湖によって水位の変わりやすさが違うのは、湖へ入る水と出る水の量だけでなく、湖面積、集水域の広さ、流出河川の有無、蒸発量、地下水とのつながり、湖盆の形、人為的な水位調節などが湖ごとに違うからです。
同じ雨量でも、小さな湖と大きな湖では水位の上がり方は同じではありません。また、出口のある湖では増えた水が川から流れ出しやすい一方、出口のない閉鎖湖では降水や蒸発の変化が水位に直接表れやすいことがあります。
つまり、水位の変わりやすさは「雨が多いか少ないか」だけでは決まりません。湖がどれだけ水を受け取り、どれだけため、どの経路で外へ出すかという水収支の仕組みによって決まります。
湖の水位は「入る水－出る水」で上下する
湖の水位を考える基本は水収支です。湖へ入る水には、湖面へ直接降る雨や雪、河川からの流入、地下水からの流入などがあります。一方、湖から出る水には、流出河川、湖面からの蒸発、地下への漏出、人間による取水などがあります。
一定期間に入る水が出る水より多ければ湖の貯水量が増え、水位は上がります。反対に、出る水のほうが多ければ貯水量が減り、水位は下がります。
ただし、同じ水量差が生じても、水位の変化幅は湖ごとに違います。その理由の一つが湖面積です。
湖面積が大きいほど同じ水量変化でも水位は動きにくい
水位変化を単純化すると、貯水量の変化を湖面積で割ったものが水位変化になります。
同じ100万立方メートルの水が増えたとしても、湖面積が小さければ水位は大きく上がり、湖面積が大きければ水位上昇は小さくなります。
滋賀県によると、琵琶湖では水位1cmの変化が約680万立方メートルの水量に相当します。湖面が非常に広いため、数百万立方メートル規模で水量が変わっても、水位としては数cm程度にしかならない場合があります。
反対に湖面積が小さい湖では、同じ流入量でも少ない面積へ水が広がるため、水位が大きく上昇しやすくなります。
このため「湖へ何立方メートル水が入ったか」だけでなく、「その水がどれほど広い湖面に広がるか」が水位変動を考える重要な条件になります。
集水域が大きい湖は周囲の雨の影響を受けやすい
湖面積だけでなく、湖へ水を集める集水域の広さも重要です。
集水域が湖面に対して大きい湖では、湖面そのものに降る雨だけでなく、広い周囲の土地に降った雨が河川や地下水を通して湖へ集まります。そのため広域の大雨や雪どけによって、大きな流入量が生じることがあります。
一方、湖面積に対して集水域が小さい湖では、周囲から集まる水が相対的に少なくなり、湖面への直接降水の影響が大きくなる場合があります。
摩周湖を対象とした研究では、湖面積に対する流域面積の比が小さいため、湖水位が降水量の影響を強く受けることが指摘されています。湖によって「雨が降った場所のどれだけ広い範囲から水が集まるか」が違うため、水位の反応も変わるのです。
出口がある湖は増えた水を外へ逃がしやすい
流出河川がある湖では、水位が上がると出口から流れ出す量が増え、水位上昇を抑える働きが生じることがあります。
琵琶湖では多くの河川から水が流れ込む一方、自然の主要な流出河川は瀬田川です。滋賀県は、琵琶湖の水位が流入する水量と、瀬田川などから流れ出る水量との差で上下すると説明しています。さらに瀬田川洗堰によって流出量が調節されています。
出口が一定の高さにある自然湖でも、湖面が高くなるほど出口から流れやすくなるため、水位上昇に対する一種の調節機能が働きます。
このため、安定した流出経路を持つ湖は、同じ気候変動を受けても、出口のない湖より長期的な水位変化が小さくなる場合があります。
閉鎖湖は降水や蒸発の変化が水位へ表れやすい
表面を流れ出す河川のない閉鎖湖では、増えた水を川から外へ逃がすことができません。そのため、水位は降水、河川流入、蒸発、地下水の出入りなどのバランスに強く左右されます。
USGSが米国ミネソタ州周辺の96湖を比較した研究では、活動中の流出口を持たない閉鎖盆地の湖は、流出口を持つ湖より大きな水位低下を示す傾向が確認されています。また、堰や暗渠などの出口調節構造を持つ湖では、長期的な水位変化が小さくなる傾向も報告されています。
この違いは、出口が湖の水位を安定化する働きを持つ場合があることを示しています。
ただし閉鎖湖でも地下へ水が抜けることがあるため、すべての閉鎖湖が大きく変動するとは限りません。
地下水とのつながりが水位を安定させる場合も変動させる場合もある
湖と地下水の関係は、地表からは見えにくい重要な要因です。
周囲の地下水位が湖面より高ければ、地下水が湖へ入り水位を支えることがあります。反対に湖面のほうが高ければ、湖水が湖底や湖岸から地下へ漏れ出すことがあります。
火山性湖沼の水収支を比較した研究では、湖底からの地下漏出量が湖の貯留量と関係し、湖ごとに水位変化を調節する働きが異なることが示されています。その違いには、火山体の透水性や地理的条件が関係するとされています。
摩周湖でも、流出河川がない一方、湖水の一部が地下へ浸透して周辺の湧水を涵養している可能性が研究されています。
このように、雨が止んでも地下水が入り続ける湖では水位低下が緩やかになる場合があります。逆に地下漏出が大きい湖では、水位が上がると地下への流出も増え、上昇が抑えられる場合があります。
蒸発が大きい湖ほど乾燥期に水位が下がりやすい
湖面からは常に水が蒸発しています。蒸発量は気温、日射、湿度、風速、水温などによって変わります。
暑く乾燥した地域では湖面蒸発が大きくなり、雨や河川流入が少ない時期には水位が大きく低下することがあります。特に出口のない湖では、蒸発が主要な水の出口になるため、気候の変化が水位へ直接反映されやすくなります。
反対に湿潤な地域や地下水流入の多い湖では、蒸発による損失がほかの流入で補われ、水位変化が比較的小さくなることがあります。
そのため同じ大きさの湖でも、乾燥地域と多雨地域では水位の変わり方が違います。
湖盆の形でも水位の上がり方は変わる
湖面積は水位によって一定とは限りません。湖岸が急な湖と、浅く平らな湖では、水位変化に対する湖面積の変わり方が違います。
岸が急な深い湖では、水位が少し上がっても湖面積はあまり増えません。そのため追加された水が主に「高さ」として現れやすくなります。
一方、湖岸が非常になだらかな浅い湖では、水位が少し上がるだけで水面が周囲へ大きく広がります。追加された水の一部が面積の拡大に使われるため、水位上昇が抑えられる場合があります。
ただし浅く平らな湖は、逆に少し水位が下がるだけで広い湖岸が干上がることもあります。水位の数値変化が小さくても、湖面積の変化は非常に大きいことがあります。
大きな湖は短時間の流入をため込む力も大きい
湖の貯水容量が大きいほど、短時間の大雨による流入を一時的に受け止めやすくなります。
大きく深い湖では大量の水を蓄えているため、一回の雨による追加水量が全体に占める割合は小さくなります。その結果、水位の反応が比較的ゆっくりになることがあります。
逆に小さな湖や池では、一回の豪雨による流入が湖の貯水量に対して大きな割合を占めるため、短時間で水位が大きく変わることがあります。
ただし大湖でも、非常に広い流域から大量の洪水流が集まれば水位は大きく上昇します。重要なのは、湖の貯水量と流入量の相対的な大きさです。
季節によって水位変動の原因も変わる
湖の水位は一年を通じて同じ原因で動くわけではありません。
雪の多い地域では春の融雪期に河川流入が増え、水位が上がりやすくなります。梅雨や台風の多い地域では大雨による流入が重要になります。夏には蒸発量が増え、少雨が続けば水位が低下しやすくなります。
USGSの五大湖研究でも、季節的な水位変化は降水、雪どけ、河川流入、蒸発などの季節差によって生じると整理されています。
湖ごとに気候条件や集水域の標高、積雪量が違うため、「何月に最も水位が高くなるか」「どの季節に下がりやすいか」も異なります。
人工的な水位管理が変動幅を小さくすることもある
現在の湖では、人間による水位管理も無視できません。
流出口に堰や水門がある湖では、洪水時に放流量を増やしたり、渇水時に放流量を減らしたりすることで水位変動を調節できます。琵琶湖では瀬田川洗堰が流出量を調節しています。
USGSの比較研究でも、出口を制御する構造物を持つ湖では、持たない湖に比べて複数年規模の水位変動が小さい傾向が示されています。
そのため現在の湖の水位変動を比較するときは、自然条件だけでなく、ダム・堰・取水・放流などの人為的管理も確認する必要があります。
同じ雨でも湖によって反応が違う理由
同じ100mmの雨が降ったとしても、湖の反応は次のように変わります。
- 湖面積が小さいほど、同じ水量増加でも水位が大きく上がりやすい
- 集水域が広いほど、周囲から大量の河川流入が集まりやすい
- 流出河川があると、増えた水を外へ流して水位上昇を抑えやすい
- 閉鎖湖では、降水・蒸発の変化が水位へ残りやすい
- 地下水流入が大きい湖では、少雨時でも水位が支えられる場合がある
- 地下漏出が大きい湖では、水位上昇が抑えられる場合がある
- 湖岸がなだらかな湖では、水位変化が湖面積の変化として現れやすい
このように、水位変動は単一の要因ではなく、複数の条件の組み合わせで決まります。
「水位が安定している＝水量が変わっていない」とは限らない
水位変化が小さい湖でも、水の出入りが少ないとは限りません。
大量の水が流入していても、それと同程度の水が流出していれば水位はほとんど変わりません。琵琶湖のような大きな湖では、非常に大きな水量が出入りしていても、広い湖面のため水位変化が数cmに抑えられることがあります。
反対に小さな閉鎖湖では、絶対的な水量変化がそれほど大きくなくても、水位としては大きな上下になる場合があります。
そのため湖の水循環を理解するには、水位だけでなく、流入量、流出量、湖面積、地下水、蒸発などを合わせて見る必要があります。
まとめ
湖によって水位の変わりやすさが違うのは、水の出入りだけでなく、湖面積、集水域、出口、地下水、蒸発、湖盆の形、水位管理の違いが、水量変化を水位変化へ変換する仕組みを変えるからです。
- 同じ水量が増減しても、湖面積が小さいほど水位は大きく変わりやすい
- 集水域が広い湖は、周囲の降水や融雪から多くの水を集めることがある
- 流出河川がある湖は、増えた水を外へ逃がして水位を調節しやすい
- 閉鎖湖は降水・蒸発・地下水の変化が水位へ表れやすいことがある
- 地下水の流入・漏出は、湖ごとの水位変動幅を大きく左右する
- 湖岸の傾斜や湖盆形状によって、水量変化が水位と湖面積のどちらに表れやすいかが変わる
- 堰や水門による人工的な管理も、現在の水位変動を左右する
湖の水位は、いわばその湖の水循環を映す「結果」です。同じ雨や干ばつを受けても、湖の大きさと流域、出口、地下水、気候条件が違えば、反応の大きさも速さも変わります。だからこそ、湖ごとに水位の変わりやすさが違うのです。
参考資料
- 滋賀県「琵琶湖の水位情報」
- 陸水物理学会誌「火山性湖沼の分水界漏出からみた水循環系：レビューと解釈」
- 日本地理学会「閉塞湖・摩周湖における湖水浸透を伴う水循環と周辺湧水の滞留時間」
- U.S. Geological Survey「Statistical analysis of lake levels and field study of groundwater and surface-water exchanges in lakes」
コメント