Formation mechanism of 137Cs concentration in river water at the boundary area between forest and agricultural lands

2024 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24K15331
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• Principal Investigator: 辻 英樹 国立研究開発法人国立環境研究所, 福島地域協働研究拠点, 主任研究員 (50719599)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 五十嵐 康記 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (00854085)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Keywords: 放射性セシウム / 分配係数 / 水温

Outline of Annual Research Achievements

1.河川観測
福島県浪江町を流れる請戸川において、大柿ダムの放流地点および農地排水を多く含むと見られる国道6号線の近傍地点(下流部)において、2024年7月より濁度、形態別137Cs濃度および共存イオンの観測を開始した。懸濁物質中の無機物質の割合は、観測当初はダム放流水に比べて下流部のほうが高かったものの、9月～3月にかけては顕著な差が見られなかった。ダム放流水の懸濁物質濃度が近隣地域に比べて高かったことから、大柿ダム内部において底質の再懸濁が生じやすい地形条件にあることが示唆された。今後も同様な傾向が観測されれば、本研究の仮説(河川下流部の溶存態137Cs濃度の形成は周辺農地から流入する鉱物粒子の影響を受ける)の検証が困難であるため、他の地点での観測を検討する必要がある。
2.室内試験
請戸川下流部において回収した懸濁物質(SS)試料(乾燥済、137Cs濃度測定済)を用いた撹拌試験を実施した。まず溶存態137CsのSSへの吸着過程として、SS濃度が10 mg/Lとなるよう、定量のSS試料を請戸川上流河川水(ろ過済)に混合し、5℃/20℃/30℃定温下で48時間撹拌した。撹拌後の水をろ過・蒸発濃縮し溶存態137Cs濃度を測定し、SS中137Cs濃度との比である分配係数を評価したところ、水温と137Cs分配係数の関係は、全懸濁物質と液相とのイオン交換を前提としたモデル式に比べ、無機SSとのイオン交換を前提とするモデル式の再現性が高いことが明らかになった。また懸濁物質からの137Cs脱離過程として、SS濃度10 mg/L条件で5℃/30℃定温下で48時間撹拌する試験を実施し、吸着過程と同様なモデル再現を試みたところ、懸濁物質からの137Cs脱離量は無機SSに含まれる交換態137Csとのイオン交換を前提とする式が最も再現性が高いことがわかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

「研究実績の概要」に示した通り、河川観測・室内試験を当初記載した計画の通り概ね遂行できており、過去の観測データ収集についても、データを観測した研究者への協力の打診を進めている。

Strategy for Future Research Activity

1.河川観測
令和6年度に実施した請戸川観測では、想定以上に大柿ダム放流水の懸濁物質濃度が高かったことから、令和7年度では新たに太田川の横川ダム放流水および下流部においても、請戸川と同様な観測を開始する(一部は関係研究者へのデータ提供を依頼する)。
2.室内試験
137Cs吸着試験と脱離試験では最も再現性の高いモデル式が異なったことから、両方の過程を包含した動的な交換反応を含んだモデル式(キネマティック式)の適用を検討する。また、撹拌試験に用いた懸濁物質中の137Cs濃度のばらつきに対し、溶存態137Cs濃度のばらつきが格段に小さかったことから、懸濁物質中の交換態137Cs濃度の試験間のばらつきについて検討する。
3.過去のデータ収集と追加採水の検討
溶存態/懸濁物質中137Cs濃度と水温のデータセットが揃っている河川観測結果を対象に、残存しているフィルタを強熱燃焼させることでSS中の有機物の割合を測定する。いくつかの河川で有機物割合のデータを補完した後、必要に応じて追加的な河川観測を行う。

Causes of Carryover

実験器具類の価格上昇に伴い、当初執行計画を変更したため残額が発生した。残額については小額であるため、必要物品の購入にあてがう予定である。