水系における長期的な溶存放射性セシウムの供給源としての貯水池堆積物; 福島県の人工貯水池におけるマスバランスの事例研究

Reservoir sediments as a long-term source of dissolved radiocaesium in water system; a mass balance case study of an artificial reservoir in Fukushima, Japan.

• Hironori Funaki
• Kazuyuki Sakuma
• Takahiro Nakanishi
• Kazuya Yoshimura
• Estiner Walusungu Katengeza

抄録

溶存放射性核種の移動性が大きく、バイオアベイラビリティが高いことから、河川や貯水池における溶存放射性核種の起源や動態を明らかにし、水中から農作物や水生生物への移行を評価することが必要とされている。溶存放射性核種の潜在的な供給源である汚染貯水池堆積物からの溶出は、長期的な懸念材料であり、特に長寿命の放射性核種の溶出が懸念されている。本研究では、福島第一原子力発電所事故によりCsインベントリの多い集水域を有する大垣ダム貯水池から2014年から2019年までに採取した時系列の入水・出水サンプル群を用いて、セシウム137（Cs）濃度を系統的に調査した。その結果、出力水の溶存セシウム濃度は主入力水よりも有意に高く、出力水の溶存セシウムの有効生態半減期は主入力水よりも長いことが明らかになった。本研究では、河川からの溶存セシウムと貯水池堆積物からの産出量が貯水池の出水量にどの程度寄与しているかを明らかにするために、貯水池内の溶存セシウムのマスバランスを定量的に評価した。年間の溶存セシウム排出量は総溶存セシウム投入量を大幅に上回り、排出水中の溶存セシウムの約32〜40％が貯水池堆積物からの生産と推定された。その結果、貯水池堆積物からの溶存セシウムの対流量は0.57～1.3×10Bqm yと推定され、毎年、堆積物に蓄積されたセシウムの約0.04％～0.09％が溶出して対流水に放出されていることになります。したがって、Cs濃度の高い貯水池堆積物は、今後、生物学的に利用可能な溶存Csの供給源としてさらに重要になる可能性がある。

Because of their large mobility and high bioavailability, it is necessary to elucidate the origins and dynamics of dissolved radionuclides in river and reservoir systems to assess the transfer of those radionuclides from water to crops and aquatic organisms. Elution from contaminated reservoir sediments, a potential source of dissolved radionuclides, presents a long-term concern, particularly for long-lived radionuclides. In this study, we systematically investigated caesium-137 (Cs) concentrations using a time-series suite of input and output water samples collected from 2014 to 2019 from the Ogaki Dam Reservoir, which has a catchment with a high Cs inventory due to the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident. The results of our study showed that dissolved Cs concentration was significantly higher in the output water than that in the main input water, and that the effective ecological half-life of dissolved Cs in the output water was longer than in the main input water. We quantitatively evaluated the mass balance of dissolved Cs in the reservoir to elucidate how much dissolved Cs from the rivers and production from reservoir sediments contribute to Cs in the reservoir output. The annual output of dissolved Cs was significantly higher than the total input of dissolved Cs, with approximately 32%-40% of the dissolved Cs in the output water presumably being produced from reservoir sediments. Consequently, the estimated dissolved Cs fluxes from reservoir sediments to overlying water were 0.57-1.3 × 10 Bq m y. This implies that approximately 0.04%-0.09% of Cs accumulated in the sediments was released through elution to the overlying water each year. Reservoir sediments containing high Cs levels may thus become even more important as sources of bioavailable dissolved Cs in the future.

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