結論からいうと、湖に川から水が流れ込むのは、湖が周囲より低い地形のくぼみにあり、その湖へ向かう流域に降った雨や雪どけ水が、重力によって斜面から谷へ集まり、川となって湖まで運ばれるからです。 湖は、水が集まる途中にある大きな「受け皿」のような場所だと考えると分かりやすいでしょう。
ただし、すべての湖に川が流れ込んでいるわけではありません。 湖の水は、流入河川のほか、湖面への直接の雨や雪、地下水などからも供給されます。反対に、湖から外へ流れ出す川を持たず、蒸発や地下への浸透が主な出口になる湖もあります。
雨や雪どけ水は高い所から低い所へ移動する
湖へ川が流れ込む仕組みの出発点は、地球上の水が重力によって高い所から低い所へ移動することです。
山や丘に降った雨の一部は地面にしみ込みますが、しみ込みきれなかった水や、地下から再び地表へ出てきた水は斜面を下ります。
小さな流れは沢に集まり、沢が合流して川になります。川はさらに低い場所へ向かって流れます。
USGSは、水循環の説明の中で、降水の一部が地表流出となり、谷へ集まって河川を形成し、河川や地下水の一部が湖へ流れ込むとしています。
湖には「水が集まる範囲」がある
川に流域があるように、湖にもその湖へ水が集まる範囲があります。
山の尾根や高い場所は、水が別々の方向へ分かれる境界になります。その境界に囲まれた範囲に降った雨や雪は、最終的に同じ湖へ向かうことがあります。
この範囲は集水域や湖の流域と呼ばれます。
湖そのものが小さくても、周囲の集水域が広ければ、多くの支流や河川から水が集まることがあります。反対に、湖面は大きくても集水域が小さければ、流入河川が少ない場合もあります。
谷の水が集まる先に湖盆があると川は湖へ入る
川は谷に沿って流れます。
その谷の途中に、断層、火山活動、氷河作用、地すべりなどによってできた大きなくぼみがあると、そこへ水がたまって湖になることがあります。
すると、それまで谷を流れていた川は、そのまま湖へ流れ込むことになります。
つまり「川がわざわざ湖へ向かっている」のではなく、地形に従って下ってきた川の行き先に湖盆があるため、川が湖へ接続しているのです。
湖は水循環の途中にある貯留場所
湖は、水循環の中で水を一時的にためる場所です。
USGSによると、湖への主な水の入り口には、流入河川、地表流出、地下水、湖面への直接降水があります。
一方、水の出口には、流出河川、地下への浸透、蒸発、人による取水などがあります。
湖に入る水と出る水、その差による湖水量の変化をまとめて考えるのが「水収支」です。
国土交通省の河川砂防技術基準でも、湖沼・ダム貯水池では、流入量と流出量、水位変化を把握することで水収支を評価できるとしています。
川は湖へ水だけを運んでいるわけではない
流入河川は、水と一緒にさまざまな物質を湖へ運びます。
- 砂や泥などの土砂
- 落ち葉などの有機物
- 窒素やリンなどの栄養塩
- 溶けた鉱物成分
- 植物の種子や小さな生物
そのため、流入河川は湖の水量だけでなく、水質や湖底地形、生態系にも影響します。
国内のダム湖を対象にした研究でも、集水域の人口や土地利用などが、流入河川の窒素・リン濃度や負荷量と関係することが示されています。
大雨の後は湖への流入量が増える
晴天が続いているときと、大雨の直後では、湖へ流れ込む川の水量は大きく違うことがあります。
雨が増えると、斜面や地中から河川へ集まる水が増え、流入河川の流量も増えます。
その結果、湖の水位が上がることがあります。
大雨時には土砂や栄養塩の流入も増えやすいため、湖の濁りや水質が短期間で変化することもあります。
湖の水位や水質を理解するには、湖面だけを見るのではなく、周囲の流域でどのくらい雨が降ったかを見る必要があります。
雪の多い地域では雪どけ水も重要
積雪地域では、冬に山へ降った雪がすぐ川へ流れず、雪として一時的に貯えられます。
春に気温が上がると雪がとけ、沢や川へ流れ込みます。
そのため、雪どけ期には雨がそれほど多くなくても、湖へ流れ込む川の流量が増えることがあります。
湖への流入量は、現在の雨だけでなく、流域にどれだけ雪が残っているかにも左右されるのです。
琵琶湖には多くの河川が流れ込んでいる
日本の代表的な湖である琵琶湖は、周囲の広い集水域から水を集めています。
国土交通省の資料では、琵琶湖へ直接流入する一級河川が多数あり、周囲の山地や平野に降った水がそれらの河川を通じて湖へ集まることが示されています。
一方、琵琶湖から流れ出す主要な自然河川は瀬田川です。
このように、一つの湖に多くの川が流れ込み、限られた出口から流れ出るという形は、湖の水収支を理解する典型的な例です。
流入河川の数は湖ごとに違う
湖に流れ込む川の数は一律ではありません。
国土交通省が代表的な湖沼を整理した資料でも、網走湖、小川原湖、霞ヶ浦、琵琶湖、中海・宍道湖では、流域面積や流入河川数が大きく異なっています。
その違いは、湖の大きさだけでなく、周囲の山地の配置、谷の数、集水域の広さ、地質、人工的な水路などによって生まれます。
したがって、「大きな湖ほど流入河川が多い」と単純には決まりません。
川が湖へ入ると流れが急に遅くなる
川の水が湖へ入ると、狭い河道から広い水面へ出ます。
すると流速が小さくなり、川が運んできた砂や礫は沈みやすくなります。
そのため、流入河川の河口付近には土砂がたまり、三角州のような地形ができることがあります。
細かな泥や溶けた成分はさらに沖まで運ばれるため、川から湖へ入った物質は粒の大きさや密度によって湖内で異なる場所へ移動します。
流入河川は、湖の水を補うだけでなく、湖岸や湖底の形を長い時間をかけて変える存在でもあります。
流入した水は湖全体へすぐ均一に混ざるとは限らない
川の水と湖の水では、温度や濁り、密度が違うことがあります。
たとえば夏に冷たい川の水が暖かい湖へ入ると、湖面だけに広がらず、密度が同じくらいの深さまで沈んでから横へ広がる場合があります。
逆に暖かく軽い流入水は表面近くに広がりやすくなります。
このため、湖の流入口付近と湖心、表層と深層で水質や水温が違うことがあります。
「川の水が湖へ入ったらすぐ湖全体が同じ水になる」というわけではありません。
地下水から多くの水を受け取る湖もある
湖への水の供給源は河川だけではありません。
地下水面と湖の水位の関係によっては、湖底や湖岸から地下水が湧き出して湖へ入ることがあります。
USGSは、湖が大気、地表水、地下水のすべてと水を交換し得ると説明しています。
そのため、目立った流入河川が少ない湖でも、地下水や直接降水によって水量が保たれている場合があります。
流入河川を持たない湖もある
「湖には必ず川が流れ込む」というわけではありません。
火口湖や小さな山上湖などでは、湖面への雨や雪、地下水が主な水源で、明確な流入河川を持たない場合があります。
また、周囲の地形や地質によっては、雨水が地表を川として流れず、地下へしみ込んでから湖へ供給されることもあります。
つまり、川からの流入は湖への代表的な水供給経路ですが、湖を成立させる唯一の方法ではありません。
湖から川が流れ出す場合と流れ出さない場合がある
湖へ水が流れ込むと、水位が上がります。
湖盆の縁に低い場所があり、水位がそこを超えると、水はそこから外へ流れ出して河川になります。
このような湖は、流入河川と流出河川の両方を持ちます。
一方、外へ流れる地表河川を持たない閉鎖湖では、主に蒸発や地下への浸透によって水が失われます。
USGSも、湖の水収支は流入河川だけでなく、降水、地下水、蒸発、流出など複数の経路の組み合わせで決まるとしています。
流入と流出のバランスで湖の水位が変わる
湖へ入る水が、湖から出る水より多ければ、基本的には湖の水量が増えて水位が上がります。
反対に、流入が少なく、蒸発や流出が多ければ水位は下がります。
この関係は、単純化すると次のように考えられます。
湖への流入 ＋ 湖面への降水 ＋ 地下水流入 － 流出河川 － 蒸発 － 地下水流出 ＝ 湖にたまる水の変化
実際の湖では、それぞれの量が季節や天候で変わるため、水位も一定ではありません。
川が運ぶ水は湖の生態系にも影響する
流入河川は、魚や水生昆虫などの移動経路になることがあります。
また、河川が運ぶ栄養塩や有機物は、植物プランクトンや湖内の食物網にも影響します。
ただし、窒素やリンが過剰に流入すると富栄養化が進み、アオコなどの原因になることがあります。
国内のダム湖研究でも、流入河川の栄養塩濃度と流域の人口や土地利用との関係が調べられています。
つまり、湖と流入河川は別々の環境ではなく、流域から湖までつながった一つの水系として考える必要があります。
湖へ川から水が流れ込む仕組みを整理すると
- 降水：湖の周囲の流域に雨や雪が降る
- 流出：水が斜面を下り、沢や谷へ集まる
- 河川形成：小さな流れが合流して川になる
- 地形：川の下流側に湖盆という低いくぼみがある
- 流入：川が湖へ入り、水や土砂、栄養塩などを運ぶ
- 貯留：湖が水を一時的にためる
- 流出・蒸発：水は流出河川、地下水、蒸発などによって湖から出ていく
まとめ
湖に川から水が流れ込むのは、湖が周囲より低い地形のくぼみにあり、その流域に降った雨や雪どけ水が重力によって谷や川へ集まり、最終的に湖盆へ到達するからです。
- 雨や雪どけ水は高い所から低い所へ移動する
- 湖には、その湖へ水が集まる集水域がある
- 谷の途中に湖盆があれば、川は自然に湖へ流れ込む
- 流入河川は水だけでなく土砂や栄養塩も運ぶ
- 湖への水供給には直接降水や地下水もある
- 明確な流入河川を持たない湖も存在する
- 湖の水位は流入・流出・蒸発・地下水などの水収支で決まる
つまり、川と湖は別々の水域ではなく、流域の水循環の中でつながっています。 山に降った水が沢や川へ集まり、その途中のくぼみに湖があれば、川は湖へ水を届けます。湖はその水を一時的に蓄え、さらに別の川や地下水、蒸発を通じて次の水循環へつないでいるのです。
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