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ICRP International

Conference on Recovery After Nuclear Accidents

Radiological Protection Lessons
from Fukushima and Beyond

December 1 - 18, 2020

H. Sasaki, S. Moritaka, Y. Igarashi, K. Nanba

Updated: Dec 11, 2020

​Modeling of Long-term Radioactive Cesium Concentration at the Abukuma River Kuroiwa Site

H. Sasaki (Fukushima University, Japan), S. Moritaka (Fukushima University, Japan), Y. Igarashi (Institute of Environmental Radioactivity), K. Nanba (Institute of Environmental Radioactivity)


In the accident at TEPCO's Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, 137Cs of 15 to 20 PBq was released into the atmosphere, of which 2.5 PBq was deposited on land. Most of them were in Fukushima prefecture. The Abukuma River is a first-class river that flows from south to north in Fukushima Prefecture. It is the largest river in the prefecture, and the basin area at the Kuroiwa site in Fukushima city is 2886 km2. From the studies so far, it is estimated that about 578 TBq of 137Cs was deposited in the Abukuma River basin in the Fukushima nuclear accident. 137Cs deposited on the ground surface reach the sea via rivers. Therefore, it can be said that rivers are the main transportation route of 137Cs. So far, the dissolved and suspended 137Cs concentrations flowing in rivers and their transport volume (flux) have been studied by observations and a model. Accurate modeling of river flow is considered important for 137Cs flux estimation in rivers. On the other hand, in the studies so far, it cannot be said that the reproducibility of the hydrological model is high, especially in large rivers such as the Abukuma River. Therefore, when estimating the 137Cs flux from the basin, it is possible that the output value of the hydrological model causes a large error. For this reason, there is a need for a hydrological model that has few parameters and can reproduce river flow easily and accurately. Therefore, the purpose of this study is to construct a model for estimating the river flow of the Abukuma River by using the storage function method and the evapotranspiration estimation model based on soil moisture. The model has precipitation and atmospheric saturation as input values. Mean values were calculated and used based on published observation data of precipitation and temperature at four observation sites in Fukushima, Nihonmatsu, Koriyama, and Shirakawa in the Takekuma River basin. As a result of the storage function method and the evapotranspiration estimation model by soil moisture, the annual average rainfall is 1208.7 ± 158.1 mm year-1, the annual average evapotranspiration is 317.10 ± 1.19 mm year-1, and the annual average runoff is 1035.8 ± 153.4 mm. It became year-1. After that, the optimum parameters were estimated using the Nash Sutcliff (NS) coefficient, which is used as an index to evaluate the suitability of the flow rate hydrograph. The result was NS coefficient = 0.66, and sufficient reproducibility was obtained. In the future, we plan to implement outflow submodels of suspended and dissolved 137Cs in this hydrological model.

阿武隈川 黒岩地点を対象とした長期放射性セシウム濃度のモデル化

佐佐木光 (福島大学 共生システム理工学類), 森高祥太 (福島大学 共生システム理工学研究科), 五十嵐康記 (福島大学 環境放射能学研究所), 難波謙二 (福島大学 環境放射能学研究所)


東京電力福島第一原子力発電所の事故では、15~20PBqの137Csが大気中に放出され、そのうちの2.5PBqが陸域に沈着した。その大部分が福島県内であった。阿武隈川は福島県を南から北へ流れる一級河川である。県内では最も大きい河川であり、福島市内黒岩地点における流域面積は2886 km2である。これまでの研究から、福島原発事故では約578 TBqの137Csが阿武隈川流域に沈着したと推定されている。地表面に沈着した137Cs は河川を介し海へと到達する。そのため、河川は137Csの主要な輸送経路であると言える。これまで、河川を流れる溶存態及び懸濁態137Cs濃度とその輸送量(フラックス)は観測的・モデル的に研究が行われてきた。河川における137Csフラックス推定では、河川流量の正確なモデル化が重要と考えられる。一方で、これまでの研究では、特に阿武隈川のような大きい河川では水文モデルの再現性が高いとは言えない。このため、流域からの137Csフラックスを推定する時に、水文モデルの出力値が大きな誤差を生む事が考えられる。このことから、パラメータが少なく簡易で精度よく河川流量を再現できる水文モデルが必要である。よって本研究では、貯留関数法と土壌水分による蒸発散推定モデルを用いて、阿武隈川の河川流量を推定するモデルを構築する事を研究の目的とする。

 モデルは、入力値として降水量、大気飽差である。武隈川流域内の福島、二本松、郡山、白河の観測地4地点における降水量と気温を公開されている観測データをもとに平均値を算出し使用した。

 貯留関数法と土壌水分による蒸発散推定モデルの結果、年平均降雨量は1208.7±158.1mm year-1、年平均蒸発散量は317.10±1.19mm year-1、年平均流出量は1035.8±153.4mm year-1となった。その後、流量ハイドログラフの適合性を評価する指標として用いられるナッシュ・サトクリフ(NS)係数で最適パラメータの推定を行った。結果はNS係数= 0.66であり、十分な再現性が得られた。今後、この水文モデルに懸濁態および溶存態137Csの流出サブモデルを実装する予定である。

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