放射性物質の分布状況－河川水系
4. ダム湖における放射性セシウムの挙動
上流域から流出した放射性セシウムが貯水池内に蓄積し、その影響により灌漑用水が汚染されるのではないかとの懸念がある(農林水産省東北農政局 2016a；農林水産省東北農政局 2016b)。そのため、上流域から貯水池にどの程度放射性セシウムが蓄積するのかを把握することが重要である。以下では福島県大柿ダムでの調査事例について述べる。
(1) ダム湖における放射性セシウムの流入・流出
福島県大柿ダムでは、文部科学省第1次航空機モニタリングから推定されるダム流域の放射性セシウムの初期沈着量のうち、約0.3％(2013年7月～11月と2014年7月～11月の合計)がダム湖へ流入したとの報告がある(農林水産省東北農政局HP)(図4.1)。流域の沈着量に対して流入量が非常に少ないことから、流域に沈着した放射性セシウムの大部分は現在も山地森林内に留まっているものと考えられる。
| 項目 | 137Cs量(MBq) | 割合(％) |
|---|---|---|
| ①流域の沈着量 | 393,000,000 | 100.0 |
| ②流域からの流入量 (2013年7月19日～11月30日) (2014年7月1日～11月30日) |
1,360,000 | 0.3 |
図4.1 福島県大柿ダムにおける放射性セシウムの流入量と流下量(1)
(農林水産省東北農政局HP、一部改変)
ダム湖への放射性セシウムの流入量とダム湖からの流出量を比較すると流入量に対して流出量は約1割程度であり、残りの約9割が湖底に蓄積している(図4.2)。これは、貯水池内の流速が河川の流速に対して非常に遅く流域から運搬された粒子が湖底に沈降しやすいためであり、これによって下流域への放射性セシウムを含む粒子の拡散が抑制されている。なお、ダム湖の中でも粒子は下流側に到達せず上流側に沈降し堆積するものが多い傾向があることも報告されている(飯島ほか2014)。
図4.2 福島県大柿ダムにおける放射性セシウムの流入量と流下量(2)
(農林水産省東北農政局 2016b)
底質とセディメントトラップを用いて採取した沈降粒子の放射性セシウム濃度は、事故初期に急激に減少し、その後緩やかな減少傾向を示す(図4.3)。このような傾向は、チョルノービリ（チェルノブイリ）事故後の欧州の河川や福島第一原発事故後の福島県内の河川で認められた懸濁物質の放射性セシウム濃度の減少と同様の傾向である。
図4.3 福島県大柿ダムの底質及び沈降粒子中の放射性セシウム濃度の変化
また、真野川上流にある真野ダム(はやま湖)において、底質の放射性セシウムの分布を調査した(図4.4)。その結果、湖心とダム堤体近傍では、底質中の放射性137Cs濃度ピークが、最表層ではなくいずれも10cm程度深いところに確認された。この濃度ピークは、原発事故直後に湖面に直接降下したものや、事故後初期の降雨によって流域から速やかに洗い出され、流入してきたものによって形成されたと考えられる。さらに、事故後から現在に至るまでの降雨流出によって流入する、事故直後の直接降下や初期流入に比べ相対的に濃度の低い放射性セシウムが吸着した微細な土粒子が堆積することで、濃度ピーク層が遮蔽されるような状況が生じている。
貯水池では、このような貯留機能によって上流域から流出した放射性セシウムの下流域への移動と再集積を妨げる役割を担っていることが示された。
図4.4 はやま湖の底質の放射性セシウムの濃度分布
(採泥コアの137Cs濃度と中央粒径の鉛直分布(2014年秋(①，②)2015年春(③)採取)
(2) ダム湖内での放射性セシウムの流動挙動
貯水池内の上流部と下流部(フェンスの下流)に超音波多層流向流速計を設置し、鉛直流速分布の連続観測を実施した。また、2014年10月の台風18号襲来時に、貯水池内の3地点で水温、濁度、溶存酸素等の水質の深度分布測定を行った(図4.5、中央の赤線がフェンス)。
図4.5 大柿ダム調査地点
(国土地理院電子地形図25000『小高』)
鉛直流速分布の連続観測の結果、出水時に上流部の中層から下層にかけて流速が顕著に速くなることから、濁水は上流部の観測地点では中層から下層にかけて進入しているものと考えられる(図4.6)。一方、下流部では出水時においても平水時とほとんど変わらない流速であった。なお、流速分布は日周期での変動性が認められるが、この要因は現在のところ不明である。
図4.6 出水時の流速の鉛直方向分布
図4.7に湖内の濁度鉛直方向分布を示す。出水直後の10月6日の時点の上流部で濁度が最大約50 FTUとなるが、下流部では最大約20 FTU程度であった（1 FTUはおよそ1 mg/L）。あわせて、図4.8に下流部の水温鉛直方向分布を示す。この結果から、形成されている水温躍層は大きく破壊されていないことからも、全層が混合して濁水化するような大規模な出水イベントではなかったことが言える。そのため、下流部の下層で濁度が高い要因としては、出水時の流入水の影響ならびに夏期に貯水池内に形成された浮泥層によるものとで、底質の巻き上げの影響によるものではないと考えられる。
図4.7 出水時のダム湖内の濁度鉛直方向分布
図4.8 出水時のダム湖内水温の鉛直方向分布
以上のことから、出水時に一時的に放流水の濁度が上昇し、懸濁物を含む水が放流されたとしても、これはダム湖への流入水自体が懸濁していたことによるもので、巻き上げによって底質が再浮遊することで懸濁したのではないと推定される。なお、底質の巻き上げが発生するか否かは、出水の規模、貯水容量、貯水池の形状、水深等によっても大きく異なるため、灌漑用水としての利用に際して、作物への汚染が懸念される場合には、個々に応じた対応が必要になるものと考える。
(3) ダム湖内での放射性セシウム移動挙動解析
チョルノービリ（チェルノブイリ）事故や大気核実験によってフォールアウトした放射性物質の水環境中での挙動についてはこれまで様々な調査や解析が行われてきた。湖沼に対しては、湖水の滞留時間によって閉鎖型あるいは開放型に分類できるとされている。このうち、開放型の湖沼では、上流域からの流入が湖沼内の放射性物質の挙動に影響すると考えられている(Smith et al. 2002)。
そこで、開放型の貯水池の降雨イベント時の放射性セシウムの流出挙動や堆積挙動を理解するために、これまでに1次元及び2次元の計算コードを用いて試解析を行ってきた(Kurikami et al.2014, Yamada et al.2015)大柿ダムを対象として、3次元の計算コードFLESCOTを用いて詳細な解析を行った。
FLESCOTは、米国Pacific Northwest National Laboratoryが開発した3次元有限体積コードであり、乱流流れに基づき、水中の浮遊土砂、溶存放射性物質、浮遊土砂付着放射性物質の輸送を解析するモデルである。浮遊土砂は3つの異なる粒径(砂、シルト、粘土)を考慮することが可能である(Onishi et al. 1993)。
対象とした降雨イベントは、流入、流出データ(東北農政局測定)が取得されている2013年9月の台風時とした。境界条件として、流入する河川流量、浮遊土砂濃度、137Cs濃度を与えた。粒径ごとの137Cs濃度及び溶存濃度は、それぞれの粒径に対応する分配係数を、測定値を基に仮定し、平衡状態を仮定して分配した(図4.9)。
解析結果を観測された流出データと比較したところ、解析結果は観測値をよく表現できており(図4.10)、FLESCOTコードの福島の環境への適用性を確認することができた(Kurikami et al. 2016)。
図4.9 大柿ダムに流入する水中の放射性セシウム濃度の経時変化の観測値と解析入力値
図4.10 大柿ダムから流出する水中の放射性セシウム濃度の経時変化の観測値と解析結果の比較
上記は、大柿ダムを対象とした解析の一例であったが、福島県内には3×104 から5×108 m3といった様々な容量のダム湖が存在する。また、降雨ごとに河川流量や継続時間が異なる。そこで、ダム湖容量、河川流量、継続時間の違いがダム湖からの流出挙動に与える影響を解析的に調査した(Kurikami et al. 2016)。
図4.11は容量107m3のダム湖に対して、河川流量および継続時間が異なる降雨が生じたときの137Csのダム下流への流出率を示した。流出率は、降雨強度が大きい(流量が大きい場合に相当)ほど大きく、ダム湖容量に対する流量と時間の積の割合(図では「正規化流入量」)が同じであれば継続時間が短いほど大きくなった。これは浮遊土砂の沈降速度とダム湖水の滞留時間の大小のバランスの違いや流速の違いに伴う分散係数の違いに起因している。砂、シルト、粘土のそれぞれの粒径ごとの挙動を確認すると、沈降速度や分配係数の違いから、流入量が小さいときには粘土が主な輸送媒体になり、流入量が大きいときにはシルトが主な輸送媒体になることがわかった。
図4.11 降雨強度(流量)や継続時間と放射性セシウム流出率の関係(容量が107m3のダム湖の例)
引用文献
- 飯島ほか(2014)浜通り側河川水系における放射性セシウム移動挙動−請戸川水系と他河川水系との比較−、環境放射能除染学会「第3回環境放射能除染研究発表会」要旨集
- Kurikami et al.(2014)Sediment and 137Cs behaviors in the Ogaki Dam Reservoir during a heavy rainfall event, J. Environ. Radioact. 137, 10
- Kurikami et al.(2016)Journal of Environmental Radioactivity, vol.164, 73-83.
- 農林水産省東北農政局(2016a)ため池の放射性物質の実態と対策
- 農林水産省東北農政局(2016b)大柿ダムの放射性セシウムの実態と対策−請戸川地区の農業復興に向けて−
- Onishi et al.(1993)Preliminary modeling of wave-enhanced sediment and contaminant transport in new bedford harbor”, In: Mehta, A.J. (Ed.), Coastal and Estuarine Studies, Nearshore and Estuarine Cohesive Sediment Transport, vol. 42. American Geophysical Union.
- Smith et al.(2002)AQUASCOPE technical deliverable: simplified models for predicting 89Sr, 90Sr, 134Cs, 137Cs, 131I in water and fish of rivers, lakes and reservoirs”, CEH Centre for Ecology and Hydrology, Natural Environment Research Council.
- Yamada et al.(2015)Sediment and 137Cs transport and accumulation in the Ogaki Dam of eastern Fukushima”, Environ.Res.Lett. 10, 014013.
5. 海における放射性セシウムの挙動
(1) 河口域における放射性セシウムの堆積挙動
137Csの堆積状況を確認するため、海底土の採取(以降、“採泥” と呼ぶ)を実施した。原子力機構では、2015年に福島第一原発周辺の河口にてバイブレーションコアサンプラーを用いた底質の柱状試料採取を行った。これは、海底面下約1m程度のサンプルを取得できる採泥方法である。図5.1に採泥場所、図5.2に得られた137Csの鉛直方向分布を示す。
図5.1 河口域の堆積物分布と採泥場所
図5.2 柱状採泥試料中の137Cs濃度の鉛直方向分布
図5.1より、A地点にはシルト質の土砂が堆積しており、B地点とC地点には砂質の土砂が堆積している。図5.2より、シルト質の土砂の137Csが他の地点より1～2オーダー高いことが分かる。河口では、シルト質の土砂は凹地のような窪みに堆積する傾向がある。しかしながら、図5.1より、シルト質の土砂の堆積は河口において限定的である。
一方、河川の137Csと比較すると、砂質の土砂については、河川の河床土よりも低いことが分かる。また、高いシルト質の土砂と比較すると河川敷の土砂の方が137Csが高いことが分かる。また、既往報告(原子力機構2015)より、河川からの流入は少ないことが分かっている。そのため、河口周辺で汚染が継続し、蓄積する可能性は低いと考えられる。
(2) 沖合における放射性セシウムの堆積挙動
水産庁では、国内外に対して、現在の水産物の放射性物質の濃度や安全性に係る正確な情報を伝達し、風評被害の払拭や諸外国・地域における輸入規制の緩和・撤廃を目的として、「水産物の放射性物質の検査に係る報告書」を作成し、発表している(水産庁 2015)。図5.3に福島沖の海水中の放射性セシウムのモニタリング結果を示す。2011年5月に比べて、11月の段階で放射性セシウムの減少がみられる。これは、別に行われた同様な調査結果(原子力規制庁2017)とも整合的である。
図5.3 福島沖の海水中の放射性セシウムのモニタリング結果
(水産庁 2015)
一方、海底土についてみると、2011年の7月から2012年3月にかけて減少している傾向がみられる(図5.4)。しかし、福島第一原発の南側や沖合では、放射性セシウム濃度が増加している地点がみられることから、南向きや沖合の流れによって、放射性セシウムが吸着した土砂が運搬されている可能性も考えられる。
図5.4 福島沖の海底土中の放射性セシウムのモニタリング結果
(水産庁 2015)
引用文献
- 原子力規制庁(2017)海水のモニタリング結果、近傍・沿岸海域の海水の放射能濃度の推移
- 小林卓也ほか, “海洋における物質動態のモデル開発”, 原子力機構研究成果報告会; ふくしまの環境回復に係るこれまでの取り組み, 福島, 2015-11-09/10.
- 水産庁(2015)水産物の放射性物質の検査に係る報告書の更新について、平成23年3月～平成27年1月
- Yoshimura, K. et al, An extensive study of the concentrations of particulate/dissolved radiocaesium derived from the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant accident in various river systems and their relationship with catchment inventory, Journal of Environmental Radioactivity. Vol.139, 2015, p.370-378.
6. 我々の生活に及ぼす影響
(1) 水産物への影響
2011年3月以降、国、関係都道県及び関係団体が連携して、水産物の放射性物質モニタリング検査を実施している。特に、水産庁は、事故以降のモニタリングデータを包括的に分析し、モニタリング結果の動向やそのデータの持つ意味を解説した報告書を発表している。それによると、福島県及び近隣県の主要港において水産物をサンプリングし、事故発生以来102,322検体の水産物の放射性物質調査を行っている(2016年12月26日現在)。結果、基準値(100Bq/kg)を超える割合は事故からの時間経過に伴い低下している(図6.1)。
このうち海産種については、2011年度は64.8％が100Bq/kg 以下であったが、時間の経過とともに濃度が低下し、2014年度は99.4％が100 Bq/kg以下となっている。この原因は、海産種は体内の塩類を排出させる機能が働くことから、海水の放射性セシウム濃度の低下に伴い、体内の放射性セシウム濃度が低下したためと考えられる。また、図6.2のように底生魚類中の放射性セシウム濃度は、海底堆積物中の放射性セシウム濃度と同様の減少傾向を示しており、その影響を受けている可能性も考えられる(水産庁2017；乙坂2013；Otosaka and Kobayashi 2013)。
また、淡水種については、2011年度は68.3％が100Bq/kg以下であったが、2014年度は、97.1％が100 Bq/kg 以下となっている。全体の放射性セシウム濃度は低下しているものの、海産種に比べると低下の速度は遅いようである。これは、淡水魚は、体内の塩類を保持しようとする機能が働くことから、海水魚よりも放射性セシウムを排出しづらいためであると考えられる。
図6.1 福島県内の水産物中の放射性セシウム濃度調査結果(3か月ごとの100 Bq/kgを超える検体数と割合の推移)
(水産庁2017)
図6.2 海底堆積物と底生魚類中の放射性セシウム濃度の経時変化の比較
(水産庁2017)
図6.3は、福島県内を流れる5河川(新田川、木戸川、阿武隈川、鮫川、大川(阿賀川))において採取したアユについて、個体ごとに内臓(消化管及び胃内容物を含む)と筋肉に分けた放射性セシウム濃度の時間変化である。同時に、底質の付着物(アユの餌生物である藻類及びシルト)についても放射性セシウム濃度を測定したものである(水産総合研究センター2016)。
アユの内臓(消化管及び胃内容物を含む)及び筋肉の放射性セシウム濃度は、時間経過とともに減少する傾向が認められた。筋肉の放射性セシウム濃度は、内臓より変動が少なく、内臓の濃度の16％程度であった。アユ遊漁が解禁されていない新田川、阿武隈川、木戸川において、137Cs濃度の明瞭な減少傾向がみられるようになった2013年以降のデータを用いて、137Cs濃度の生物学的半減期の推定を行った結果、137Csの生物学的半減期は、アユの内臓で457～520日、筋肉で556～997日と推定された。
図6.3 福島県内5河川でのアユの内臓(●)及び筋肉(○)と、河床付着物(アユの餌生物である藻類及びシルト、×)の放射性セシウム濃度の時間変化
(水産総合研究センター2016)
(2) 農産物への影響
農林水産省が、田面水の放射性セシウム濃度が玄米の放射性セシウム濃度に及ぼす影響を評価するために行ったポット試験の結果を示す(農林水産省ほか2014)。
試験においては、溶存態の放射性セシウムを含む水と、放射性セシウムをほとんど含まない水を用いて米を栽培し、玄米中の放射性セシウム濃度の比較を行った。試験は、交換性カリの含量が異なる2種類の土壌(図6.4中■及び■)を用いて行った。その結果、いずれの土壌の場合にも、溶存態放射性セシウム1.0Bq/Lの水を灌がい用水として用いたとしても玄米中の放射性セシウム濃度の上昇は34Bq/L(■の場合)～7Bq/L(■の場合)であり、少ないとの結果が得られている。
さらに、溶存態だけでなく懸濁態を含む水を用いて同様の試験を行った。その結果、懸濁態及び溶存態の合計1.4Bq/Lの水を用いた場合でも上昇は9Bq/Lに止まるとの結果が得られている。
河川やダム湖水中の溶存態は上記試験で用いた水より低いことから、これらの水を灌がい用水として用いてもその影響は小さいと考えられる。
図6.4 灌がい用水の放射性セシウム濃度が玄米の放射性セシウム濃度に及ぼす影響
(農林水産省ほか 2014)
(3) 水辺のレクリエーションへの影響
河川・湖沼における汚染状況のデータを整理し、その環境中において、水辺のレクリエーション活動を行った際に受ける被ばく線量について試算が行われている。
試算においては、子どもが夏休みの間、頻繁に河川・湖沼で活動すると想定した。想定したレクリエーション活動を図6.5に示す。試算した結果、水辺のレクリエーション活動(20日間×5時間)における被ばく線量は、底質の放射性セシウム濃度や空間線量率について保守的に設定したケースで河川では0.031mSv、湖沼では0.030mSvという値が得られている(表6.1)。
図6.5 想定したレクリエーション活動
(河川財団こどもの水辺サポートセンター 2014)
(農林水産省ほか 2014)
表6.1 水辺のレクリエーションにおける被ばく線量の試算結果 (環境省 2015、一部改変)
| 河川 | 湖沼 | |||
|---|---|---|---|---|
| 設定ケース※ | 平均的なケース | 保守的なケース | 平均的なケース | 保守的なケース |
| 底質の放射性セシウム濃度(Bq/kg) | 200 | 2,000 | 500 | 5,000 |
| 周辺環境の空間線量率(µSv/h) | 0.3 | 0.6 | 0.2 | 0.5 |
| 被ばく線量(試算)(mSv) | 0.013 | 0.031 | 0.0086 | 0.030 |
※底質の放射性セシウム濃度及び周辺環境の空間線量率について、福島県(避難指示区域を除く)の中央値、90％パーセンタイル値を踏まえ、平均的なケース及び保守的なケースを設定。
一方、海の場合では、福島県や宮城県によって海水浴場を対象としたモニタリングがなされた結果が報告されている(宮城県 2016；福島県 2016)。いわき四倉、勿来の海岸で実施された空間線量率の測定では0.04～0.05μSv/hであり、事故以前の空間線量率と同等の結果が得られた(表6.2)。そのため、福島県の開設された水浴場の利用では、被ばく線量の増加の可能性は低いと考えられる。
表6.2 福島県における海水浴場のモニタリング結果 (福島県HP、一部改変)
| No. | 海水浴場名 | 市町村名 | 区分 | 海岸の空間線量率 | 海水の放射性物質濃度(Bq/L) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 調査日 | 地表面(地上1cm) | 地上50cm | 地上1m | 調査日 | 採水位置 | 放射性セシウム | 全ベータ放射能 | トリチウム | |||||
| 134Cs | 137Cs | ||||||||||||
| 今夏開設中の海水浴場 | |||||||||||||
| 1 | 四倉 | いわき市 | 海水浴場 | 8月3日 | 0.05 | 0.04 | 0.04 | 8月3日 | 表層 | 不検出 | 不検出 | 0.03 | 不検出 |
| 下層 | 不検出 | 不検出 | 0.02 | 不検出 | |||||||||
| 2 | 勿来(北) | 8月3日 | 0.04 | 0.04 | 0.04 | 8月3日 | 表層 | 不検出 | 不検出 | - | - | ||
| 下層 | 不検出 | 不検出 | - | - | |||||||||
| 勿来(南) | 8月3日 | 0.05 | 0.04 | 0.04 | 8月3日 | 表層 | 不検出 | 不検出 | 0.02 | 不検出 | |||
| 下層 | 不検出 | 不検出 | 0.03 | 不検出 | |||||||||
※放射性物質濃度が検出限界値未満の場合は「不検出」と記載
(検出限界値は放射性セシウム1Bq/L程度)
引用文献
- 福島県(2016)平成28年度海水浴場の環境放射線モニタリング結果 水浴場の環境放射線モニタリング調査結果(平成28年度第2・3回目:遊泳期間中)について(続報)
- 環境省(2015)「環境回復検討会(第13回)」のうち資料5「水辺のレクリエーション活動における被ばく線量の試算について(概要)」(平成27年1月)
- 公益財団法人河川財団子どもの水辺サポートセンター(2014)水辺の安全ハンドブック2014年版
- 宮城県(2016)県内主要海水浴場の水質検査結果について(環境対策課)
- 農林水産省ほか(2014)放射性セシウム濃度の高い米が発生する要因とその対策について～要因解析調査と試験栽培等の結果のとりまとめ～(概要第2版)
- 乙坂(2013)海底堆積物中の放射性セシウム濃度の推移, ISOTOPE NEWS 2013年6月号, No.710, pp.12-15
- Otosaka and Kobayashi(2013), Sedimentation and remobilization in the coastal area of Ibaraki, 70km south of the Fukushima Dai-ichi Nuclear power Plant, Environ.Mon. Assess., 185, 5419–5433, DOI 10.1007/s10661-012-2956-7
- 水産庁(2017)水産物の放射性物質調査の結果について(平成29年6月26日)
- 水産庁(2016)平成27年度放射性物質影響解明調査事業報告書