非点源汚染

非点源（NPS）汚染とは、単一の個別発生源に由来しない水または空気の拡散汚染（または汚染）を指します。このタイプの汚染は、多くの場合、広い地域から集まった少量の汚染物質の累積的な影響です。これは、単一の発生源から生じる点源汚染とは対照的です。非点源汚染は通常、土地の流出、降水、大気沈着、排水、浸透、または水文学的変化（降雨および雪解け）によって発生し、汚染を単一の発生源にまでさかのぼることは困難です。^[1]非点源水質汚染は、農業地域から川に流れ込む汚染された流出水や、風で運ばれた破片が海に吹き飛ばされるなどの発生源から水域に影響を及ぼします。非点源大気汚染は、煙突や車の排気管などの発生源から空気の質に影響を及ぼします。これらの汚染物質は点源から発生していますが、汚染物質の長距離輸送能力と複数の発生源により、非点源汚染となります。排出が水域または大気中に単一の場所で発生した場合、汚染は単一点になります。

非点源水質汚染は、さまざまな発生源から発生する可能性があり、問題を解決するための具体的な解決策や変更がないため、規制が困難です。非点源水質汚染は、芝生の施肥、農薬散布、道路工事、建物建設など、さまざまな人々の日常的な活動から発生するため、制御が困難です。^[2]非点源汚染を制御するには、都市部と郊外地域、農業活動、林業活動、マリーナの管理を改善する必要があります。

非点源水質汚染の種類には、堆積物、栄養素、有毒な汚染物質、化学物質、病原体などがある。非点源水質汚染の主な発生源には、都市部および郊外地域、農業活動、大気流入、高速道路流出、林業および鉱業活動、マリーナ、ボート活動などがある。都市部では、駐車場、道路、高速道路から洗い流された汚染された雨水は都市流出と呼ばれ、通常は非点源のカテゴリーに含まれます（雨水排水システムに導かれ、パイプを通って地元の表層水に排出される場合は点源になることがあります）。農業では、肥料を与えられた農地からの窒素化合物の浸出が非点源水質汚染です。 ^[3]農地や森林上の「シートフロー」からの雨水への栄養素流出も非点源汚染の例です。

堆積物（緩い土）には、シルト（細かい粒子）と浮遊物質（大きな粒子）が含まれます。堆積物は、川岸の浸食や、都市部や農村部の不適切な植物被覆による表面流出から表層水に入り込む可能性があります。 ^{[5]堆積物は水域に}濁度（曇り）を生み出し、深度深くまで届く光の量を減らします。これにより、水中の水生植物の成長が阻害され、その結果、魚や貝など、それらに依存する種に影響を及ぼす可能性があります。^[6]水域への堆積物の負荷が増加すると、酸素も枯渇するか、その地域に生息する種に有害なレベルまで減少する可能性があります。^[7]濁度レベルが高いと、飲料水の浄化システムも阻害されます。堆積物は、波や風によって水柱に運ばれることもあります。堆積物が継続的に浸食されると、水柱に留まり、濁度レベルが上昇します。^[7]

堆積とは、堆積物が水域に運ばれる過程です。堆積物はその後、水系に堆積するか、水柱に留まります。堆積速度が速い場合、堆積物が多すぎるために洪水が発生する可能性があります。洪水が発生すると、水辺の資産は大量の堆積物によってさらに損傷を受ける可能性があります。^[8]

堆積物は複数の異なる発生源から排出されることもあります。発生源としては、建設現場（これらは点源ですが、侵食防止や堆積防止で管理できます）、農地、川岸、および非常に撹乱された地域などがあります。^[9]

栄養素とは主に、流出水、埋立地、畜産業、農地からの無機物を指します。懸念される2つの主要な栄養素はリンと窒素です。 ^[10]

リンは、生体利用可能なさまざまな形で存在する栄養素です。人間の下水汚泥に過剰に含まれていることで有名です。農業用、住宅用、商業用地に使用される多くの肥料の主成分であり、淡水系や一部の河口では制限栄養素になる場合があります。リンは、さまざまな形のリンが土壌粒子に吸着される傾向があるため、土壌浸食によって水域に運ばれることが最も多いです。水系（特に淡水湖、貯水池、池）のリンの量が多すぎると、植物プランクトンと呼ばれる微細藻類が増殖します。植物プランクトンの過剰な増殖による有機物供給の増加は、富栄養化と呼ばれます。富栄養化の一般的な症状は、藻類の大量発生です。藻類の大量発生は、見苦しい水面の汚れを生成し、有益な植物を枯らし、味や臭いの原因となる化合物を生成し、藻類が生成する毒素によって水を汚染します。これらの毒素は、飲料水に使用されるシステムでは特に問題となります。なぜなら、一部の毒素は人間の病気を引き起こす可能性があり、毒素の除去は困難で費用がかかるからです。藻類の大量発生は細菌による分解によって水中の溶存酸素を消費し、魚類や水生無脊椎動物に有害な結果をもたらす低酸素症を引き起こします。 ^[11]

窒素は肥料のもう一つの重要な成分であり、窒素が制限栄養素である海水または汽水河口系では一般に汚染物質となる。淡水のリンと同様、海洋系における生物利用可能な窒素の過剰は富栄養化と藻類の大量発生につながる。海洋系における富栄養化の結果、低酸素症がますます一般的になり、河口、湾、沿岸水域の広い範囲に影響を及ぼす可能性がある。毎年夏になると、ミシシッピ川がメキシコ湾に流れ込む底層水域で低酸素状態が発生する。近年の夏には、この「デッドゾーン」の空中範囲はニュージャージー州の面積に匹敵し、この地域の漁業に大きな悪影響を及ぼしている。^[12]

窒素は水によって硝酸塩（NO ₃ ）として運ばれることが最も多い。窒素は通常、有機窒素またはアンモニア（NH ₃）として流域に添加されるため、窒素は酸化されて硝酸塩に変換されるまで土壌に付着したままである。硝酸塩は通常すでに土壌に組み込まれているため、表面流出よりも土壌を通過する水（つまり、間隙水や排水溝）が窒素を運ぶ可能性が最も高い。^[13]

有毒化学物質には主に有機化合物と無機化合物が含まれます。鉛、水銀、亜鉛、カドミウムなどの重金属を含む無機化合物は分解しにくいです。^[9]これらの汚染物質は、人間の下水汚泥、採掘作業、車両の排気ガス、化石燃料の燃焼、都市の流出水、産業活動、埋立地など、さまざまな発生源から発生する可能性があります。^[10]

その他の有毒汚染物質には、ポリ塩化ビフェニル（PCB）や多環芳香族炭化水素（PAH）などの有機化合物、難燃剤、DDTなどの多くの農薬、その他の殺虫剤、肥料などがあります。これらの化合物は生態系や水域に深刻な影響を及ぼし、人間と水生生物の健康を脅かす一方で、環境による分解に抵抗性があるため、環境中に残留する可能性があります。^[9]これらの化合物は空気や水環境にも存在し、環境にダメージを与え、生物に有害な曝露を引き起こすリスクがあります。^[14]これらの有毒化学物質は、耕作地、苗床、果樹園、建築現場、庭園、芝生、埋め立て地から発生する可能性があります。^[10]

酸と塩は主に灌漑地、採鉱作業、都市の流出水、工業地帯、埋立地からの無機汚染物質です。^[10]その他の無機毒性汚染物質は、鋳造所やその他の工場、下水、鉱業、石炭火力発電所から発生する可能性があります。

病原体とは、水中に存在し、人間に病気を引き起こす細菌やウイルスのことである。^[9]一般的に、病原体は公共の飲料水供給源に存在すると病気を引き起こす。汚染された流出水に含まれる病原体には以下のものがある：^[15]

• クリプトスポリジウム・パルバム
• ジアルジアランブリア
• サルモネラ
• ノロウイルスとその他のウイルス
• 寄生虫（蠕虫）。

大腸菌や糞便も流出水で検出されることがあります。^[9] これらの細菌は水質汚染の指標としてよく使われますが、病気の実際の原因ではありません。^[16]

病原菌は、管理の不十分な畜産経営、浄化槽システムの不具合、ペットの排泄物の不適切な処理、人間の下水汚泥の過剰使用、汚染された雨水下水道、衛生下水道の溢れなどにより、流出水を汚染する可能性があります。^{[5] [9]}

都市部と郊外地域は、舗装された表面が多いために生じる流出水の量が多く、非点源汚染の主な発生源となっています。アスファルトやコンクリートなどの舗装された表面は、浸透する水に対して不浸透性です。これらの表面と接触した水はすべて流出し、周囲の環境に吸収されます。これらの表面は、雨水が汚染物質を周囲の土壌に運びやすくします。^[17]

建設現場は、雨、雪、雹などの降水によって容易に浸食される乱れた土壌になる傾向があります。さらに、現場に廃棄された残骸は、流出水によって流され、水域環境に流入する可能性があります。^[17]

駐車場、道路、高速道路、芝生から洗い流される汚染された雨水（多くの場合、肥料や農薬を含む）は、都市流出水と呼ばれます。この流出水は、多くの場合、NPS汚染の一種として分類されます。また、多くの場合、都市の雨水排水システムに導かれ、パイプを通って近くの地表水に排出されるため、点源と考える人もいます。ただし、都市流出水のすべてが水域に入る前に雨水排水システムを通過するわけではありません。特に開発途上地域や郊外地域では、一部は水域に直接流れ込む場合があります。また、産業排出物、下水処理場、その他の作業などの他の種類の点源とは異なり、都市流出水の汚染は、1つの活動または活動グループに起因するものではありません。したがって、簡単に特定および規制される活動によって引き起こされるわけではないため、都市流出水の汚染源は、自治体が汚染の軽減に取り組む際に、真の非点源として扱われることもよくあります。その一例は、ミシガン州のNPS（非点源）プログラムです。このプログラムは、利害関係者が非点源汚染に対抗するための流域管理計画を作成するのに役立ちます。^[18]

通常、郊外では芝生の手入れに化学薬品が使われます。これらの化学薬品は最終的に流出し、市内の雨水排水溝から周囲の環境に流れ込む可能性があります。雨水排水溝の水は周囲の水域に流れ込む前に処理されないため、化学薬品は直接水に流れ込みます。^{[引用が必要]}

その他の重要な流出源としては、生息地の改変や林業などが挙げられる。^{[19] [20]}

栄養素（窒素とリン）は、通常、市販の肥料、家畜の糞尿、または都市または産業廃水（廃水）や汚泥の散布として農地に施用されます。栄養素は、作物残渣、灌漑用水、野生生物、大気沈着物からの流出水にも混入する可能性があります。^{[21] ：p. 2–9}硝酸塩などの栄養素汚染は、酸素レベルを低下させて水質を悪化させ、藻類の大量発生や富栄養化を誘発することで水生環境に害を及ぼす可能性があります。^[22]

殺虫剤や殺菌剤などの他の農薬も、農地から流出や堆積を通じて環境に侵入する可能性がある。DDTやアトラジンなどの農薬は、水路を通って移動したり、空中に浮遊したまま風に運ばれたりして、「噴霧ドリフト」と呼ばれるプロセスが発生する。^[23] 畑から洗い流された堆積物（ゆるい土）は、農業汚染の一形態である。工場式農場など、大規模な家畜や家禽の飼育を行っている農場は、多くの場合、点源排出者である。これらの施設は、米国では「集中動物飼育施設」または「フィードロット」と呼ばれ、政府の規制が強化されている。^{[24] [25]}

農業活動は、米国における非点源汚染の大部分を占めています。広大な土地が耕作のために耕されると、かつては埋もれていた土壌が露出し、緩みます。これにより、露出した土壌は暴風雨の際に浸食されやすくなります。また、近くの水域に運ばれる肥料や農薬の量も増加する可能性があります。^[17]

大気沈着は、無機および有機成分の発生源である。なぜなら、これらの成分は大気汚染源から地上の受容体に運ばれるからである。^{[26] [27]}通常、工場などの産業施設は、煙突を介して大気汚染を排出する。これは点源であるが、分布の性質、長距離輸送、および汚染源の複数性のため、沈着エリアでは非点源とみなすことができる。流出水の質に影響を与える大気入力は、暴風雨の間の乾性沈着と暴風雨中の湿性沈着から生じる可能性がある。高速道路、道路、駐車場の上または近くで発生する湿性沈着および乾性沈着に対する車両交通の影響は、流出水のさまざまな大気源の大きさに不確実性をもたらす。これらの濃度と負荷を定量化するのに十分なプロトコルを使用する既存のネットワークは、関心のある成分の多くを測定しておらず、これらのネットワークは、ローカルスケールで適切な沈着量の推定値を提供するにはまばらすぎる^{[26] [27]}

高速道路からの流出水は、非点源汚染全体のわずかながらも広範囲にわたる割合を占めています。^{[28] [29] [30] [31] [32] [33] Harned（1988）は、流出水の負荷は大気降下物（9％）、車両沈着物（25％）、}高速道路のメンテナンス資材（67％）で構成されていると推定しました。また、これらの負荷の約9％が大気中に再飛散すると推定しました。^[34]

林業や鉱業は非点源汚染に重大な影響を与える可能性がある。^[35]

森林作業は特定の地域の樹木数を減らし、その結果その地域の酸素レベルも低下させます。この作業と重機（収穫機など）が土壌を走行することで、侵食のリスクが高まります。^[35]

採掘作業は点源とみなされるが、放棄された採掘作業からの流出は非点源汚染の一因となる。露天掘りでは、目的の鉱石を露出させるために山頂が削り取られる。採掘終了後にこのエリアが適切に埋め立てられなければ、土壌浸食が起こる可能性がある。さらに、空気と新たに露出した岩石との化学反応により酸性の流出が生じる可能性がある。放棄された地下鉱山から染み出る水も非常に酸性である可能性がある。これが最も近い水域に浸透し、水生環境の pH を変化させる可能性がある。^[17]

ボートのメンテナンスに使用される塗料、溶剤、油などの化学物質は、流出によって水中に流れ込みます。さらに、ボートから燃料がこぼれたり、燃料が直接水に漏れたりすることで、非点源汚染につながります。ボートや排水ステーションの衛生廃棄物容器が適切に管理されていないと、栄養素と細菌のレベルが上昇します。^[17]

非点源汚染を制御するために、都市部と郊外の両方でさまざまなアプローチがとられます。緩衝帯は、駐車場や道路などの不浸透性の舗装材と最も近い水域の間に芝生のバリアを提供します。これにより、土壌は地元の水系に入る前に汚染を吸収できます。排水エリアに貯留池を建設して、流出汚染と水環境の間に水質緩衝を作ることができます。流出水と雨水は貯留池に流れ込み、汚染物質が沈殿して池に閉じ込められます。多孔質舗装を使用すると、雨水と雨水が舗装の下の地面に流れ込み、水域に直接流れ込む流出量を減らすことができます。湿地の建設などの修復方法も、流出を遅らせ、汚染を吸収するために使用されています。^[36]

建設現場では、汚染や流出を減らすために、通常、簡単な対策が実施されます。まず、近くの水域に流出する堆積物や大きな物質の量を減らすために、建設現場の周囲に堆積物やシルトフェンスが設置されます。次に、建設現場の境界に沿って草やわらを敷くことも、非点源汚染を減らすのに役立ちます。^[17]

住宅用浄化槽が設置されている地域では、地方自治体の規制により、浄化槽のメンテナンスを義務付け、水質基準の遵守を徹底することができます。ワシントン州では、商業用またはレクリエーション用の貝類養殖場が継続的な非点源汚染により格下げされた場合、「貝類保護地区」を設置するという斬新なアプローチが開発されました。貝類保護地区は、水質と干潟資源を保護するために郡が指定する地理的区域で、非点源汚染を制御するための水質サービスのための地方資金を生み出すメカニズムを提供します。^[37]ピュージェット湾南部の少なくとも 2 つの貝類保護地区では、浄化槽の運用とメンテナンスの要件を制定し、プログラム料金を固定資産税に直接結び付けています。^[38]

堆積物と流出水を制御するために、農家は流出水の流れを減らし、土壌を畑に留めるために侵食防止策を利用することがある。一般的な技術には、等高線耕作、作物のマルチング、輪作、多年生作物の植え付け、河岸緩衝帯の設置などがある。^{[21] : pp. 4-95–4-96  [39] [40]} 保全耕作は、新しい作物を植えるときに流出を減らすために使用される概念である。農家は、植え付けプロセス中の流出を防ぐために、前回の植え付けから残った作物の一部を地面に残す。^[17]

栄養素は、通常、市販の肥料、動物の糞尿、または都市または産業廃水（廃水）や汚泥の散布として農地に施用されます。栄養素は、作物残渣、灌漑用水、野生生物、大気沈着物からの流出水にも混入する可能性があります。^{[21] ：p. 2–9}農家は、栄養素の過剰施用を減らすために、栄養管理計画を策定し、実施することができます。 ^{[21] ：pp. 4-37–4-38  [41]}

農薬の影響を最小限に抑えるために、農家は総合的病害虫管理（IPM）技術（生物学的害虫防除を含む）を使用して害虫を防除し、化学農薬への依存を減らし、水質を保護することができる。^{[42] [43]}

伐採跡地（スキッドトレイルとも呼ばれる）をうまく計画的に配置することで、発生する堆積物の量を減らすことができます。伐採跡地からできるだけ離れた場所にトレイルを計画し、土地の輪郭に沿ってトレイルを配置することで、流出水に含まれる緩い堆積物の量を減らすことができます。さらに、伐採後にその土地に木を植え直すことで、土壌が安定を取り戻す構造を提供し、伐採された環境を置き換えることができます。^[17]

マリーナのドックにある燃料ポンプに遮断弁を取り付けると、水への流出量を減らすことができます。さらに、マリーナのボート乗りが簡単にアクセスできるポンプアウトステーションは、衛生廃棄物を直接水に捨てることなく、清潔な場所で処分することができます。最後に、マリーナの周りにゴミ箱を置くだけで、大きな物体が水に入るのを防ぐことができます。^[17]

非点源汚染は今日の米国における水質汚染の主な原因であり、農業や水質改良からの汚染された流出水が主な発生源である。^{[44] : 15  [21]}

非点源の定義は、米国環境保護庁（EPA）の解釈による米国水質浄化法で規定されている。この法律では非点源に対する連邦規制は直接規定されていないが、州政府および地方自治体は州法に準じて規制を行うことができる。例えば、多くの州では海岸線などの場所に対して独自の管理プログラムを実施する措置を講じており、そのすべては米国海洋大気庁およびEPAの承認を得る必要がある。^[45]これらのプログラムおよび同様のプログラムの目標は、既存のシステムを拡張および改善することにより、州全体の汚染削減を促進する基盤を構築することである。^[46]これらの州政府および地方自治体のプログラムは、汚染を最大限に削減するための最も費用のかからない方法を見つけるという目標を達成するために、最善の管理慣行（BMP）に目を向けている。BMPは農業用および都市部の流出水の両方に実施でき、構造的または非構造的方法のいずれにもなり得る。 EPAや天然資源保護局などの連邦政府機関は、非点源汚染のさまざまなカテゴリーに対して一般的に使用されるBMPのリストを承認し、提供しています。^[47]

議会は1987年にCWA第319条助成金プログラムを承認しました。助成金は、政策の実施とさらなる発展を促進するために、州、準州、部族に提供されます。^[48]法律では、すべての州にNPS管理プログラムの運用を義務付けています。EPAは、水域の絶え間なく変化する性質を効果的に管理し、319助成金の資金とリソースを効果的に使用するために、定期的なプログラムの更新を義務付けています。^[49]

1990年の沿岸域法再承認修正案（CZARA）は、沿岸域管理法に基づくプログラムを作成し、沿岸水域を持つ州における非点源汚染管理対策の開発を義務付けました。^[50] CZARAは、海岸線を持つ州に水質汚染を修復するための管理対策を実施すること、およびこれらの対策の成果が採用ではなく実施であることを確実にすることを義務付けています。^[51]

• 農業養分流出
• 確率的経験的負荷および希釈モデル
• 栄養段階指数（水質指標）
• 地表水水文学
• 水質
• 水質モデリング

• 米国 EPA – 非点源管理プログラム