COD(mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L) 瀬戸内海平均大阪湾北部 瀬戸内海平均大阪湾北部

大阪湾の水環境再生策のあり方

大阪大学大学院 西田修三 「ＣＩＦＥＲ・コアへの招待」 ２０１５．５．２９ 内容 ・大阪湾の水環境 ・水環境の再生と創造 ・都市沿岸域の水・物質循環 ・人工循環系による物質循環の管理・制御 下水の利活用 地下水の利活用 港湾域の流況制御 感潮域のエネルギー利用 大阪府域の汚濁発生負荷量 水質総量規制 下水道施設の整備

現在

現在

現在

現在

■汚濁負荷は着実に減少 ■赤潮、貧酸素水塊は未だ頻発 ■海域によっては貧栄養化の指摘 COD（化学的酸素要求量） T-N（全窒素） 汚濁負荷の削減 汚濁負荷の削減

高度経済成長期

高度経済成長期

高度経済成長期

高度経済成長期

■汚濁負荷が急増 ■海域の有機汚濁、富栄養化 T-P（全リン）

汚濁負荷の削減施策

0 1 2 3 4 5 6 19 70 1 97 5 19 80 1 98 5 19 90 1 99 5 20 00 2 00 5 20 10 C O D （ m g / L ） 瀬戸内海平均 大阪湾北部 0 0.4 0.8 1.2 1.6 1 97 0 1 97 5 19 80 1 98 5 19 90 1 99 5 20 00 2 00 5 20 10 T N （ m g / L ） 瀬戸内海平均 大阪湾北部 0 0 .0 4 0 .0 8 0 .1 2 0 .1 6 1 97 0 1 97 5 19 80 1 98 5 19 90 19 95 2 00 0 20 05 2 01 0 T P （ m g / L ） 瀬戸内海平均 大阪湾北部

瀬戸内海の水質の変遷

【環境省データ】

海域環境の変遷

0 10 20 30 40 50 60 D IN /P O4 -P （（（（ m o l比 ） 比 ） 比 ） 比 ） 陸域負荷 湾奥部平均 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 N H4 -N /D IN 陸域負荷 湾奥部平均 0% 20% 40% 60% 80% 100% 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 種 構 成 比 種 構 成 比 種 構 成 比 種 構 成 比 [% ] S. costatum S. costatum以外の珪藻類 渦鞭毛藻類 その他 DIN/PO4-P NH4-N/DIN 1975年 1985年 1995年 2005年 1975年 1985年 1995年 2005年 大阪府調査を基に作成

植物プランクトン（ 植物プランクトン（植物プランクトン（ 植物プランクトン（Chl.a）の表層分）の表層分）の表層分）の表層分 布 布布 布

水質の衛星リモートセンシング

2003年9月22日御前浜 2003年9月21日甲子園浜

青潮の発生

水環境の劣化原因の解明と再生のためには → 水質だけではなく、物質の収支と循環の把握が必要

水質と物質収支・循環

流入量＝流出量 流入量＝流出量 流入量≧流出量 流入量>流出量 きれいな海？ 豊かな海？ 汚れた海？ I-P Phyto-P O-P 摂取66.6 死滅・呼吸 59.5 堆積 溶出 分解・無機化 28.2 28.2 28.2 28.2 明石海峡 明石海峡 明石海峡 明石海峡 I I I I --- P-PP ：P：：： ---- 1.81.81.81.8 O-P：-0.9 (T-P：-2.7) 紀淡海峡 紀淡海峡 紀淡海峡 紀淡海峡 I I I I --- P-PP ：P：：： +7.9+7.9+7.9+7.9 O-P：-15.6 (T-P：-7.7) 陸 陸 陸 陸 域域域域 I I I I ---- PPPP ：：： +4.5：+4.5+4.5+4.5 O-P：+2.2 (T-P：+6.7) 底 底底 底 質質質質 I I I I ---- PPPP ：：： +22.2：+22.2+22.2+22.2 O-P：-12.3 (T-P：+9.9) 大 大大 大 気気気気 I I I I --- P-PP ：P：：： +0.016+0.016+0.016+0.016

大阪湾のリンの収支と循環（

2005年平均：ton/day） 季節や年により収支は変動

I-N Phyto-N O-N 摂取460.7 死滅・呼吸 398.4 堆積 溶出 分解・無機化 206.3 206.3 206.3 206.3 明石海峡 明石海峡 明石海峡 明石海峡 I I I I --- N-NN ：N：：： +3.3+3.3+3.3+3.3 O-N：-18.1 (T-N：-14.8) 紀淡海峡 紀淡海峡 紀淡海峡 紀淡海峡 I I I I ---- NNNN ：：： +50.9：+50.9+50.9+50.9 O-N：-76.7 (T-N：-25.8) 陸 陸陸 陸 域域域域 I I I I ---- NNNN ：：：： +84.5+84.5+84.5+84.5 O-N：+20.1 (T-N：+104.7) 底 底底 底 質質質質 I II I ---- NNN ：N：：： +122.7+122.7+122.7+122.7 O-N：-94.5 (T-N：+28.2) 大 大大 大 気気気気 I II I ---- NNN ：N：：： +2.0+2.0+2.0+2.0 脱窒 1.5

大阪湾の窒素の収支と循環（

2005年平均：ton/day） 季節や年により収支は変動

ノリの色落ち現象

正常なノリ 色落ちしたノリ 色落ちの原因 色落ちの原因 色落ちの原因 色落ちの原因： 栄養不足（特に窒素不足） 大型珪藻（ユーカンピア） ・冬季に出現 ・増殖速度が大きい なぜ近年出現？ 水温上昇？ 環境施策（富栄養化対策） による陸からの栄養流入量 の減少 対 対 対 対 策策策策 ・貯水池からの放流 ・下水の処理緩和

一次生産 二次生産 栄養塩供給 富栄養化 富栄養化 富栄養化 富栄養化 水質・底質汚濁 赤潮・貧酸素水塊 負荷削減 負荷削減 負荷削減 負荷削減 貧栄養化 貧栄養化 貧栄養化 貧栄養化 栄養塩供給 栄養塩供給栄養塩供給 栄養塩供給 再生？ 生産量減少 生産量増加？ 健全な生態系

健全な栄養塩循環と生態系の再生

物質循環の管理・制御 → 水質・底質＋場の 管理制御 瀬戸内海における今後の目指すべき将来像と 瀬戸内海における今後の目指すべき将来像と 瀬戸内海における今後の目指すべき将来像と 瀬戸内海における今後の目指すべき将来像と 環境保全・再生の在り方について 環境保全・再生の在り方について 環境保全・再生の在り方について 環境保全・再生の在り方について（最終報告） 平成２４年９月 中央環境審議会瀬戸内海部会 【環境保全・再生の基本的な考え方】 （１）きめ細やかな水質管理 （１）きめ細やかな水質管理（１）きめ細やかな水質管理 （１）きめ細やかな水質管理 円滑な物質循環 円滑な物質循環円滑な物質循環 円滑な物質循環を確保するための水質管理を図る。 （２）底質環境の改善 （２）底質環境の改善（２）底質環境の改善 （２）底質環境の改善 負荷量削減 負荷量削減負荷量削減 負荷量削減等の取組と組み合わせて、底質環境の改善底質環境の改善底質環境の改善底質環境の改善を推進。 （３）沿岸域における良好な環境の保全・再生・創出 （３）沿岸域における良好な環境の保全・再生・創出（３）沿岸域における良好な環境の保全・再生・創出 （３）沿岸域における良好な環境の保全・再生・創出 藻場、干潟、砂浜、塩性湿地の保全・再生・創出保全・再生・創出保全・再生・創出保全・再生・創出の更なる推進。 （４）科学的データの蓄積及び順応的管理のプロセスの導入 （４）科学的データの蓄積及び順応的管理のプロセスの導入（４）科学的データの蓄積及び順応的管理のプロセスの導入 （４）科学的データの蓄積及び順応的管理のプロセスの導入 モニタリングによる検証 モニタリングによる検証モニタリングによる検証 モニタリングによる検証と対策の変更を加えていく順応的管理。

水質規制の時代から

水質規制の時代から

水質規制の時代から

水質規制の時代から

→

物質（栄養塩）循環の管理・制御の時代へ

物質（栄養塩）循環の管理・制御の時代へ

物質（栄養塩）循環の管理・制御の時代へ

物質（栄養塩）循環の管理・制御の時代へ

瀬戸内海 瀬戸内海 瀬戸内海 瀬戸内海 環境保全特別環境保全特別環境保全特別 措置法環境保全特別措置法措置法措置法 「 「 「 「 瀬戸内海環境保全基本計画」の変更の閣議瀬戸内海環境保全基本計画」の変更の閣議瀬戸内海環境保全基本計画」の変更の閣議瀬戸内海環境保全基本計画」の変更の閣議決定決定決定決定 平成２７年２月 環境省

水環境の再生とは

再生：復古・復元？ ・・・何を再生：水質、生物種、生物量？ 不可逆な場(地形や物質循環系)の変化 → 復元は困難 再生 → 創造（創出） 健全な水環境の創造に向けた 場の整備と管理・制御

人工的・人為的循環系の利活用

人工的・人為的循環系の利活用

人工的・人為的循環系の利活用

人工的・人為的循環系の利活用

海水交換に及ぼす埋立ての影響

沖合人工干潟 生物共生型護岸（五洋建設資料） 生物共生型護岸（鹿島建設資料） 生態系に配慮した海岸構造物 尼崎21世紀の森 多機能ハイブリッド型護岸の開発

水質への影響因子と改善策

栄養塩の流入流出 栄養塩の流入流出 栄養塩の流入流出 栄養塩の流入流出 外 外外 外 洋洋洋洋 汚濁負荷の流入 汚濁負荷の流入汚濁負荷の流入 汚濁負荷の流入 負荷削減対策 ・COD総量規制 ・窒素・リン総量規制 ・下水道施設整備 陸 陸 陸 陸 域域域域 内部生産 内部生産 内部生産 内部生産 （プランクトン等の発生） 底泥からの溶出 底泥からの溶出 底泥からの溶出 底泥からの溶出 （堆積有機物の分解） 削減対策：浚渫，覆砂 地下水湧出 地下水湧出 地下水湧出 地下水湧出 地形改変 地形改変 地形改変 地形改変 再生策：藻場・干潟造成 海 海 海 海 域域域域 降下煤塵・酸性雨 降下煤塵・酸性雨降下煤塵・酸性雨 降下煤塵・酸性雨 栄養塩の海面負荷 栄養塩の海面負荷栄養塩の海面負荷 栄養塩の海面負荷 大 大 大 大 気気気気 Osaka Bay 気象・海象 気象・海象気象・海象 気象・海象 ：非制御系因子

黒潮離岸時 黒潮接岸時 黒潮が蛇行 黒潮が蛇行 大阪湾～外洋の 物質交換量が変化 大阪湾～外洋の 物質交換量が変化

黒潮

紀伊水道 大阪湾 黒潮表層水 （高温、貧栄養） 紀伊水道 大阪湾 黒潮亜表層水 （低温、富栄養）

黒潮離接岸の影響

5日後 15日後 25日後 離岸期 （再現計算） 離岸期 （再現計算） 接岸条件 接岸条件

黒潮の離岸・接岸による外洋水侵入の変化

222_{Rn濃度表層} 222_{Rn濃度底層}

地下水の海底湧出調査

湾奥部における鉛直分布 自然系循環系 人工循環系 自然系（湖沼、河川、海、地下水、大気など） → 非制御系 人工系（ダム、上下水道、取水、揚水、導水など） → 制御系 物質・・・窒素、リン、ケイ素、有機物 ［溶存態・懸濁態］

内湾流域圏の水・物質循環

地下水 地下水 地下水 地下水 市街地 下水 処理場 浄 水 場 域外からの地下水流入流出 大 気 人工循環系 自然循環系 降雨 蒸発散 公営水受水 河川取水 雨水の表面流出 処理水 下 水 地下水流出 かん養 湧水 域外からの下水 不明水 処理区域外やその他の排水 浸 透 漏 水 家庭・事業所 給水 河 川 河 川 河 川 河 川 ・・・・ 沿 岸 域 沿 岸 域 沿 岸 域 沿 岸 域 地 下 水 揚 水

都市域の水・物質循環

人工系の水・物質循環

森（ 森（ 森（ 森（→里）里）里）里） → 川（湖沼，地下水）川（湖沼，地下水）川（湖沼，地下水）川（湖沼，地下水） → 海海海海 ↓ ↑ → 都市・人都市・人都市・人都市・人 → （人工循環系） （人工循環系） （人工循環系） （人工循環系） 湧水 下水処理場 浄水場 揚水 取水 地形改変 内 湾

0 2 4 6 8 10 2 0 0 9 年 4 月 2 0 0 9 年 6 月 2 0 0 9 年 8 月 2 0 0 9 年 1 0 月 2 0 0 9 年 1 2 月 2 0 1 0 年 2 月 2 0 1 0 年 4 月 2 0 1 0 年 6 月 2 0 1 0 年 8 月 2 0 1 0 年 1 0 月 2 0 1 0 年 1 2 月 窒 素 （ 窒 素 （ 窒 素 （ 窒 素 （ m g /L ）））） 0 0.5 1 1.5 2 4月 7月 10月 1月 4月 7月 10月 リ ン （ リ ン （ リ ン （ リ ン （ m g /L）））） 0 5 10 15 20 25 30 35 4月 7月 10月1月 4月 7月10月 水 温 （ 水 温 （ 水 温 （ 水 温 （ ℃℃℃℃ ）））） 2009 2010 2009 2010

人工循環系の河川に及ぼす影響

• 流量 河川自流量： 0.5～1 ㎥/sec 処理水量： 2～3 ㎥/sec • 窒素、リン 下水処理水の影響を 顕著に受ける • 水温 夏期： 同程度 冬期： 10℃上昇 河川の流量、水温、水質が人工系の影響を強く受けている 安威川 東横堀川・道頓堀川 • 水都大阪の象徴 • 社会的に注目度の高い河川 淀川 淀川淀川 淀川 大和川 大和川大和川 大和川 梅田 梅田梅田 梅田 とんぼりリバーウォーク 湊町リバープレイス デッキテラス「川舞台」

水都大阪の水辺環境

『親水性の高い施策実施のためにさらなる水質改善が求められる』

雨天時の流入汚濁負荷（

CSO

）

処理場 CSO（合流式下水道越流水） ・雨天時に発生 ・雨水の混ざった未処理下水 合流式下水道の仕組み 雨天時 CSO 放流先水域の水質・底質悪化の要因 晴天時 【静岡市ＨＰより】 【盛岡市ＨＰより】

対象の概要

東 横 堀 川 道頓堀川 東横堀水門 道頓堀 水門 CSO吐き口 CSO吐き口 阪神高速道路 からの路面排水

ＣＳＯ流入状況

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 O -N 負 荷 量 負 荷 量 負 荷 量 負 荷 量 (t o n /y e a r) 有機態窒素(O-N) CSO負荷 河川出水負荷 晴天時負荷 0 500 1,000 1,500 2,000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 O -P 負 荷 量 負 荷 量 負 荷 量 負 荷 量 (t o n /y e a r) 有機態リン(O-P) CSO負荷 河川出水負荷 晴天時負荷 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 T -N 負 荷 量 負 荷 量 負 荷 量 負 荷 量 (t o n /y e a r) 全窒素（T-N） CSO負荷 河川出水負荷 晴天時負荷 0 1,000 2,000 3,000 4,000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 T -P 負 荷 量 負 荷 量 負 荷 量 負 荷 量 (t o n /y e a r) 全リン（T-P） CSO負荷 河川出水負荷 晴天時負荷

大阪湾へ流入する雨天時の栄養塩負荷量

• 雨天時負荷を考慮に入れた結果，陸域負荷量はこれまで算定されてきた ものよりも，最大で2倍大きい可能性がある． 算定結果 雨天時負荷（河川出水＋CSO）が総量に占める割合 全窒素(T-N)： 20 ～40 % 全リン(T-P)： 30 ～55 % 有機態窒素(O-N)： 35 ～60% 有機態リン(O-P)： 50 ～75% 現行施策（＝晴天時負荷の削減）は効果があるのか，本算定結果と比較・評価 •気象状況によって，毎年変動 •有機態成分は非常に大きな割合を占める

ＣＳＯの発生抑制事業

平成の太閤下水の建設（大阪市） 2014年末に供用開始 河川流量変動の平滑化、物質輸送量の減少 貯留施設による水質改善効果の定量的把握と 健全な物質循環を考慮した管理・運用が必要 処理しきれない 下水を一時貯留 水質改善施策→水・物質循環系の変更 流量低下後に 処理場に送水

都市下水の利活用

下水熱の利活用：

新しい熱循環系

（ポテンシャルマップの作成：国交省） ↓ 冷暖房，給湯，消融雪等に効率的に利用

下水や汚泥の有効活用：

広域な循環系の形成

ＢＩＳＴＲＯ下水道 ↓ 食（農業・漁業）と下水道の連携：循環型エコ農業の推進

下水熱の利用

【国土交通省】

BISTRO

下水道

地下水の有効利活用

地盤沈下と地下水位の経年変化 地盤沈下と地下水位の経年変化地盤沈下と地下水位の経年変化 地盤沈下と地下水位の経年変化 地下水採取量の変遷 地下水採取量の変遷 地下水採取量の変遷 地下水採取量の変遷 揚水量は1/3に減少。 かつては多量のケイ素が人工 循環系に供給されていた。 【大阪市データ】

都市域における地下水輸送の実態

都市域で輸送される水・栄養塩の起源 下水 処理場 浄水場 浸入水 家庭・事業所 浄水 _下水 放流 揚水 取水 水量 ケイ素 窒素 リン 地下水 表流水 家庭・事業所 都市域における地下水は窒素、リンの輸送にはほとんど 影響はないが、ケイ素輸送に重要な役割を担っている

地下水利用ポテンシャル

0 10 20 30 40 50 60 70 揚 水 量 ( × 1 0 ⁴ m ³ / d a y ) 年 年 年 年 その他 農業用 上水用 工業用 大阪府の地下水揚水量の経年変化 地盤沈下等を生じない利用可能な 揚水量の推定 淡水・熱（温度差）・シリカの供給 ・河川・水路への環境用水として利用 ・沿岸域の人工干潟や湿地への供給

湾奥港湾域の流況制御

・流況、波浪の制御機能を有する埋立等の地形改変 →環境・防災機能の付加・向上 ・沿岸火力発電所などの 冷却水の取放水の利用 →流況・水質の改善 取放水方法、 取放水位置の最適化 ・環境アセス（発電所アセス）のあり方 負またはゼロの影響評価→正の環境改善効果も評価

河川感潮域のエネルギー利用

・都市排水熱の利用 下水・処理水と同様に、事業所排水熱の利用 ・潮汐によるエネルギーの利用 潮流エネルギー・・・交番流 潮位エネルギー・・・干満差 →直接、混合・ばっ気に利用 エネルギー変換して利用 ・舟運のエネルギー利用 鉛直混合・ばっ気 航跡波による河岸部混合・ばっ気 多機能ハイブリッド型護岸による環境改善

水域の温度差を利用した海水交換

水素貯蔵合金アクチュエータを用いて 温度差エネルギーを力学エネルギーに変換 【港湾海水交換への応用】 長谷ら（2004） 宮武ら（2012） アクチュエータの構造