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、自然共生研究センター）
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17年度は(1)、(2)、(4)、(5)の4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17年度に実施してきた研究内容と全体の成果を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17年度は、流況の安定化によって生じている課題（河床固化及び河床付着物）をとりあげ、ダムの弾力的試験運用によるフラッシュ放流がどの程度これらの課題に寄与するのか定量的に把握するとともに、放流の効果をこれまで得られた知見を基に評価し、今後のフラッシュ放流の与え方や維持流量に関する基礎知見を得ることを目的に実施した。概要は以下のとおりである。
| (1) | 底生動物の棲み込みによる河床固化について、簡易な計測装置を用いた調査とその分析から、ダム下流河道における河床固化の実態把握とフラッシュ放流による影響把握を試みた。真名川ダム下流における調査の結果、早瀬よりも平瀬において河床固化が顕著であり、放流による変化は観測されなかった。これらの結果から、固化した河床を修復していくには、限界掃流力を超える物理的なインパクトが必要であることが示唆された。 |
| (2) | 河床付着物の掃流については、宮ヶ瀬ダムで実施された放流を対象に調査した。放流によるchl.a減少率は、放流前の摩擦速度と負の相関があり、摩擦速度の違いにより、付着物の基質への付着力が異なることが影響していることを実河川においても確認した。また、河床付着物の掃流の観点からは、放流初期が重要な役割を果たし、今回与えられた最大流量を下回る最大流量（約30～40m3/s）でその掃流は期待できる可能性や、放流後の流量を増加させることが放流の効果を持続する上で重要であること等を指摘した。 |
研究期間全体の成果は、以下の様に要約できる。
| (1) | 河道改修などに起因する濁水の発生が魚類に与える影響の解明 |
| 高濃度の濁りが魚類に及ぼす影響について、日本在来種を対象に濁質の濃度・継続時間の積と致死率の関係を得た。この関係は濁水濃度やその継続時間により異なるだけでなく、新たな知見として魚種や濁質（粒径・成分）によっても異なることが明らかとなった。さらに、同程度の濃度で比較した場合、濁質中の粒子の粒径が大きいほど生存時間が短くなる傾向がみられた。実験における魚の死因は、濁質の粒子がエラに付着し閉塞することによる窒息と考えられる。実験中、生存している魚には粒子の付着が見られないことから、粒子の付着は、死亡直前の短時間に急に起きると考えられる。またエラに捕捉されない微細粒子であってもエラ内部を損傷することが観察された。 | |
| (2) | 減水区間における維持流量の増加が魚類生息環境に及ぼす影響の解明 |
| 分水路の事業実施後流量の減少が生じた牛朱別川を対象に、流量変化による環境予測手法の検討を行なった。物理環境の変化から見た魚種の生息環境評価モデルの1つであるPHABSIMを用い、流量変化に伴う魚類（フクドジョウ、ウグイなど）の生息可能面積の予測と現地調査に基づく検証を行った結果、流量変化に伴う魚類生息可能面積の変化と実際の採捕個体数の変化は概ね一致した。これらの結果から、河川の流速、水深、底質といった物理環境の変化から魚種の生息可能域を評価することで、魚種への影響評価がある程度可能となることが判明した。 | |
| (3) | 流量変動の有無が河川水質に与える影響の定量的把握と現象の解明 |
| 出水が物質移動に果たす役割を検討するために、平常時における物質蓄積量と出水時における物質流出量の比較を行った結果、河道内植生が繁茂した状態とそうでない状態では、河床に働く掃流力が異なり、物質の流出量に大きな差が生じることが判明した。また、出水により河床堆積物がフラッシュされると河道内の水質浄化効果が一時的に上昇することが明らかになった。さらに河道内で生産される有機物量を定量的に把握するため溶存酸素濃度の連続観測結果を用いて一次生産速度と呼吸速度の推定手法を確立した。この手法により検討を行った結果、平常時流量と出水時流量が自浄作用・自濁作用に及ぼす影響が理解でき、水質浄化といった点から行うべき流量管理のシナリオが描けるようになり，概ね、目標を達成することができた。 | |
| (4) | 流量変動の有無が河川生物に与える影響の定量的把握と現象の解明 |
| 実験河川を用いて、限界掃流力以下の小規模出水の有無が、植生、河床付着物、底生動物、魚類に与える影響を定量的に明らかにするための調査を実施した結果、実験河川における小規模出水の有無は、主に水域や水際植生に差異をもたらした影響が強く現れたのに対し、ライフサイクルが短い付着藻類や底生動物への影響は比較的小さいことを明らかにした。また、アユが利用している河床付着物の質を明らかにすることを目的に実河川を対象に調査した結果、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40%以上の細流土砂量が少ない河床付着物であり、生きている細胞の割合が高いことを明らかにした。これらは、流速に規定され、細流土砂の堆積を抑制する流況管理が、アユの餌資源を維持する上で重要であることを示した。 | |
| (5) | 土砂投入がハビタット及び生物へ与える影響の定量的把握と現象の解明 |
| 実験河川において土砂投入の有無による出水の付着藻類、底生動物への影響の違いについて検討した結果、付着藻類においては両者の違いはみられなかったが、底生動物については出水による影響よりも、土砂投入により、底質の粒度組成が変化することが、群集組成に影響を及ぼすことを示す結果が得られた。また、土砂が堆積することによって負の影響を受ける場合もありうることが示された。 |
(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17年度は、「高水敷切り下げによる生息環境予測手法」について検討を行った。高水敷切り下げは、高水敷における樹林化対策として実施されることが多いことから、まず樹林化の進行の程度を全国の事例を調査した。その結果、樹林化の進行にともない礫環境の減少や礫河原に依存する生物の減少が著しいことを明らかにした。実事業の状況としては、平成17年度現在、自然再生事業計画として砂礫河原の再生を計画している河川は、7河川（6地整）あった。しかしながら、砂礫河原の再生に向けた検討は十分とは言えなかった。そこで、砂礫構造を再生するための工学的アプローチの方法について研究を進めた。そのために実際に砂礫河原のある河川で現地調査、実験を行い、高い砂礫の被覆率や礫層厚が植生繁茂を防止するために必要であること明らかにした。また、解析検討により、河道計画の段階から、どの場所に砂礫河原を再生すると最も効率がよいかについて、最適解を得るためのシステムを作成した。
研究期間全体の成果は、以下の様に要約できる。
| (1) | 捷水路が魚類・河道植生に与える影響の解明および回避・低減手法の提案 |
| 捷水路建設事業の事例として、12河川で、現地調査および空中写真から直線河道における河道特性を把握した。その結果、まず、捷水路建設後の川幅水深比（B/H）を利用し、交互砂州ができる場合（B/H＞40）、できない場合（B/H≦40）に分類して評価する必要があることを明らかにした。さらに、交互砂州ができる場合は、瀬淵の構造が捷水路建設後においても形成される可能性があることから、その構造の変化の割合に着目して影響評価を行う必要があることを示した。そのために、瀬淵構造と河床勾配との関係を明らかにし、瀬淵構造が事業前後でどのように変化するかを河床勾配の変化から予測する手法を提案した。一方、交互砂州ができない場合は、できる場合と比較し、生物の生息場そのものの大きな変化が予測される。この場合は、瀬淵構造が消失するため、影響低減策として水際の改善により、魚類生息場を創出する必要があることを示し、その効果について定量的に評価を行った。 | |
| (2) | 高水敷切り下げによる生息環境予測手法の提案 |
| 上記平成17年度の結果の通り。 |
(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
本件については、平成16年度で終了しており、平成17年度は、研究を実施していない。
研究期間全体の成果は、以下の様に要約できる。
| (1) | 植生帯の侵食状況は、緩勾配方程式と海浜地形変形モデルを応用することにより、護岸での反射、沿い波などを再現することが可能であることが分かった。 |
| (2) | マクロな湖岸の植生繁茂条件として、漂砂エネルギーレベルという指標を開発し、既存の指標より精度高く推定できることを明らかにした。 |
| (3) | 水辺植生帯の脱窒速度を、定量的に明らかにし、水温と植生帯幅から脱窒速度を推定する手法を開発した。 |
| (4) | 沈水植物による、水質浄化効果を大規模実験施設を用いて定量的に明らかにした。またPVIという指標を導入し、清水と濁水のいき値の範囲を明らかにした。 |
| (5) | 既存の湖岸植生帯の保全・復元手法を検証し、既存工法が効果的であること、波浪などを取り入れることにより、攪乱を取り入れた湖岸帯の復元が可能であることなどを示した。 |
(4) ITを用いた生物の移動状況の把握手法の開発
平成17年度は，ATSの実用性検証のため、信濃川水系千曲川鼠橋地区で位置特定機能，魚類（ニゴイ）行動追跡の実証実験を行った。その結果，ATSは水中の電波発信機の位置を平均誤差約20mで追跡可能なこと，魚類行動を長期間（実証実験では約6ヶ月）追跡できること，出水中の魚類行動も追跡できることが明らかになった。ATSは魚類行動を把握するのに十分な機能を持つことが確認され，今後の河川環境モニタリングにおいて有用かつ実用的なツールとして利用できることが確認できた。
研究期間全体の成果は、以下の様に要約できる。
| (1) | 汎用型マルチテレメトリシステムの開発 |
| ATS受信局の開発によりアンテナ高約3m、受信局機器総重量7kgまで小型・軽量化を実現できた。低価格化ではMTSのシステム導入コストに対し約7分の1の導入コストに低減することが出来た。 対象生物の拡大については、MTSでは中型陸上哺乳類だけであったのに対し、ATSでは、小型哺乳類、魚類の行動追跡に成功しその実用性を実証することが出来た。 |
|
| (2) | マルチテレメトリシステムを活用した野生生物調査手法の開発 |
| 開発したATSの特徴を活用した新しい野生生物調査手法の開発を目指し、ATSで取得した野生生物の行動データをGISへ取り込み、物理環境情報との因果関係を解明する手法の開発を行った。大規模河川改修工事時の中型陸上哺乳類（タヌキ・イタチ）の行動変化と河川改修工事に伴う物理環境変化（植生伐採、地形変化、騒音・振動環境の変化）との因果関係の解明、信濃川水系千曲川鼠橋地区におけるニゴイの行動追跡の2つの事例を通して本手法の有効性を確認することが出来た。 |
(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
平成17年度は、水田地域の近代化と水環境の変化を整理した結果、ネットワーク修復の際には現在の河川および周辺水域において、どのような水環境の機能が失われてきたのか、歴史上の視点から面的に整理することが重要であることを明らかにした。また、河川を主な生息場とする魚種による周辺水域の利用に関する調査を行い、河川に生息するウグイの稚魚が周辺の水路を利用するためには、水路内のハビタットや河川との連続性だけでなく、産卵場から水路までの距離、合流部への集まりやすさ等も関与していることを示した。さらに魚類の移動しやすさを指標とした水域ネットワークの評価モデルの提案を行った。
研究期間全体の成果は、以下の様に要約できる。
| (1) | 水域のエコロジカルネットワークの分断が魚類の生活史に与える影響の解明 |
| 魚類の立場から水域ネットワークをみた場合、魚種やその生活史によって連続性が保たれるべきスケールや必要とする水環境が異なっているため、ネットワーク保全を考える場合、在来魚種の立場から水域ネットワークを見ることが必要なことを明らかにした。また、構造的な連続性を回復させる際の配慮事項として外来魚問題が存在することを明らかにした。 | |
| (2) | 水域のエコロジカルネットワーク分断機構の解明 |
| 河川と水田地域の魚類の移動経路は圃場整備、河床低下、給排水形態の効率化等により構造的に分断されているだけでなく、稲作の近代化に伴う通水期間の短縮等に見られる水管理の変化により必要な時期に適切な水域が提供されないことによる分断が存在することが判明した。水域エコロジカルネットワークを復元していくためには、構造的な連続性だけでなく、当該水域において魚類が利用するどのような機能が失われたのか的確に評価することが重要であることを示した。 | |
| (3) | エコロジカルネットワーク保全･復元手法の提案 |
| 水田地域特有の流量・設置場所等の条件下において連続性を確保するために、簡便に設置できる魚道として、既存水路等に仮設可能な「隅角部魚道」を開発した。さらに、魚類の移動しやすさを指標とした水域ネットワークの評価モデルを提案した。 |
5．事業・社会への貢献
本重点プロジェクト研究で得られた成果の事業・社会への貢献は、次の通りである。
| ・ | 国土技術研究会において国土交通省河川局河川環境課、北海道開発局・8地方整備局と協力し、全国の河川事業の事例をもとに人為的インパクトと生態系レスポンスに関わる事業について、事業実施の計画・施行・モニタリングのそれぞれ段階に応じて技術提供を行った。 |
| ・ | ダムによる流量の平滑化に対する批判を受けて、ダムからのフラッシュ放流などの対策が実施されているが、これら対策の定量的評価について、水質、生物への影響という点から、現場データの取得・分析を行い、現場ニーズに即した研究成果が得られた。 |
| ・ | 自然再生事業のモデル的事業である霞ヶ浦の湖岸植生帯の緊急対策事業、出雲河川事務所、琵琶湖の湖岸再生への技術支援など、国土交通省事務所、自治体あるいはコンサルタントなどから湖岸再生について相談を受け、支援を行った。 |
| ・ | 野生生物の行動を追跡する自動化システムとして汎用型マルチテレメトリシステムの開発を予定通り行った。この定量的な取得データを用いることで、野生動物の行動特性を人為的改変を含む物理環境変化との関連で解析可能となり、単に動物の行動を追跡するだけでなく、行動特性の解析が可能となった。環境アセスメント、外来生物の資源管理、野生生物の獣害軽減のための調査手法として貢献が可能である。 |
| ・ | エコロジカルネットワークに関する研究成果は、｢身近な水域における魚類等生息環境の改善方策の手引き｣（平成15年3月）として取りまとめられた。水域のエコロジカルネットワークの改善は、平成18年度の国土交通省河川局の重点施策ともなっており、そのモデル事業の中で活用される予定である。 |
(1) 特許第3524889号、野生生物の位置・行動把握システム
(2) 特願2004-92478号 間欠発信型電波発信機の位置特定法及びその装置
(3) 特願2005-327247号 受信局、それを用いた信号送受信方式
(4) 特願2005-2198535号 隅角部魚道
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、中村圭吾、傳田正利、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17年度は、自然再生事業による改修工事の現状を把握するとともに、樹林化の著しい河川で実施される高水敷切り下げによる河川環境の変化に伴う生息環境予測手法について検討した。
キーワード：インパクト、レスポンス、国土技術研究会、自然再生事業、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（自然共生研究センター）
研究担当者：萱場祐一、皆川朋子、田代喬
【要旨】
本研究は、今後の河川生態系保全のための変動を加味した河川流量管理に資するため、出水など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。
17年度は、流況の安定化によって生じている課題（河床固化及び河床付着物）をとりあげ、ダムの弾力的試験運用によるフラッシュ放流がどの程度これらの課題に寄与するのか定量的に把握するとともに、放流の効果をこれまで得られた知見を基に評価し、今後のフラッシュ放流の与え方や維持流量に関する基礎知見を得ることを目的に実施した。概要は以下のとおりである。
(1)
底生動物の棲み込みによる河床固化について、簡易な計測装置を用いた調査とその分析から、ダム下流河道における河床固化の実態把握とフラッシュ放流による影響把握を試みた。真名川ダム下流における調査の結果、早瀬よりも平瀬において河床固化が顕著であり、放流による変化は観測されなかった。これらの結果から、固化した河床を修復していくには、限界掃流力を超える物理的なインパクトが必要であることが示唆された。
(2)
河床付着物の掃流については、宮ヶ瀬ダムで実施された放流を対象に調査した。放流によるchl.a減少率は、放流前の摩擦速度と負の相関があり、摩擦速度の違いにより、付着物の基質への付着力が異なることが影響していることを実河川においても確認し、放流による改善効果について、景観的な観点及びアユの餌資源としての観点から評価した。また、河床付着物の掃流の観点からは、放流初期が重要な役割を果たし、今回与えられた最大流量を下回る最大流量（約30～40m3/s）でその掃流は期待できる可能性や、放流後の流量を増加させることが放流の効果を持続する上で重要であること等を指摘した。
キーワード：流量変動、付着藻類、底生動物、河床固化、フラッシュ放流
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17年度は，ATSの実用性検証のため、信濃川水系千曲川鼠橋地区で位置特定機能，魚類（ニゴイ）行動追跡の実証実験を行った。その結果，(1)ATSは水中の電波発信機の位置を平均誤差約20mで追跡可能なこと，(2)魚類行動を長期間（実証実験では約6ヶ月）追跡できること，(3)出水中の魚類行動も追跡できることが明らかになった。ATSの実証実験の結果，ATSは魚類行動を把握するのに十分な機能を持つことが確認され，今後の河川環境モニタリングにおいて有用かつ実用的なツールとして利用できることが分かった。
キーワード：テレメトリ、野生動物、魚類、自動行動追跡、出水
6.4 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、大石哲也
【要旨】
水田地域は魚類の生息･生育の場として重要で、河川に生息する魚においても水田地域を再生産の場として一時的に利用する種が少なくない。近年の河川・水田地域における整備は河川や水田の水環境だけでなく、お互いを結ぶ水域ネットワークの構造も変化させ、そこを行き来していた魚類等にも大きな影響を与えている。しかしながら、河川周辺の土地利用や生態系、あるいは水田をとりまく農耕形態などが変化している現在にあって、河川と水田地域の間に移動経路となるネットワークを確保するだけでは水域の生態系を維持することは困難である。本研究では河川・水田地域における水環境の変化が魚類等の生息環境に与えた影響を把握するとともに、これらの水域環境・水域ネットワークの保全・復元のための方策を提案することを目的に平成14年度から実施しているものである。今年度は、(1)水田地域の近代化と水環境の変化、(2)河川を主な生息場とする魚種による周辺水域の利用に関する調査、(3)魚類の移動しやすさを指標とした水域ネットワークの評価モデルの作成を行った。
キーワード：エコロジカルネットワーク、水田、農業水路、魚類、魚道、保全、復元、自然再生
