VI 河川･湖沼における自然環境の復元技術に関する研究
研究期間：平成13年度～17年度
プロジェクトリーダー：水循環研究グループ上席研究員（河川生態） 天野邦彦
研究担当グループ：水循環研究グループ（河川生態）
1. 研究の必要性
多様な生物の生息・生育地として、また人が自然環境に触れ合える身近な空間として重要な水辺の自然環境を適正に保全するため、事業に伴う自然環境への影響を回避・低減したり、新たに動植物の良好な生息・生育場を維持・形成する等の、自然環境の保全・復元技術の開発が求められている。
2. 研究の範囲と達成目標
本重点プロジェクト研究では、河川・湖沼における自然環境の保全・復元技術のうち、本研究では、河川におけるインパクト－レスポンスの解明、河川の作用を利用した生物の生息・生育空間の形成手法の開発、湖岸植生帯の保全復元手法の開発、ITを活用した観測技術の開発、水域のエコロジカルネットワークの保全・復元手法の開発を行うことを研究の範囲とし、以下の達成目標を設定した。
(1) 人為的インパクトと流量変動が河川の自然環境に及ぼす影響の解明
(2) 河川の作用を利用した生物の生息・生育空間の形成手法の開発
(3) 湖岸植生帯による水質浄化機能の解明と湖岸植生帯の保全・復元手法の開発
(4) ITを用いた生物の移動状況の把握手法の開発
(5) 水生生物の生息・生育におけるエコロジカルネットワークの役割の解明とエコロジカルネットワークの保全・復元手法の確立
3. 個別課題の構成
本重点プロジェクト研究では、上記の目標を達成するため、以下に示す研究課題を設定した。
(1) 河川環境におけるインパクトレスポンスに関する調査（平成13年度～17年度）
(2) 変動を加味した河川の正常流量に関する基礎調査（平成13年度～17年度）
(3) 水辺植生帯の環境機能に関する調査（平成13年度～16年度）
(4) ITを活用した野生生物追跡調査手法の開発（平成13年度～17年度）
(5) 水域の分断要因による水生生物への影響の把握と水域のエコロジカルネットワークの保全・復元手法に関する研究（平成14年度～17年度）
このうち、平成16年度は(1)、(2)、(3)、(4)、(5)の5課題を実施している。
4. 研究の成果
本重点プロジェクト研究の個別課題の成果は、以下の個別論文に示すとおりである。なお、「２．研究の範囲と達成目標」に示した達成目標に関して、平成16年度に実施してきた研究と今後の課題について要約すると以下のとおりである。
(1) 人為的インパクトと流量変動が河川の自然環境に及ぼす影響の解明
平成16年度は、流量変動と水質との関係ついて以下の観点から検討を行った。まず、平常時の一次生産に伴う河床付着物の増加と出水時の掃流に着目し、平常時と出水時の物質収支を明らかにした。また、流量変動と生物との関係については、流量の減少やかく乱頻度の減少によって生じている課題として、魚類や底生動物の餌資源としての観点からみた河床付着物の質の悪化、底生動物の棲み込みによる河床固化を取りあげ、これらの修復のための基礎資料とするため、実河川を対象に現象解明のための実態把握を行った。得られた結果は以下のとおりである。
(1) 実験河川における平常時の一次生産に伴う河床付着物の増加と出水時の掃流に着目した物資収支について、昨年度考案した2点法に基づき生産速度及び呼吸速度を推定し、算出した結果、わずか3時間の出水により20日間で蓄積したTOCの多くが流出していることを定量的に示した。
(2) アユの餌資源としての河床付着物の評価及び水理量との関係について、実河川を対象に調査を行った。その結果、アユが餌として利用していた河床付着物は、有機物量やその割合を示す強熱減量（%）が高く、生きている細胞の割合が高いものであった。また、強熱減量（%）は、流速（摩擦速度）に規定され、強熱減量が40％以上のものを利用していることを明らかにした。
(3) 流量、かく乱頻度が減少している河川を対象に、底生動物の棲み込みによる河床固化の影響を簡易な計測装置を用いて調査した結果、実河川における河床固化は、実験水路などで想定されたよりも顕著な現象であり、固化が生じている礫の移動に必要な引張力は、生じていない礫の約3倍になっていることを明らかにし、河床かく乱などの変動によって維持される河川環境にとって深刻な課題であることを示した。
(2) 河川の作用を利用した生物の生息・生育空間の形成手法の開発
平成16年度は、捷水路建設に伴う環境影響分析手法として、砂鉄川においては、従来の瀬･淵･ワンド等の区分に加え、河畔林の張り出しや水際の植生、浅場の面積などを測定し、河道内におけるそれぞれの場が生息場としてどのように機能しているのかについて把握することを試みた。その結果、以下のことが明らかになった。
(1) 流れのある流心部と水際部における水深と流速を比較すると、流心及び水際における水深の平均値はそれぞれ63cmと25cm、流速の平均値は76cm/sと10cm/sを示し、水際における流速、水深は流心と比較して非常に小さかった。この違いを反映して、魚類の生息密度は水際部において高く、特に体長の小さいものは水際に集中的に存在していた。
(2) 水際タイプ別の生息密度は、裸地と水中・陸上から草本類が繁茂する草本－草本タイプでは有意差は見られなかった。しかし、木本類が繁茂する場合は、裸地タイプと比較して有意に生息量が大きくなった。また、水際部が草本、木本にかかわらず、河岸が庇状になっている場合の生息密度は大きかった。サケ科魚類についてはオーバーハングした河岸の生息場としての重要性が指摘されていたが、砂鉄川の結果はコイ科魚類についても同様の結果が得られた。また、庇を形成している河岸において生息密度が著しく高くなる傾向は、今後の水際処理の方法を考える上で極めて重要な点と言える。
(3) 湖岸植生帯による水質浄化機能の解明と湖岸植生帯の保全・復元手法の開発
平成16年度は、湖沼沿岸帯の再生にとって工学的に重要な点を明らかにするために、施工実績の多い霞ヶ浦を対象に湖岸保全・復元工法を評価した。分析は、空中写真を用いた経年変化を中心に、現地調査や工事関係資料も参考にしながら行った。その結果、全般的に湖岸保全・復元工法は効果を発揮しており、湖岸植生帯の拡大に役立っていること、湖岸帯を取り囲む指標である閉塞度が大きいほど湖岸植生帯の面積が拡大している反面、底質が悪化する傾向があること、施工時に湖岸線が単調であっても時間の経過とともに多様な湖岸線が形成できること、湖浜と湖岸植生帯を共存させるためには、波浪をかく乱要因として取り入れることが重要であることが分かった。
(4) ITを用いた生物の移動状況の把握手法の開発
平成16年度は、行動追跡対象生物の拡大を目指し以下の開発・実証実験を実施した。(1)一般的に使用されている間欠型発信機(以下、従来型発信機）を追跡できるATS(Advanced Telemetry System)の開発、(2)ATSを用いた陸上中型哺乳類の行動追跡実験、(3)ATSを用いた魚類行動追跡実験。
本開発の結果、以下の成果が得られた。
(1) 長期間（数ヶ月～1年程度）野生動物を自動追跡できるATSが開発された。ATSの開発により中型哺乳類に限定された野生動物の追跡が、小型哺乳類、魚類に拡大された。
(2) 中型哺乳類（アナグマ）の行動追跡を高頻度実現した。
(3) 土木研究所内の池、及び実際の河川で魚類行動追跡が可能になった。さらにATSで取得した魚類行動データを用いて、行動生態学的解析を行った結果、魚類行動範囲は1日約0.1haで、日の出日の入り直後活発に活動するという行動パターンの可能性が示唆された。また、精度の検証を行った結果、ATSは水中にある電波発信機の方向を約±4.5°、位置を誤差平均11.86m、標準偏差7.56mで位置特定することが可能であることが示された。
(5) 水生生物の生息・生育におけるエコロジカルネットワークの役割の解明とエコロジカルネットワークの保全・復元手法の確立
本研究は水系の生態系の視点に立ち、近年の水域ネットワーク構造が魚類の生活史にどのような影響を与えているのか明らかにすると共に、保全・復元していくための手法を提案していくために実施するものである。平成16年度は以下の3項目について研究を実施した。
(1) 霞ヶ浦周辺水域におけるメダカ個体群の遺伝的構造の調査
(2) 水路上部構造が魚類の遡上に与える影響に関する調査
(3) 水域ネットワーク改善のための簡易手法としての魚道の開発
その結果、(1)においては種内地域型の異なるメダカが広い範囲で確認され、(2)においては水路構造により利用する魚種が異なる可能性が示された。河川と水田地域等周辺水域のネットワークは河川および周辺地域に生息する魚種双方において重要であるが、その復元にあたっては単に物理的に接続させるだけでなく状況に応じた配慮が必要である。
個別課題の成果
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究機関：平13～平17
担当チーム：水循環研究グループ（河川生態）
研究担当者：天野邦彦、萱場祐一、村岡敬子、大石哲也
【要旨】
自然環境の保全に対する関心が高まる中、河川事業においても事業に伴う自然環境へのインパクトの回避･低減および劣化した自然環境の復元に対する要請が高まっている。本研究は、河川管理に伴う物理的なインパクトの影響を最小限に抑えるために、河川事業が自然環境に与える影響の予測手法を得ることを目標に実施しているものである。平成16年度は、捷水路建設に伴う環境影響分析手法として、砂鉄川においては、従来の瀬･淵･ワンド等の区分に加え、河畔林の張り出しや水際の植生、浅場の面積などを測定し、河道内におけるそれぞれの場が生息場としてどのように機能しているのかについて把握することを試みた。
キーワード：インパクトレスポンス、国土技術研究会、捷水路建設、河川
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平13～平17
担当チーム：水循環研究グループ（河川生態）
研究担当者：天野邦彦、萱場祐一、皆川朋子、田代喬
【要旨】
本研究は、河川生態系に配慮した河川流量管理に資するため、流量の変動と河川生物・水質との関係の解明、土砂供給がハビタット及び生物に与える影響を定量的に明らかにすることを目的としている。16年度は、流量変動と水質との関係ついては、平常時の一次生産に伴う河床付着物の増加と出水時の掃流に着目し、平常時と出水時の物質収支を明らかにした。また、流量変動と生物との関係については、流量の減少や攪乱頻度の減少によって生じている課題として、魚類や底生動物の餌資源としての観点からみた河床付着物の質の悪化、底生動物の棲み込みによる河床固化を取りあげ、これらの修復のための基礎資料とするため、実河川を対象に現象解明のための実態把握を行った。得られた結果は以下のとおりである。
(1) 実験河川における平常時の一次生産に伴う河床付着物の増加と出水時の掃流に着目した物資収支について、昨年度考案した2点法に基づき生産速度及び呼吸速度を推定し、算出した結果、わずか3時間の出水により20日間で蓄積したTOCの多くが流出していることを定量的に示した。
(2) アユの餌資源としての河床付着物の評価及び水理量との関係について、実河川を対象に調査を行った。その結果、アユが餌として利用していた河床付着物は、有機物量やその割合を示す強熱減量（%）が高く、生きている細胞の割合が高いものであった。また、強熱減量（%）は、流速（摩擦速度）に規定され、強熱減量が40％以上のものを利用していることを明らかにした。
(3) 流量、攪乱頻度が減少している河川を対象に、底生動物の棲み込みによる河床固化の影響を簡易な計測装置を用いて調査した結果、実河川における河床固化は、実験水路などで想定されたよりも顕著な現象であり、固化が生じている礫の移動に必要な引張力は、生じていない礫の約3倍になっていることを明らかにし、河床攪乱などの変動によって維持される河川環境にとって深刻な課題であることを示した。
今後は、これまでに得られた知見を踏まえ、補足事項については、実河川における調査、実験河川を用いた実験を行い、変動を加味した流量変動の考え方について検討する予定である。
キーワード：流量変動、自浄作用、付着藻類、底生動物、河床固化
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平12～平16
担当チーム：水循環研究グループ（河川生態）
研究担当者：天野邦彦，中村圭吾，大石哲也
【要旨】
湖沼沿岸帯の再生にとって工学的に重要な点を明らかにするために、施工実績の多い霞ヶ浦を対象に湖岸保全・復元工法を評価した。分析は、空中写真を用いた経年変化を中心に、現地調査や工事関係資料も参考にしながら行った。その結果、全般的に湖岸保全・復元工法は効果を発揮しており、湖岸植生帯の拡大に役立っていること、湖岸帯を取り囲む指標である閉塞度が大きいほど湖岸植生帯の面積が拡大している反面、底質が悪化する傾向があること、施工時に湖岸線が単調であっても時間の経過とともに多様な湖岸線が形成できること、湖浜と湖岸植生帯を共存させるためには、波浪をかく乱要因として取り入れることが重要であることが分かった。
キーワード：霞ヶ浦、湖岸復元、湖沼沿岸帯、自然再生、多自然型川づくり
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平13～平17
担当チーム：水循環研究グループ（河川生態）
研究担当者：天野邦彦、傳田正利
【要旨】
平成16年度は、行動追跡対象生物の拡大を目指し以下の開発・実証実験を実施した。(1)一般的に使用されている間欠型発信機(以下、従来型発信機）を追跡できるATS(Advanced Telemetry System)の開発、(2)ATSを用いた陸上中型哺乳類の行動追跡実験、(3)ATSを用いた魚類行動追跡実験。
本開発の結果、以下の成果が得られた。(1)に関しては、長期間（数ヶ月～1年程度）野生動物を自動追跡できるATSが開発された。ATSの開発により中型哺乳類に限定された野生動物の追跡が、小型哺乳類、魚類に拡大された。(2)に関しては、中型哺乳類（アナグマ）の行動追跡を高頻度実現した。(3)に関しては、土木研究所内の池、及び実際の河川で魚類行動追跡が可能になった。
キーワード：テレメトリ、野生動物、自動行動追跡、行動生態、長期間観測
6.5 水域の分断要因による水生生物への影響の把握と水域のエコロジカルネットワークの保全・復元手法に関する研究
研究予算：運営費交付金（一般勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：水循環研究グループ（河川生態）
研究担当者：天野邦彦、村岡敬子
【要旨】
本研究は水系の生態系の視点に立ち、近年の水域ネットワーク構造が魚類の生活史にどのような影響を与えているのか明らかにすると共に、保全・復元していくための手法を提案していくために実施するものである。平成16年度は以下の3項目について研究を実施した。
(1) 霞ヶ浦周辺水域におけるメダカ個体群の遺伝的構造の調査
(2) 水路上部構造が魚類の遡上に与える影響に関する調査
(3) 水域ネットワーク改善のための簡易手法としての魚道の開発
その結果、(1)においては種内地域型の異なるメダカが広い範囲で確認され、(2)においては水路構造により利用する魚種が異なる可能性が示された。河川と水田地域等周辺水域のネットワークは河川および周辺地域に生息する魚種双方において重要であるが、その復元にあたっては単に物理的に接続させるだけでなく状況に応じた配慮が必要である。
キーワード：魚類生息環境、一時的水域、水田、ミトコンドリア、魚道
