博 士 （ 理 学 ） 城 戸 大 作
学 位 論 文 題 名
Water discharge and sediment load from a glacier‑covered drainage basin:observations and modelling
（ 氷 河 流 域 か ら の 水 ・ 土 砂 流 出 機 構 ： 観 測 と モ デ リ ン グ ）
学 位 論 文 内 容 の 要 旨
氷 河 か ら の 水 ・ 土 砂 流 出 特 性 は ， 氷 河 底 に 存 在 す る 排 水 シ ス テ ム に よ っ て 支 配 さ れ る ． 過 去 の 研 究 か ら ， 氷 河 底 に は 流 出 が 遅 く 内 部 に 水 を 貯 留し や す い 「 分散 型 シ ス テ ム 」と ， 流 出 が 早く 水 を 貯 留 し づ ら い 「 水 路 型 シ ス テ ム 」 と 呼 ば れ る ニつ の 排 水 シ ステ ム が 存 在 す ると 考 え ら れ てい る ． こ れ まで 様 々 な 氷 河に お い て ， 氷 河か ら の 土 砂 流出 量 が 急 激 に増 大 す る 「 土砂 流 出 イ ベ ント 」 と い う 現 象 が 観 測 さ れ て い る ， こ の 現 象 は 氷 河 底 の分 散 型 シ ス テム に 貯 留 さ れ てい た 水 が ， 水路 型 シ ス テ ム と の 連 結 に よ っ て 排 水 さ れ る 事 が 原 因 であ る と 考 え られ て い る ． し かし ， 氷 河 底 の直 接 観 測 は 極 め て 困 難 で あ る 事 か ら ， こ の イ ベ ン ト の水 文 学 的 ， 堆積 学 的 特 陸 は 未だ 十 分 に 明 らか に な っ て い な い ， 本 研 究 の 目 的 は ， イ ベ ン ト の 発 生メ カ ニ ズ ム を含 め た 氷 河 か らの 水 ・ 土 砂 流出 機 構 を 明 ら か に す る 事 で あ る ．2001年 に 土 砂流 出 イ ベ ン トの 発 生 が 確 認 され た ア ラ ス カ・ ガ ル カ ナ 氷 河 流 域 を 調 査 流 域 と し ， 流 量 ， 土 砂 流 出 量 ， 気 温 ， 降 雨 量 の 観 測 を2001年 か ら2005年 の融 解 期に行 った．
観 測 結 果 か ら ， 各 年 の6月 ，8月 に お い て は 融 解 水 ・ 土 砂 流 出 量 と 気 温 と の 間 に は 線 形 の 比 例 関 係 が 存 在 す る 事 が 示 さ れ た ． し か し ，7月 は 土 砂 流 出 イ ベ ン ト の 発 生 に よ っ て， こ の 線 形 関係 が 失 わ れ た ， 土 砂 流 出 イ ベ ン ト は2001年 ，2003年 ，2005年 に 発 生 し た 事 が 確 認 さ れ ， そ の 規 模 の 大小と 土砂流 出量変 動の傾向から，「slow type of large scale」タイフpslowぢpe）と「触ぢpeoflaIge s捌e」タイ プ（ 觚ty喞の2種 類に分 類され た，
土 砂 流 出 イ ベ ン ト の 発 生 メ カ ニ ズ ム を 明 ら か に す る た め ， 水 ・ 土 砂 流 出 の 時 系 列 変 動 を 再 現 す る モ デ リ ン グ を 行 っ た ． 土 砂 流 出 イ ベ ン ト の 原 因と な る 氷 河 内貯 留 が ど こ で 行わ れ て い る かを 明 ら か に する た め ， タ ンク モ デ ル を 改 良し た 「 土 砂 流出 イ ベ ン ト モデ ン レ 」 を 考案 し た ． こ のモ デ ル は ， 氷 河 流 域 を 水 の 供 給 に 対 す る 応 答 速 度 の 違 いか ら ， 積 雪 域， 裸 氷 域 ， そ して 裸 氷 か ら 積雪 へ と 表 面 状 態 が 変 化 す る 遷 移 領 域 の3つ の 領 域 に 分 割 し ， そ れ ら の い ず れ か に 孤立 し た 貯 水 槽が あ る と 仮 定 す る ， 土 砂 流 出 イ ベ ン ト に お け る 水 ・ 土砂 流 出 は こ の貯 水 槽 か ら の 流出 で あ る と し，
実 測 値 と の 比 較 検 討 を 行 っ た ． モ デ ル 結 果 か ら ，slowtypeの イ ベ ント は ， 積 雪 域か ら の 流 出 であ る 事 が 示 唆 さ れ た ． 土 砂 流 出 量 の 顕 著 な 増 大 は ， 氷河 底 排 水 シ ステ ム が 高 水 圧 下で 連 結 す る 事に よ っ て 起 こ る 侵 食 カ の 増 大に 寄 る も の であ る と 考 え られ る ． ￡lStぢpeの イベ ン ト は 遷 移領 域 か ら の 流 出 で あ る 事 が 示 唆 さ れ た ． こ の 時 ， 氷 河 底 排 水シ ス テ ム は 比較 的 低 い 水 圧 下で 発 生 し て いる と 考えら れる．
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学 位 論 文 審 査 の 要 旨
主 査 教 授 知 北 和 久 副 査 教 授 池 田 隆 司 副 査 教 授 見 延 庄 士 郎
副 査 教 授 中 尾 正 義 （ 総 合 地 球 環 境 学 研 究 所 ）
学位論文題名
Water discharge and sediment load fromaglacier ―covered drainage basin:observations and modelling （氷河流域からの水・土砂流出機構：観測とモデリング）
近年 の温暖 化に よって 山岳氷 河の縮 退が 著しいことは，世界共通の認識となっている．しかし，氷河の 流動 に伴う 水や土 砂の 動きに ついて は，依 然不明 の点が多く，今後の急速な氷河後退に伴う災害対策につ いて も後手 の状態 とな ってい るのが 現状で ある．
城戸 君の研 究は ，アラ スカの 氷河， ガル カナ氷 河から の水・ 土砂流 出について，自身で得た5年間に及 ぶ観 測データをもとに，その特性と機構を系統的に明らかにしたものである，流量・気象観測については，
いわ ゆる自 動観測 が比 較的容 易であ るが， 測定が 困難とされる土砂濃度の観測をこれだけ長期に行った例 は， 世界的 にも他 に例 を見な い，こ の困難 な観測 を5年間続 ける ことで，年によって不定期に起こる，急 激な 水・土 砂流出 を引 き起こ るバー スト現 象につ いて，その水文学的・堆積学的特徴を整理するニとがで きた ，城戸 君の業 績は ，この バース ト現象 に伴う 水・土砂流出量の時間変化をモデリングによって再現す るこ とに成 功した こと であり ．これ によっ て，氷 河内貯留の規模・位置とバース卜現象の規模との因果関 係が 明らか にされ た，
本論 文は、 他の 氷河で も一般 的に起 こる と言われてきたバースト現象について，その発生織構の系統的 な解 明に資 するも のと いえ， 今後増 大する と言わ れている洪水・土砂災害の予測に対する布石をなすもの と考 えられ る．
よ っ て 著 者 は 、 北 海 道 大 学 博 士 （ 理 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。
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