 間 を 中 潮 期 と呼 ぶ こ と とす る. 図 一24は 河 口域 に お け るChl一αの 水 域 内 総 量 の 一 潮 汐 平 均 値 の 時 間 変 化 を 示 した も の で あ る. 河 口域 の Chl一α総 量 は 中 潮 期 に極 小 と な り, 小 潮 期 に 極 大 と な る. 図 一19で 示 さ れ た様 に 小 潮 期 のChl-o濃 度 は 大 潮 時 よ り も 高 く, 存 在 量 域 が 流 下 方 向 に長 い た め, 河 口 域 内 総 量 は 小 潮 期 に 極 大 に な っ て い る と 思 わ れ る. た だ し, 極 大 値 は9×1010mgC, 極 小 値 は7×1010 mgC 'で あ り, そ の 差 は極 大 値 の20%程 度 で あ る. 図 一25は 河 川 域 に お け るPOべPの 水 域 内 総 量 の 一 潮 汐 平 均 値 の 時 間 変 化 を 示 した も の で あ る. PO4-Pの 水 域 内 総 量 は 大 潮 期 の 後 の 中 潮 期 に 極 大 値4. 6×109 mgPを と り, 中潮 期 か ら小 潮 期 に か け て減 少 し, 小 潮 期 後 半 で 極 小 値3. 6×109mgPを と り, そ して 中 潮 期 か ら大 潮 期 に か け て 増 加 す る. 河 川 域 に お け るPOバP の 水 域 内 総 量 は, 平 均4. 1×109mgPに 対 して ±12% 変 動 す る こ とに な る. こ の こ とか ら, PO4-Pは 小 潮 期 の 後 の 中 潮 期 か ら大 潮 期 に か け て 河 川 域 に 水 域 内 総 量 平 均 量 の12%程 度 貯 留 され, 貯 留 され たPO4-Pは 大 潮 期 の 後 の 中潮 期 か ら小 潮 期 に か け て 河 川 域 か ら 河 口域 に 水 域 内 総 量 平 均 量 の12%程 度 排 出 され て い る と言 え る. 図一26は 河 口 域 に お け る 一 潮 汐 当 りの 一 次 生 産 量 の 水 域 内 総 量 の 時 間 変 化 を 示 した も の で あ る. 一 潮 汐 当 りの 一 次 生 産 量 の 水 域 内 総 量 は 小 潮 期 に 極 大 値2. 1 ×1010mgC程 度 を と り, 極 大 値 を と っ た 後 に 中潮 期 に か け て 減 少 し大 潮 期 で 極 小 値1. 5×1010mgC程 度 を と り, そ して 中 潮 期 か ら小 潮 期 に か け て 増 大 す る. 河 口域 に お け る 小 潮 期 の 一 次 生 産 能 力 は 大 潮 期 の1. 4倍 高 い こ と に な る. (2)河 ロ お よ び 東 京 灯 標 付 近 に お け るChト αお よ び PO-Pの 流 出 入 量 図 一22に 示 す よ う に, 河 口 で はst. 7を, 東 京 灯 標 付 近 で はst. 1を 検 査 面 と した. ま た, 河 川 域 の1/2水 深 で あ る 水 深2. 5m以 浅 を 上 層, 以 深 を 下 層 と した. 図 一27(a), (b)は 河 口 に お け るChl一αお よびPO-Pの 一 潮 汐 当 り の 流 出 入 量 の 時 間 変 化 を 示 した も の で あ る. 正 の 値 は 河 口域 か ら河 川 域 へ の 流 入 を 示 し, 負 の 値 は 河 川 域 か ら河 口域 へ の 流 出 を 示 す. Chl一αは リ ン 換 算 し, POべPと 定 量 的 に 比 較 で き る よ うに した. 図 中 の 破 線 は 河 川 域 上 流 端(L46)か ら のPOべPの 供 給 量 を 示 して い る. 河 口 に お け るChl一αの 流 出 入 量 は, PO4-Pの 流 出入 量 と比 較 して 小 さ く, 常 に 河 川 域 か ら河 口域 へ の 流 出 で あ る. 河 口 に お け るPOべPも 常 に 河 川 域 か ら河 口 域 へ の 流 入 で あ る が, そ の 流 入 量 は 時 間 と と も に 大 図 一23 計算 で 与 えた 水位 の 時 間変 化 図 一25河 川 域 にお けるPO-Pの 水域 内総 量 の一 潮 汐平 均 値 の時 間 変化 図 一24河 口 域 に お け るCh1一 αの 水 域 内 総 量 の 一 潮 汐 平 均 値 の 時 間 変 化 図 一26河 口域 にお け る一 潮汐 当 りの一 次生 産 量 の水域 内総 量 の 時間 変化

き く 変 動 す る. 大 潮 期 前 の 中潮 期 にPO4-P流 出 量 は 極 大 とな り, 小 潮 期 にPO4-P流 出 量 は 極 小 に な る. そ の 変 動 は 河 川 域 上 流 端 か ら のPO4-P流 入 量 を 中 心 と して 変 動 す る. 極 小 値 と極 大 値 の 差 は河 川 域 上 流 端 か らのPO4-Pの 流 入 量 と比 較 して 無 視 で き な い 程 大 き い-河 川 域 上 流 端 か ら のPO4-Pの 流 入 量35×1081ngP/tideに 対 し て, 極 小 値 は2×108mgP/tide, 極 大 値 は4×108 mgP/ tideを と る. つ ま り, 小 潮 期 は 上 流 か ら の 上 流 端 か ら のPOべP流 入 量 のllO%流 出 に 対 し て, 中潮 期 か ら大 潮 期 の 変 遷 期 は わ ず か60%の 流 出 にす ぎ な い. こ の 河 口 か ら のPO4-Pの 流 出 入 変 動 は 図 一24で 示 した 河 川 域 で のPO4-Pの 貯 留 ・排 出 変 動 に 良 く合 致 す る. 図 一28(a)∼(d)はChl-α お よびPO-Pの 流 出 入 量 を 上 ・下層 で 分 割 した も の で あ る. 上 層 に お け る 河 川 域 か ら河 口域 へ のPO4-Pの 流 出 量 は 全 層 分 に ほ ぼ 匹 敵 し, 極 小 値 は2×108mgP/tide, 極 大 値 は4. 5×108 mgP/ tideで あ る. 上 層 に お け るChl-α の 流 出 入 量 は 多 少 の 時 間 変 動 は認 め られ る が1×108mgP/tide程 度 の 常 に 流 出 で あ る. 下 層 か ら のPO4-Pの 流 出 入 量 は ±107 mgP/tideの オ ー ダ ー で 変 動 し, Chl-α の 流 出 入 量 は 河 口域 か ら河 川 域 に107mgP/tideの オ ー ダ ー で 常 に 流 入 す る. 図一29(a), (b)は 東 京 灯 標 付 近 に お け るCh1一αお よ び PO4-Pの 一 潮 汐 当 りの 流 出入 量 の 時 間 変 化 を示 した も の で あ る. 東 京 灯 標 付 近 の 流 出 入 量 は 河 口 の 流 出 入 量 と較 べ て, PO4-Pよ り もChl一αの 割 合 の 方 が 大 き い Chl一αは 常 に 河 口域 か ら 海 域 へ の 流 出 す る の に 対 し て, PO4-Pは 海 域 か ら河 口域 に 常 に 流 入 す る. Chl一αの 流 出 は 小 潮 期 に 極 大 と な り, 大 潮 期 に 極 小 に な る. 定 性 的 な 特 徴 は 河 口 に お け る 河 川 域 か ら 河 口 域 へ の PO4-P流 入 と同 じで あ る. しか し, 極 値 の 変 動 差 は 河 口 に お け るPO4-Pの 流 入 量 の 極 値 の 差 程 は 大 き くな い. 河 川 域 上 流 端 か らのPO4-Pの 流 入 量3. 5×108 mgP/ 図 一27河 口(Ll3, st 7)に お け るCh1-α お よ びPO4-Pの 一 潮 汐 当 りの 流 出 入 量. 正 が 河 口域 か ら 河 川 域 へ の 流 入, 負 が 河 川 域 か ら河 口域 へ の 流 入 を 示 す. 図 中 の 破 線 は 河 川 域 上 流 か らのPO4-P流 入 量 を示 す. (a) Chl-a (b) P04-P 図 一28上 層, 下 層 に 分 割 し た 河 口(Ll3, st. 7)に お け るCh1一αお よ びPO4-Pの 一 潮 汐 当 りの 流 出 入 量. 正 が 河 口域 か ら河 川 域 へ の 流 入, 負 が 河 川 域 か ら河 口域 へ の 流 入 を 示 す. 図 中 の 破 線 は 河 川 域 上 流 か ら のPO4-P流 入 量 を 示 す. (a) 上 層Chl一 α (b) 上 層PO4-P (c) 下 層Chl一 α (d) 下 層PO4-P

tideに 対 して, Chl一α と して の 河 口域 か ら海 域 へ 流 出 量 の 極 小 値 は 約2×108mgP/tide, 極 大 値 は約3. 5×108 mgP/tideで あ る. ま た, 海 域 か ら河 口域 へ のPO4-Pの 流 入 量 は107mgP/tideの オ ー ダ ー で あ る. 図一30(a)∼(d)は 東 京 灯 標 付 近 に お け る 流 出 入 量 を 上 層 ・下 層 で 分 割 した も の で あ る. 河 口域 か ら海 域 へ の 主 要 な 流 出 は 上 層 か らのChl一αの 流 出 で あ る. 上 層 か ら のChl-oの 流 出 は 全 層 分 の 流 入 変 動 よ り も 大 き く, 小 潮 期 に 極 大 とな り, 大 潮 期 前 の 中潮 期 に 極 小 に な る. 極 小 値 は3×108mgP/tide, 極 大 値 は4×108 mgP/ tideで あ る. 一 方, 下 層 か らの はChl一αは 常 に 流 入 す る. そ の 大 き さ は1×108mgP/tideで あ る. PO4-Pは 下 層 か ら1×108mgP/tideの 大 き さで 常 に 流 入 す る. 以 上 の 関 係 を 図一31(a), (b)に 図 示 す る こ と で ま と め る. 矢 印 の 向 き は 流 入 の 向 き を示 す. ま た, 矢 印 の 大 き さ は 一 潮 汐 当 りの 流 出 入 量 の 大 小 を 表 し, 白 色 矢 印 は リ ン 態(PO4-P), 黒 色 矢 印 は プ ラ ン ク トン 態 (Chl一α)を 示 す. 河 口域 に お け る リン 態 と プ ラ ン ク ト ン態 を合 わ せ た 負 荷 流 出 は, 大 潮 期 に は 約2. 7×108 mgP/tideで あ る の に 対 し て, 小 潮 期 は 約4. 5×108 mgP/ tideで あ る. 小 潮 期 は 大 潮 期 の 約2倍 近 い 負 荷 量 と な っ て い る. 6. お わ り に 夏 期 の 東 京 湾 湾 奥 の 荒 川 河 口域 に お い て, 潮 差(混 合 強 さ)とChl一 α分 布 の 関 係 お よび 河 川 流 入 負 荷 量 の 関係 に つ い て 観 測 お よ び 数 値 モ デ ル の 両 側 面 か ら の 検 討 を 行 っ た. そ の 結 果, 潮 汐 変 動 に よ っ て 混 合 強 さ が 変 化 す る 河 口域 は, 小 潮 期 に は 河 川 流 入 負 荷 を 大 き く, 大 潮 期 に は河 川 流 入 負 荷 を 小 さ くす る よ うな 図 一29東 京 灯 標 付 近(L7, st. 1)に お け るChl一αお よ びPO4-Pの 一 潮 汐 当 りの 流 出 入 量. 正 が 海 域 か ら河 口 域 へ の 流 入, 負 が 河 口域 か ら海 域 へ の 流 入 を 示 す. 図 中 の 破 線 は 河 川 域 上 流 か らのPO4-P流 入 量 を 示 す. 30日, 45日 お よ び60日 が 大 潮. (a) Chl-a (b) P04-P 図 一30上 層, 下 層 に 分 割 し た 東 京 灯 標 付 近(L7, st. 1)に お け るChl一 αお よ びPO4-Pの 一 潮 汐 当 り の 流 出 入 量. 正 が 海 域 か ら 河 口域 へ の 流 入, 負 が 河 口域 か ら海 域 へ の 流 入 を 示 す, 30日, 45日 お よ び60日 が 大 潮.

(a) 上 層Chl-a (b) 上 層PO4-P

河川 流 入負 荷 に対 す る緩衝 機 能 を有す る こ とが 明 ら

か とな っ た. 以 下 に本 研 究で 得 られ た主 要事 項 を列

挙す る.

(1)小 潮 期 に対 して 高濃 度 のChl-oは 躍層 の下層 に

流 下方 向 に長 く分布 し, 一方, 大潮期 に対 しで

は 高濃 度Chl一αは密度 フ ロン トの 前面 に集 中す

るよ うに分 布す る.

(2)河

口か ら10km沖

合い の東京 灯標 付近 で は, 潮

差 が小 さ く 日射 量が大 きい場合 にChl一α濃 度 は

高 くな り得 る が, 潮差 が大 きい場 合 には 日射 量

の大 き さにか か わ らず 高濃 度 のCh1一αは発 生 し

難い.

(3)河

口域 にお い ては, 塩 分, 光 お よび栄養 塩 の制

限 か ら, 一次 生産 が可能 な分 布領 域 は混合 強 さ

の変 動 に伴 う塩分 成層 の変 動 に応 じて極 めて 限

定 され た領 域 に分布 す る. ま た, そ の限 定 され

た生産 領域 の生 産能 力 は赤潮 時 に匹 敵す る程 高

い. これ らの こ とが, 混合 強 さの変動 に伴 って

高 濃度Chl一α分布 が 大 き く変 動 す る要 因 の一 つ

であ る.

(4)潮 差 に よって, 河 川域 か ら河 口域 に流 入す る負

荷 量 は変化す る. 本 モデル 計 算 に よる と, 河 口

におい て小潮 期 は大 潮期 の約2倍 の流 入負 荷 量

とな ってい る. この差 を引き起 こす要 因 の一つ

は, 河 川 下流域 にお け る中潮 期 か ら大潮 期 に か

けての栄 養塩 の貯 留効 果, お よび 中潮期 か ら小

潮期 に か けてのそ の貯 留 され た栄養 塩 の河 口域

へ の排 出効果 で あ る.

本 研 究 に よって, 潮 汐変 動 に よっ て混 合強 さが変 化

す る河 口域 は, 小潮期 には河川 流入 負荷 を大 き く, 大

図 一31河 口 お よ び 東 京 灯 標 付 近 に お け る 断 面 か ら の リ ン 態(PO4-P)お よ び 植 物 プ ラ ン ク トン 態(Ch1一 α)の 一 潮 汐 当 りの 流 出 入 量(リ ン 換 算). (a) 大 潮 期 (b) 小 潮 期

潮 期 に は 河 川 流 入 負 荷 を 小 さ くす る よ うな 河 川 流 入 負 荷 に 対 す る 緩 衝 機 能 を 有 す る こ と が 示 され た. し か し な が ら, そ の 定 量 的 評 価 は あ く ま で もモ デ ル で 導 か れ た 結 果 で あ る. 今 後 の 課 題 と して, 観 測 を 通 じ た 緩 衝 機 能 の 定 量 的 評 価 の 実 施 の 必 要 が あ る と 考 え る. 謝 辞: 本 観 測 の 遂 行 に あ た っ て は, 関 東 地 方 整 備 局 荒 川 下 流 工 事 事 務 所 の 協 力 を 頂 い た. ま た, デ ー タ の と りま とめ に あ た り, 関 東 地 方 整 備 局 京 浜 港 湾 工 事 事 務 所 の 潮 汐 デ ー タ を 用 い た. 東 京 都 立 大 学 工 学 研 究 科 横 山 勝 英 講 師 に は 河 口域 の 観 測 に 関 し て 多 く の 助 言 を 頂 い た. 古 川 恵 太 海 洋 環 境 研 究 室 長 お よ び 細 川 恭 史 沿 岸 海 洋 研 究 部 長 に は 研 究 の 遂 行 に 有 益 な 指 摘 を頂 い た. こ こ に 記 し て 深 甚 な る感 謝 の 意 を 表 しま す. 参考 文 献 1)宇 野 木 早苗 二海 か ら川 を 考 え る, 海 の研 究, Vol. 5, No. 5, 6, pp. 327-332, 1996. 2)宇 野 木 早 苗: 内湾 の 鉛 直循 環 流 量 と河 川 流 量 の 関係, 海 の研 究, Vol. 7, No. 5, pp. 283-292, 1998. 3)松 村 剛: 東 京湾 にお け る栄養 塩 の収支 に 関す る研 究, 東 京 水産 大 学 学位 論 文, 2000. 4)柳 哲雄: 潮 目の科 学, 恒 星 社厚 生 閣, 169p, 1990.

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16)国 土 交 通 省 荒 川 上 流 工 事 事 務 所 ホ ー ム ペ ー ジ, www.ara.or.jp/arage/ 17)大 林成 行, 小 島 尚人: 最 新 実務 者 のた めの リモ ー トセ ンシ ン グ, フ ジ ・テ ク ノ シス テ ム, 2002, 18)土 肥 学, 志村 光 一, 布村 明彦, 山田 正, 吉川 秀夫: 荒川 感 潮域 に お け る水 質 の縦 断分 布 とそ の時 空 間変 動 特性 に関 す る現 地観 測, 河 川 技術 に 関す る論 文 集, 第 5巻, 1999. 19)気 象 庁 編集: 気 象庁, 月報, 地 上 気 象観 測 資 料CD-ROM. 20)松 梨 順 三郎: 環 境流 体 汚染, 森 北 出版, 407p, 1993. 21)古 川 恵太, 中 山恵 介, 岡 田知也, 宮 野 仁: 環 境 施策 に 資 す る 内 湾 域 の 総 合 的 な 環 境 把 握 を 目指 し た MELlD-MBモ デ ル の構 築, 国 総研 研 究 報 告, 第1号, pp. 1-16, 2001. 22)椿 東 一郎: 水 理学II, 森 北 出版, 272p, 1974. 23) Smayda, T. J.: Experimental Obserbations on the Influence

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VARIATION

OF SPATIAL DISTRIBUTION

OF CHLOROPHYLL

AND

PHODPHORUS

LOAD FROM

RIVERS

AS MIXING

TYPE CHANGES

IN THE ARAKAWA

RIVER ESTUARY,

TOKYO

Tomonari

OKADA

and Keisuke

NAKAYAMA

The purpose of this study is to clarify the relationship amongst tidal range, distribution of Chlorophyll a and phosphorus flux around the mouth of the Arakawa River. We observed the phytoplankton bloom occurred around the density front during the spring tide when a moderately mixed estuary appeared. Conversely, the phytoplankton bloom occurred thinly under the halocline during the neap tide when a fully stratified estuary appeared. A three-dimensional hydrostatic model was used to better understand the mechanism of the change in Chlorophyll a distribution and phosphorus flux due to tidal range. Additionally, the phosphorus flux around the mouth of the river during the neap tide was found to be twice as large as during the spring tide. Therefore, it appears that the mouth of the river where the stratification strength changes with tidal range has a role of buffer against the phosphorus load.