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How does alpine vegetation control water discharge in alpine zones?

Research Project

Project/Area Number 22K13246
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 04010:Geography-related
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

榊原 厚一  信州大学, 学術研究院理学系, 助教 (40821799)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords水貯留 / 水涵養 / 土壌の発達 / ラドン / シリカ / 水の同位体比 / 高山帯 / 土地被覆 / 放射性ラドン / 酸素・水素安定同位体比 / 水質 / 水流出 / 植生 / 同位体
Outline of Research at the Start

高山帯の水循環系の理解は,持続的な水資源利用や洪水・土砂災害の対抗策を検討する上で極めて重要である.本研究では,高山帯の植生の有無に着目し,高山帯植生部の水貯留・流出機能を新たに評価する.北アルプス乗鞍岳高山帯を研究対象とし,水文・気象観測とトレーサーを用いた流出水の成分分離を実施し,水循環過程をモデル化する.この研究の成果は,気候変動に伴う高山帯水環境の将来予測に貢献できるだけでなく,近年頻発する洪水・土砂災害の発生予測技術の発展へ波及効果が期待できる.

Outline of Annual Research Achievements

本研究は,高山植生が水貯留・水流出をどのように制御しているかを明らかにすることを目的として実施している.令和5年度は,令和4年度に引き続き,5分間隔の水文観測を実施し,水試料の放射性ラドン,水の同位体比,水質トレーサー値を分析・解析することで進めた.試料の採取には,自動採水器による高頻度採水,季節変化をとらえる定期採水の両者を実施することができた.
令和5年度の水文観測結果において,令和4年度と同様な現象が捉えられた:①裸地流域における降雨に伴う一時的な渓流の形成,②植生流域における水涸れしない継続的な水流出.このことは,令和4年の一時的な現象ではなく,高山域の一般的な現象であることを示しているものと考えられる.そこで,令和5年度では,植生流域において,裸地流域と異なる地下水涵養過程があるものと仮定を置き,その過程を明らかにすることを主目的とした.
植生部湧水の総溶存イオン量と放射性ラドン濃度は,裸地部湧水と比較して大きい値を示した.水の滞留時間の指標となる溶存シリカ濃度を分析すると,植生部湧水の方が高い値(5倍高い)を示したことから,植生部湧水では滞留時間の長い水が貯留されていると判断できた.さらに,植生部湧水の流量と,各種トレーサー値は逆相関していることから,降水のインプットによって水涵養過程が変動すると考えられた.一方,逆相関の程度は,裸地部流域と比較し,植生部流域の方が小さかったため,水貯留量は植生部で大きいものと考えられた.さらに,水の酸素・水素安定同位体比から,蒸発の影響の有無を検討したところ,植生部の方が水の蒸発線に近い同位体組成を有していた.以上の結果より,裸地部では,粗粒堆積構造により降雨の浸透が早く岩盤の上を迅速に流出しており,植生部では,土壌の発達により降雨の浸透が遅く,岩盤層への涵養を促進するため,裸地部より高い水貯留機能を有していると考えられた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和4年度に本研究テーマを遂行するための試験地を構築し,その試験地において概ね予定していた調査・解析が実施できた.特に,自動採水器の設置許可の取得と,実際の運用が実施できたことから,解像度の高いデータが取得できた.令和5年度では,本研究の核心に近い,高山帯の裸地部と植生部の地下水涵養過程の解明に向けたデータの取得と解析が完了できた.しかしながら,当初予定していた大規模降雨時の流出応答については,気象条件が満たされず,調査を断念せざるを得なかった.一部,予定していたことができなかったことから,「おおむね順調に進展している」であると判断した.

Strategy for Future Research Activity

令和6年度も本研究で構築した試験流域において継続的に降水・渓流水・湧水・土壌水の観測と採水・分析を実施する.また,当初提示していた「植生流域のどの部分のどのような性質によって水貯留機能が発揮されるか」の課題解決に向けた調査を令和5年度に開始することができた.しかしながら,対象は土壌であり,採取・分析・解析に時間がかかってしまっている現状がある.そのため,現状では,令和5年の成果として解析結果が提示できていない.したがって,令和6年度では,採取した植生部土壌層の水文物理・化学特性の分析と解析を継続する.現在,土壌試料の透水性・水分特性について概ね分析が完了できているため,令和6年度では完了することが十分可能である.
令和4年度,令和5年度で得られた知見を合わせることで,高山植生部の水涵養・流出における物理化学的特性の概念モデルを作成し,水流出と水涵養の諸過程を明らかにする.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Groundwater flow system and microbial dynamics of groundwater in a headwater catchment2023

    • Author(s)
      Sugiyama Ayumi, Tsujimura Maki, Onda Yuichi, Sakakibara Koichi, Nagano Kosuke, Yano Shinjiro, Nagaosa Kazuyo, Kato Kenji
    • Journal Title

      Journal of Hydrology

      Volume: 624 Pages: 129881-129881

    • DOI

      10.1016/j.jhydrol.2023.129881

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Identification of Seasonal Water Discharge Characteristics using Stable Isotopes of Water in the Mountain Region, Japan2023

    • Author(s)
      Kanai Anji, Sakakibara Koichi, Nagahata Yoshitake, Suzuki Keisuke
    • Journal Title

      Proceedings of the Fourth International Conference on Environmental Science and Technology (EST 2023)

      Volume: 1 Pages: 46-54

    • DOI

      10.2991/978-94-6463-278-1_6

    • ISBN
      9789464632774, 9789464632781
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Variations of the groundwater flow system due to heavy rainfall in Unzen Volcano, Japan2023

    • Author(s)
      Miku Ishibashi, Koichi Sakakibara, Keisuke Suzuki, Makoto Kagabu
    • Journal Title

      Hydrological Research Letters

      Volume: -

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      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of alpine vegetation on water storage and discharge functions in an alpine headwater of Northern Japan Alps2023

    • Author(s)
      Fujino Mayu、Sakakibara Koichi、Tsujimura Maki、Suzuki Keisuke
    • Journal Title

      Journal of Hydrology X

      Volume: 18 Pages: 100146-100146

    • DOI

      10.1016/j.hydroa.2022.100146

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 山地源流域における湧水中の六フッ化硫黄濃度の長期変動2023

    • Author(s)
      長野倖介、辻村真貴、恩田裕一、岩上翔、榊原厚一、浅井和由
    • Journal Title

      地下水学会誌

      Volume: 65 Pages: 67-76

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高山帯におけるハイマツ林土壌の水保持機能の解明2024

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      石橋未来, 榊原厚一, 小野裕, 行廣真, 鈴木啓助
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      第135回日本森林学会大会
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      Mayu Fujino, Koich Sakakibara, Maki Tsujimura, Keisuke Suzuki
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      European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2023
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  • [Presentation] Water quality and water circulation formation of a deep lake on the basis of interaction between surface water and groundwater in a highly acidic hot spring region2023

    • Author(s)
      Koichi Sakakibara, Sae Mizushima, Yoshikuni Hodoki, Maki Tsujimura, Kei Suzuki, Hodong Park
    • Organizer
      European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2023
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    • Author(s)
      Anji Kanai, Koichi Sakakibara, Keisuke Suzuki
    • Organizer
      Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting 2023
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Runoff generation processes associated with hydrological interaction among surface, soil, and bedrock layers in a headwater catchment2023

    • Author(s)
      Koichi Sakakibara, Yuichi Onda, Tsubasa Hiramatsu, Ayumi Sugiyama, Masahiro Hirota, Kenji Kato, Maki Tsujimura
    • Organizer
      American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting 2023
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    • Author(s)
      榊原厚一, 藤野真優, 金井杏樹, 辻村真貴, 鈴木啓助
    • Organizer
      Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting 2023
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    • Invited
  • [Presentation] 山岳域の地下水-地表水交流に着目した水質形成過程の解明2023

    • Author(s)
      行廣真, 榊原厚一, 鈴木啓助
    • Organizer
      水文・水資源学会 日本水文科学会2023年度研究発表会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 高山山麓部の湧水における山体地下水の降雨-流出過程に対する寄与2023

    • Author(s)
      金井杏樹, 榊原厚一, 鈴木啓助
    • Organizer
      水文・水資源学会 日本水文科学会2023年度研究発表会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 222Rn を含むマルチトレーサー法による高山帯の水貯留機能の解明2023

    • Author(s)
      谷 和音, 榊原厚一, 藤野真優, 辻村真貴, 廣田昌大, 鈴木啓助
    • Organizer
      日本地下水学会2023年秋季講演会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Evaluation of the mechanism of residence time change of Shimabara springs based on high frequency water sampling survey2023

    • Author(s)
      Miku Ishibashi, Koichi Sakakibara, Makoto Kagabu
    • Organizer
      European Geosciences Union (EGU) General Assembly 2023
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Discharge of precipitation component from hillslopes at the saturated riparian zone in a forested headwater2022

    • Author(s)
      Koichi Sakakibara, Yoshitake Nagahata, Mizuki Hori, Yuichi Miyabara, Keisuke Suzuki
    • Organizer
      Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting 2022
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      2022 Research-status Report
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  • [Presentation] 山岳湧水の流出過程から示唆される山岳域の水循環系2022

    • Author(s)
      金井杏樹、榊原厚一、鈴木啓助
    • Organizer
      日本地下水学会2022年春季講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 北アルプスの高山・亜高山地域における渓流水の水質特性と水質形成過程2022

    • Author(s)
      行廣真, 榊原厚一, 鈴木啓助
    • Organizer
      Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting 2022
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 山岳域の低・高水期の水流出における山体地下水の役割2022

    • Author(s)
      金井杏樹、榊原厚一、鈴木啓助
    • Organizer
      日本陸水学会第86回大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 高山帯の異なる地表面被覆における流出特性と地下水の役割2022

    • Author(s)
      藤野真優、榊原厚一、鈴木啓助、辻村真貴
    • Organizer
      日本地下水学会2022年秋季講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 北アルプスの地質境界に着目した山岳渓流の水質形成過程の解明2022

    • Author(s)
      行廣真、榊原厚一、鈴木啓助
    • Organizer
      日本地下水学会2022年秋季講演会
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  • [Presentation] 通年採水による島原湧水群の年代変化の要因の解明2022

    • Author(s)
      石橋未来、小嶋紳介、榊原厚一、利部慎
    • Organizer
      日本地下水学会2022年秋季講演会
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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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