湖の水位が一定ではないのは、湖に入ってくる水の量と、湖から出ていく水の量がいつも同じとは限らないからです。 雨や雪どけ、河川や地下水からの流入が増えれば水位は上がりやすくなり、蒸発や河川への流出、地下への浸透、取水などが増えれば水位は下がりやすくなります。
つまり湖の水位は、湖にある水の量を示す「結果」であり、その背後では常に水の出入りが起きています。さらに、風や気圧の変化、静振と呼ばれる水面の揺れによって、短時間だけ水位が上下することもあります。
湖の水位を決める基本は「水収支」
湖の水位を考えるときの基本は、入ってくる水と出ていく水の収支です。水文学ではこれを「水収支」と呼びます。
湖に入る水には、湖面へ直接降る雨や雪、周囲の川から流れ込む水、地中を通って入る地下水などがあります。一方、湖から出る水には、出口となる河川からの流出、湖面からの蒸発、地下への浸透などがあります。人が利用する湖では、取水や放流も加わります。
単純化すると、湖の水量の変化は「流入－流出」で表せます。流入のほうが多い期間には湖に水がたまり、水位が上がります。反対に流出のほうが多い期間には湖の水が減り、水位が下がります。
米国地質調査所（USGS）も、湖の水収支を「入る水＝出る水±貯留量の変化」という考え方で説明しています。湖の水位変化は、この貯留量の変化が水面の高さとして現れたものと考えることができます。
雨が降ると水位は上がりやすい
湖の水位を大きく動かす代表的な要因が降水です。雨が湖面へ直接降れば、その分だけ湖の水量はすぐに増えます。さらに、湖の周囲に広がる集水域へ降った雨は、川や地下水を通って時間差で湖へ流れ込みます。
そのため大雨のあとには、雨がやんだ後もしばらく水位が上がり続けることがあります。湖へ集まる水は、湖面に降った雨だけではなく、周辺の山や平野に降った雨も含むからです。
日本陸水学会誌に掲載された琵琶湖の研究では、湖の水位は長期的には流入と流出の収支で決まり、短期的には降水、河川流入、地下水流入、蒸発、河川流出などによって常に変化していると整理されています。また、短時間に大きな水位上昇を引き起こす要因として強い雨が挙げられています。
雪どけも季節的な水位変化を生む
雪の多い地域では、冬に降った雪がすぐには湖へ入らず、山や平地に一時的に蓄えられます。その雪が春にまとめて溶けると、雪どけ水が川を通って湖へ流れ込みます。
このため、降水量だけを見ても湖の水位変化を説明できないことがあります。冬の雪が「あとから入ってくる水」として働くためです。
USGSによる五大湖の解説でも、季節的な水位変化は、雪どけ、降水、蒸発などに伴う水収支の変化によって生じるとされています。湖によって程度は異なりますが、季節ごとに水の入り方と出方が変わることが、水位の周期的な上下につながります。
暑く乾燥すると蒸発で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。特に気温が高く、空気が乾燥し、風が強い条件では蒸発が進みやすくなります。
湖は川よりも広い水面を持つ場合が多いため、蒸発による水の損失が水位に大きく影響することがあります。流入が少ない時期に蒸発量が増えれば、水位は下がりやすくなります。
USGSは、湖では蒸発が水位に与える影響が大きい場合があると説明しています。また五大湖では、降水と流入から蒸発を差し引いた「正味の水供給」が水位変動を左右する重要な要素として扱われています。
したがって、晴天が続いたからすぐに湖が大きく減るとは限りませんが、少雨と高い蒸発量が長く続けば、水位低下につながる可能性があります。
川から出ていく水の量でも水位は変わる
出口のある湖では、湖から川へ水が流れ出ています。入ってくる水が多くても、それ以上の水が流れ出れば水位は上がりません。反対に、流出量が小さければ水位は上がりやすくなります。
琵琶湖について滋賀県は、湖に降った雨や川から流れ込む水の量と、瀬田川などを通って流れ出る水の量との差によって水位が上下すると説明しています。また、琵琶湖では瀬田川洗堰によって流出量が調整されています。
この例からもわかるように、湖の水位は「雨が多いか少ないか」だけで決まるものではありません。水がどれだけ出ていくかも同じくらい重要です。
地下水も水位変化に関係する
湖と地下水は完全に別の存在ではありません。湖底や岸辺を通じて、地下水が湖へ入ることもあれば、湖の水が地中へ抜けていくこともあります。
USGSは、湖には地下水が流入する場合、湖から地下へ水が失われる場合、その両方が同時に起きる場合があると説明しています。この地下水との交換は目に見えにくいため、湖の水位変動を考えるときに見落とされやすい要因です。
出口となる川がほとんどない湖でも水位が一定に保たれたり、逆に雨が少ない時期に徐々に水位が下がったりする背景には、地下水との水のやり取りが関わっていることがあります。
風で一時的に水面が片側へ寄ることもある
ここまでの説明は主に「湖全体の水量」が変化する場合です。しかし、水量がほとんど変わらなくても、観測地点の水位だけが短時間変化することがあります。
強い風が吹き続けると、湖面の水が風下側へ押し寄せ、風上側では水位が下がり、風下側では上がることがあります。また、風が弱まったあとに湖面がゆっくり揺れ戻す「静振」が起こることもあります。
USGSは、五大湖では水位が時間単位から長期までさまざまな時間スケールで変動し、短時間の変化には嵐による高潮や静振が含まれると説明しています。このような変化は、湖全体に水が増えたわけではなく、湖の中で水が移動した結果です。
人の操作で水位が調整される湖もある
自然湖であっても、下流の治水、水道、農業用水、水力発電などのために、出口の堰や水門で流出量が調整されることがあります。また、ダム湖では放流量そのものが水位を大きく左右します。
この場合、水位変化の原因は自然現象だけではありません。降水や流入に加えて、人がどのくらい放流・取水するかも水収支の一部になります。
ただし、人工的に調整されている湖でも、水位を完全に一定に保てるとは限りません。大雨や渇水などで流入量が大きく変われば、安全確保や水利用のために水位を上下させる必要があるからです。
同じ雨でも湖によって水位の上がり方が違う
同じ量の雨が降っても、すべての湖が同じように水位上昇するわけではありません。
大きく広い湖では、同じ量の水が加わっても水面全体に広がるため、水位上昇は比較的小さくなることがあります。一方、小さな湖では、流入した水が少ない面積にたまるため、水位が大きく変化することがあります。
さらに、集水域の広さ、地形、土壌、森林の有無、河川の数、湖の深さ、地下水とのつながり、出口の形なども影響します。そのため湖ごとに「雨に対する反応の仕方」が異なります。
水位変動には時間差がある
湖の水位は、原因が起きた瞬間にすべて反応するわけではありません。湖面に直接降る雨はすぐ水位へ影響しますが、山に降った雨が川を下って湖へ到達するまでには時間がかかります。雪なら、数か月後の雪どけまで流入しないこともあります。
反対に、蒸発による水位低下は少しずつ積み重なります。このため、湖の水位グラフを見ると、急に上昇する時期と、ゆっくり低下する時期が現れることがあります。
短期的な風による変化、数日から数週間の降雨による変化、季節的な雪どけや蒸発による変化、さらに年単位の気候変動による変化が重なって、実際の水位が決まっています。
まとめ
湖の水位が一定ではない最大の理由は、湖に入る水と出る水の量が時間とともに変化するからです。
- 雨や雪どけ、河川・地下水からの流入が増えると水位は上がりやすい
- 蒸発や河川流出、地下への浸透、取水が増えると水位は下がりやすい
- 季節によって降水、雪どけ、蒸発の量が変わる
- 強風や静振で、湖全体の水量が変わらなくても局地的に水位が上下する
- 堰や水門、放流、取水など人為的な管理が影響する湖もある
湖の水位は単なる「水面の高さ」ではなく、降水、河川、地下水、蒸発、流出、人間の利用などを合わせた水循環の結果です。そのため、湖の水位を見ることは、その地域の水の動きを見ることでもあります。
参考資料
- 滋賀県「琵琶湖の水位情報」
- 陸水学雑誌「大型湖の水位変動からもとめた強雨時における河川流入量の評価」
- U.S. Geological Survey「Hydrological processes and the water budget of lakes」
- U.S. Geological Survey「Lake-Level Variability and Water Availability in the Great Lakes」
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