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1 海岸近くの流れと陸起源漂着物 の移動メカニズム 西隆一郎 ( 鹿児島大学 水産学部 環境情報科学講座 )

2 専門 ; 沿岸域の波浪 流れ 砂移動 航路保全 自然災害 環境アセス

3 沿岸域の海底地形と流れ 漂着物の漂着空間分布

4 砂浜はどのようにしてできる? 天然材料でできた海岸以外に漂着物 ( ゴミ ) でできた海岸が出現するのでは? カリフォルニア州には廃棄ガラスでできた海岸がある!

5 海岸の砂浜の構成材料 ただし その内にごみも加わる可能性があり

6 目的 ; 沿岸域の漂着 漂流物の問題の中で 陸起源漂着物について検討 陸起源の漂着物( ゴミ ) が 沿岸域でどのように移動 堆積するのかをマクロスケ - ルで把握するための手法を検討する 山地 河川 沿岸( 海岸 ) 域を連続した系として検討するための手法は?

7 個々の漂着物の移動を追跡するには 運動方程式が必要 ただし 集団的な移動 ( 大量の漂着物の移動 堆積 ) を総合的にかつ巨視的に捕らえるには 基本的に連続式の概念を第一近似として用いるべき? 運動方程式は 後回しでも漂着物の管理は可能ではないか! そして 精度向上に運動方程式を用いる

8 ポイント ; 1. 一個づつの移動 漂流 堆積の追跡 運動方程式が大事 2. 大量の漂着物の移動 漂流 堆積量の追跡漂流 連続方程式がBetter 3. 局所的 ( 個別の区間的 ) な視点ではなく 連続した水系 ( 山地 河川 河口 海岸 ) として総合的に時空間現象を取り扱う 4. 漂着物 ( ゴミ ) と言っても物質循環の話なので できるだけ既往の知見を組み合わせたモデルを開発する また モデルは時間と空間の関数として ごみ問題にかかわるNPO NGOレベルでも使えるように 可能な範囲で簡易化モデルとする 5. モデルの開発に関しては 漂着物 ( ゴミ ) に関連した経験的な定数が組み込まれるが 定数の具体的な値は実用に供する側のデータをフィ-ドバックしてもらい 定量化する ( 今回の基本はコンセプトの提示とする ) 応用は 現場レベルに期待

9 陸域水圏の総合漂着物 ( ゴミ ) 管理 山地 ( 砂防 森林 ) ->> 河川 -> 河口 -> 海岸における収支 配分

10 日本の海岸は 上流 ( 山地 ) から河川を経由して様々な物質が河口部に運ばれ それが 波と流れにより周辺の海岸や 沖合の海域に輸送される物質循環系がある

11 沿岸域の陸起源漂着物 ( 流竹 流木 )

12 洪水後に沿岸域に漂着した流木群 (2005 年 9 月 10 日 )

13 降雨が陸起源の漂着物やゴミを押し出す因子

14 陸起源の漂着物やゴミが山地 ( 減流域 ) から移動を始める

15 陸起源の漂着物やゴミの一部はと祐の砂防ダムに貯まる ( 移動終了 ) また 回収されることもある

16 陸起源の漂着物やゴミの一部は水利ダム 堰に堆積 そして 回収されることもある

17 陸起源の漂着物やゴミは河川内を高度が高い所から低い所 ( 河口部 ) へ流される

18 陸起源の漂着物やゴミは最終的に河口部 ( 陸水圏 ) から海岸 ( 海水圏 ) に供給される そして まずは 波と海浜流 そして風の効果で移動 漂着する

19 陸起源の漂着物やゴミは河川の流れによる移動から 河口部で 波と海浜流そして風の効果で移動 漂着する

20 陸起源漂着物の移動経路コンセプト 陸起源ゴミが沿岸域に輸送 集積される簡易プロセス 1) 山地の源流域を出発点として流域のゴミが自然の降雨や人的要因で河川に取り込まれる 2) ) ゴミの一部は河川の中を流下中に植生や堰 ダムに中より補足されながら河口部まで到達する 3) 河口部に供給されたごみは波と流れにより隣接する 3) 河口部に供給されたごみは波と流れにより隣接する沿岸域に移流 拡散して最終的に海岸に堆積する

21 漂着物の経路 1; 山地から河口部まで 1. 陸起源漂着物 ( ゴミ ) を解析するための空間領域を 例えば 山地 ( 源流 ) 域 砂防ダム域 中流域 水利ダム域 河口域のようなコンパートメントに簡単化する 2. 時間 空間軸上でのゴミの循環を数式モデリングすることにする 陸起源の漂着ゴミの数式モデリングでは 幾つかの仮定 ( あるコンパートメントからの流出量は流入量と平衡量に比例するなど ) を設け それぞれの領域で物質 ( 漂流物 ゴミ ) 収支を定量化する 個々の領域 ( コンパートメント ) での物質量の時間変動

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27 総合的な漂着物 ( ゴミ ) 管理ツールに利用可能? 今後 数値プログラミング 各 ( 経験的定数 ) 項の定量化が必要

28 河口部から供給されたゴミの拡がり 特に 梅雨 台風 雪解けによる洪水時の河口部からのゴミの拡がりは 河口を点源とし沿岸域で移流拡散しながら 海岸に堆積すると仮定 第第一次近似の定常解としては次近似の定常解としては 海域での浚渫砂の濁り評価に用いられる式の適用 ( 改良 ) も可能と一見思われる

29 河口部 ( 点源 ) からの移流 拡散の例

30 台風 0514 号による清武川左岸の状況 (2005 年 9 月 10 日 )

31 浚渫土砂の拡散などに適用可能 ( 旧運輸省モデル ) C( x, y, z) Q exp = 2 2 π U ( σ y σ z ) 2 σ y y ( H z) ( H + z) exp + exp 2 2σ 2 2 z σ z σ y = 2 K y x / σ = 2 K x / z K z / U U σ y, σ z C H Q K y,k z U m SS mg/l m g/sec m 2 /s x m/s

32 ここで, σy, σz C H Q Ky,Kz U : 拡散幅 (m) :SS 濃度 (mg/l) : 発生源の高さ (m) : 単位時間あたりの負荷量 (g/sec) : 乱流拡散係数 (m2/s) :x 軸方向の流速 (m/s)

33 沿岸域のゴミの漂着に対する海浜流系理論と漂砂理論の応用 沿岸域では海浜流系が砂の移動 ( 漂砂 ) に代表されるような物質循環に大きく寄与している そこで 波浪が原因で生じる海浜流系を構成する沿岸流と離岸流を考慮しないと 海岸に漂着し そして ボランティアの手で回収される海岸のゴミの時空間的な分布を評価しきれない

34 なお 海洋物理学と海岸工学では沿岸流の意味 定義が異なるが定義が異なるが ここでは水深が数 m 程度と浅い領域で 波浪により生じる海岸に沿う方向の流れをさす また 東京都 鹿児島県 沖縄県にはサンゴ礁海域があり ここでのゴミの漂着にはリ- フカレントと呼ばれる潮汐と波浪が複合的に起因した流れが寄与するので この流れについても知る必要がある なお 参考のために以下に沿岸域の代表的な流れの可視化されたものを示す

35 海浜流 ; 沿岸流

36 海浜流 ; 離岸岸流

37 海浜流 ; サンゴ礁海域のリ - フカレント

38 海浜流による陸起源漂着物の移動 沿岸域での 陸起源土砂の移動 堆積過程( 漂砂現象 ) に関しては 巨視的な予測手法が確立されている ゴミは 漂砂現象で扱う砂( 底質 ) に比べて表面に漂いやすく 波浪や流れ以外に風の効果を受けやすいが 沿岸域のゴミの定量的な取り扱いの第一段階として 沿岸域の土砂移動の知見が応用できると仮定する 沿岸域の土砂移動 堆積を広い領域でかつ長い時間スケ- ルで予測するには 沿岸漂砂量式に基づいた 1 -ラインモデルが適用される

39 Q H = ( H 2 C ) ( a sin 2 θ a cos 2 θ ) g b 1 bs 2 bs b x H C g b θ bs

40 y t + 1 ( G C ) Q ( x q ) y x = 0 Q x q x G c

41 結論 ; 1. 漂着物 ( ゴミ ) と言えども 水圏での物質循環の知見が適用できる 2. 漂着物の移動 堆積量予測のモデルを現場レベル + 研究者レベルでフィードバックを掛け合い 開発 実用化する時期に来ている (?) 3. 陸から海を見る土木工学的な視点と海から見陸を見る海洋学の視点を融合する必要がある

42 まとめ ここでは 沿岸域 ( 海岸 ) に堆積し回収されるべきゴミ ( 漂着物 ) の量を 定量的に予測 評価するための ( 数値 ) 解析手法の提案だけを行なった 提案された手法の有効性を現地デ- タに基づき検証してはいないが 本手法の有効性の確認は 海岸の漂着ゴミを長年調査している方々に是非お願いしたいと考えている

43 ご静聴ありがとうございました (Q&A)

44 Channel width W e D(t) D e Equilibrium level Z Z e Bed rock or reference height

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