東北地方を流れる岩木川,能代川,雄物川,最上川で
の季節と河川水中の陰陽イオン濃度の関係
著者名(日)
西山 勉
雑誌名
東洋大学紀要. 自然科学篇
号
49
ページ
153-166
発行年
2005-03
URL
http://id.nii.ac.jp/1060/00002503/
Creative Commons : 表示 - 非営利 - 改変禁止 http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.ja東北地方を流れる岩木川，能代川，雄物川，最上川での
季節と河川水中の陰陽イオン濃度の関係
西 山 勉＊Relationship between Water Sampling Season and
Anionic and Cationic Cocentrations in River Water：
the Rivers of Iwakigawa， Noshirogawa， Omonogawa
and Mogamigawa in the Tohoku District of Japan
Tsutomu NISHIYAMA
Abstract For the Rivers of Iwakigawa， Noshirogawa， Omonogawa and Mogamigawa in the Tohoku District， flowing into the Sea of Japan， anionic and cationic concentra− tions within river water were investigated． For each river water sampliIlg was per− formed at three−six points between the upstream spot and the downstream spot． Water sampling was repeated three times on May and August and September− November． For the River Iwakigawa， the concentrations of Na and Cl on the downstream side were found to be higher than those on the upstream side at all sampling times． Similar trends were also observed for K and NOa components． The sum of these lon concentratlons was the least within river water in May． The ratios of concen− trations in August and September to those in May were calculated at 1．6 and L4， respectively． Even the averages of these ratios for each component resulted in 1．7 and 1．3， respectively． Low ion concentrations within river water in May are conceivably because of diluted river water with snowmelt from the remaining snow in the upstream inter− mountairユbasin and of suppressed elution from rocks， soil and litter and weak biodegradation due to low geothermal temperature． At Yuze in Kazuno City with a watering place in the river basin， the Noshirogawa River showed higher ion concentrations in August， when there is less water flow， presumably because of the influence of spa water． ’東洋大学自然科学研究、室 〒351−8510埼玉県朝霞市岡2−1HO Natural Science Laboratory， Toyo University，11−10，0ka 2， Asaka−shi， Saitama 351−8510， Japan154 西 山 勉
1．はじめに
河川中の河川水の水質は降水が流域内の溶存成分を溶解抽出した結果である．そこには さまざまな要因が働き河川固有の水質が形成される．同一河川の同一地点における河川水 の水質を季節を変えて調べることは，複雑な水質の要因を単純化して捉えみることになろ う．すなわち季節の違いを水質の違いに対比できるからだ．季節の違いとは温度，降水量 の違いとして大きく捉えられ，流域の植生等地表面の状態と関係してくる．このことが降 水後の水が河川に河川水として流入・流下する中での水質を大きく結果付けよう．もちろ ん人の活動も季節に従う．ここでは，東北地方で日本海に河口を持つ河川の内，北から岩 木川，能代川，雄物川，最上川の4河川を選び，春（5月），夏（8月），秋（10∼11月） の各時期に同一場所にて採水して，河川水の陰陽イオン濃度がどのように違うかを調べ， その変化を季節の特徴と対比として考察した．2．採水地点，採水時期，採水方法と分析方法
今回調査した岩木川，能代川，雄物川，最上川の流路と採水地点は図1に示した．何れ の河川も東北地方の日本海に河口を持つ河川である．岩木川では上流より弘前市・岩木橋， 北津軽郡板柳町・幡龍橋，五所川原市・乾橋の3ケ所，米代川では鹿角市湯瀬・長者橋， 鹿角市花輪・稲村橋，大館市扇田・扇田橋，北秋田郡鷹巣町・鷹の巣橋の4ケ所，雄物川 では上流より湯沢市清水町・文月橋，大曲市舟場町・大曲橋，仙北郡西仙北町刈和野・刈 平洋 図1 岩木川，米代川，雄物川と最上川の流路と採水地点 図中の番号は採水地点を示し，表1中の（地点）番号と一致する．東北地方を流れる岩木川，能代川，雄物川，最上川での季節と河川水中の陰陽イオン濃度の関係 155 和野橋下の3ケ所，そして最上川では上流より米沢市・相生橋，長井市・長井橋，西置賜 郡白鷹町荒砥・荒砥橋，西村山郡大江町左沢・最上橋，北村山郡大石田町大石田・虹の大 橋，最上郡戸沢村古口・乗船所（11月のみさらに下流の高屋）の6ケ所である．それら の地点は図1中に番号1，2，3，……を付して示したが，それは表1中の番号と一致する．
採水日は岩木川では2003年5月18日，2004年8月3日，2003年10月12日の計3回，
米代川では2003年5月17日，2004年8月2日，2003年10月11日の計3回，雄物川で
は2003年5月16日，2004年8月2日，2003年10月10日の計3回，そして最上川では
2003年5月1∼2日，2004年8月1日，2003年8月13∼14日，2002年11月15∼16日の
計4回である． 採水は各地点の橋の上から流水のほぼ中央あるいは最流速部で行った．採水は2回行い 試料を平均化した．水温とpHの測定はその場で行った．採水試料は実験室に持ち帰り， 濾紙とメンブランフィルター（α2μμm）による濾過後，イオンクロマトグラフにて陽・ 陰イオンの分析を行った．分析した陽イオンはLi＋， Na’， NH，＋， K↓， Mg2−， CaL’ L，陰 イオンはF−，Cl，NQ，一， SO．，2一である．なお，詳しくは西山（1992）に示した．また以 降のイオン種の表記はイオン電荷を省略した．3．結果と考察
3．1岩木川 岩木川は秋田県境の白神ll」地に水源をもつ全長106 km，流域面積2540 km2の河川で， 岩木山の砂泥を，津軽平野に運搬堆積している． 岩木川の河川水の分析結果は表1に示した．主イオン種8種（Na＋， NH，＋， K〒， Mg2 “ CaL’＋， Cl−， NO3−， SO、2）については横軸に採水位置，縦軸に濃度（ppm）としたグラフ にして図2に示した． 弘前，板柳，五所川原と下流するに従いNa， Clは濃度を増した．板柳では岩木川は海 水因子の高い平川（西山，2000）が合流することでその値が高まったと思われる．五所川 原は津軽平野の中央に位置しかつ津軽半島の付け根の位置で海に近くなり，また十三湖を 通しての海水の影響も考えられる．十三湖は面積20 kmL’，深さ3mほどのラグーン（潟湖） である． 8月では板柳でNa， Cl， NOrs， NHIの何れもが最も高い値を示した．津軽平野の岩木 川の両岸は砂礫からなる高さ数mの自然堤防となり，そこでは日本有数のりんご栽培が なされている．板柳にてNO，， NH、が最も高い値を8月に示したことは施肥などりんご 栽培と関係していのかもしれない． Ca， MgそれにSO、は上流側で値が高い傾向がある． 測定したイオンのTotal量の平均は5月56．8 ppm，8月93．7ppm，10月80．7 ppmとな り8月＞10月＞5月の関係があった．5月に対して8月，10月でその濃度はそれぞれ・1．6 倍，1．4倍と高かった．成分ごとにその比を求めてから平均をとっても同じように1．7倍， 1．4倍であった． 5月の水温は14．0∼16．9℃で10月の11．3∼14．1℃より高かったが，5月の採水時に見た勉 山 西 O．ｲ N一ト 8．8 斜．鵠 ●吟．一 8．O 湾，o。F 創8、O マの．．りN 8，“。 写．↑ ロ，O 蕊．＝ §．O
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158 西 山 勉 岩木川 2003．5 弘前 一◆−Na −■−NH4（x10） ＋K（x5） →←Mg（x5）
十Ca
−●−Cl −十一NO3（5X）−SO4
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弘前十Na
十NH4（xlO） ＋K（x5） →←Mg（x5） →←Ca＋Cl
＋NO3（5X） 一■−rO4
2003」0 弘前 一◆−Na −■−NH4（xlO） ＋K（x5） →←Mg（x5）＋Ca
−●−CI ＋NO3（5X） 一一一rO4
図2 岩木川，米代川，雄物川と最上川の下流に伴う河川水中の主要陰陽 イオンの濃度変化 縦軸の単位はppm，横軸は採水地点東北地方を流れる岩木川，能代川，雄物川，最ヒ川での季節と河川水中の陰陽イオン濃度の関係 159 米代川 2003．5 40 R5 R0 Q5 Q0 P5 P0
T0
湯瀬 鷹の巣 →−Na（x3） 十NH4（xlO） ＋K（x5） →←Mg（x5） →←Ca ＋Cl（＊3） 一→一一NO3（x5） 一一一 SO4 2004．805050505050544332211
湯瀬 鷹の巣 →−Na（x3） ＋NH4（x10） ＋K（x5） →←Mg（x5）＋Ca
−●−Cl（＊3） 十NO3（x5） 一一rO4 2003．10 45 S0 R5 R0 Q5 Q0 P5 P0 湯瀬 鷹の巣 ＋Na（x3） ＋NH4（x10） ＋K（x5） →←Mg（x5）＋Ca
−●−Ct（＊3） 一→一一NO3（x5） 一一一rO4
図2 つづき160 西 山 勉 雄物川 2003．5 2004．8 湯沢 刈和野 一◆−Na（x3） 十NH4（xlO） ＋K（x5） →←Mg（x5） →←Ca（x3） 一●−CI（x3） 一一U−−NO3（x10） 一一一 SO4
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2003．10 湯沢 刈和野 →−Na（x3） 十NH4（x10） ＋K（x5） →←Mg（x5） →←Ca（x3） 一◆−Cl（x2） 一→−NO3（xlO）−SO4
湯沢 刈和野 図2 つづき ＋Na（x3） 一■−NH4（x10） ＋K（x5） →〔−Mg（x5） →←Ca（x3） 一◆−Cl（x3） 一一ｩ−NO3（x10）−SO4
東北地方を流れる岩木川，能代川，雄物川，最上川での季節と河川水中の陰陽イオン濃度の関係 161 最上川 2003．5 米沢 大石田 ＋Na（x3） 十NH4（x10） ＋K（x5） ＋Mg（x5） →←Ca（x3） 一●−CI（x3） 一■gーNO3（x10） 一一 SO4 2004．8 米沢 2002．11 大石田 ＋Na（x3） 一■−NH4（x10） ＋K（x5） →←Mg（x5） ＋Ca（x3） 一◆−Cl（x3） 一＋−NO3（xlO）
−SO4
0505050
4︵﹂3りふ？一11 米沢 大石田 →−Na（x3） 一■−NH4（x10） ＋K（x5） →←Mg（x5） ＋Ca（x3） 一◆−C｜（x3） 一■ｩ−NO3（x10）−SO4
図2 つづき162 西 山 勉 ，3．5 3．0 2．5 2．0 1．5 1．0 0．5 一一鼈 『一 一 一 E 一 ・．一一一 一 ＋岩木川8／5 ＋岩木川10／5 ＋米代川8／5 ＋米代川10／5 ＋雄物川8／5 ＋雄物川10／5 ＋最上川’04．8／5
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0．ONa NH4 K Mg Ca CI NO3 SO4
図3河川水中の主要陰陽イオン（横軸）の5月に対する各月の濃度比（縦軸）に見る変化 岩木山の上部はまだ白く残雪があり，雪解け水の低温と希釈の効果が岩木川にあり5月で 低いイオン含量となっているのだろう．岩木川のこのTota1量の平均は全ての月で，今回 調査した4河川の内で最も高い値となっている． さて，河川水中のTotal量（総イオン量）にて議論してきたが，総イオン量の場合濃度 の高いイオン種の影響が大きく出る．そこで測定した全てのイオン種を同等に扱えるよう にイオン種それぞれでの濃度の順位をもって表現する平均順位数（西山，2004）によって 岩木川の河川水の下流に伴う変化をグラフ化して図4に示した．8月の場合に板柳で平均 順位数が高い．先に平川とりんご栽培の影響とした．五所川原でその値が大きく下がるが， これは手前から流入する暖かい支流の河川水が岩木川の表面を覆うように流れることによ ると推測できる． 5，10月の平均順位数の変化は小さく，春，秋での水質は類似するが8月の水質が大き く変わったと指摘できよう． 3．2 米代川 米代川は秋田県北部を東から西に流れる全長136km，流域面積4100 kmL’の河川である． 水源は岩手県二戸郡安代町であり奥羽山脈の脊梁を横切り鹿角，大館，鷹巣の各盆地を通 って出羽山地を横切って能代平野に出て日本海に流れ出る． Na， Cl， SOiはヒ流の湯瀬から花輪に下るとその値を減ずる傾向があり，8月の渇水期 にその傾向が顕著である．湯瀬は奥羽山脈の脊梁部に当たり水量はそれほど多くなく，採 水地点の長者橋は湯瀬温泉地のド流部となり温泉水の影響が考えられる．湯瀬の温泉はア ルカリ性単純泉でNa， Cl， SO、がそれぞれ153．2，32．4，300．4 ppm， pH 8．9（株式会社秋東北地方を流れる岩木川，能代川，雄物川，最上川での季節と河川水中の陰陽イオン濃度の関係 163 岩木川
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」◆−20035 −●−20048 1＋200310 大曲 刈和野 図4 岩木川，米代川，雄物川と最上川の下流に伴う平均順位数の変化 縦軸は平均順位数（arm），横軸は採水地点 6．0 0 05 4 ｝ 一一 0 03 2 10 0．0 米沢 長井 粗砥 左沢 大石田 古ロ 一◆−20035 ＋20048 1一合一2002．11 田県分析化学センター，平成15年3月10日発行温泉分析書）であり，NaとSO、濃度が 高く，湯瀬にて濃度の高い要因となっているようだ． Na， Clは花輪から下流で濃度を増するが， SO、は特異に変化し扇田で最大濃度を示し た後鷹ノ巣で濃度を下げる．他の成分はおおよそ上流より下流に濃度を増すようである． イオンTotal量の平均は5月46．1 ppm，8月66．2ppln，10月63．8 ppmとなり，5月で 最も少なく，8月，10月は5月の1．5倍，1．4倍の値をそれぞれ示した、 米代川の河川水を平均順位数でグラフ化した結果は図4に示した．5月では下流に伴い 平均順位数が増加する典型的なパターン1Mを示した．8月と10月において湯瀬では温 泉水の影響が順位数が若干上げ，扇田でSO、成分の濃度を上げる何らかの影響が強く働 いたことが示された． 3，3 雄物川 雄物川は源は秋田県南東端の栗駒連峰で河口が秋田市となる全長133km，流域面積 4710 km2の河川で秋田県の南半分が流域となる．ヒ流は山間地域，中流は横手盆地，玉 川などが合流する狭窄（先行谷）部分，下流は秋田平野部分に大別され，3∼5月には奥 羽山脈からの雪解け水が流量を多くする．採水地点の湯沢は上流の山間地域からの出口に あたり，大曲は横手盆地の西縁中央近くにあり，刈和野は玉川合流後の先行谷部分にある． 上流の湯沢でClが5，8，10月のいずれも高い．5月以外では下流するとその値は下が った．他の成分はいずれの月でも極端な濃度の変化はないようだ．湯沢，刈和野でpHが やや酸性であるのは温泉水，特に刈和野では玉川温泉の影響によろう．なお玉川温泉は強 い酸性温泉として知られているが現在石灰による中和処理がされている． イオンのTotal量は5月が最も少なく46．5 ppm，8，10月はそれぞれ58，3，69．9ppmで164 西 山 勉 あって，5月に対し8月，10月は1．3倍，1．5倍であった．今回対象とした4河川で雄物 川だけが10月の5月に対する濃度比が8月より高い値を示した． 平均Jli頁位数で，雄物川の河川水をグラフ化して図4に示した．5，8，10月で平均順位数 の変化を異にした．5月では河川水が下流するに従って平均順位数が増加するパターン 1Mを示したが，8月では逆に下流するにつれて平均順位数が下がる3Mパターン3Mと なった．10月では中間地点の大曲で平均順位が最大となり下流部で減ずるパターン3Hと なった．調査区間の雄物川は季節により水質が変わっているようである． 3．4 最上川 山形県の8割を流域とする最上川は全長232km，流域面積7040 km2の河川で酒田で日 本海に注ぐ． Ca NO，， SO、，濃度を見ると上流の米沢で濃度は高いが，長井ではその濃度を減じる． 長井一荒砥一左沢間ではほとんど濃度を変えず，次の大石田で再び濃度が高くなり下流の 古口にて減じる傾向がいずれの試料でも認められる．他の成分では米沢を除くと同様の傾 向が変化量はわずかとなるが認められる．11月のみNa， Clは高屋で最高濃度となった． 米沢ではClとKがいずれの月でも低い値を特徴的に示した． イオンのTotal量は5月が最も少なく25．2 ppmであり8月は57．3と46．9 ppm，11月は 35．7ppmとなった．いずれの値も今回調査した4河川の中で最も低く，特に4月の値は 低い． 東北地方の太平洋側に流れる自然味豊かな閉伊川では11月と5月の総イオン量の平均 値13．1 ppmの約2倍となった（西山，2000）．閉伊川は中・古生界の地層と花商岩の中を 流れ，宮城県宮古で太平洋に流れ出る河川である．中国地方の自然味豊かな河川である高 津川支流匹見川の1999年11月25．53 pppm，2000年5月24．17 ppmそして2000年11月 22。60ppm，市川支流の小田原川の1999．11；21．28 ppmと2000．5；22．43 ppm，錦川・錦 町の2000．5：23．56 ppm，高津川・六日市町の2000．5；24．56 ppmとほぼ同じ値である （西山，2002）． さて，最上川の河川水を平均順位数によりグラフ化した結果は図4に示した。5月と8 月のパターンはほぼ一致した．米沢での濃度が粗砥まで希釈されていることが示されてい る．11月ではその関係が弱くほぼ濃度変化がないようだ．左沢から古口の様子は大石田 で濃度を高める要因がいずれの季節でも強く働いていることが示された． 最上川の5月に対する8月（平均），11月の濃度比はそれぞれ2．1倍，1．3倍と高い．採 水時にみる橋からの水量は明らかに5月で多かった．5月の水温は6．7∼9．4℃であった． 他の3河川より低いのは採水時期が5月1日で半月以上早かったことによろう．また11 月の採水時の水温は6．3∼68℃と他の3河川より低いは1月ほど遅い採水時期だったこと にもよろう．
最上川の8月採水は2003年8月13∼14日と2004年8月1日の2回行った．2003年の
採水日の4日前に台風10号が東北地方を通過した．その影響は少ないようだが，長井か ら左沢・最上橋の最上川は泥濁流で，最上橋で特に濁りは強く，最上川の水量は多く台風 時の降水と関係すると思われる．長井橋の下流に向かい右岸は工事中であった．東北地方を流れる岩木川，能代川，雄物川，最セ川での季節と河川水中の陰陽イオン濃度の関係 165 2004年8月1日の採水では2003年8月の採水時に比べ最上川の水量は少なく，左沢の 最上橋からみる最上川の河川水は流れなく緑色をしていた． この両者の河川水を比較すると各成分の試料平均でも，また各採水地点での成分平均で もいずれでも2004年時の河川水で濃度が高く，5月に採水した河川水の濃度に比較する と2003年試料は1．86倍だが，2004年試料は2．31倍と高く，水量が2004年で少ないこと と整合する．すなわち水量が少ないことは降水による希釈率が低いことを意味する．また， 水量が少ないことは気温による水温の上昇を容易する．2003年の水温が20．3∼23．2℃であ ったのに対し2004年の水温が25．2∼27．7℃と高く，水温が高いことは河川水へ岩石・土 壌・底土からの無機成分の溶出量を高めることとなり整合する．2004年の米沢で濃度が 最も高く2．60倍となった．成分ではCaとKが高くそれぞれ2．95倍と2．84倍となった． 4河川共通して5月のイオン濃度が最も低かった．多分雪解け水による希釈と低温によ る結果と思われる．5月と10∼11月の水温は各河川でほぼ類似する温度であったが，5月 ではこれから温度が上がる時期であり大地に冬の冷たさがまだ残り，一方10月ではこれ から温度が下がる時期であり夏の大地の暖かさの余韻がある．このことが河川水はほぼ同 じ温度だが，すなわち表層面の温度は同じでも，大地内でまだ夏の高い温度での水・微生 物による分解作用がまたその分解物が土中に残り，10∼11月の河川水方が5月のそれより イオン濃度が高くなり，その結果が図3に現れている．ただしNO，についてみると最上 川では5月で最も低いが，他の岩木川，能代川，雄物川で5月の方で最も濃度が高かった．
4．まとめ
東北地方の日本海に河口を持つ岩木川，米代川，雄物川，最上川の4河川について，そ れら河川の3，4，3，6ケ所からそれぞれ採水し，採水時期と河川水中の陰陽イオン（Li＋， Na H， NH、＋， K＋， Mg、＋， CaL’T， F−， Cl，NO，一， SO．，2−）濃度との関係を調査した． 採水した時期は春，夏，秋として5月，8月，10∼11月とした． 何れの河川でも5月の河川水が最も陰陽イオンの濃度が低かった．5月の濃度に対して 8月，10月の河川水ついて全陰陽イオンの和を求め比較すると，岩木川，米代川，雄物川， 最上川でそれぞれ1．62，1．54，1．32，2．31倍となった．また各成分毎に比較しその和求め てみると岩木川，米代川，雄物川，最上川のそれぞれで1．71，1．54，1．32，2．31倍となっ ている． 10月の河川水は岩木川，米代川，雄物川，最上川で5月の濃度に対し1．34，1．41，1．43， 1．32倍となった． 各河川の総イオン順位数を使ってグラフ化して検討することで，河川水の下流に伴う変 化が見やすくなることが分かった． 5月の河川水で河川水濃度が低いのは，この時期まだ岩木山，月山など高い山に残雪が あり，雪解け水によって河川水が希釈されることと，地温がまだ低く岩石・土壌’リター などの溶出や，生物による分解作用が弱いことが考えられる， 米代川の上流部の温泉地帯となる鹿角市湯瀬では水量の少ない8月に温泉水による陰陽 イオンへの影響が認められた．166 西 山 勉
