【流域の規模・岩石種・土地利用の化学風化速度への影響を検討し、マスバランス計算が広域の他種の岩石を基盤とする流域に適用できるかどうかを評価するために、地理情報システム（GIS）を利用】

『Abstract
　This study was undertaken to test the utility of a geographical information systems (GIS) approach to problems of watershed mass balance. This approach proved most useful in exploring the effects that watershed scale, lithology and land use have on chemical weathering rates, and in assessing whether mass balance calculations could be applied to large multilithological watersheds. Water quality data from 52 stations were retrieved from STORET and a complete GIS database consisting of the watershed divide, lithology and land use was compiled for each station. Water quality data were also obtained from 7 experimental watersheds to develop a methodology to estimate annual fluxes from incomplete data sets. The methodology consists of preparing a composite of daily flux data, calculating a best fit sinusoid and integrating the equation to obtain an annual flux. Comparison with annual fluxes calculated from high resolution data sets suggests that this method predicts fluxes within about 10％ of the true annual flux.
　Annual magnesium fluxes (moles km^-2 yr^-1) were calculated for all stations and adjusted for fluxes from atmospheric deposition. Magnesium flux was found to be a strong function of the amount of carbonate in the watershed, and silica fluxes were found to increase with the fraction of sandstone present in the watershed. All fluxes were strongly influenced by mining practices, with magnesium fluxes from affected watersheds being 6-10 times higher than fluxes from comparable pristine watersheds. Mining practices enhance chemical weathering by increasing the surface area of unweathered rock to which water has access and by increasing acidity and rate of mineral weathering. Fluxes were also found to increase with watershed size. This scale dependence is most likely caused by the sensitivity of weathering fluxes to even minor quantities of carbonates, which are likely to be found in all lithologies at larger scales.
　Mass balances were carried out in watersheds where gauged sub-watersheds made up more than 95％ of the area. The calculations show large magnesium flux and water balance discrepancies. These errors may be a result of significant groundwater inputs to streams between gauges. The results suggest that improvements in how we measure discharge and estimate fluxes may be required before we can apply mass balance techniques to larger scales.

Key words: Geographical information systems (GIS); Mass balance; Magnesium fluxes; Watershed scale; Lithology; Land use』

『要旨
　本研究は、流域のマスバランスの問題に対する地理情報システム・アプローチの有用性を試験するために行われた。このアプローチは、流域の規模・岩石相・土地利用が化学風化速度に与える影響を調べたり、マスバランス計算が大規模な多数の岩石相からなる流域に適用できるかどうかを評価する際に、最も役に立つことが確かめられた。52の観測点からの水質データがSTORETから検索され、分水界・岩石相・土地利用からなる完全なGISデータベースが各観測点についてまとめられた。水質データは、不完全なデータセットから年間フラックスを見積もるための方法を開発するために、7つの実験流域からも得られた。その方法は、毎日のフラックス・データをまとめたものを準備し、正弦波に最もよくあうように計算し、そして年間フラックスを得るための式に統合することからなる。高い分解能のデータセットから計算された年間フラックスとの比較により、この方法は真の年間フラックスの約10％以内でフラックスを予想することが示された。
　年間のマグネシウム・フラックス（moles/km²/年）がすべての観測点について計算され、大気沈着物からのフラックスについて調整された。マグネシウム・フラックスは流域の炭酸塩の量と強い相関があることがわかり、シリカ・フラックスは流域に存在する砂岩の割合とともに増加することがわかった。すべてのフラックスは鉱山の稼行により強く影響され、その影響を受けた流域のマグネシウム・フラックスは、そうでない流域に比べて6〜10倍も大きい。鉱山の稼行は、未風化岩の表面積を増やして水の出入りをしやすくすること、ならびに酸性度と鉱物風化速度を増加することで化学風化を助長する。フラックスはまた流域の規模とともに増加することもわかった。この規模に依存するということは、たとえ微量であっても、より大きな規模の流域のすべての岩石相にみられるやすい炭酸塩に対して、風化フラックスは鋭敏であることによると思われる。
　観測された地域により95％以上が占められる流域において、マスバランスの検討を行った。計算によれば、大きなマグネシウム・フラックスおよび水バランスの不一致が示される。これらの誤差は、観測点間で流水に対して地下水からのインプットがかなりあるためと思われる。これらの結果は、われわれがより大きな規模にマスバランス手法を適用できるようになるためには、いかに流量を測定しフラックスを見積もるかという点で改善が必要であるだろうことを示している。』

Introduction
Methodology
　Study area
　Watershed hierarchy
　Climate - geography
　Estimating watershed divides for the sampling stations
　Characterizing lithology for each station
　Characterizing land use for each station
Computing annual fluxes
　Variation of daily fluxes
　Testing the sinusoidal approximation method
　Estimating atmospheric deposition
　Estimating the weathering rate
Effects of lithology, land use and watershed size
　Pristine watersheds
　Statistical analysis
　Effects of watershed scale
　Mass balances
Conclusions
References