第64回(2020年度)

北海道開発技術研究発表会論文

網走川大曲堰の運用とその効果について―網走湖塩淡境界層制御の定量評価―
網走開発建設部北見河川事務所

○林誠
村椿 健治
川邉 和人

網走開発建設部では、平成２５年度から網走湖の水質改善を図るため、海水流入を制御し、青潮・アオコの発生を抑制することを目的に、冬期間において塩淡境界層の水深等を確認しながら網走川大曲堰を運用している。
本稿は、これまでの青潮・アオコの発生と風向・風速を始めとする気象条件等との相関やその閾値の考察および、網走川大曲堰の運用による海水流入の制御効果を定量的に評価した結果について報告するものである。
キーワード：水質改善、湖沼、施設運用

1. はじめに
網走湖は北海道の東部、網走川の下流に位置し、オホーツク海に面した網走市と大空町にまたがる網走国定公園に指定されている自然豊かな湖で、面積は32.3km2、最大水深16.1mの湖盆に約2億3千万m3の水量を有する汽水湖である（図-1）。汽水湖とは、上部が淡水層、下部が塩水層の2層構造を呈している湖を示し、網走湖の下層水は海水の逆流によって形成されている（図-2）。
このように特徴的な網走湖は、周辺に豊かな自然環境を有している。天然記念物である「女満別湿生植物群落」には、ミズバショウの他様々な動植物が確認できる。
また、マガモやアオサギなど、多種多様な鳥類が容易に確認できる。このようなロケーションは観光にも利用され、道内外から多くの人が訪れる観光・レクリエーションの場が形成されている。

自然豊かな網走湖では、水産業も盛んである。中でもヤマトシジミ・ワカサギの漁獲量は全道1位である等、豊かな漁場としても広く知られている。尚、ワカサギは成魚の出荷以外に受精卵の出荷も行い、全国各地のワカサギ生産に大きく貢献している。

2. 網走湖が抱える水質の課題
網走湖の水質は現在、富栄養化が進んでいる状態である。これには様々な要因が挙げられるが、大きな要因のひとつとして網走川流域からの長年にわたる汚濁負荷の蓄積が挙げられる。網走湖は汽水湖であり、淡水層と塩水層の2層構造であるが、これらが強安定で強風が吹かない限り混ざらないことから、下層に汚濁負荷として栄養塩類が蓄積されつづけている。よって、上流からの汚網走湖

図-1 網走湖位置図

図-2 網走湖の二層構造と塩水遡上形態

HAYASHI Makoto, MURATSUBAKI Kenji, KAWABE Kazuto－ 191 －濁負荷に加え、長年にわたり蓄積した塩水層からも淡水層への汚濁負荷があるため、網走湖の淡水層は、現状では富栄養化状態が維持されている。
淡水層の富栄養化に伴い、網走湖では昭和の終わり頃からアオコの発生が頻発するようになった。アオコとは植物プランクトンの一種である藍藻類が大発生し水面を覆いつくす状態とその藻類を指し、富栄養化した湖沼でよく確認される（図-3）。このアオコの発生に伴い、景観の悪化に加え、漁網や漁船に付着する等悪影響が出ている。特に発生するアオコの種類によっては、カビ臭の発生を引き起こす種類も確認される等、大きな影響を与えている。
また、塩水層は酸素濃度(以降 DO と記載)が極端に低い状況である。層が強安定であることから大気中の酸素供給が見込めない事や、塩水層や底泥に含まれる物質の酸化で、DO が大きく消費されるため、塩水層は DO 濃度が上昇されにくく、ほぼ 0mg/L と低濃度の状態である。
これに加え、流入した海水等から供給された硫酸イオンが還元されて生じた硫化水素や硫化物が塩水層中に高濃度に存在している。湖の塩水層の水は、網走湖が強風下にあった場合、風向きにもよるが淡水層と混合することがあり、淡水層との混合に伴って強い硫化水素臭と低DO の水が上昇し、淡水層中の生物に大きな影響を与える。これが青潮現象である（図-4）。青潮現象の発生に伴い、規模にもよるが水産資源への影響は大きく、ワカサギ等の斃死個体が相当数打ち上げられたこともある。

前節の状況を改善するため、昭和 60 年に「網走湖環境保全対策推進協議会」が設立され、総合的な施策の検討が行われた。さらに平成 16 年 6 月には「網走川水系網走川水環境改善緊急行動計画(清流ルネッサンスⅡ)」が策定され、北海道、網走市、大空町、美幌町、津別町を主体とする流域対策を含めた総合的な水質改善施策を平成 29 年度まで実施した（図-5）。
施策を実施するにあたり掲げた改善目標と対策結果は以下の通りである。
(1) 青潮発生の抑制
青潮の発生確率を2～3年に1回から、7年に1回程度まで抑制することを目標として、塩淡境界層水深を6m～7mに制御することを目標とした。これに対し、平成17年～開始した大曲堰実験によって、塩淡境界層水深が目標の6～7m程度に安定することが確認された。その結果、青潮発生を平成22年から平成29年まで1回の発生に抑えた。
(2) アオコ発生頻度の低減
アオコ発生頻度を、現況のほぼ毎年発生の状態を、5年に1回まで低減させることを目標として、網走湖湖心淡水層のT-P濃度を0.07mg/Lとなるよう目標値として設定した。湖内の水草刈り取りや流域の汚濁負荷低減対策を進めた結果、アオコの発生割合(発生確認日/調査日数×100)を20%まで低減させることができた。
(3) 湖内閉鎖性水域の水質改善

3. 網走川の清流ルネッサンスⅡ

湖内の閉鎖性水域のうち、女満別湾及び呼人浦について、アオコの発生頻度を本湖と同じ 5 年に 1 回に抑えることを目標として、女満別湾で 0.07mg/L、呼人浦で0.09mg/L となるよう目標値として設定した。水域内の底泥を浚渫し、底泥からの栄養塩溶出を抑えた結果、各地点目標値を概ね満足することになり、アオコ発生割合も概ね 20%未満とすることができた。

図-3 アオコの発生メカニズム

図-4 青潮の発生メカニズム

図-5 網走川水系清流ルネッサンスⅡの改善目標と対策

HAYASHI Makoto, MURATSUBAKI Kenji, KAWABE Kazuto－ 192 －4. 網走川大曲堰の運用開始

より従来確認されていた藍藻綱のアナベナではなくミク
ロキスティスが多く確認されるようになった。ミクロキ
大曲堰は、清流ルネッサンスⅡの中で実施した大曲堰
スティスはアナベナよりも大きな群体を作るため、見た実験によって、青潮発生の抑制等大きな効果が見られた
目の悪さもあり、アナベナよりも影響は大きくなる。近ことから、平成23年より工事を開始し、平成25年3月に年では降水量の極端化等、気候変動等の影響による淡水完成、平成26年1月より本格運用を行っている（図-6）。 層の淡水化が見られ、それに伴う新たな問題が浮上した。
大曲堰は可動式のゲートを使用し、塩水が遡上する逆流時はゲートを起立、順流時には倒伏させることにより、6. 網走川大曲堰運用の目標値の考え方と塩淡境界層制オホーツク海から網走湖への海水の流入を抑制する（図御の定量評価-7）。これにより、塩淡境界の上昇を防ぎ、無酸素状態である塩水層の巻き上がり(青潮)を防ぐ。また、塩水層から淡水層への栄養塩の溶出・拡散を減少させる効果も期待し、青潮・アオコの発生を抑える目的で運用している。
堰の運用に関しては、周辺の舟運に配慮する目的で、網走湖の結氷が確認されたのちに操作することとし、塩淡境界層水深が7mより浅くなったことを確認した日から3月31日までの期間において操作を行っている。尚、操作期間は定期的に塩淡境界水深を確認しているため、調査時点での今後の流入塩分の予測を行って、操作期間を随時見直している。堰の運用にあたり、毎年10月に網走
湖水環境モニタリング検討会を実施し、委員からの意見を受け、弾力的な運用を行っている（図-8）。

5. 運用開始後の青潮やアオコの発生状況

新たな問題点を踏まえ、大曲堰運用時に有識者を交え検討した結果、青潮発生を抑えつつ淡水化を解消する方法を模索することとなった。淡水層への塩分供給は現状では塩水層からの供給のみであり、風浪による自然混合に依存している。これは、強風時に青潮が発生するというリスクが混在している。そのため、青潮が発生せず、塩分が風浪によって供給される塩淡境界層水深を追求する必要があった。また、春先の融雪出水によって淡水層の塩分が希釈される状況も確認されていることから、運用終了後から夏場までの間に塩淡境界層が6～7mとなるよう堰を運用することとし、平成30年と令和元年に堰運用終了時の塩淡境界層水深が夏場に6～7mとなることを目標に操作を実施した。その結果、淡水層の塩分が3PSU程度まで上昇し、令和2年にはシジミの大規模な産卵が確認された。また、ミクロキスティスの発生が令和2年は抑えられる等、塩水化に伴う良い影響が確認された。

大曲堰の運用開始以降、青潮は平成18年までのように頻発した状況は確認されなくなったが、3～4年に1回発生している。塩淡境界水深の維持によって、平成22年から平成29年まで1回の発生に抑えたが、併せて淡水層の塩分濃度が低下し、網走湖のヤマトシジミに対して、影響があることが疑われた。また、アオコの発生状況については、発生頻度の低減は確認しているものの、毎年確認されており、淡水層の低塩分、つまり淡水化の影響に

図-7 大曲堰のゲートと倒伏イメージ

図-8 大曲堰ゲート操作タイミングと警報・注意報時の操作

図-6 網走川大曲堰及び施設概略
HAYASHI Makoto, MURATSUBAKI Kenji, KAWABE Kazuto－ 193 －一方で、目標水深よりも高い水深を維持したことにより、令和元年、2年と青潮が発生し、サケマス等湖内及び下流の水産資源へ悪影響を与えた。
この状況を踏まえ、現在はより正確な塩淡境界層制御に向けた取り組みを進めている。この中で、青潮発生に係る風向及び風速について検討を行った。清流ルネッサンスⅡ当初に検討された閾値について、現在の状況を踏まえ、どう変化しているのか確認した。
網走及び女満別における過去の風速資料及び青潮発生実績から、青潮発生限界条件を作成し、塩淡境界層水深毎の青潮発生限界風速を求め、限界風速に対する発生確率を算出した。結果、青潮の発生確率を7年に1回程度まで抑制するためには、塩淡境界層水深を6～7mに抑制する必要があることが改めて確認できた（図-9）。
一方、網走湖に生息するヤマトシジミの卵発生及び生育に必要な塩分を確保するためには、最低でも塩淡境界層水深を７ｍより深くしないことが必要となる。淡水層の塩分が上昇するためには、適度な風浪による若干の撹乱が必要である。青潮が起きにくく、静かに撹乱できる状況を、ある程度塩淡境界層水深を高めることで考える必要があった。
以上を考慮した結果、大曲堰の運用に関しては現時点で以下のような目標を設定することとした。
基本的には塩淡境界層水深は6m～7mにあるように維持する。
維持できているかは夏季に判断するものとし、冬季から春季にかけて水深が下がるように運用する。

87/46.0

青潮非発生
6.5：青潮発生ゾーン：青潮発生注意ゾーン

強風（青潮発生：～2005）：青潮発生ゾーン（既往図）：青潮発生注意ゾーン：青潮発生ゾーン：青潮発生注意ゾーン
（既往図）

06/10

青潮発生

88/5

5.5

網走の風速で判定5.0

塩淡境界層水深（m）

塩淡境界層水深（m）：強風（青潮非発生：2006～）：強風（青潮発生：2006～）：強風（青潮発生：～2005）

網走の風速で判定

5.0

前述の方法を平成30年度運用より実施し、令和元年度においても継続して実施している。ただ、近年の気象状
況の極端化により、令和2年の初めは降雪が少なく、春先の融雪量が少なかったため、あまり塩淡境界を下げることが出来なかった。結果、夏場まで塩淡境界水深が浅い状況が続き、小規模な青潮が2回発生した。その代わり、淡水層の塩分が高めに持続できたため、ヤマトシジミの産卵が誘発され、湖内、下流河川内でヤマトシジミの浮遊幼生が確認された。
このように、大曲堰の運用によって塩水の遡上を抑制することができ、塩淡境界の上昇を抑えることができるが、この制御実績を示すために、堰操作なしの場合の流入塩分量と実績流入塩分量を比較し、定量的な効果の検証を行っている。流入塩分量のうち実績値に関しては、逆流時の塩分と流量を大曲堰に設置している自記計(塩分計及びH-ADCP)より算出している。堰操作なしの場合の計算値については、堰を運用する以前の各測定値(流入塩分、潮位と湖水位の差分)をプロットして得られた経験式から予測し算出している。大曲堰を操作しなかった場合の総流入塩分量は約145万トンと推定され、令和元年度の操作によって約131万トンを抑制したと推定された。この予測塩分量を用い塩淡境界水深とその時の塩水層全体の塩分量のプロットから得られた経験式から流入後の塩淡境界水深を算出した結果、堰操作なしの場合は2.3mまで塩淡境界水深が浅くなることが予測された。
このように流入塩分量と塩淡境界水深の変化を図示することで、より視覚的な塩水流入抑制効果を示し、関係各所への理解を得るよう努めている。

88/1009/105.5

青潮発生
6.06.5青潮非発生
7.0578910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 203時間平均風速最大値（m/s）

5

女満別の風速で判定
09/5/195.509/5/17
92/592/4

青潮発生

92/4

青潮非発生

6.0

87/587/4

6.5

7.0567895.0

19/5

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
3時間平均風速最大値（m/s）

6789

10 11 12 13 14 15 16 17
3時間平均風速最大値（m/s）

181920

女満別の風速で判定
04/11

塩淡境界層水深（m）

塩淡境界層水深（m）

5.0

67.0

青潮発生
15/10

5.595/11
6.0

6.5

青潮非発生

7.0
5

6789

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
3時間平均風速最大値（m/s）

図-9 令和元年度に新たに検討した青潮の発生限界条件
HAYASHI Makoto, MURATSUBAKI Kenji, KAWABE Kazuto－ 194 －7. あとがき

検討結果について提言する。この委員会と、堰運用に係る網走湖水環境モニタリング検討会はそれぞれ情報共有
網走湖の水環境保全の一助を担う大曲堰の運用を今後を行い、堰の運用方法に関して柔軟な運用を今後も継続も継続する目的で、網走湖水環境モニタリング検討会をする。
開催し、委員の意見を踏まえ、弾力的な運用を継続する。
以上のように、オホーツク地域の重要な湖である網走
一方で、平成28年の8月洪水において、網走湖は観測史
湖の保全に関して、過去から現在にかけて様々な取り組上1位の水位を観測する等、近年の地球温暖化に伴うみを行っている。地域の環境保全のみならず、オホーツ
様々な気候変動により、網走湖及びその周辺で新たな問ク地域の経済発展等にも大きく影響を与える水域である
題が発生している。網走開発建設部では、網走湖においことは間違いなく、未来の発展へ向けた取り組みを、地て生じている気候変動などの新たな事象に関し、青潮及域の声を取り入れながら着実に進めたいと考えている。
びアオコの抑制、淡水層の低塩分化解消等の観点から、汽水環境の保全を図るための総合的な方策を検討するとともに、網走開発建設部が実施する方策について技術的参考文献検討を行うことを目的とした「網走湖汽水環境保全方策
1)北海道開発局網走開発建設部：網走川水系網走川水環境改善検討委員会」を設置した。これは、前述した方策につい緊急行動計画(清流ルネッサンスⅡ)【最終版】ての技術的な検討を行うもので、第1回を令和2年12月142)北海道開発局網走開発建設部：網走川河川基本技術会議資料
日に実施し、次回は令和3年3月を予定している。この委
3)北海道開発局網走開発建設部：
員会では網走湖の現状に関する情報共有の他、汽水環境
令和元年度網走湖青潮発生解析検討業務報告書を保全するための方向性を検討し、短期的、及び長期的
4)北海道開発局網走開発建設部：な試行的施策を実施するための技術的検討を行った後、第17回網走湖水環境モニタリング検討会資料
効果の検証を行い網走湖の汽水環境を保全するための総5)北海道開発局網走開発建設部：合的な方策、網走開発建設部が実施する方策の技術的な第1回網走湖汽水環境保全方策検討委員会資料

HAYASHI Makoto, MURATSUBAKI Kenji, KAWABE Kazuto－ 195 －