水質

水質(すいしつ、英語: water quality)は物理的、化学的、生物的なの性質を示す指標である[1][2]。水質は地球上の水循環や、当地での地形・地質条件、および人間活動の影響を受けている[3]が、水質の分析は、水文学における野外調査のうち化学的な手法として挙げられ、水文環境の状況把握の上で必要となる[4]

具体例

水質の具体例として、水に溶解している物質(溶質)の濃度のほか、水温、pH電気伝導度などが挙げられる[5]水温英語: water temperature)は、水に含まれる気体や固体の溶解度のほか、植物や微生物の活動に影響を及ぼすこと、水源や水の流路の把握の手がかりになることから、重要な水質要素となる[5]pHは、水が酸性かアルカリ性か把握の判別に利用される[6]とともに、水中の物質の溶存の状態に大きな影響を及ぼす[5]電気伝導度英語: electric conductivity)は水中に溶存しているイオン物質[注釈 1]の総量の把握に有用である[9]。これは、電気伝導性を持たない純水に対し、水中に溶解している物質が増加すると電気伝導性が高くなることに起因する[8]。この他、湖沼や汚濁河川の水質測定では溶存酸素の測定も求められる[8]ほか、透明度透視度、水の色なども測定対象となりえる[10]

水質の表現

濃度

水質を表現する方法は複数ある。体積濃度は水1Lあたりの溶質の重量であり、通常使用される単位はmg/Lである[11]。この他、重量濃度(溶液1kgあたりの溶質の重量、単位g/kg)や当量濃度(単位me/L)を用いることもある。なお、体積濃度Cv[mg/L]と当量濃度Ceq[me/L]には

という関係がある。ただしbは1当量分子量価数で割った値)である[12]

ダイアグラム

水質の概要の把握、他の水サンプルとの類似点・相違点の比較検討などでダイアグラムが用いられる[13]

ヘキサダイアグラムの一例
トリリニアダイアグラムの一例

ヘキサダイアグラムhexa diagram)あるいはシュティフダイアグラムstiff diagram)では、縦軸の左側に陽イオン、右側に陰イオンの当量濃度を示す[13]。左側では上から順にNa+ + K+、Ca2+、Mg2+の濃度、右側では上からCl-、HCO3-、SO42- + NO3-の濃度が示される[14]。このときのグラフの形状・大きさで水質を表現し[13]、水質を容易に認識できるようになる[14]

トリリニアダイアグラムtrilinear diagram)あるいはパイパーダイアグラムpiper diagram)では、菱形をなすキーダイアグラム(key diagram)と三角形の2つの三角ダイアグラム(ternary diagram)のダイアグラムがある[13]。キーダイアグラムでは、陽イオンはNa+ + K+とCa2+ + Mg2+、陰イオンはHCO3-とCl- + SO42- + NO3-の濃度比を示している[13]。三角ダイアグラムではそれぞれ陽イオンと陰イオンの濃度比が示されている[13]。このダイアグラムは水の起源を考えるうえで有用である[15]

水質測定

水質項目のうち、野外調査時に測定するものとして水温、pH、電気伝導度の3つが挙げられる[16]。水温の測定のためにはガラス棒状温度計やサーミスター温度計などが使用される[17]。pHの測定では比色法[注釈 2]pHメーターを利用する方法などが挙げられる[18]。電気伝導度については導電率計が用いられる[8]。測定時に複数の測器を使用する場合は器差に要注意であり、必要に応じて補正も求められる[16]。また、pHと電気伝導度の測定の際は事前に共洗いが求められる[16]。導電率計の使用時は測器により表示単位に相違があるため注意を要する[16]

後日実験室で分析する詳細な水質項目などでは、現地で試料水の採取(採水)を行う[16]。表面水の採水では、直接採水ビン(ポリビン)に採水することもあるが、橋の上からバケツを吊して採水することもある[19]。湖沼での採水では、市販の採水器も用いられる[20]。地下水は井戸(解放井戸)を利用して採水ができることもあるが、蛇口を通して採水することもある[21]

2010年メキシコ湾原油流出事故の影響を把握するための塩分濃度・水温・pHの測定

脚注

注釈

  1. イオン物質でない溶存物質(有機物質ケイ酸)は電気伝導度と無関係である[7][8]
  2. 比色法には、試料水に試薬を入れる方法と、試験紙に試料水をつける方法がある[6]

出典

  1. 日本陸水学会 2006, pp. 234-235.
  2. Diersing, Nancy (2009). "Water Quality: Frequently Asked Questions." Florida Brooks National Marine Sanctuary, Key West, FL.
  3. 田瀬 2009, p. 197.
  4. 山中 2011, p. 28.
  5. 山中 2011, p. 32.
  6. 新井 1994, p. 69.
  7. 武田 2010, pp. 56-57.
  8. 新井 1994, p. 73.
  9. 武田 2010, p. 56.
  10. 新井 1994, pp. 79-82.
  11. 田瀬 2009, p. 198.
  12. 田瀬 2009, p. 199.
  13. 田瀬 2009, p. 200.
  14. 日本地下水学会, p. 1.
  15. 日本地下水学会, p. 2.
  16. 山中 2011, p. 35.
  17. 新井 1994, pp. 23-26.
  18. 新井 1994, pp. 69-72.
  19. 新井 1994, p. 86.
  20. 新井 1994, p. 87.
  21. 新井 1994, p. 93.

参考文献

  • 新井正 『水環境調査の基礎』 古今書院、1994年。ISBN 4-7722-1740-1。
  • 日本陸水学会 『陸水の事典』 講談社、2006年。ISBN 4-06-155221-X。
  • 田瀬則雄 「水・物質循環」、杉田倫明・田中正編 『水文科学』 共立出版、2009年、197-222頁。ISBN 978-4-320-04704-4。
  • 武田育郎 『よくわかる水環境と水質』 オーム社、2010年。ISBN 978-4-274-20906-2。
  • 山中勤 「水文」、上野健一・久田健一郎編 『地球学調査・解析の基礎』 古今書院〈地球学シリーズ〉、2011年、23-38頁。ISBN 978-4-7722-5254-6。
  • 日本地下水学会. 水質に関する説明 (PDF)”. 2019年1月18日閲覧。

関連項目

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