低インパクト設計：センサーがカリフォルニア州の地下水資源管理を検証
バークレー研究所の研究者でミシェル・ニューカマー博士は、乾燥した気候において「低インパクト設計（LID）」が雨水の浸透と貯留にどれほど効果的かを調べるため、 カリフォルニア州のコースタル・ウェストサイド帯水層システム周辺のレインガーデンや浸透トレンチに、METER社の土壌水分センサーと水ポテンシャルセンサーを設置しました。
低インパクト設計構造
都市部や沿岸地域における世界の地下水資源は、人為的圧力の増大と気候変動の影響を非常に受けやすくなっています。建物、道路、駐車場などの不浸透面は、地下水への浸透を阻害し、地下帯水層への涵養を減少させ、下水道への溢水を引き起こす表面流出水に含まれる汚染物質を増加させます。こうした影響を軽減するため、世界中の都市では、雨水ガーデンなどの自然植生システムに流出水を誘導する低影響設計（LID）アプローチを採用しています。LIDは、雨水流出を抑制、ろ過、減速させる効果があります。LIDは、帯水層への浸透と涵養率を高めるとされています。
浸透と涵養
ミシェルとサンフランシスコ州立大学のチームは、ジェイソン・ガーダック博士の指導の下、LIDが地下水涵養率と水質に与える影響が未解明であることに気付きました。特に、エルニーニョ南方振動（ENSO）の年々変動に伴う太平洋沿岸の都市での豪雨発生時には、その影響は顕著でした。ミシェルは、METERの水ポテンシャル（土壌吸引力）と含水量センサーを使用して、カリフォルニア州沿岸西側盆地帯水層システムへの浸透と涵養の現状と予測速度を定量化することに成功しました。チームは、サンフランシスコにおいて、レインガーデンに囲まれたLID浸透トレンチと、従来の芝生の配置を比較しました。
彼女はこう語ります。「サンフランシスコのような都市ではLID構造が導入されており、私たちはそこを通過する水の量を調べたいと考えました。特にエルニーニョとラニーニャといった異なる気候シナリオに興味がありました。エルニーニョの年には降雨がはるかに激しくなり、鉄砲水や地表汚染物質の流出問題を引き起こす可能性があるからです。」
センサーが物語る
研究チームは、LID構造物が通過できる水量の違いに注目しました。ミシェルは、「水ポテンシャルセンサーと土壌水分センサーから、LIDエリアが水を効果的に捕捉し、浸透を遅らせ、帯水層に貯留していることを証明するデータが得られました」と述べています。研究チームは、低環境負荷開発型の浸透溝と灌漑芝生を比較し、浸透溝の涵養効率が58%から79%と、芝生の8%から33%を大幅に上回ることを発見しました。
雨量計が驚きをもたらす
研究者たちの当初の計画にはありませんでしたが、雨量計を使って降水量を測定したところ、驚くべきデータが得られました。
ミシェルはこう述べています。「当初はサンフランシスコのデータベースを使うつもりでしたが、霧がひどくて雨量計を使う必要が出てきました。霧は雨滴の形ではない大量の降水をもたらしました。それが葉に結露して、水の量の大部分を占めていたのです。これは私にとって驚きでした。雨量計は漏斗状の部分に結露を捉えたため、一定量の水が流入していることが分かりました。多くの研究では、この事実が見過ごしにされていたのです。」
エルニーニョによる今後の降水量
ミシェルはエルニーニョとラニーニャに関しても、非常に興味深い事実を発見しています。彼女は次のように述べています。「エルニーニョとラニーニャの年における降水事象の頻度、強度、期間のベースラインを確立するために、過去の分析を行いました。次に、予測された気候データをHydrus-2Dモデルに通したところ、将来のエルニーニョの強度では、特定の降水事象における涵養率が実質的に高くなることが示されました。これらの事象が発生すると、典型的な都市部では水が急速に流出するため、これらのレインガーデンと溝だけが、本来であれば海に失われるはずの雨を貯留することができます。これは、通常、雨量が少なく、より拡散するラニーニャの気候シナリオとは対照的です。その雨のほとんどは、乾燥した年に蒸発によって失われる可能性があります。つまり、センサーと2Dモデリングを用いて、LID構造物が水を貯留する機能を果たすという仮説を検証しました。特に、より激しい暴風雨が発生するエルニーニョの年にはその効果が顕著です。」
ミシェルの研究はオンラインでも報道され、AGUEOSのEditor's spotlightでも紹介されました。研究成果はWater Resources Research誌に掲載されています。
