発表者
籾山寛樹(東京大学大学院農学生命科学研究科森林科学専攻　博士課程(当時)
　　　　/国立研究開発法人森林研究・整備機構 森林総合研究所　任期付研究員(現所属))
熊谷朝臣(東京大学大学院農学生命科学研究科森林科学専攻　教授)
藤目直也(東京大学大学院農学生命科学研究科森林科学専攻　特任研究員)
江草智弘(静岡大学農学部　助教)
清水貴範(国立研究開発法人森林研究・整備機構 森林総合研究所　水保全研究室長)

発表のポイント

  • 森林樹冠からの遮断蒸発の新しい計算方法を開発しました。
  • その結果、豪雨時の遮断蒸発をこれまでよりも良好に再現できました。
  • この新しい遮断蒸発モデルを用いて、豪雨に対応する森林流域からの流出をシミュレーションした結果、樹冠遮断には、これまで考えられてきた以上に洪水流出を著しく減らす能力があることが判りました。

発表内容

　森林流域からの流出は、流域に降った雨から森林樹冠(注1)での遮断蒸発(注2)と蒸散(注3)、そして、流域土壌中の貯留変化を差し引いたものとして表現できます(図1)。「森林の水源涵養機能」とは、下流に暮らす人々が必要とするだけの水資源を安定的に供給するような流出を確保しつつ、豪雨時には災害を起こすような大きな流出を抑制する、という森林の能力を意味します。自然に森林の状態が変わること・人為的に森林の状態を変えることで、遮断蒸発や蒸散、流域土壌の水分貯留能力が増減して、降雨に対応する流出すなわち、「森林の水源涵養機能」が変化するのです。そこで、東京大学大学院農学生命科学研究科森林科学専攻の大学院生(当時)籾山寛樹と熊谷朝臣教授、藤目直也研究員、江草智弘助教(静岡大学農学部)、清水貴範室長(森林総合研究所水保全研究室)のグループが、特に、遮断蒸発が「森林の水源涵養機能」に与える影響についての理論研究を行いました。

図1　森林流域の水収支
【流出】=【降雨】-【遮断蒸発】-【蒸散】-【貯留変化】が成り立ちます。
木々が遮断蒸発や蒸散を増やせば、流域からの流出は減ることになります。

　本研究では、まず、遮断蒸発の新しい計算法を開発しました。そして、神奈川県丹沢山地の大洞沢森林流域において行われている蒸散・遮断蒸発量の精密測定データを用いて検証した結果、新しい計算法では、従来の計算法では過小評価していた豪雨時の遮断蒸発量を良好に再現できること判りました。さらに、大きな森林流域において、降雨に対応する流出に遮断蒸発がどれほどの影響力を持つのかをコンピュータ・シミュレーションにより検討しました(図1参照)。その結果、特に豪雨時において、従来の遮断蒸発計算法では実際よりも大きな流出を計算してしまうところが、新しい計算法を用いることで実際の洪水が抑えられている様子を再現することができました(図2)。以上より、豪雨時においては森林の遮断蒸発量は格段に大きくなり、その洪水抑制効果も、これまで考えられてきたよりも格段に大きいことが示されました。自然であっても人為的であっても森林の変化は、樹冠遮断の変化を通じて、洪水災害を増加させることがあり得るということ、また、洪水抑制を目的とした樹冠遮断の人為的改変という森林管理があり得るということも示されたと考えています。

図2　森林流域における降雨量(上図)に対応する流出量(下図)
今回の研究で開発した新しい遮断蒸発計算法を用いると実際の流出量を計算で良好に再現できます。
一方で、これまでの計算法では、遮断蒸発量を過小評価してしまうことから、実際よりも、かなり大きな流出量を計算してしまう可能性があります。

発表雑誌

雑誌名
Journal of Hydrology
論文タイトル
Forest canopy interception can reduce flood discharge: Inferences from model assumption analysis
著者
Hiroki Momiyama*, Tomo’omi Kumagai, Naoya Fujime, Tomohiro Egusa, and Takanori Shimizu (*責任著者)
DOI番号
10.1016/j.jhydrol.2023.129843
論文URL
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022169423007850

問い合わせ先

東京大学大学院農学生命科学研究科森林科学専攻
森林生物地球科学研究室　教授　熊谷　朝臣(くまがい　ともおみ)
Tel: 03-5841-8226
E-mail: kumag<アット>g.ecc.u-tokyo.ac.jp
　<アット>を@に変えてください。

用語解説

  • 注1　樹冠
    　森林上部を形作る葉と枝の集まり。
  • 注2　遮断蒸発
    　樹冠で遮断された雨水が大気へ蒸発すること(図1参照)。。
  • 注3　蒸散
    　土壌水分が根から吸水され、幹内部を通り葉に至って、葉の気孔から蒸発すること(図1参照)。