河川から沿岸へのフラックス 東京理科大学二瓶泰雄
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
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
海ゴミの起源は 河川 陸域 沿岸 外洋
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!
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
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 自動連続漂流ゴミモニタリング装置と皆さん @ 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 )
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
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)
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
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 5 4 3 2 野田水位 [m] 1 25 20 15 10 5 0 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 8/10 8/11 8/12 8/13 8/14 4 3 2 単位幅輸送量 [g/s/m] SS flux [kt/day] 野田水位 [m] 1 25 20 15 10 5 0 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 単位幅輸送量 [g/s/m] SS flux [kt/day] 10/8 10/9 10/10 10/11
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 1715.78 [g] 69% 台風 18 号 (10/8~9) 6% 12% 51% 31% 計 986.64[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%
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 ) 2223.5 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 ] 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 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 10-5 10-2 10-1 1 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 ~ 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 1 2006 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
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] 0.8 0.6 0.4 0.2 0 観測値 近似式 0 1 2 3 4 画像解析結果 [%] D f y = 0.1689x R 2 = 0.9948 5 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 P th 0 250 290 330 370 横断距離 [pixel] 本手法 従来法 250 290 330 370 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.
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] 28 24 20 16 12 8 4 0 r = 0.99 0 4 8 12 16 20 24 28 本手法による漂流ゴミの画素数 N f [pixel] 2010/9/24 2010/10/31 2010/11/1 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.
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
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
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 2010.08.11 出水時 2010.09.24( 台風 1012 号 ) : 増水期 ピーク期 減水期 2010.10.31( 台風 1014 号 ) : 増水期からピーク期に 4 回 放流漂着回収
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) 0 40 30 河口からの距離 [km] 20 10 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 1 0 10/31 11/01 11/02 11/03 11/04
~ 東京湾まで流出したフロートの輸送経路 ( 台風 10 14 号 )~ 経度 [ ] 漂流ゴミの輸送経路 10/31 放流 35.95 9:00 野田橋 35.90 13:00 ( 漂着 1 回目 ) 35.85 35.80 35.75 35.70 11/1 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 35.65 24:00 11/2 2:00 9:00( 漂着 2 回目 ) 35.60 139.84 139.88 139.92 139.96 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
人工系 自然系 出水時の漂着時期 増水期ピーク期減水期 0 1 2 3 4 5 6 7 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!
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 30 30 25 20 自然系 ( 右岸 ) 自然系 ( 左岸 ) 人工系 ( 右岸 ) 人工系 ( 左岸 ) 25 20 外岸 0 1 2 3 4 5 6 7 漂着台数 [ 台 ] 15 10 N 15 10 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?
緯度 [ ] 35.94 35.93 35.92 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 35.91 139.85 139.86 139.87 139.88 7cm 20cm 2.2cm 4cm 30cm 経度 [ ] 1.5cm 4.5cm 1cm
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
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
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
流出率 [%] 80 60 40 20 0 流出率 [%]100 100 80 60 40 20 0 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 1 2 3 4 5 6 茎 植生サンプル設置位置 台風 12 号台風 15 号 1 2 3 4 5 6 植生サンプル設置位置 水位 [Y.P.m] 10 8 6 4 2 0 0 H.W.L. 1234 5 6 台風 1112 号台風 1115 号 50 100 150 200 250 300 350 400 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!
葉の流出率 R l [%] 100 80 60 40 20 0 1112 号 葉 h<20cm 20cm h 0 1 2 3 4 5 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 0 1 2 3 4 5 流体力推定値 F [N] 0.2243F R l e ( r 0.74) R 55e 55 ( r 0.54) 100 80 60 40 20 0 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
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 [%] 100 80 60 40 20 0 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 0 10 20 30 40 50 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 2-0.2493F (r=0.960) l 茎の流出率を概ね良好な精度で推定可能!
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
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
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
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
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
最上川フロート調査 ( 回収 )
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.