東京湾における水質改善技術の包括的環境影響評価

東京大学大学院　工学系研究科環境海洋工学専攻修士 2年　川淵信

背景• 東京湾では沿岸域の発展に伴い、水質悪化が問題となっている。

• 環境保護と環境修復の必要性が高まっている。

東京湾の赤潮 東京湾の青潮

• 流入負荷量の削減　　陸域での負荷量削減、下水処理など

• 内部負荷量の削減　　浚渫・覆砂など• 海域の自浄能力回復　　干潟造成、アマモ場造成など

芝浦水再生センター（東京都下水道局）

水質改善技術

上：浚渫　下：覆砂（国土交通省　関東地方整備局）上：海の公園　下：アマモ場

既存研究と事例

• 東京湾における水質改善技術導入事例– 葛西海浜公園（右図）– 横浜港金沢・海の公園– 羽田沖浅場造成事業　　これらについて、一部は造成後に評価が行われているものの、統合的なものではなく、東京湾環境再生に向けて、評価は不十分。

• 海洋大規模利用技術の包括的影響評価– 二酸化炭素海中隔離の包括的影響評価– メタンハイドレート開発の包括的影響評価– 海洋肥沃化装置のエコロジカルフットプリントを用いた評価

研究目的

• 東京湾における水質改善技術を対象に、包括的影響評価指標 IIIを用いて、水質改善技術の環境へのインパクトを客観的かつ定量的に評価する。

• 包括的環境影響評価指標 IIIの指標そのものの評価、有効性の検証

研究の流れ

Plan

データ

既存研究

数値予測結果

数値モデル 評価指標Triple-I

影響評価 検討・考察

プラン

• Plan1：干潟・藻場を造成する

　　海域の自浄能力の向上

• Plan2：浚渫・覆砂をする　　内部負荷の削減（底泥からの溶出削減）

• Plan3：陸域での負荷削減　　流入負荷量の削減

干潟の造成・拡張が期待されるエリア

アマモ場の造成が期待されるエリア

深掘跡の解消が期待されるエリア

COD

(t/day)

TN

(t/day)

TP

(t/day)

2004年度 211 208 15.3

2009年度目標

193 199 13.9

流入負荷の 2004年度実績値と 2009年目標値

III(Triple-I)とは

• Inclusive Impact Index

• 考案者：日本船舶海洋工学会 IMPACT研究委員会（ 2006年）

• 環境負荷の大きさを表す Ecological Footprintにリスク論の考え方を取り入れ、将来的な不確実性を反映させた指標

• IIIは「現状」との差を計算する相対的指標

)( CHRGDP

EFEREFIII ΔΔΔΔ

III(Triple-I)とは

][)( ghaCHRGDP

EFEREFIII ΔΔΔΔ

( グローバルヘクタール )

ER， HR， Cは α， β， ΣEF/ΣGDPを用いて ghaに換算する。

EF： Ecological Footprint主に CO2の排出と

CO2の吸収を評価する

HR： Human Risk人間健康リスク社会資産リスク

HR=( 死者数 )×( 死の被害 )

ER： Ecological Risk生態系に関わるリスク

ER=( 絶滅する種の数 )×( 絶滅の被害 )算出が困難な項目

⊿C = Cost – Benefit

III(Triple-I)とは

IIIがマイナスの値であれば環境・人間によい

IIIがプラスの値であれば環境・人間によくない

EFについて• EF： CO2の排出・吸収を土地面積として表現したもの• BC (Bio Capacity)：地球の生産可能容量

EFの単位 gha1ghaは地球の面積 1haあたり処理できる環境負荷。森林地は 1haあたり、 1.34ghaの環境負荷を処理できる。1ghaは、 1年間にガソリンを 2260literを消費するのに相当する。

同じ次元になる！

IIIの算出で考慮する項目

⊿EF ⊿ER ， ⊿ HR ⊿C

干潟アマモ場

•造成・維持に伴う CO2

排出•生物生産力の増大

（ CO2 吸収）

•生物種数の増減 (ER)

•海難事故のリスク(HR)

•造成・維持コスト•レクリエーション価値の創造

浚渫覆砂

•施工時の CO2 排出•生物生産力の増大

（ CO2 吸収）

•生物種数の増減 (ER) •施工コスト

陸域負荷削減

•建設・運用に伴う CO2

排出•生物生産力の増大

（ CO2 吸収）

•生物種数の増減 (ER) •建設・運用コスト

赤潮・青潮によるリスクも考慮すべきではあるが、東京湾では赤潮現象があるものの、被害が記録されていないこと、青潮の被害についても断片的なデータしか存在しないことなどから、本研究では算出を行わなかった。

⊿EFの算出に用いたデータ

項目 単位 データソース採石排出原単位 kg-C/m3 港湾整備事業のライフサイク

ルアセスメントに関する研究 砂単位体積あたり質量

kg/liter

建設機械燃料消費量 liter 神戸空港人工干潟のヒアリングデータ

建設機械使用燃料 重油 Aor軽油

同上

人工干潟

• 覆砂の施工時の EF 算出に必要なデータは、干潟造成のEF 算出に用いたデータを使用した。

• 陸域負荷削減の EF 算出は下水処理の LCA データを用いた。

⊿EFの算出に用いたデータアマモ場

項目 単位 データソース金網（ 1.7kg/m2） kg-CO2/kg 3EID

ヤシマット（輸入木材）

kg-CO2/kg 3EID

ABS 樹脂 kg-CO2/kg 3EID

生分解性不織布 (45g/m2)

kg-CO2/kg ABS 樹脂の 84%の LC-CO2

漁船燃料消費量 g/PS・ hr FRP 漁船の LCA データ漁船定格出力 PS 同上

本研究では右図のようなアマモシートを用いたアマモ場造成を想定した。

⊿HRの算出

東京湾の干潟 1ha あたり来場者数　 21800 人海の公園来園者　 742000 人海の公園海浜面積　 34ha

海水浴、潮干狩りでの死亡率　 8.0×10-4%参加者　 3800 万人 (H16)死亡者　 306 人 (H16)

死者数

×日本人 1 人あたり

平均保険金額

1267 万円

死の被害

東京湾の干潟 1ha あたり　 221 万円 /year

海難事故の HR

⊿Cの算出• 各環境修復技術にかかる Cost

• 干潟造成の Benefitとして，潮干狩りのレクリエーション価値を求めた．レクリエーション価値は 1 人当たり 4900 円と求められており、横浜海の公園の年間来場者数、および海浜面積から、東京湾の干潟のレクリエーション価値は 3100 万円 /ha/年と求められた。

技術名 Cost データソース干潟 3200 ～ 25000 円 /

m2

上月ら (2001)

アマモ場 10000 ～ 69300円 /m2

上月ら (2001)

覆砂 5000 円 /m2 上月ら (2001)

陸域負荷削減 400 円 /m3 東京都下水道局

⊿ER 算出方法• 本研究では将来的な生物種数の増減を ERとして、一次生産量（植

物プランクトン量）の増減から予測した。

一次生産量と種の豊富さの関係dAcPbPaSR 2

SR=log10S　　　　　（ S：種数）P=log10(Primary Productivity)A=log10(Area)　　（ Area:海域面積）

分類群 a b ｃ ｄ植物プランクトン 1.08 1.47 -0.45 0.34ワムシ -0.03 1.39 -0.38 0.10カイアシ 0.19 0.71 -0.20枝角類 0.05 0.81 -0.18大型植物 -0.02 1.04 -0.27 0.11魚類 0.42 -0.23 0.17 -0.32

coefficient

各分類群の種数の増減を合計して、•水質改善技術を導入しない場合の種数

Soriginal

•各プランを導入した場合の種数Snew

が求められる。

植物プランクトン

カイアシ

ワムシ

大型植物

枝角類

魚類

⊿ER 算出方法Species Area Relationship (SAR)生物種数と生物生息地の関係

S=cAz

S：種数A：生物生息地面積c：定数z：定数（経験的に 0.25）

水質改善技術を導入しない場合の生物生息地面積を

Aoriginal

各プランを導入した場合の生物生息地面積を

Anew

とすると

改変された生物生息地面積⊿ Aは⊿A = Anew - Aoriginal

と表現できるから、

改変された生物生息地面積⊿ Aは

⊿A=Aoriginal(1-(S new / S original )1/ z)

ここで得られた面積に「生産性のある海域」の等価係数0.36 [gha/ha]を乗じて、種数の増減による ERとした。

数値計算• 植物プランクトン量の将来予測には、北澤による東京湾の物理・生化学モデルを用いる。

• 物理モデル– NS方程式と連続の式に基づいて海水の流動を計算

• 化学・生物モデル：– 浮遊系の化学物質・生物の挙動が基本的に流れ場に依存すると

仮定– 移流・拡散方程式によって計算

• 数値計算結果→植物プランクトン　　⊿ EF⊿ER

計算条件

• 計算格子と計算領域は右図• 主な条件

– 主要 10 河川– 開境界における主要 4分潮– 気象庁のデータによる気象条件　などが考慮されている。

• 干潟・アマモ場・覆砂・陸域負荷削減の浄化能力は、境界条件としてモデルに組み込む。

計算領域と計算格子

水質改善技術の境界条件

• 干潟　　人工干潟における水質浄化機能に関する解析によるデータ（大井中央海浜公園）の物質循環データを用いる。

• アマモ場　　炭素・窒素固定量については東京湾における実測値、リンの固定量については、世界平均の CP 比を用いる。

• 陸域負荷削減　　東京湾の 2009年度の負荷削減目標が達成された場合の河川流入データを用いる。

クロロフィル a 濃度の季節変動

a東京湾のクロロフィル

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

1/1

2/1

3/1

4/1

5/1

6/1

7/1

8/1

9/1

10/1

11/1

12/1

day

μg/

l

• 上：実測値• 下：計算結果

• 季節変動は再現されている。

6 月表層クロロフィル a 濃度

水質改善技術なし 三枚州に干潟

図中のコンターは赤潮の目安となる 50μg/lの等濃度線

(μg/l) (μg/l)

⊿EFの算出• 造成・施工時の EFと、海域の生物生産能力の変化による

⊿ BC（生産可能容量）の増減を合計して⊿ EFを求めた。• ⊿EFは経年的に変化する。

干潟の⊿ EF 経年変化 アマモ場の⊿ EF 経年変化

- 50000

0

50000

100000

150000

200000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

year

ΔEF(

gha)

ChibaHanedaInageKannonSanmaizuYokohama

- 120000

-100000

-80000

-60000

-40000

-20000

0

20000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

year

ΔEF(

gha)

HanedaKannonSanmaizuYokohama

III 算出• 水質改善技術適用後 10年経過• 造成面積

– 干潟： 20ha

– アマモ場： 1ha

• 換算係数– α=1 gha/gha

– β=1 yen/yen

– ΣEF/ΣGDP=1.03×10-6 gha/yen

)( CHRGDP

EFEREFIII ΔΔΔΔ

III 算出結果各プランの中で IIIの算出結果が最も良いものを比較した。

⊿III各技術の の比較

-200000 -100000 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000

干潟

アマモ場

陸域負荷削減

⊿III(gha)

⊿EF

⊿ER

⊿HR

⊿C

III 算出結果ΔIIIの経年変化

⊿ IIIの経年変化

-200000

-100000

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

year

⊿II

I(gh

a)

人工干潟

アマモ場

陸域負荷削減

III 算出結果COD1t削減する場合の ΔIIIの比較

⊿III/⊿COD

-150 -100 -50 0 50 100

人工干潟

アマモ場

陸域負荷削減

gha/ t

⊿EF(gha)⊿ER(gha)⊿HR(gha)⊿C(gha)

結論• 環境修復技術に対する包括的環境影響評価指標を用いた定量的評価ができた。

• 従来、算出法の確立されていなかった ERについて、生物多様性に着目した新しい評価法を提案した。

• ΔIIIは、アマモ場が最も良く、ついで人工干潟、陸域負荷削減が最下位という結果になった。

• CODを 1t削減する際に最も ΔIIIの値が良いものは人工干潟、次にアマモ場、最後に陸域負荷削減となった。

課題

• 本研究では α=1として計算を行ったため、 ERの影響がほとんど無かったが、今後はアンケート調査など、社会的な評価を受けた値にしていくべきである。

• 赤潮・青潮について、特に青潮は被害も時として甚大であるので、その ER・ HRを算出するための枠組みを作るべきである。

)( CHRGDP

EFEREFIII ΔΔΔΔ

補足

III 算出結果（干潟）

site Chiba Haneda Inage Kannon Sanmaizu Yokohama

⊿EF(gha) Initial⊿EF 3.25E+03 3.25E+03 3.25E+03 3.25E+03 3.25E+03 3.25E+03

⊿BC -3.91E+04 -2.44E+04 -1.74E+04 -3.11E+04 1.67E+05 8.43E+03

total -3.59E+04 -2.11E+04 -1.41E+04 -2.79E+04 1.70E+05 1.17E+04

⊿ER(gha) -5.30E+02 -9.38E+02 -1.13E+03 -7.52E+02 -6.55E+03 -1.86E+03

⊿HR(yen) 4.42E+07 4.42E+07 4.42E+07 4.42E+07 4.42E+07 4.42E+07

⊿HR(gha) 4.55E+01 4.55E+01 4.55E+01 4.55E+01 4.55E+01 4.55E+01

⊿C(yen) 4.97E+09 4.97E+09 4.97E+09 4.97E+09 4.97E+09 4.97E+09

⊿C(gha) 5.12E+03 5.12E+03 5.12E+03 5.12E+03 5.12E+03 5.12E+03

⊿III -3.13E+04 -1.69E+04 -1.01E+04 -2.34E+04 1.69E+05 1.50E+04

III 算出結果（アマモ場）

site Haneda Kannon Sanmaizu Yokohama

⊿EF(gha) Initial⊿EF 1.53E+02 1.53E+02 1.53E+02 1.53E+02

⊿BC -9.12E+04 -1.02E+05 -2.15E+04 -1.02E+05

total -9.10E+04 -1.02E+05 -2.13E+04 -1.01E+05

⊿ER(gha) 2.41E+03 2.69E+03 5.78E+02 2.67E+03

⊿HR(yen)

⊿HR(gha)

⊿C(yen) 6.93E+08 6.93E+08 6.93E+08 6.93E+08

⊿C(gha) 7.14E+02 7.14E+02 7.14E+02 7.14E+02

⊿III -8.79E+04 -9.87E+04 -2.00E+04 -9.80E+04

III 算出結果（陸域負荷削減・覆砂）

case 2009

targettarget+10% target+20% Sand Covering

⊿EF(gha) Initial⊿EF 5.79E+04 1.15E+05 1.72E+05 5.25E-04

⊿BC 5.21E+04 5.76E+04 6.70E+04

total 1.10E+05 1.73E+05 2.39E+05 5.25E-04

⊿ER(gha) -1.20E+04 -1.66E+04 -2.24E+04

⊿HR(yen)

⊿HR(gha)

⊿C(yen) 4.92E+11 9.80E+11 1.47E+12 5.00E+03

⊿C(gha) 5.07E+05 1.01E+06 1.51E+06 5.15E-03

⊿III 6.05E+05 1.17E+06 1.73E+06 5.68E-03