共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 ツンドラ域の河川における夏期の流量の形成機構
研究代表者／所属 北大北方生物圏フィールド科学センター
研究代表者／職名 助手
研究代表者／氏名 野村睦

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

01

 石井吉之　 北大低温研　 助手　
02 兒玉裕二　 北大低温研　 助手　
03 大畑哲夫　 北大低温研　 教授　
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研究目的 この研究はシベリア・ツンドラ域における夏期渇水時の河川流量の維持機構を明らかにすることを目的とする。永久凍土層を有するツンドラ域では、夏期には活動層が発達し融解水が発生し、活動層内には帯水層が形成されることも多い。この研究では、これらの融解水や地下水による河川流量形成への寄与に注目した。このような流出過程は永久凍土域独特のもので、降水量が少ないツンドラ域における河川流量維持機構として重要であり、水循環過程として興味深い。
　　
研究内容・成果 研究内容：
この研究では渇水時の河川の流出過程を河川水温の形成から調べた。河川水温は供給水の温度、斜面の流出経路と河道流下中の水面と河床における熱交換によって決まる値である。水温形成を明らかにすることは、流出過程を探るために有効な手段である。
対象地は東シベリア北極圏のチクシ（71゜N，128゜E）近くの流域（流域面積5km2、高度40〜300m）である。1999年にこの流域末端で得られた流量・水温と末端付近での気象データ、さらに流域末端での河床温度と末端から1500m上流における河川水温を解析データとして用いた。これらのデータは全球エネルギー水循環観測計画アジアモンスーン観測（略称GAME）で得られたものである。
解析では、まず一点での河川水温の特性を明確にすることから始めた。次に、河道区間での水温変化を水面と河床における熱供給と比較し、活動層からの流出の可能性を調べた。そして、これらの結果に基づき、河道区間における河川水の熱収支計算をその移動も考慮に入れて行ない、活動層からの流出量の定量化を図った。


研究成果：
活発な融雪流出が終了し無降雨が続いた7月上旬から8月上旬までの対象河川の流量は、当初は約0.1m3s-1だったが、末期には0.02m3s-1程度まで減少した。この期間の日平均水温は2から7℃の範囲にあった。この間の日平均気温は0から25℃で水温に比べ非常に変化が大きかった。気温と水温の間には正の関係が見られたが、気温の上昇にも関わらず河川水温があまり上昇しないのは、流域内の残雪からの融雪水が河川水の主要な供給源のひとつになっているためである。1500mの河道区間では上流から下流にかけて河川水温が上昇していた。その温度上昇は夕刻が最大で約1.2℃、早朝が最低で0.8℃だった。対象期間の流速からすると、この区間を河川水が流下するのには2時間程度を要する。水温はおおむね河床温度(5cm深)よりも高く、その差は正午頃最大で約0.8℃、夜間はほとんど0℃だった。これらの値は観測期間中の平均である。この区間における水温の変化を、気象データから見積もった水面への熱供給と河床温度から見積もった河床での熱交換と比べたところ、河道内での水温の上昇が予想されるよりも著しく小さいことが判明した。河道中での水温上昇を抑制する機構として比較的低温で温度変化の小さい活動層内からの流出を考慮して、河川水の熱収支計算を行なった。その結果、0.005から0.01m3s-1の流出を仮定すると、日平均水温の変化が抑制され、観測結果をおおむね再現した。ただし、時間変化については十分な再現性は得られなかった。