(1)高知市の工場地帯に於ける大気汚染の研究
上 田 寿
(文理学部物理学教室)
AStudy
on the Air Pollution in the Area of the
IndustrialPlants in Kochi
City
By Hisashi Ueta
(Pりsteal
Laboratoり,
Faculりof
Literature
and
Science, Kochi
JJniversiり)
緒 論
煤煙による都市の大気汚染は衛生,交通,農業その他多くの方面において重大問題となりつつあ
り,近時原子力工業の発達と共に汚染並びに拡散に関する研究は特に重要性を加えて来たため多く
の研究がなされるようになった.地方都市である高知市においても最近工場の増加に伴い,この問
題は次第に重大さを増しつつあるにもかかわらず今日ま七その調査研究は殆ど行われておらず,た
だ視程に関する研究〔1〕’と大気汚染物質の化学的研究〔2〕が一部行われたに過ぎない.
本研究は高知市枝橋地区の工場群からの煤煙による大気汚染について大気中の煤煙の地域的分
布,大気汚染が日射量に及ぼす影響,種々の大気の安定度と煤煙の濃度との関係等に主眼点を置い
て行われたもので,大気汚染の実状についての一資料を提供すると共に理論的な考察を加えた.
I.観測●の概要
(i)観測日時
夏季と冬季の大気汚染の状況の特徴を知る為に夏季の観測を1961年7月27―31日,8月1
−13 日,
21―24日,9月7
−11日, 1962年7月30日,31日,8月3−9日に行い,冬季の観測を1961年12月
21-26日,
1962年1月26,
27日,12月22―27日に行った.
(ii)観測場所
煤煙地区として高知市桜橋通り五丁目の南警察署屋上並びにその周辺を選んだが,同地区におい
て煤煙を出す工場の配置状況は第2図の如きものである.南署より湾を隔てて約400in南東に日本
セメットエ場,土佐電気製鋼所がありその約300m西方に入交産業石灰工場がある.南署の西約100
mには神戸製鋼,北には400m離れて南海化学,北東700mには東洋電化などの諸工場があるが南海
化学は煤塵を余り出していない.
無煤煙地区として煤煙地区と比較するために約8km北西にある朝倉地区高知大学自然科学教室
の三階建の屋上(地上13m)を選び,日降塵量,日射量及び気温の測定を行った.その他南署より
約3km北にある高知地方気象台の気象資料をも参考にした.(第1図参照)
(iii)観測器械及び観測方法
南署屋上(地上10m)では風向,風速,気温,日射量を測定したか,風速の測定には理工研式小
型ロビッソッ風速計を用いリシャール式自記電接回数器に自記せしめ,風向には小型自記風向計を
用いた.気温は銅−コンスタンタン熱電対温度計2本を用いて地上2mと12mの二高度において測
った.日射量の測定には南署ではゴルチンスキー,日射計を用い,.前記熱電対温度計と共に高須式微
(2)114
高知大学学術研究報告 第13巻・.自然科学 I 第12号
一一
第 1 図 第2図 枝橋地区略図
細気象自記記録装置〔3〕に接続して一昼夜にわたり自記せしめ,大学屋上では農試電試式日射計
を使用し南署と同じ測定日に一昼夜にわたり自記せしめるか又は日の出から日没までの各時刻につ
いて読取りを行った.空気中の浮遊煤塵の測定には労研式塵埃計を用いた.その他日降塵量を測定
するために受口面積28×22cm2のホーロー引き写真バットに半分位水を入れ一昼夜放置した後,採
水して蒸発乾固しその重量を精密化学天秤ではかった.
H.記録の読取りと資料の整理
微細気象自記記録装置の記録用ブロマイド紙を巻いたドラムは約24時間で一回転し,これに気温,
日射量を自記せしめたが,その記録を各時刻において読取りこれらの値は第1表及び第2表に示し
てある.浮遊煤塵粒子の大きさの測定犀は労研式塵埃計φデッキグラス上.に採取された煤塵粒子群
を400倍に拡大して顕微鏡写真にとり更に印画紙に拡大焼付けをする.(第4図参照)同倍率に拡
大した0.01mmの対物測微尺を用いて作った0.01mm間隔の網目状の透明なスケールをあてがって,
それの任意の10網目中にある煤塵数から1網目中の平均煤塵数を数えて付着煤塵総面積の総網目数
と吸引回数とから空気1CC中に含まれる浮遊煤塵数を算出した.直径0.001mm以下の微小なもの
は写真焼付けのむらや,写莫粒子の粗さと区別がつき難く確訂し得なかった,
m.得たる結果とその考察
(i)浮遊煤塵の地域的分布
浮遊煤塵の地域的分布を知るために趨椙地区において第2図めOから14までの番号の地点15ケ所
を選び,オートバイを用いて塵埃計により順次地上約lm高度の浮遊煤塵を採集して回った.1[可
の巡回を終るのに約1∼2時間を要したがその間気象状態は殆ど変化しなかった.(第3表参照)
その結果に基いて1
cm' 中の煤塵数で表した等濃度線を引くと第5図(a)−(k)の如くなる.
夏の早朝の例としては1961年8月6日と8月7日,
1962年8,月8日の三例かおるが,いずれも陸
風にあたる北乃至西の微風が吹いており8月6日の早朝には変電所(地点番号9)が1160の最大濃
度で北に遠去かるにつれて薄くなっているか商業高校(7)付近で310の極大値が出ている.8月7日
にはハラu引2)が最大濃度5000で潮江東小学校(13)に820の極大値か現われており6日と大体似た
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高知市の工場地帯における大気汚染の研究 (上田)
一一-II
115
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高知大学学術研究報告 第13巻 自然科学 I 第12号
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高知市の工場地帯における大気汚染の研究 (上田)
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第5図b.
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(7)地域的分布
高知市の工場地帯における大気汚染の研究 (上田)
(number/cm3)
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1
1957
3863
4069
7313
6129
4378
1236
1648
824
1494
2630
1185
2411
2318
2575
h
1 0
h
1 1
Aug.
8
15
18
21
3914
1494
6901
第5図c.
1961 Aug.
6. 18h35m-21h30m
h
16 ・5
h
17 0
h r
18 08
11
13
2730
1597
6129
258
1185
5562
2627
12618
4069
7365
8549
4378
5356
3914
4069
h
0 9
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m0 0 5m5 5 0 5 0 0 5 5 7m0 5
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00
4 5 5 0 1 2 2 3 4 4 5 5 1 1 1
Dec.
26
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21
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0 7 8 1 6 n6
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6
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5
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4
10661
4790
h
13
第5図d.
1961 Aug.
7 5h30m-6h55ra
(8)120
高知大学学術研究報告 第13巻 自然科学 I 第12号
第5図e.
1962 Jan. 27 8h35m-10hl7m
第5図g.
1962 Aug.
8‘6h30
m―8hOOm
第5図i.
1962 Aug.
8. 16h55m-18h
13m
第5.図f.
1962 Jan. 27 Ilh57m-13h44m
第5図h. 1962 Aug. 8 10hl2m-llh21m
第5図j.」962
Dec.
26. 7h40m-9h20m
(9)高知市の工場地帯における大気汚染の研究 (上田)
地点に最大及び極大値がある.
1962年8月8日の
早朝には北西の微風かおり最大濃度の中心が東方
の岸壁(3)に移動している.即ち夏の早朝には北
又は西寄りの風により南の工場を中心とする地帯
か又は東方の岸壁に多くなる.
夏の昼の例としては1961年8月6日,
1962年8
月8白があるが,前者では南風で最大濃度が日本
七メツト(1)で16900・と多く一つの中心となり,そ
の煤塵か南東風に流されこの地点から北西に沿う
地帯の観測点(8),尚(11)に多くなっている.後者の
1962年8月8日10時−11時ではハラミ橋(2)に最
大値,新田㈲に他の極大値が見られる.又8月
8日17時−18時では南東風の影響により最大濃度
の12618は工場地帯の北北西の南海化学付近にあ
・り極大値5562が新由㈲に現われている.こ,のよ
121
第5図k.
1962
Dec.
26.
12 h 00 m-13
h 25 m
うに南の工場地帯と,飛び離れた新田に極大値が現われるのが特徴であるがこれは東洋電化の出す
煤煙の影響によるものと推定せられる.
夏の夜間の例としては8月6日18時35分−21時30分の一例のみであるが(第5図c)地面近くの
浮遊煤塵濃度は少く南署(O)で860及び新田㈲で690が極大となっている程度である.煤塵濃度の
地域的分布は夏の早朝のそれと似ており,風向は夜9時頃から翌朝・日の出過ぎまでは北寄りの陸風
となり極大値か南に一つ,これより小さいが北の方にも他の極大か現われる傾向にある.
冬の朝の例としては1962年1月27日には殆ど無風状態であり工場地帯に大きな濃度が現われ南署
(o)で2400,
(4)の地点とホコラ(6)で3100の極大値を示し北西に進むにつれてその値は小さくな
っている.
1962年12月26日7時−9時には南東の微風かあり南の工場地帯付近で8000北のホコラ(6)
で13081と大きな値を示しているがこの大きな値は東洋電化工場の影響によるものと考えられる,
冬の昼間の例としては1962年1月27日11時57分−13時44分かあり南海化学(7)が3900で最大とな
りこれより東,西,北へ行くにつれて値は小さくなっている.12月26日12時−13時25分では南南西
1.8 m/sec
の風であったが南の工場地帯に最大濃度が現われた.
以上の諸例より煤塵濃度の地域的分布は浦戸湾上空からの清浄な空気の影響を受けることが多く
の場合に見られ,特に1962年8月夕方(第5図i)と12月26日早朝(第3図j)において著しい.
前者は風下に向って北西の二方向に清浄な空気が入り込んでいるのが見ら・れ,後者は西に入り込ん
だ湾の影響が歴然と現われている.前に既に述べた通り工場地帯から飛び離れた新田叫に一つの
極大値が現われる原因の一つは煙源が地上ある高さにあるということであり,他の一つは此の湾か
らの清浄な空気の流入によるものではないかと考えられる.
Bosanquet
and Pearson の理論〔4〕によれば地上hmの高さの連続排出の点汚染源からの放出
争
気体の地上最大濃度の出現位置は
JCmax
≪p
によって与えられた.但し?は垂直拡散係数である.煤塵の微粒子は気体と同様殆ど落下速度は
考慮しなくて良いと考えられるので,汚染源が比較的はっきりしていると見られる例について此の
式を適用してPを算出した.
1962年8月8日6時30分−8時に対しては神戸製鋼と岸壁(3)との距
離をX。.=750
m, 煙突の有効高度/i=30mとしてP=0.02を得,同じ日の16時55分−18時13
分の例については神戸製鋼と南海化学(7)との距離X。.=500mとしてP=0.03となり,12月26
(10)122 高知大学学術研究報告 第13巻 自然科学 I 第12号
一
日7時40分−9時20分に対しては汚染源の東洋電化とホコラ(6)の間をX。。=
500m,
/i= 30mと
してP=0.
03を得たが,これ等の値は Bosanquet
and
Pearson の得た?の値0.02(Low
Turbulence),
0- 05 (Average
Turbulence)にほぼ近い値を示している。
(ii)煤塵粒子の大きさ
南署屋上における煤塵粒子の大きさは直径0.001mm程度の粒の揃ったものか多く,見かけはほ
ぽ球形である,0.001
mm
又はそれ以下の大きさの粒子数は全休め90%前後を占める場合か多く,
0.003∼0.005mmの粒子がこれに次ぎ,
0.01mm以上のものは殆ど見られない.塵埃計のスリット
の幅が0. 1 mmであるので余り大きな粒子は此の測定にはかからない筈であるが,稀には長さ0.08
mmの巨大粒子も見られた.これは石英質で地面の砂塵の舞い上ったものではないかと思われる.
(第4図(b)参照)
(iii)浮遊煤塵粒子数の日変化
南署屋上において3時間置き位に労研式塵埃計によって測定した浮遊煤塵濃度の日変化は第4表
及び第6図の如くなっている.9月8日の6時には13320.と最大で9時には1944,
12時と16時50分
第4表浮遊煤塵濃度の日変化と気象要素
Date
1961 Aug.
23
Aug・
Sep.
24
7
Sep. 8
Sep.
9
Sep.
10
Time
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108
144
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(∠ITZ∠iZ)×103
°C/cm
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Direction
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1962 Aug.
8
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NW
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Dec. 26
Dec 21
7 40
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10 00
12 00
14 00
16 00
19 00
9 30
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SE
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・sw
W
W
N
(11)高知市の工場地帯における大気汚染の研究 (上田)
には100位に小さくなっている.その他の日につ
いても多くの場合同様の傾向を示しており一般に
は早朝に地面近くでは大気の汚染か甚だしく,日
中になる・と共に小さくなっている.これは南署で
は夜間及び早朝には夏でも北乃至西の極く弱い陸
風が吹き神戸製鋼所の工場からの煙をまともに受
けることと,地面近くで中立又は気温の逆転層を
生じ上空への拡散を妨げるためと推定される.た
だ1962年の12月26日には14と16時で10000cm-3以
上の大きな値を示しているが,これは極く弱い西
風が吹いている時で測定点の南署に対して最も大
きい影響を及ぼす神戸製鋼所の煙をまともに向け
たためである.
大気の安定度と煤塵濃度とは密接な関係かある
といわれているのでその関係を調べた.但し気温
の逆転層が存在する時にはその高さが問題になる
が,本観測においてはよ層の観測はなくて地上12
mと2mの温度測定に基いて垂直温度勾配を出し
たものである.第7図は南署屋上におけるlcm'中
の煤塵数と垂直温度勾配との関係を表したもので
あるか,強い不安定状態では煤塵数は少く3T/9Z
=Oなる中立状態付近に大きな濃度が集中してい
る.∂フソ∂Z=Oは早朝又は夕方に起ったか,その
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1961
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1λ 15 18 21 舛気
第6図 南署における浮遊煤塵濃度の日変化
-2.0 -\.<5 -10 −o・5 0 0.5 1.0 1.5 2.0
第7図 垂直温度勾配と浮遊煤塵濃度 (number/cm3)
べgP403(゜c/c-w.)
○印は1962年12月26日
(12) 124 高知大学学術研究報告 第13を 自然科学 I 第12号
中,夏には最天濃度はいずれも早朝の方にだけ起っている.これは夕方においては日中の不安定状
態の開に煤塵は上空に拡散せられ,地面付近では濃度か小さくなっているためと思われる.ここで
は南署のみにおける浮遊煤塵濃度と・大気安定度との関係を調べたものであるか,
1962年8月8日の
朝,昼,夕,の煤塵濃度の地域的分布図を見てもわがるダよう述最大濃度の出現位置か風向の影響に
より一│ヨ中でも大きく移動するので,―地点のみにおける煤塵濃度測定では濃度変化と大気安定度
の関係を一義的に決めることは難しいか,その点風吋のほぽ一定した1962年12月26日では安定度の
増すと共に煤塵濃度が比例的に増すという従来認められている関係かうまく成立したものと思われ
る.
(1V)日降塵量
煤煙地区と無煤煙地区とにおける日降塵量を比較するため,南署屋上と朝倉の高知大学屋上とで
写真用ホーロー引きバットを屋上の床からの塵埃の混入を出来るだけ避けるため高さ約50
cm のコ
ンクリート台上に一昼夜放置し,前記の方法で日降塵量を測り毎平方mにつき一日に落下する量に
換算した.得たる結果は第5表の通りである.
・第5表 煤煙地区(南署),無煤煙地区(朝倉)における日降塵量
Date
Iニ(びぷ首
Weather
Date
Dust Weight (g/m2 day)
Weather
Minamisho
Minamisho
Asakura
1961 Jul. 27-28
29-31
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5−6
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1962 Jan. 26-27
Jul.
30-31
31―Aug.
1
Aug. 3−
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22―23
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1961,
1962両年を通じて特に大きな値の12月21,・22,
23日を除外して平均日降塵量は煤煙地区に
おいては2.
72 g/m^
day で無煤煙地区0.83
g/m^
day
の約く□,倍に達している.夏季の7,
8, 9
月の測定日の煤煙地区では2.67
g/m^
day
であり嘸媒煙地区Q.・8l
g/m^
day
の約3.1倍である.
1961年の8月初めには曇天又は雨天続きのため地面より舞い上‘る塵埃か少なく,日降塵量ぱ1.5∼
2. 0 g/m^
day と少なくなっている.従ってこれか煤年のみによ・る:降下煤塵の値と考えて良いと思わ
れる.晴天が続くと地面から吹き上げられたり雨で洗い落されることかないため空気中に浮遊する
(13) 高知市の工場地帯における大気汚染の研究 (上田) 125
- -煤塵量が多くなり次第に降下煤塵量は増加し,最高3.8
g/m^ day となっている.又冬季の12月に
おいては煤煙地区3.08
g/m^ day> 無煤煙地区0.66
g/m^ day で約4.7倍であったが,これは12月
21―22日の24.1
g/m^ day.
22―23日の13.8
g/m^ day という煤煙地区での異常に大きな値を除
外してあるので之等を入れると非常に大きな値となる筈である.この異常に大きな値が何に原因す
るかは不明である.
(V)日射量に対する大気汚染の影響
煤煙による大気汚染によって日射量が如何なる影響を受けるかは重大な且つ興味ある問題であ
る.煤煙地区と無煤煙地区との日射量を比較するために南署でゴルチンスキー日射計,大学で農試
電試式日射計を用いて測定した.第6表及び第8図には観測結果を示してあるが雲などの影響を除
'第6表 日射量の毎時の読取値・(cal/cm-
min)
1961 Jul.
Aug・
Sep.
・Dec.
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(14)126
高知大学学術研究報告 第13巻 自然科学 I 第12号
6
7
8
9
10
11` 12
13
14
15
16
17
18
19
20
7 M
A
8 M
A
1963
Dec.
25 M
A
26 M
A
−
0.14
0.04
0.04
−
−
−
−
−
0.40
0.23
0.19
−
−
−
−
−
0.73
0.34
0.32
−
−
−
−
−
0.95
0.75
0.78
−
−
−
−
−
−
1.19
1.58
−
−
0.46
0.68
1.20
1.55
−
−
0.75
0.83
0.54
0.77
1.30
1.77
−
−
0.32
0.26
0.70
0.84
1.21
1.71
−
−
0.30
0.95
0.69
1.49
1.24
00
−
−
0.57
0.64
0.53
0.84
1.03
05
−
−
0.40
0.44
0.34
0.08
0.77
0.86
−
−
0.15
0.12
0.07
0.25
0.21
0.53
−
−
0
0
0
0
0.17
0.18
−
−
0
0
0
0
0
0
一
一
0
0
0
0
C
O
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一
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0
(〕
0
Cal/cン。2−7,1ふt
2.0
│・0
○
り
第8図
10 15 20ら
煤煙地区(M)と無煤煙地区(A)の日射inの日変化の一例
Ml, Ai : 1962 Aug. 6 M2,
A2 : 1961 Dec.
25
くと日射最は無煤煙地区が煤煙地区よりも一般に大きいことは予想された通りである.日出から日
没までの日射量は面積計を用いて記録紙上から直接測定しで出した.又自記させない時には一時間
ごとの各時刻に於けるメーターの読取値からグラフ紙上に記入して滑かな曲線で結び面積計で測っ
たのでその値も同じく載せてある.尚各時刻の読取値をグラフ紙上に記入して平滑した曲線で結ん
だものを面積計で測ったものと,記録紙上から直接測ったものとを比較してみるに両者は大差の無
い値を示し,各時刻のものを結んで測ったものでも充分近似的な値が得られることかわかった.そ
の結果は第7表に示してあるが,一日の日射量は夏季快晴日には煤煙地区で500∼670
cal/cm^ day,
Date
1961 Aug.
4
22
23
24
Sep.
7
9
10
10
第7表 煤煙地区と無煤煙地区における日射l (cal/cm-
clay)
括弧内は各時刻の読取値より出したもの
Time
Minamisho
Sunrise
―
Sunrise
−
Sunrise
−
Sunrise
−
h m
11 00 −
Sunrise
−
Sunrise
−
1200 −
Sunset
Sunset
Sunset
Sunset
Sunset
Sunset
Sunset
1700
7
8
8
一
一
S
9
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0
0
7
5
9
3
6
/
0
677.6
338.1
(246.
0)
442.7
517.7
(168.6)
Asakura
-
- −
(299.4)
−
−
(209.4)
影100
- −
−
−
−
−
C82. 2)
−
−
(80.5)
Weather
○○○○
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