大橋川 を遡上 する貧酸素水塊の実状 と宍道湖 に及 ぼす影響

L4GdNAJF, p.1‑7(2006)

大橋川 を遡上する貧酸素水塊の実状 と宍道湖 に及 ぼす影響

藤井智康10森_脇晋平2.奥_田節夫³

Actual Situation of Movement of Anoxic Water through the Ohashi River and Its Effects on Lake Shinji

Tomoyasu Fujii', Shimpei Moriwaki'o Setsuo Okuda-'

Abstract: It is well known that the irighly saline water and anoxic water mass in the lower layer of Lake Nakaurni frequently creep up towards the Ohashi River, and this water sometimes

directlyflowintoLakeShinjithroughtheOhashi River(fuJii. 1996, 1998),buttheprocessof the encroachment of anoxic water mass through the Ohashi River is unkttown in detail.

Recently, mally filed experinrent are carried out as a countermeasure of anoxic water extinction in the Ohashi River. but little is known about the etfect of countermeasure. As a beginning of the verification on its effects, we calculated the oxygen deficit amount based on observation results. Therefore, we found that the oxygen deficit arnount was 242 kg in the period of ^less than DO ^1.-5 mg'l', ^and dissolved oxygen concentration deviation flux changed in the range of from 0 to 50 g ' sec '. Consequently, it was tound that the supply of oxygen was necessary for severtrl 10 g ' sec-' to satisfy the inhabiting condition of the c'orbirala japonica PRIME.

Key words: tidal river, saline water intrusion, oxygen deficit amount.

Fttii(1996)お よび藤井 (1998)の 中海画部水域(水深

3m)に お ける塩 分躍 層振動調査 お よび大橋 川 内航 走観測の結果 に よれば、水深 1.5m付近 に形成 され た塩 分躍層 の振動 に よ り、電気 伝導度30 mS・ cmJ 以̲}1(塩分 16 psu以上)の塩水が大橋 川を遡上 し,塩

分躍層が水深50 cmの高 い レベ ルまで に達 した とき には宍道湖付近 まで流 入 している。 またそれ と同時 にDOが3 mg。 lJ程度の貧酸素水が大橋 川 を遡上 し ていることか ら、周期的 に高塩分・貧酸素水が直接 流 入す ること,お よび宍道湖の湖底堆積物 による酸 素消費^(津田,1995)な どが考 え られてい る。 さらに は,中海か ら宍道湖 に至 る間の大橋川の遡上塩水塊 内での酸素消費 によつて貧酸素化 し,宍道湖 に流入 す ることが考え られる。

に

島根県東部か ら鳥取県西部 に位置す る宍道湖 ・中 海 は,大僑 川によつて連結水域 を構成 してお り,さ

らに中海 は境水道 によつて 日本海 とつ なが り,斐伊 川か ら境水道 に至 る連続 した水系 を構成 している汽 水域である.宍道湖 の水環境 は,斐^{伊川か らの流 入}

河 川水 と中海 か ら大 橋 川 をi三 じて遡 上 す る塩 水 に よって大 き く変化す る。中海・宍道湖 における水環 境問題 としては,と くに夏季の底層貧酸素化現 象が 顕著であ り,この現象は水質,底質に大 きな影響 を 及ぼ し(伊達 ほか,1989,神^谷ほか,2001),水産資 源 に も悪影響 を及ぼす こ とが知 られ てい る ^(中村,

1998).ま た,宍道湖湖底貧酸素化 の一要因 として,

め じ は

1 奈良教 育大学教 育学部地学教室 Nara Univcrsity of Educatbn.Dcpartnlcnt of Earth Science,Nara 630‑8528,Japan

:島根 県水 産試験場 Shimanc Prcた^ctur」Fishcncs ExpenmentJ Statio■ ,Hanlada 697‑0051,Japan

'奥田水圏環境研 究所 Okuda Laboratoryお r Studics of Hydrosphcrc Env廿onlllcnts,Okayama 700‑0983,Japan

月 8日 〜11日 に2地点 (矢田地点Pt.2および中海地 点^Pt.3)の底層(底上 20 cm)に ハ イ ドロラボ社製多項 目水 質計 Sonde 4(測 定精度 :水温 ±0。1℃ ;塩分 ±¹

%;溶存酸素濃度 ±0.2 mg。 1 1)を設置 し,それぞれ 10分間隔で水温,塩分,溶存酸素濃度の定点連続観 測 を行 った。

また,宍道湖 と大橋 川の境界である松江大橋下の 大橋 川地点の^Pt。1については,島根県内水面水産試 験場水 質 自動監視 システムの底層 (底上 1.5m)の水 温,塩^分,溶存酸素濃度 の連続記録デー タを使用 し た。

溶存酸素濃度偏差 フラックスの算定

図1に示 され る2000年 7月 にPt。1で得 られた¹⁰ 分 間隔の塩分,溶存酸素濃度 デー タを用 いて貧酸素 水塊 の宍道湖へ の フラ ックス につ い て解析 を行 っ

た。

通常,貧酸素水塊が水産生物 に悪影響 を及 ぼす濃 度 は^3.O mg。 14以 下 とされ て い るが,中村 (1998) は,宍道湖 に生息 してい るヤマ トシジ ミは,溶^存酸

素濃度(以下DOと称す)が ^{1.5 mg。 1 1以}上 あれば数 日間は生息が可能である とい う実験結果 を示 してい る。著者 らは,この値 を宍道湖 における貧酸素水塊 の臨界値 として定義 し,大橋 川 を通 じて宍道湖 に流 入す る貧酸素水流入量 を算 出す ることを試みた。

そ こで,DOが^{1.5 mg。 lJを基準 とし},溶^存酸素濃 度偏差 を△DO=DO(実測値)‑1.5 mg。 ^1・ と定 義 し た。 また,次^{式 に示す ように}DOが 1.5 mg。 1・ 以下 の貧酸素水 の流入量 を溶存酸素濃度偏差 フラックス と定義 し,図 2に^示す下層(水深4m以深)について,

それぞれ解析 を行 った。

2=Σ ^(△S)。y

鳳D。=Σ (△S)。^y・(△DO)

ここで,Q:流^量(m3.seC・),△S:下層部断面積(m2),

V:断面 に垂直 な流速成分(東方流速 をプラス)(m・

sec・),△DO:溶存酸素濃度偏差 (mg。 ^1・),RDO:溶

存酸素濃度偏 差 フラ ックス (g o sec‑1),Σ は下層 通 水 断面の全量 を示す。

酸素欠損量の算出

松江大橋 下 にお いて は中層 よ り下層 でDOが ^1.5

mg。 1‑1以下 の値 が頻繁 に観 測 され る こ とか ら底 上 2.5mの中層 か ら河床 までの通過 断面 を考 える こ と

とした。そ こで,2000年 ^{7月において},貧酸素水が 大規模 に遡上す る期 間 を抽 出 し,DOが ^{1.5 mg・ 11}

図1.大橋川における調査地点

Pt。1:島根県内水面水産試験場 による水 質 自動監視 シス テム、Pt.2および Pt.3:定 点連続観測地点 を示 す。

Fige lo Map showing the location of Lake Shitti,Ohashi River, Lake Nakaulni and Sakai Channel. Solid circles show the location of the automated water quality meter

(Pt.2,3).Pt.l shows the location of the automated water quality  monito五ng  system  by  Shilnane  Prefectual Freshwater Fishery ExpenIIlental Station

近年,汽水湖の水環境 に関連 し,これ ら貧酸素水 対策の一つ として,中海 と宍道湖 をつ な ぐ大橋 川 に おいて,酸素吹 き込みの実証実験等が多数実施 され ている。 しか しなが ら,その効果 について検証す る 第一段 階 として,大橋 川 を通 じての塩水遡上形態 を 明 らかに し,大橋 川 における水理条件 を解析す る必 要がある。

そ こで,本論文では中海か ら大橋川 を通 じて宍道 湖へ流入す る高塩分・貧酸素水 の遡上形態の解析 お よび貧酸素水 の酸素欠損量 を算 出 し,宍道湖 に及 ぼ す影響 について考察す ることを目的 とす る。

大橋川における水理条件

図 1に 示 されるように,中海 と宍道湖 をつな ぐ大 橋川(全長 7.51m)に おいて,塩水遡上過程 を追跡す るために,1999年 9月 8日 〜17日お よび 2000年 8

方 法

len̲hand shore t-hand shore ^(a)

△D0

Mcasurcment laycr● water quaity口ADCPいた10City)

図2.大橋 川 Pt.1にお け る 断 面 模 式 図 図 中 の ● は水 質 観 測 層,■^はADCPによ る 流 速 観 測 層 を そ れ ぞ れ 示 す 。

Fig.2.Schcmatic diagranl shows the cross scctiOn at Pt.1 in the Ohashi River. Solid circlc shows the obscrvation layer with watcr quality meter,Solid rectangle shows thc obscrvation layer with ADCPo Shaded portion shows the lowerlayerin the Ohashi River.

以下 に低下 し始 めた時刻 か ら^{1.5 mg。 1判} 以上 に上昇 した時刻 までの期 間 にお い て数値積 分 す る こ とに よって酸素欠損量 を算 出 した (図 ^3).

4Dο=″几^Dο″

ここで,晩^{DO:酸素欠損量}(g),a:DOが ^{1.5 mg。 1 1}

以下 に低下 し始 めた時刻,b:DOが ^{1.5 mg。 11以 上}

に上 昇 し始 め た時 刻,RDO:溶存 酸 素 濃 度偏 差 フ ラ ックス (g o secJ),t:観 測時刻 を示す。

結 果 と 考 察

大橋川の塩水遡上形態

図4に示 され るように,1999年 ^{9月 11日 には},1 日2回^Pt。3から時間遅れでPt.1まで高塩分水が到達 している様子がわかる。 これは,潮汐 による両湖の 水位差 によって生 じた潮流 によ り生 じている と考 え られる。また,1999年 ^{9月 13日} においては大橋 川 中 央 部 のPt.2ま で は高 塩 分 水 が 到 達 して い る もの の,松江大橋 の^Pt.1ま で到達 していない。同様 に し て,2000年にお い て は 8月 9日 〜10日 ,10日 ^〜11

日にか け てPt。1ま で高 塩 分 水 が 到 達 してい る(図

5)。 したが って、実測 された結果 よ り大橋 川の遡上 パ ター ンには,次の ことが考 え られる。

(1)高 塩分水 は,中海 か ら大橋 川 を通 じて宍道湖 に 到達 して流入す る

(2)高塩分水 は,宍道湖 まで到達す る以前 に,下^げ潮 あるいは水位差条件 による大橋川の流れ によって折

り返す

図3.溶存 酸 素 濃 度 偏 差 (△DO)と溶 存 酸 素 濃 度 偏 差 フ ラ ッ クス (F△∞)の算 出模 式 図

Fig.3.Schematic diagranl shows the fluctuation of dissolvcd oxygen conccntration deviation(△ DO)and

dissolved oxygen conccntration de宙 ation iux(RDO),

rcspcctively.

この2通りが考 え られる。

一般 に 日本海の ように潮位差が小 さい感潮河川 に おいては弱混合型の塩水 くさび型 として流入す る と 考 え られるが (図6),大橋 川 においては宍道湖 。中 海が連結 してい るため に,両端 の水位差 のみ に支配 されるのではな く,中海 における内部波 の河 口への 這 い上が りや,降水 に ともな う大橋 川 を通 じての河 川水 の流 出状態の変化 な どによって遡上パ ター ンが 変化す る と考 え られる。実際 に過去 の観測事例 とし て,島根 県 衛 生 公 害 研 究 所 (1991),吉村 (1993), Fttii(1996)お よび森脇 ほか(2003)において も,様^々

なパ ター ンで高塩分水が大橋 川 を通 じて宍道湖 に流 入 している とい う結果が得 られている。今 回の調査 結果 につ い て,1999年 9月 で は松 江 地 点 降雨量 が 152.5mm(平年値202.4mm)お ^よび2000年 7月,8

月で は松江地点 降雨量 が,そ^れぞれ74.5mm,26.5 mm(平年値 240.5mm,144.4 rllm)と 平年 に比べ て降 雨が少 な く塩水遡上や貧酸素水塊が発生 しやすい夏 季の2ケ年の調査 であるが,同様 に塩水遡上パ ター ンには,時間や場所 によって様 々な形態 を呈す るこ とが わか った。大橋 川 にお け る遡 上形 態 につ い て は,大橋 川内の複雑 な河床地形や 中流部 での河川の 合流 な ども考慮 し,さ らに詳細 な調査 を行 う必要が

奮ｒ 調 口・

・ユ Ｅ 壽 竜 Ｚ 己．

︵日︶ｏｏ●２己∩ち＞ｏ口﹄髯゛諄 0.2

0。1

0

‐0。1

‑0.2

35 30 25 20 15 10 5 0

9/10 9/11 9/12 9/13 9/14

→

∽ｅ

む 一遍

■

∽

1998/9/8 9/9

No Data

/＼ ^A

イ

9/15 9/16 9/17    9/18

1998/9/8 9/9 9/10 9/11 9/12 9/13 9/14 9/15 9/16    9/17 9/18

―一一―――Pt.3 --- ^{Pt.z Pt.l}

図4。 大 橋 川 両 端 の 水 位 差 と 人橋 川 底 層 に お け る塩 分 の 時 系 列 変 化 (1999年 9月 8日 ^〜17日 )

Fig.4.Tcmporal variations in、vatcr level dintrence betwcen both lakcs and salinity at the bottonl of the Ohashi River from 17 Septcmber,1999

(a)

こ奮 0。2 8:ヨ

目あ ^0・1 :10

12:00   2000/08/09   12:00   2000/08/10   12:00   2000/08/11 12:00   2000/03/12

レ _{・ ″} 7‐ F― _{― ヽ} ^・￢iR卜、こ ^√

ヽ 1ミ、 ヽ

N｀_■

2000/08/08   12:00   2000/03/09   12:00   2000/08/10   12100   2000/08/11 12:00   2000/08/12

6 5 4 3 2

1

0

５ ０ ５ ０ ５ ０ ５ ０ ３ ３ ２ ２ １ １

曾∽ ３

︒︼颯む 一ｄ∽

ｂ

ヽノ ︵〒．  ． 日︶●ｏｍ︑ｘ００ｏ＞

一 〇潔∩∽

Ｃ

2000/03/08   12:00   2000/08/09   12:00   2000/08/10   12:00   2000/08/11 12:00 2000/08/12

Pt.3 ――――――Pt.2 ‑・^―・…… Pt.1

図5.水位 差 ・塩 分 ・溶 存 酸 素 濃 度 の時 系列 変 化 (2000年 8月 8日 〜H日)

(a)両 湖 の水 位差,(b)塩^分,(c),容存 酸 素 濃 度 を示 す 。

Fig。 5.Tcmporal variation in (a)water level diffcrencc betwccn both iakes,(b)salinity and (c)dissolved oxygen in the Ohashi

River lil‐om 81o ll August、 2000

β ^{メ r A ̲ 、  ノヘ、′}

ハ A ハ / Aノ A「 ヽアヽ^/ tA/ ^{ヽ f V V▼ Vヽ″}

V  V Vv _Vヽ ヽノ V

Vv

V

V

パ .

7 ヽ √ ヽ

■ 聾 ｀ ほ ￨  ハ ^W｀ ヽ ⌒

i  l』Pヽ崎^r・

「

F半■ ●‐̀f ^日 l′7 II P・ ′‐ヽ崎」 ⌒ / ∩

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Jノ ^{r  、し}   メ

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Pt.3 Pt.1

Ч ダ^{t.2.t̲. 〆} A

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二

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押 ″

上.メンヽ^r°・¹ ′hノ

蒻 ^暉ノ

″■猥 ″.WI▼W _ヽ1 ♂

ヽハ へ‖ W^″ 「T ^rヽ、Ⅷ ‐

ヽ夕^{/ 11■。ノ atl ド・ ЧJ}

W ^{｀・●￢しン 。ご。/ し}

fiesh water

(b) partially mixecl type (a) weakly mixed type

図6。 感 潮 河 川 に お け る塩 水 遡 上 パ ター ン Fig.6。Schcmatic diagram showing the salinc water inllow pattcrll lll thc tidal river

ある と考 え られる。

次 に,松江大橋下 を通過す る水塊 についての塩分 と溶存酸素濃度 について着 日す る と,底層の塩分 と 溶 存 酸 素 濃 度 に は逆 相 関^(■=‑0.66)の 関 係 が あ り,25 psu tt Lの 高塩分水が観測 される時 には,4.0 mg。「

1以下の低溶存酸素濃度 を示 してお り,宍道湖 に貧酸素水が流 入 している可能性 がある と考 え られ る。(図 7)。

0       5      10      15      20      25      30 Salinity(pSu)

図7.大橋 川 (Pt.1)に お け る塩 分 と溶 存 酸 素 濃 度 の 関 イ系(2000年 7月 1日 ^ヽ31日 )

Fig。7.Relationship bet、vcen salinity and dissolved oxygcn concentration(DO)atthc bottom laycr of Pt.l fl・ om ito 31 July,2000.

また図8に示 されるように,1994年の近畿大学 グ ループ(津田,1995)が,大橋川 と宍道湖 との境界付 近の底層 (底上o.5mと 1.5m)に水質計 を設置 して 行 った調査結果 をみ ると,電気伝導度 と溶存酸素濃 度の変動 に逆相 関の関係があることがわかる。

これ らの こ とか ら,大橋 川 を遡上 して,高^{塩 分・}

貧酸素の水が宍道湖 に流入 し,水深の深 い湖央部付 近の底層 で さらに貧酸素化す る もの と考 え られ る。

ただ し,大橋川内での貧酸素化 については詳細 な調 査 を実施 し,塩水遡上期 間中の酸素消費量 について 検言J‐す る必要がある。

遡上水 が宍道湖 に及 ぼす影響

2000年 7月 1日 〜_31日 の期 間について解析 した結 果 (図 9),この期 間の うち溶存酸素濃度の欠測が な く,十分 に機器 メンテナ ンスが行 われていた期 間で ある2000年 7月 17日 を抽 出 し,酸素欠損量 の解析 を行 った。

表 1お よび図 10に 示 され る よ うに,1.5 mg。 ^1￢

以下の期 間の酸素欠損量 は 242 kgで あ り,1回^の貧

(a)

￨ ￨ ￨ l

︵ｐτョ一︼ａ日占  ｏｒ仁Ｆ∽︶ゎＥ

Ｇ︶りｏ５

ｃ ＞  ︵ＴＴ旨︻︶ｏ∩

︲冷ニロ 日︶口ｏ∞︑ＸＯ一０ムｏ協一∩

15   17   19

August 1994 0 5rn above'the bottoln 1 5rn abo'u,e the bottorn

図8.大橋 川 画端 にお け る水 温 ・電 気 伝 導 度 ・溶 存 酸 素 濃 度 の時 系 ゲJ変化(1994年 8月 9日 〜26日 ^{)。 (津}田,1995

よ り).

Fig.8.Temporal variation in(a)tcmpertturc,(b)conductivity and(c)diss01ved oxygen at westcrn mouth of the Ohashi River貴om 9to 26 August,1994.(■om Tsuda,1995).

(c) strc-rngly mixed type

7[:」J躍

4 Sal+5。4

,・

﹂

粍 ^{脚 普一}

駆 臓

﹁．．

日 Tニ

町■嘔剛

「

unlt:

Direction DO deficit amount L.Nakaumi *L.Shinji 1113.5 L.Shinj i-L.Nakauml ^‑871.5

total ^242.0

表 1.大橋 川 を遡 上 す る酸 素 欠損 量 Table l. Oxygcn deficit amountthrough thc Ohashi river.

200℃

"m1   20000706   2111101071H   2000Ю

7116   201111/0721 21X10Ю 7131

(b)020

::￨￨￨

:f‑010

ξξ^̲o

IЮ ll107 01    211110/071116    200007′ H    2000107/16    2m10■1    2m10726   20000■1

21111111117101   20001117106   200011171H   2110010716   "000721   200007126   2000107131

図^9。 大 橋 川(Pt.1)にお け る塩 分 ・溶 存 酸 素 濃 度,水

位 差 (中海 一宍 道 湖),気圧 の 時 系 列 変 化 (2000年 ⁷ 月^)。

Fig。 9. Temporal va五ation in(a)salinity and dissolved oxygen atthc Pt.1(b)watcr lcvel diffcК ncc betwecn Lake Nakaumi and Lake Sh可 1,alld(C)atmOsphc」c pressurc at thc center of Lake Nakaulllll in July,2000.

酸素水塊 の遡上期 間中の酸素欠損量 は数^100 kg程度 であることが わかった。 また,溶^{存酸素濃度偏差 フ}

ラ ッ ク ス は_,1.5 mg・ ^1￢ 以 下 の 時,0〜50 g o sec判

の範囲で変動 を してお り,ヤマ トシジ ミの生虐、条件 を満たす ため には数10 g o Sec￢ 程度の酸素の供給が 必要 になることがわかる。

しか しなが ら,河川に酸素 を注 入す ることがで き た として も河 川の水理特性 を十分 に考慮 し,対^{策 を}

行 う必要があ り,大橋川の ように両湖 の水位差 によ り変化す る場合 には,塩水遡上が途 中で折 り返す場 合 もあることか ら,詳細 な調査 によって対策場所や 注 入時間な どを予測 し,決定す る必要がある。また^, 大橋 川における塩水の拡散状況 を把握 し,対策場所 や酸素の吹 き込 み量 について検討す る必要がある。

(a)

■ 2

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(b)_ 600

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2000/7/17 2000/7/18

600

9 00    12 00   15 00   18 00   21 00   2000/7/18

図^10。 酸素 欠損量 の計算結果

(a)溶 存 酸 素 濃 度 の 偏 差,(b)流^量,(c)溶存 酸 素 濃 度 偏 差 フ ラ ツ ク ス.

Fig。10。Calculation results of oxygen dcficit amount.

(a)DO dcviation,(b)dischttgc,and(c)DO deviation flux, rcspectively.

今回の調査結果か ら次 の ことがわか った

(1)大橋川の塩水遡上パ ター ンとして,一^{つ は},遡^上 塩水が宍道湖 まで到達 し, もう一つは途 中で折 り返 す ことが考 え られ る。

(2)一回の貧酸素水塊 の遡上期 間中の酸素 欠損量 は^, 数 100 kg程 度であった。

(3)一回の貧酸素水塊 の遡上期 間中,1.5 mg。 lJ以上 に保つため には,数 10 g o sec判 程度のDOの供給が 必要である。

大橋川における水理特性 は,大^{橋川両端の水位差}

のみ に支配 され るのではな く,中海 における内部波 の河 口への這 い上が りや,降水 にともな う大橋川 を 通 じての河川水 の流 出状態の変化 な どによって も変 化す るために,様々な条件 において詳細 な調査 を実 施す る必要がある。 また、最近の干陸お よび淡水化 中止 によ り,中浦水 門の撤去や締 め切 り堤 防の開削 な どがあ り,これ までの環境条件 とは大 き く異 なる ことが予想 され,高塩分水や貧酸素水塊 の遡上 に関 しては,長期的 なモニ タリングが必要である。

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０︲５ ０︲０ 鰤 剛 ９９５

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