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汝(な)は何故(なにゆえ)に斯(か)くも美しきか、
何故に水の姿を纏(まとい)しか 川尻 裕一郎 4. 水の行方
第１節 人間登場以前の水の行方
これから、河川から取水された水の行方を追って行くことになりますが、その前に、人為の現れる前の水の行方について考えてみます。それが、水の循環における人の行動の基盤と人の関わりの意味をより明らかにするのにも役立つと思うからです。 さて、大局的（最大のマクロ）な見方、地球規模の水の循環では、教科書でお馴染みの図の如く、地表に降り立った雨は、河川を下り海に出て海面から蒸発し大気圏に戻ります。マクロの程度をずっと下げて集中過程の部分に的を絞ると、水が渓流へと流れ込んでいる森の中で、木々からの蒸発散で大気圏へと戻る水も見えることでしょう。（地下を経由する水の場合はここでは考えないことにし地上の水に限りましょう。） さらにマクロの程度を下げると、一本のブナの木が見えてきて、ブナの樹幹流が頭に浮んできます。ブナの樹幹流といわれるもの、それは、一帯に降り注ぐ雨滴の一部がブナの葉に受け止められて、葉の形と重力の作用で、葉の表面を葉柄の方向へと流れ下り、小枝から大枝そして幹へと集まって、幹に沿って流れ下っている雨滴の集団だと考えられ、人がそれを樹幹流と名付けたものでしょう。 ところで、この樹幹流になるのは、ブナの木の周囲に降り注ぐ雨滴群のうち、葉に受け止められた雨滴です。雨滴群の雨滴の数の増加（降雨強度の増加）と共に、重力の作用で枝や葉から森の地表へと直接落下する雨滴が増加し樹幹流になる割合は低下していくだろうと考えられます。一本の樹木をめぐることとは言いながら、水利を頭に描くと印象的なことです。それに周囲には、葉に触ることもなく直接地表へ落下する雨滴ももちろんあるでしょう。 樹幹流の水は幹周りの土中に広がって土中に一時貯留されることになります。幹から伸びている大根、小根、毛根の表面と根の周囲の状態が、水が土中へ広がっていく、その広がり方に関係していることには留意がいるのでしょう。土中に広がった樹幹流の水と地表から移動してきた水は、一時（０時間の場合もあるでしょうが）そこに貯留され、毛根からブナに取り込まれ、小根、大根、そして幹の中を上昇して行き、幹から大枝、小枝、葉柄へと広がって、さらに一枚の葉の中に広がる葉脈で、葉全体に広がり、気孔から大気へと放たれ、気流によって大気の大循環に加わることになるのでしょう。 この過程で、この木と外部の関係で、３つのことに注意をはらっておきたいと思います。一つは樹幹流になる過程で、この木の流れの過程から外れる雨滴があることと、その雨滴は葉に捉えられなかった雨滴と共に地表に落ちて、この木の樹冠の下の地下に広がる毛根の周囲に達するものがあることです。次に、樹幹流の水の一部には、大根、小根、毛根の周囲で、この木の水の流れの過程から外れるものがあることです。三つ目は、根と周囲の土の関係です。土が過程に加わることによって、この水の流れの過程に貯留機能が加わることです。もちろん、樹木の生理的機能にも貯留機能があるでしょうが、樹木の利用している土の貯留能力はそれに比してはるかに大きなものだと思われます。 水利からのアナロジーの強い見方ですが、一本のブナをめぐってそのような循環を考えてみることができます。 さて、このように、水の循環についてマクロの程度をずっと下げてみて、水の行方を考えて行くと、河川での流れや、取水後の流れについても、マクロの程度を下げて考えてみたくなります。 第２節 河川での流れ（集中過程）について まず、先回述べた水の集中過程について、水の流れへの、地形と位置のエネルギーの影響について、マクロの程度を下げた見方が出来る場合を考えてみましょう。 水の流れは、取水された後は、広がる（広げる）ために分かれる（分水する）ことが主になりますが、それまでの水の流れは集まること（集中）が主です。 まず、集まることをマクロの程度を下げて考えてみます。 マクロ、ミクロのスケールを問わず、ブナの葉から渓谷まで、水が集まる基本には、凹形の形状が連続している単位体（凹形単位体と表記、もっとも単純化して平面の組み合わせにした場合は逆三角形の樋形：以下、幅×深さ×長さを持つこのようなブロックを“三角チャンネル”とも表記する）が必要です。突き詰めて考えれば、水の流れはどの部分をとっても、この凹形単位体（単純モデルは三角チャンネル）の規則だった集合体として表わされると考えられましょう。 ところで、この凹形をどのように形としてモデル化するかは、河川に適用するとすれば興味深いことでありましょう。三角か、ハーフパイプのような半円か、矩形か、台形か、河川の現実の形、取り扱う変数の数など、専門家が話題にすれば、面白い知見があることでありましょう。ここでは、現実を離れて考えていますので、一番単純な二平面の組み合わせの三角チャンネルといたします。 ところで、ここに至って（そしてこれからも）、記述が無用と思えるまでに抽象に陥っていますが、それは、考えるための手段でして、抽象的・客観的に考え（モデル的に述べ）たほうが、話の本質が見えやすくなるだろうと考えてのことで、物理や数学の話でもないのに申し訳ないことだと思っております。お許しください。さて、話を続けます。 ここで、面白そうなことを考えつきました。それは、三角チャンネルのような“平坦な向斜斜面”に一滴の水滴が落下した場合です。その場合、斜面上で水滴が向かう方向は、もちろん“位置のエネルギー減少最大の方向”が確率的に圧倒的に高いでしょうし、また異なる方向に向かった水滴も時を経ずして早晩、その方向へと向かうことになるでしょう。また、水滴が膨大な数に達して水流として認められるまでになれば、百パーセント「位置のエネルギー減少最大の方向に向かう」ことはだれもが認めることです。したがって、当たり前のことですが、集中していく規則の第一は、「位置のエネルギーの減少する方向に向かう」です。持って回った言い方をしましたが、要は「下流方向」です。（こんなに持って回って考えたのは、頭の隅に、これに摩擦の影響が加われば、観音の裳裾の波形との繋がりが出てくるのでは、との囁きがあるからです。） 第一の規則で「流下の規則」を考えたとすれば、第二の規則は、私は今、流れの集中を考えているのですから、それは、当然「合流の規則」を考えることになります。河川を頭に描き、それを抽象的なモデルにしてみると、支流の本流への合流は、支流の凹形単位体の集合が一段（一階層）上の本流の単位体の中に統合されている、と考えることが出来るでしょう。本流は、このようにして数次に亘る凹形単位体の構成体が入れ子のように重なった多層体で構成されているとみるのも面白いのではないでしょうか。（このような専門外の者の考察ではなく、河川形成過程の研究で、同じような発想の学術的な成果があるのだろうと思っています。脇句を期待しているのです。） 第３節 水の流れの方向について しかし、ここでまた考えてみます。「位置のエネルギー減少最大の方向」と書いたことで、凹形単位体の軸方向の傾斜が小さくて重力の影響の程度が極度に小さくなった場合は水流の向きは何によって決まる（決められる）のかという面白い問いが生まれてきます。低平湿地のような地形が極めて平坦になったような場合です。そこには、集中過程と展開過程の境界、位置のエネルギーの変化しない地点乃至状態に至っている場合を考えてみることができます。海洋、そして、かなりなマクロの目で眺めた場合の沖積平野が頭に浮かびます。先走りますがこのことは、灌漑の形成過程における低平湿地の重要さに関連することになってまいります。 流れの方向の決め難い場合をもう一つ思いつきました。地形で“背斜”といわれる状態の場所です（山の例では尾根、河川では流域界）。ここでは、雨滴の落下する位置のほんの僅かな違いが流下の方向に決定的な差をもたらします。位置の僅かな違いは何によって決まる（決められる）のか。またこのような考え方は、循環過程の中でも、位置のエネルギーの変化に関して、一定の部分がクローズな（他と隔離されている）状態になっている場合にも適用できるでしょう。 流れの集中を生む凹形単位体の境界は凹と凹が隣接しているのですから、当然、この“背斜”の状態です。この考え方を河川に当てはめると、最上位の階層の凹形単位体の背斜状態の場所が流域界となります。 位置のエネルギーの、最大と最小の近傍に流れの方向が決まりがたい場所があると考えられるのはとても興味深いことです。後ほど人間が参加した場合の循環過程で、位置のエネルギーの変化しない場所について、分水をめぐって上流水位一定型のゲート（アミールゲート）の例について、更に考えてみます。 さて、水の循環過程のうち、地上での集中の基盤（容器、入れもの）を、以上のように考えてみたうえで、次に進めましょう。まず一つは①地形の変化が著しく減少した場合、水の流れを考えたとき、地形が位置のエネルギーの変化に与える影響が著しく小さくなった場合についてです。もう一つは②海面や巨大（水の流入による水位変動を無視できる程の大きさ）な湖面等の場合についてです。 ①の場合を三角チャンネルにモデル化した凹形単位体では逆三角形の頂角が増大した状態で、最大は180°（平面）になって流れの方向は不定となります。②の場合は、ここで位置のエネルギーの変動は「０」となり、流れはとまることになる。すなわち「止まる、トドマル（溜まる）」ことになります。 マクロにみた場合、これに近い条件の現実の場所の代表が、沖積地、デルタ平野の中の低平地（低平湿地）でしょう。マクロの程度を下げていけば、方向が定まらず他方向に発生する流れの変化（河道の変動）の累積を示す乱流の痕に残された自然堤防の間の（もう其処では流路を形成するほどの位置のエネルギーの変化を持っていない）水面や平坦面が目に浮かびます。 マクロにみた場合の現実の場所に扇状地の例も考えられます。扇状地の扇頂の地点は、三角チャンネルの頂角が、不連続に近い程に急変する場所です。ここで、流れの方向変化が集中的に発生し、扇状地の頂点となります。 第４節 取水後の流れについて このように考えてきて、重要なことは、人間の関与のない、自然の場合において、位置のエネルギーの減少が「０」に近い場所では、流れの広がり、「展開過程」の発生をみることが出来ることです。 ここに、人間が水の流れに初めて関与する“河川からの取水”行為の原点を見るような気がいたしております。 河川からの取水を、①流れ込み方式と②堰上げ方式の二つで考えてみますと、①は前者②は後者で、前者では取水した河川からの広がりをしばし自然の水の流れが形成した流路を利用し、その流路からの再度の取水（分水）において、後者の展開過程が始まることになります。後者では、取水地点から直ぐに人の関与、すなわち人工物を使っての展開過程が始まります。前者の場合、自然の流路への人の関与の程度によって、自然の河川から人工物の水路の利用に近い状態まで様々な場合があると考えられます。 また、一方、低平湿地の水面、平坦面での水の移動に頭をめぐらせれば、そこには、灌漑形成の原点を見ることになりますが、このことは、別途述べることにいたします。 さて、河川からの取水では、水の流れは一端、堰き止められて、水位の変動がないようにして、新たな向きをあたえられることになります。現象としては、堰き止めによって、河川に、人の関与による位置のエネルギーの変動「０」の場所が現れたことになります。この変動「０」の位置のエネルギーが、取水位（厳密には速度エネルギー分だけ低下している）とされているものになります。 第５節 水の行方の終点について 人工物を使っての水の展開過程の終点、即ち、水田の用水として取水された水の行方の終点は一枚一枚の水田の水面です。水田の灌漑システムの目的が、水田への用水供給ですから当然です。水の流れの行方はむろん、水田の先もありますが、それは排水とされますので、用水の終点は水田です。 なお、田越し灌漑（別途述べます）で上の田の排水が下の田の用水であるように、よりマクロな規模でも排水が用水となる場合は多く（反復利用と呼ばれる）、水利では一般的です。 ここでは、人の行う灌漑の現象を“最も小さいスケールの基本過程で、ひとまず考えてみる”とでもいった考え方をして、ひとまず、水田を終点として、その先の流れ（排水）はないとして考えてみることが有効だと思います。 水は最後に、水田の水面からの蒸発とイネの蒸発散作用で大気へと帰っていき、もとの状態へ復することとなります。 人間の関与する人工物での水の流れの過程（展開過程）に限定せずに、地上に降り立った水の流れ（河川）というマクロの過程でも、終点が地球規模の水面（海洋）であることは、一枚の水田という地球規模からみれば極小規模の水面と地球規模の水面とが、地表面の水の流れの終点として、同様な働きをしていることは、農民の行ってきた水利を研究してきたものとしては感慨深いものがあります。また、農民が水に観音を思う心根の一端へも思いが及ぶのであります。 観音から立木観音、そして一本のブナの木へと連想が働き、ブナの葉からの蒸発散、イネの葉からの蒸発散を思い出しました。ブナの木の場合を考えると、それは、地球規模の水の循環、人工物を基盤とした地表の部分規模の水の循環の他の、植物規模（生物個体規模）の水の循環として完結している（土の貯留機能は関与していますが）ことに気がつきます。そして、このブナの木の過程では、終点（大気循環との接点）に水面が見えないという特徴もあります。 展開過程の始点終点は、これで、大まかにはわかりました。“展開”については次回から考えることにいたしましょう。 川尻 裕一郎 H23.11.20
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