重点共同研究

１．流域環境管理に関する国際共同研究

〔担当者〕

〔期　間〕
平成８〜１２年度（１９９６〜２０００年度）

〔目　的〕
　近年の長江流域の社会経済活動の目覚ましい発展は，水資源・エネルギー開発を希求するとともに，産業構造変化に伴う土地利用形態の変化，都市部への人口集中等の現象は流域内での水循環に大きく影響を与え，汚濁物質や有害物質の生産・排出負荷量を著しく増大させるため，水質汚濁，塩害や酸性雨による土壌劣化，風食・水食による土壌流失，洪水，潅漑用水・飲料水不足等々の流域の持続的発展を妨げる要因が顕在化しつつある。また，長江流域からの排出負荷は必然的に東シナ海の海洋生態系に大きな影響をもたらすため，その正確な算定と適切な管理が必要とされている。本研究は中国関連研究機関との共同により，水界・陸上生態系に影響を与える物質循環にかかわる相互作用を有する個々の機構の全系としての理解を進め，水・物質・エネルギーの効率的な配分と生態系機能の適切な管理を可能にする流域環境管理手法の開発を目的としている。

〔内　容〕
本年度の研究計画に基づき，以下の研究を推進した。
（１）長江流域環境情報のデータベース化
　環境地理情報として，中国全域の土地利用データ，長江全流域の数値河川網データ，長江上流域主要地点での流量及び水質観測結果のデータベース化を行った。
（２）長江上流域における水・土砂移動過程のモデル化
　源流部から宜昌に至る長江上流域全体にこれまで開発してきた流域モデルを適用し，水・土砂の流出・流下過程について再現計算とその検証を行った。
（３）長江流域氾濫域の推定
　洪水堪水域の同定と面積推定は農業被害等の社会・経済的影響推定に重要であるため，衛星画像と地理情報を用いて氾濫による湛水面積・容量の推定方法を開発した。
（４）長江における水質・生態系調査
　１９９８年１０月２８日〜１１月１４日にかけて，重慶−上海間を約５０〜１００ｋｍの間隔で河川中央表層での採水（３６地点）を行い，重慶，武漢，南京，南通の４都市の下流側では横断調査も合わせて行った。忠県，洪湖，フｰ湖，瀏河においては¹³Ｃ安定同位体を用いた光合成及びバクテリア経由の炭素移送測定を行った。

〔成　果〕
（１）ランドサットＴＭデータを主に用いて，１：２５００００から１：５０００００の縮尺に相当する１９９０年代前半の土地利用状況を農地，森林，草地，水域，都市及び鉱工業域，荒地の６つのカテゴリーとそれぞれの下に合計で２４のサブカテゴリーとして分類した。河川次数や平均河川幅，ダムの位置を属性値として持つ数値河川網の作成した。
　また，１９８７，１９８８年の２年間の長江上流域主要５支川と本川２地点における日平均流量，日平均含砂量並びに月平均水質観測値のデータベース化を行った。
（２）河川流路ごとに対応するサブ集水域での２次元分布型流出モデルとこれを連結する河川ネットワークモデルで構成される降雨流出モデルを，１８６のサブ集水域（３，０００〜８，０００ｋｍ²程度）で構成される長江上流域に適用した。各サブ集水域面に土地利用データ等を重ね合わせ，モデルパラメータの土地利用別面積や勾配等の算定をした。
　入力条件の気象データはＥＣＷＭＦ（ヨーロッパ中期天候予報センター）等でＧＣＭを基に作成された分布データをＩＳＬＳＣＰが約１００ｋｍメッシュの６時間データとしてまとめたものを用いた。
　水及び土砂流出再現計算においては，長江上流域全体を１０領域に分割したメソ流域ごとにモデルを適用し，モデルパラメータの同定と検証を実施した後，全体のネットワークシステムとしての計算を実行し，長江上流域末端部である宜昌で，図１，２に示す計算結果を得た。水流出量計算値は非常に高い再現性を示し，降雨流出に関するモデルの妥当性が確認された。観測値と計算結果とのずれは，モデルの構造自体に起因するものでなく，入力値である降水量データの時空間的分布の不正確さが原因と考えている。土砂流出過程は降雨流出過程以上に降雨の強度と継続時間に対する鋭敏な応答のため，前記の理由により夏季の浮遊土砂濃度計算値の再現性は高くないが，降水分布データの時空間的補正手法を導入することで改善可能と判断している。
（３）ＮＯＡＡ ＡＶＨＲＲ画像データからの氾濫域の検出には，植生指標（ＮＤＶＩ）値を用いた。ここで，ＮＤＶＩ＝（Ｒ２−Ｒ１）／（Ｒ２＋Ｒ１）と定義され，Ｒ１，Ｒ２はそれぞれＡＶＨＲＲのチャンネル１，チャンネル２の反射率である。実際の氾濫域検出に際しては，水域と陸上の物体との混合状態から氾濫域を判読するためにＮＤＶＩ値の閾値を設定した。また可視域反射率（Ｒ＝０．４２６ Ｒ１＋０．５７４ Ｒ２）を用い，雲の影響を強く受けた画像データ中のピクセルを計算の対象外とした。ほとんどの陸上の対象物に対してこの可視域反射率は２０％以下となるが，高濁度の氾濫濁水については雲の強い影響を受けた場合同じ程度の２０％以上の値を示すことが想定された。そこで，ＡＶＨＲＲのチャンネル３の値を雲と高濁度との判別に用い，検出された氾濫域を土地利用データと重ね合わせることで，両者の判別の妥当性を検討した。この手法を１９９８年の長江の洪水に適用，地理情報システム上で詳細な標高，土地利用データとを組み合わせることにより，氾濫域の冠水量や冠水深を算定した．その結果，大洪水のピークにあたる８月２０日において洞庭湖，武漢市，ハン陽湖周辺の洪水による湛水面積はそれぞれ水田（７７８，６８９ ｈａ），畑（６０８，５８０ ｈａ），果樹園（２１，８００ ｈａ），草地（８３，８６９ ｈａ），遊水域（１４２，４９４ ｈ）で，湛水容量は１７９．４×１０９ｍ３と推定された。三峡ダム完成による洪水調整貯留容量は２２．１５×１０９ｍ３であることから三峡ダム洪水貯留容量の８倍もの水が湛水したとの結果が得られた。
（４）長江上流域重慶から河口域上海までの長江の水質・生態系調査の結果は以下のようにまとめられた。
　１）長江の水質の縦断方向特性を規定する大きな要因は，重慶，武漢，南京，上海の大都市の負荷と，洞庭湖，洪湖，ハン陽湖等の湖沼群が持つ水量・水質に対する自然のバッファ効果と内水面利用との相対関係と推測された（図３）。
　２）重慶−三峡で２５０ ｍｇ／ｌと高い値を示すＳＳは，宜昌以後，中・下流域沈降により粒子を失い，上海で５０ ｍｇ／ｌ程度となって海に流入する。
　３）酸素は全川でほぼ飽和していたが，葛州覇ダム地点では１５０％を越え，植物プランクトンの増殖が活発であったことを示している。
　４）１００μＭ以上の動物プランクトン個体数は肉質ベン毛虫は上流域に多く，下流域には少ない。カイアシ（図４），ワムシ，繊毛虫は上流域に少なく下流域に多い。ミジンコは全域にわたって生息していた。しかし重慶ではいずれの動物プランクトンもほとんど計測されなかった。
　５）全域にわたってバクテリア経由炭素移送が高く，光合成経由炭素移送は上流域ではほとんどなく，流下に従って活発となることが認められた。