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本文ファイル - 長崎大学 学術研究成果リポジトリ

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本文ファイル - 長崎大学 学術研究成果リポジトリ
NAOSITE: Nagasaki University's Academic Output SITE
Title
GISデータに基づく非点源汚濁負荷流出量の評価
Author(s)
野口, 正人; 西田, 渉; 水野, 良宣; 野村, 佐和美
Citation
長崎大学工学部研究報告 Vol.32(59) p.161-166, 2002
Issue Date
2002-07
URL
http://hdl.handle.net/10069/5226
Right
This document is downloaded at: 2017-03-28T22:18:20Z
http://naosite.lb.nagasaki-u.ac.jp
長崎大学工学部研 究報告
第3
2巻
第59号
平成 1
4年 7月
1
61
GI
Sデ ー タ に基 づ く非点源汚濁負荷流 出量 の評価
野 口 正人* ・西田
水野
渉*
良宣**・野村佐和美***
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1.序
論
好 ま しい水環境 を達 成す るためには非点源 汚濁負荷
1
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,
2(
氾1) 汚 濁負荷 流 出量 を適 切 に予 測す るため には
a
剥離量 の見積 も りを正確 に行 う必 要があ る.
流 出 を抑 制す ることが重要である. そのため, 多 くの
研 究が これまでに行 われて きた. よく知 られているよう
2.非点源汚濁 負荷流 出
好 ま しい水環境 を効果的 に達成す るため には汚濁負
に,汚濁物 質の蓄積 ,剥離 ,輸送の割合 は汚濁負荷物
質の流 出機構 を明 らかにする上で定量化が欠かせ ない.
荷流 出 を抑制すべ きである. と りわけ,非点源汚濁負
本論 で は,非点源汚濁負荷 の剥離量 を流域 の状 態や
荷流 出 を制御 す るこ とが重要 にな り,多 くの研 究が こ
降雨時系列 に関連づ けて検討 した.著者 らはすで に タ
れ まで に行 われて きた. しか しなが ら汚濁負荷流 出量
ンクモ デル,KW (
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を評価 す るための系統 的 な手法が必ず しも確立 されて
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負荷流 出モ デ ル につ いて検 討 してい る. (
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非点源汚濁負荷流 出が流域の状態や降雨時系列 に影
8日受理
平成 1
4年 4月1
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62
野 口 正人 ・西田
渉 ・水野
響 していることは容易 に推察 される. したが って,た
良宣 ・野村佐和美
4.汚濁負荷の剥離係数 :結果 と考察
とえ汚濁流出割合 と流量 との間に一意的な関係 を求め
本明川は諌早湾 に流れ込んでお り, ここでは現在,
ようとして も, この種の関係 を正確 に求めることはで
潮受け堤防 と干拓地の建設が行われている.そのため,
きない. (
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1
99
9)
流域か らの汚濁負荷流出量 を抑制することが重要になっ
そのため,本明川流域の 5つの小流域である境川,
深海川,本明川,千鳥川,山田川 を取 り上げて,汚濁
て くる.Fi
gu
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e2は長崎 と諌早湾流域,本明
川流域 と裏 山席 地点のそれぞれの概略図である.
負荷流 出量 の検討 を行 った. (
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e2)檎
汚濁物質の剥従量 は地表面 に作用す るせん断応力 に
討 に用い られた観測デー タは地方 自治体の公共水域で
比例する と考 え られる. しか しなが ら,汚濁負荷流出
得 られた ものである.
機構 を考 えると剥柾の現象は降雨時系列や流域の特性
汚濁負荷流出量 を正確 に予測す るために剥離量 を蓄
等 に影響 され変化する もの と考 えられる.そのため剥
積量や輸送量 と同様 に合理的に評価 しなければな らな
離係 数 は一定 で は ない と考 え られ る. Un
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い.次節では,剥離量 を精度良 く評価す る方法 を試み
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た. この手法の捷示 を通 して,水質の観測は晴天時だ
けではな く雨天時の もとで も行 うべ きであることが示
される.
3.汚濁負荷流出モデル と剥離係数
一般 に,流れの基礎 方程式 は以下の式 によって表 さ
れる.
雷+
若(euj)-Source
(1,
(i-1-3)
ここで, βは物理量 , 叫は速度 , J
と∫ノ
はそれぞれ時間
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eは単位時間,単位体積あた りの質
と空間座標 ,s
量,運動量,エネルギー量 などの生成量である.通常,
上述 された方程式は コン トロールポ リュ-ムに対 して
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積分 された形 に変形 される.
汚濁負荷 の質量保存 を考 える と, (
1
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対 して以下の ように表す ことがで きる.
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,
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この方程式 において,Cは汚濁濃度 ,ujは平均流速,
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ま水深, E(,・
バま汚濁の移流量 に対す る補正係数 ,q
l
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J
,
4
叫まそれぞれ表面 と底面 を通 して流入す る単位面積,
単位時間あた りの汚濁主である.上の式 を用いて現象
を正確 に把撞す るためには,汚濁物質の剥離畳 を適切
に評価 しなければな らない.
この ようなことか ら,汚濁物質の剥離量 は地表面 に
作用するせん断応力 に比例すると考え,次式で表 した.
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b
J
- kT- k2F
L
(
l
狗)
ここに,
は汚濁物 質の剥離量,
〆 b)
(
3)
T
はせ ん断応力 ,
F
Lは粘性係数,Vは平均流速,hは水深,kは流域 の状
態や降雨 を関連づけ て評価 した剥離係数である.剥離
係数の評価 は次節で詳 しく検討 される.
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この方程式 より雨水流出量 は土地利用,土壌特性,
1
999) この方程式 は流域か らの土砂損失量 を流域 の特
水分含有量 と関係があることが予測 される. この こと
性 を示 した物質量で評価 した ものである.上で述べ た
か ら汚濁流出量 は土地利用,土壌特性,水分含有量か
剥離係数 をこの ような物質量 と関連づ けて評価す るこ
ら予測す ることがで きる.
とを試みた. また,ア メリカ合衆国土壌保全局 に よっ
全窒素の剥耗係数 を同定す るにあた り,先 に述べ た
て開発 された雨水の表面流 出の経験 的手法 に従 って,
本明川流域の 5つの小流域の観測デー タを用いた.本
降雨 に対 す る土壌 の貯留 能 :
sr
は土地被 覆分類 ,土壌
来 ならそれぞれの土地利用 ごとに汚濁負荷流出量 を求
特性 ,土 中に含 まれる初期含水量 に基づいて決定 され
め なければな らないが,現在,非点源汚濁負荷 に関す
CⅣと相 互 に関係 してい る. (
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l
e
,
る流 出 曲線指 標 :
るデー タがほ とん どないため,今回は,公共用水域の
1
998) これ らの結果 を汚濁負荷流出量の評価の参考 に
水 質結果 の全窒素のデー タを用いて行 った.F
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e2
した.上 に述べ た物質量の回帰 曲線 を得 るために,土
はこれ らの 5つの小流域の土地利用分類図であ り,そ
地利用(
i), 土 壌 特 性 r
s), 水 分 含 有 量 (
R)の分 類 を
a
b
l
e2にまとめている.
の値 はT
Ta
b
l
elに示 した.
(
3)式 に示 された ように,剥離係 数 はせ ん断応力の
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比例定数 として定義 されているため,降雨強度や流出
めた. これ らの図か ら,ほかの要因か ら生 じた と考え
量 などの現行降雨の影響 はすでに考慮 されていると考
られる小 さなば らつ きがある ものの剥離係数 と先行降
えられる.そのため,剥離係数は主 として流域の特性
雨 には高い相関がみ られた.本明川 (
裏山橋) におい
との関連で考察 されなければならない.
ては全窒素の観測デー タが 3ケ月ごとしかないため,
Fi
gur
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-(
e)にそれぞれの小流域 において全窒素
デー タの数が他 と比べて少ない.本明川の場合 を除い
の剥稚係数 と先行降雨 との関係 を示 した.ここで,先
1-0.
2の範囲であることが予想 され
て式のべ き乗 は0.
行降雨は観測前 7日間の降雨量 にそれぞれ重み をつけ
た.
て考慮 した. また,公共水域の水質結果 には点源 ・非
Fi
gur
e4に剥離係数か ら先行 降雨の影響 を取 り除い
点源汚濁負荷の両方が含 まれているため,今回は点源
た もの と土地利用の関係 を示 した.土地利用 の値 は
汚濁負荷の原単位 を差 し引いて非点源汚濁負荷量 を求
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e6 Tempor
で横軸の値 は土地利用の比率 を考慮 した ものであ り,
非点源汚濁負荷流出量 を適切 に求めるため,流水の
一方,縦軸の値 は剥離係数か ら先行降雨の影響 を取 り
せ ん断応力 に比例定数 を定義 し,その値 を流域の特性
除いた もの として評価 された.横軸 と縦軸の値 はお互
や降雨時系列 との関連で検討 し,次式 を求めた.
い に独立 に得 られたが,相互 に高 い相関が見 られた.
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(
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gur
e 3に書かれている式 の値 はTabl
e 3に示 されてい
gur
e 4に (
a)と して示 され
る. また, これ らの値 はFi
ここに,kは剥離係数 ,Rは先行降雨 ,Lは土地利用,
ている.
Sは土壌特性 ,a∼dはパ ラメー タである.
1
66
野 口 正人 ・西 田
渉 ・水野
また,剥離係数か ら先行降雨 と土地利用の影響 を取
良宣 ・野村佐和美
ここに,kは剥離係数 ,Rは先行降雨 ,Lは土地利用,
り除いた ものをFi
gu
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e5の (
a
)
-(
e)に示 した. これ らの
Sは土壌特性 ,a-dはパ ラメー タである. また, こ
図か ら剥離の季節変化 を検討することがで きる.今後
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e3,Fi
gur
e4に示 されてい
の式のパ ラメータはTa
札
よ り多 くの流域データに対 して剥離係数の特徴 を
調べ たい.
る.
3) 本論で示 されたモデルの有効性 については,別の
前節では,全窒素の剥離量 を公共用水の水 質結果の
年の観測デー タを用いた数値 シミュレーションの結
データか ら求めた.このことか ら基準点での水質は汚
果か らも立証 している. これについては,別の機会
濁負荷流出機構 を踏 まえて系統的 に管理 されることが
に発表する.今後 は, さらに,本手法 を用いて諌早
望 ま しい.そこで,全窒素の剥離係数 を上述 した式 を
湾 に流入する汚濁負荷量の評価 を行 ってい く予定で
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e6は剥離係数の計算値 と観測
用いて計算 した.Fi
ある.
値 を比較 した ものである.両方の値はある部分 を除い
て,かな り良 く-敦 している. このことよ り提案 され
参考 文献
たモデルが非点源汚濁負荷か らの剥離量 を評価す るの
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5.結
論
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