Microsoft PowerPoint - 流域圏シンポ13（二瓶）HP用

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しょうすけかやぬま
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1 河川から沿岸へのフラックス東京理科大学二瓶泰雄

2 海ゴミ堆積したゴミの処理代船舶の運航, 漁業活動の障害水環境や生態系への影響

3 川ゴミ ~ 台風 0709 号後の多摩川 ~ 河川内にも多量の漂着ゴミ出水後の大幅増加

4 海ゴミの起源は河川陸域沿岸外洋

5 陸域を含む海川ゴミ管理の必要性富栄養化水域海ゴミ問題流域 A 流域 B 流域 C 流域総量規制河川ゴミ河規制? 川河川河川閉鎖性沿岸域 A 海岸 B 海岸 C 海岸開放性沿岸域陸域河川から沿岸域へのゴミ流入フラックスは未知である!

6 目的河川におけるゴミの発生輸送流下過程を明らかにする. 1) 輸送過程 : 直接採取とビデオモニタリングに基づいて漂流ゴミ輸送量を把握する. 2) 流下過程 :GPS フロートを用いた漂流ゴミのラグランジュ観測 3) 発生過程 : 植生の流出条件流出量の推定 1)~3) は主に江戸川での観測結果 4) 山形県最上川での川ゴミ調査 : 河川漂流ゴミの自動連続モニタリング手法の開発の試みと流木フロート調査

堀田琢哉, 船本優月, 川崎貴志国総研自動連続漂流ゴミモニタリング装置と皆さん @

7 本研究の共同研究者東京理科大学水理研学生卒業生 : 若月宣人, 白川明宏, 尾ノ井龍仁, 守田千里, 加茂川優紀, 前川俊明, 高橋俊輔, 中村将現役生 : 堀田琢哉, 船本優月, 川崎貴志国総研最上川, 日向博文, 片岡智哉 NPO パートナーシップオフィス金子博, 大谷明 ( 敬称略 )

8 1) 輸送過程 : 直接採取とビデオモニタリングに基づいて漂流ゴミ輸送量を把握する. 2) 流下過程 :GPS フロートを用いた漂流ゴミのラグランジュ観測 3) 発生過程 : 植生の流出条件流出量の推定 1)~3) は主に江戸川での観測結果 4) 山形県最上川での川ゴミ調査 : 河川漂流ゴミの自動連続モニタリング手法の開発の試みと流木フロート調査

9 漂流ゴミ輸送量モニタリング手法 :1 直接採取 1 漂流ゴミを採取採取ゴミの質量を計測単位幅ゴミ輸送量を算出観測地点江戸川野田橋 ( 河口から約 39km 地点 ) 観測期間 2009/8/10~8/12( 台風 0909 号 ) 2009/10/8~9( 台風 0918 号 ) 高水敷がわずかに冠水する程度の中小規模出水 1m 2m ゴミ採取 ( 江戸川 2009/8/12)

10 漂流ゴミ輸送量モニタリング手法 :2 ビデオ撮影 2 ビデオ撮影映像を静止画像に変換江戸川野田橋横断面図ビデオ撮影地点ゴミ装置投下地点検査線を設定ビデオ撮影検査線上のゴミ割合を計測 D f ゴミ割合 D f と直接採取結果の相関関係を把握 1m 検査線ビデオデータより, 浮遊ゴミ輸送量の横断分布の把握画像解析横断面全体の総浮遊ゴミ輸送量の算出

11 結果 1: 単位幅ゴミ輸送量の時間変化 (1) 5 台風 0909 号台風 0918 号野田水位 [m] /10 8/11 8/12 8/13 8/ 単位幅輸送量 [g/s/m] SS flux [kt/day] 野田水位 [m] 単位幅輸送量 [g/s/m] SS flux [kt/day] 10/8 10/9 10/10 10/11

78 [g] 69% 台風 18 号 (10/8~9) 6% 12% 51% 31% 計 986.

12 結果 2: 採取された浮遊ゴミの種類イネ科の植生, 枝, 木の葉, 人工系ゴミの 4 種類に分別 ( 乾燥質量 ) 自然系ゴミ台風 9 号 (8/10~8/12) 1% 6% 24% 計 [g] 69% 台風 18 号 (10/8~9) 6% 12% 51% 31% 計 [g] イネ科植生枝木の葉人工系ゴミ自然系ゴミ 8/10 17:50 10/8 14:00 自然系ゴミ : 全体の 94%

13 結果 3: 比浮遊ゴミ輸送量 L と比流量 Q の関係江戸川の L-Q 関係を中小河川 ( 大堀川 ) と比較観測サイト流域面積 [km 2 ] 江戸川 ( 野田橋 ) 大堀川 ( 木崎橋 ) 20.1 L と Q を流域面積で除して比浮遊ゴミ輸送量 L と流量 Q を算出比ゴミ輸送量 L [t/day/km 2 ] 江戸川大堀川大堀川流量と共にゴミ輸送量が増加大規模出水時の L -Q 式江戸川高水敷が冠水する程度の流量で L はピーク比流量 Q [m 3 /s/km 2 ] 10 中小規模出水時の L -Q 式江戸川荒川多摩川におけるゴミ輸送量算出

ゴミ体積 [m 3 ] 結果 4: 大河川経由のゴミ流入量の経年変化 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 10 ~ 江戸川荒川多摩川経由のゴミ流入量の総和と各港湾区域でのゴミ回収量の比較 ~

14 ゴミ体積 [m 3 ] 結果 4: 大河川経由のゴミ流入量の経年変化 ~ 江戸川荒川多摩川経由のゴミ流入量の総和と各港湾区域でのゴミ回収量の比較 ~ 流入回量収量多摩川荒川江戸川東京湾海洋葛南港区千葉港区年度 2007 年度 2008 年度ゴミ流入量 > 回収量 ( 特に 2007 年 ) 流入した浮遊ゴミの一部は海岸や海底に堆積するか外洋に流出

15 結果 5: ビデオ画像解析結果 (1) 目視単位幅ゴミ輸送量 L [t/day/m] 観測値近似式画像解析結果 [%] D f y = x R 2 = ビデオ画像解析により, 浮遊ゴミ輸送量の算定が可能

ゴミ採取画像例結果 5: ビデオ画像解析結果 (2) 画像解析ゴミ採取装置 P th =300 を上回る画素と従来法解析結果の比較 Flow 検査線 RGB 値の合計 P 色の空間勾配 P 検査線 800 600 400 200 0 800 600 400 200 閾値

16 ゴミ採取画像例結果 5: ビデオ画像解析結果 (2) 画像解析ゴミ採取装置 P th =300 を上回る画素と従来法解析結果の比較 Flow 検査線 RGB 値の合計 P 色の空間勾配 P 検査線閾値 P th 横断距離 [pixel] 本手法従来法横断距離 [pixel] 9 [pixel] 10 [pixel] 両手法共に, ほぼ同様の位置にゴミを検出! 本手法は従来法と同じ精度で漂流ゴミを判別し得る.

17 結果 5: ビデオ画像解析結果 (2) 画像解析単位幅ゴミ輸送量 L [g/s/m] r = 本手法による漂流ゴミの画素数 N f [pixel] 2010/9/ /10/ /11/1 2012/6/20 近似式ゴミの単位幅輸送量に関する本手法の精度は良好! 得られた近似式を用いて, ゴミ判別画素数 N f から単位幅輸送量 L を算出する.

18 1) 輸送過程 : 直接採取とビデオモニタリングに基づいて漂流ゴミ輸送量を把握する. 2) 流下過程 :GPS フロートを用いた漂流ゴミのラグランジュ観測 3) 発生過程 : 植生の流出条件流出量の推定 1)~3) は主に江戸川での観測結果 4) 山形県最上川での川ゴミ調査 : 河川漂流ゴミの自動連続モニタリング手法の開発の試みと流木フロート調査

19 人工系フロート 20cm 採水用ボトル携帯電話搭載型フロートの概要必要条件安価でフロートの製作が可能漂流中のフロート位置を適切に記録出水後に確実にフロートを回収できる G携 P帯 S電付話携帯電話測位精度 :5m 以下放流フロートの回収用基本構成小型 G PS 小型 GPS 移動軌跡を自動記録電池寿命 12 時間程度自然系フロート 30cm 植生束断熱材 5cm 30cm

20 観測サイト N 現地観測の概要観測の流れ野田橋利根川 2km アメダス ( 我孫子 ) 旧江戸川江戸川行徳可荒川舞動堰浜野田橋上より人工系自然系フロートを投下観測日程 ( 放流時期 ) 平常時出水時 ( 台風 1012 号 ) : 増水期ピーク期減水期 ( 台風 1014 号 ) : 増水期からピーク期に 4 回放流漂着回収

21 8 6 水位 4 [Y.P.m] 2 出水時における漂流ゴミの流下特性台風 1014 号時野田 (39km) 流山 (28km) 三郷 (24km) 河口からの距離 [km] 漂着人工系 1 漂着再流出東京湾へ移動距離自然系 > 人工系漂着時期増水期や水位ピーク期に多い自然系 /31 11/01 11/02 11/03 11/04

22 ~ 東京湾まで流出したフロートの輸送経路 ( 台風号 )~ 経度 [ ] 漂流ゴミの輸送経路 10/31 放流 :00 野田橋 :00 ( 漂着 1 回目 ) /1 14:00 ( 再流出 ) N 16:00 20:00 18:00 22:00 左岸側漂流軌跡右岸側漂流軌跡風向 :00 11/2 2:00 9:00( 漂着 2 回目 ) 緯度 [ ] 漂流軌跡湾曲部では外岸側と内岸側に存在風下側に吹き寄せられている

23 人工系自然系出水時の漂着時期増水期ピーク期減水期漂着台数 [ 台 ] 漂流ゴミの漂着時期漂着の様子増水期人工系自然系増水期ピーク期減水期自然系の移動距離が長い!

24 35 漂着位置マップ 40 野田橋 40 野田橋ゴミの漂着位置 (1) 35 河道平面形と漂着位置の関係内岸人工系自然系自然系 ( 右岸 ) 自然系 ( 左岸 ) 人工系 ( 右岸 ) 人工系 ( 左岸 ) 外岸漂着台数 [ 台 ] N 人工系自然系内岸側に漂着内岸外岸に半分ずつ漂着 5 0 (a) 台風 12 号時 5 0 (b) 台風 14 号時一般的な二次流構造とは異なる?

漂着通過位置は概ね風下 + 一般的な二次流構造とは, 異なる風の影響による空気抵抗大 35.

25 緯度 [ ] フロートの輸送軌跡例ゴミの漂着位置 (2) フロート輸送軌跡ゴミ漂流予想線風向 N 漂着通過位置は概ね風下 + 一般的な二次流構造とは, 異なる風の影響による空気抵抗大 cm 20cm 2.2cm 4cm 30cm 経度 [ ] 1.5cm 4.5cm 1cm

26 1) 輸送過程 : 直接採取とビデオモニタリングに基づいて漂流ゴミ輸送量を把握する. 2) 流下過程 :GPS フロートを用いた漂流ゴミのラグランジュ観測 3) 発生過程 : 植生の流出条件流出量の推定 1)~3) は主に江戸川での観測結果 4) 山形県最上川での川ゴミ調査 : 河川漂流ゴミの自動連続モニタリング手法の開発の試みと流木フロート調査

27 対象とする草本類植生対象サイトの高水敷で, 優占種として群生しているオギ, ヨシ江戸川高水敷に群生する植生オギヨシ

28 出水前後における植生の様子出水前出水後 2011/8/31 撮影 2011/9/15 撮影出水中 flow 出水後 flow 2011/9/22 撮影 2011/9/28 撮影

29 流出率 [%] 流出率 [%] 観測結果 1 出水前後の葉と茎の流出状況葉台風 12 号台風 15 号葉と茎の流出率 No Data No Data 茎植生サンプル設置位置台風 12 号台風 15 号植生サンプル設置位置水位 [Y.P.m] H.W.L 台風 1112 号台風 1115 号左岸からの距離 [m] 江戸川 ( 野田橋上流 ) 断面図 1~6は植生サンプル設置位置葉, 茎の流出率は台風 12 号 < 台風 15 号茎の流出率は地点 5 及び 6 で卓越している!

30 葉の流出率 R l [%] 号葉 h<20cm 20cm h 流体力推定値 F [N] 葉流出モデル式 0.605F 観測結果 2 葉流出 Stn.2の茎 3 近似式葉の流出率 R l [%] h<20cm 20cm h 近似式流体力推定値 F [N] F R l e ( r 0.74) R 55e 55 ( r 0.54) l 1115 号葉葉流出モデル式葉の鉛直位置 h<20cm 流出率 100% が多数存在する底面付近の掃流砂の影響台風 12 号と 15 号の結果を比べると同じ流体力に対して台風 15 号の方が葉流出率は高い

31 茎に作用する流体力推定値 F 観測結果 3 茎流出茎に作用する流体力推定値 F 葉 ( 全部 ) に作用する流体力茎にそのものに作用する流体力茎流出率 R l [%] 植生模式図植生模式図植生模式図 : 平均値 : 近似線流体力 5[N] ごとに茎流出を出した場合流体力 F [N] 流体力 F と茎流出率 R l に相関性あり茎流出モデル式の提案 R l =0.0501F F (r=0.960) l 茎の流出率を概ね良好な精度で推定可能!

32 1) 輸送過程 : 直接採取とビデオモニタリングに基づいて漂流ゴミ輸送量を把握する. 2) 流下過程 :GPS フロートを用いた漂流ゴミのラグランジュ観測 3) 発生過程 : 植生の流出条件流出量の推定 1)~3) は主に江戸川での観測結果 4) 山形県最上川での川ゴミ調査 : 河川漂流ゴミの自動連続モニタリング手法の開発の試みと流木フロート調査

33 河川漂流ゴミ輸送量の自動連続モニタリング手法 Web カメラ現地撮影動画転送撮影間隔 :10 分本研究室 PC 画像解析幾何補正撮影時間 :6~17 時流れゴミ色データからゴミ判別

34 観測サイト地図観測サイト : 最上川堀内水位観測所 km Web カメラ設置箇所堀内水位観測所堀内橋 3 flow 河川を横断方向に一望可能最上川 50m 2 1 モニタリングに最適現地の様子 1 堀内橋上流側 flow ソーラーパネル Web カメラ Web カメラ設置期間 :2013/10/23-12/10 低水路を流れる漂流ゴミが捉えられるように横断方向を撮影

35 最上川フロート調査 2013/11/12 雨 ( 最上川. 村山橋 ) 投下フロート ( 人工系, 流木 ) 最上川低水路道路高水敷村山橋フロート投下の様子投下されたフロートの様子

36 人工系 1 流木 3 漂着 3 流木 4 漂着 2 漂着 2 漂着 1 漂着漂着 1

37 最上川フロート調査 ( 回収 )

38 まとめ 1) 輸送過程 : 漂流ゴミは, 増水期に集中的に輸送されている. ゴミの種類としては, 自然系ゴミが全体の 94% を占め, その大部分が河道内に自生する植生であり, 人工系ゴミは非常に少なかった. 2) 流下過程 : 移動距離としては自然系 > 人工系となった. 漂着時期は増水期や水位ピーク期に集中した. 漂着位置 : 内岸外岸はあまり関係無く, 風下側に集中した. 3) 発生過程 : 流体力と葉茎流出率に関するモデル式を提示できた. 4) 最上川調査 : 河川漂流ゴミ輸送量に関する自動連続モニタリング手法の開発に取り組んでいる.

資料 -5 第 5 回岩木川魚がすみやすい川づくり検討委員会現地説明資料平成 28 年 12 月 2 日東北地方整備局青森河川国道事務所

資料 -5 第 5 回岩木川魚がすみやすい川づくり検討委員会現地説明資料平成 28 年月 2 日東北地方整備局青森河川国道事務所現地説明資料富士見橋経年変化富士見橋は 51.8k 付近に H7~H22 の河川水辺の国勢調査で早瀬が確認しており H5~ で近傍で最深河床高の低下したことで平水流量時の水深が 0.2~0.4m の浅場 ( 瀬 ) が減少したと推定されるがその後も早瀬が確認されている