京都大学防災研究所年報 第 56 号 B 平成 25 年 6 月
Annuals of Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., No. 56 B, 2013

	
 
	
 
	
 
	
 

河川環境のための河床地形管理手法に関する技術開発	
 	 Development of Riverbed Geomorphological Management Method for River Environment	 	
 竹門康弘・角 哲也・藤田正治・武藤裕則(1)・竹林洋史
堤 大三・石田裕子(2)・小林草平・玉基英(3)	 	 Tetsuya SUMI, Yasuhiro TAKEMON, Masaharu FUJITA, Yasunori MUTO (1), Hiroshi TAKEBAYASHI,
Daizo TSUTSUMI, Yuko ISHIDA(2), Sohei KOBAYASHI and Giyoung OCK(3)	 (1)	
 徳島大学大学院建築工学研究科	
 
	
 (2)	
 摂南大学理工学部	
 (3)	
 カリフォルニア大学バークレイ校	 	 (1) Faculty of Architecture and Engineering, Tokushima University(2) Department of Science and Engineering, Setsunan University(3) College of Berkeley, University of California, USA	
 Synopsis	 Riverbed gomorphology has ecological functions to support biodiversity by providing
habitat structure to organisms and to promote material circling by controlling nutrient
spiral length in river ecosystems. Therefore, in the river maintenance and management
for the purpose of repair and regeneration of river ecosystem is able to plan for
management riverbed terrain is reasonable. In this study, we selected Kizu River basin
for the case study site where sediment augmentation is now under implementing. Here,
we examined the criteria on river bed topography to improve river environment, anddeveloped a model to determine the conditions for sediment supply needed to form andmaintain suitable river bed topography.	
 
	
 	
 

キーワード :	 河床地形管理，流送土砂量，生息場評価法，河川環境保全，置土	 Keywords: riverbed geomorphological management, sediment load, habitat evaluation
procedure, river environmental conservation, sediment augmentation
	
 
	
 

1.	
  はじめにわけ礫床河川においては，河道整備や管理の結果生じる河床の縦横断形状や砂礫供給量・移動量の変化

	  治水安全度の確保・向上，良好な河川環境の保全・など個別多様な改変に対する河道の応答予測モデル

復元等のため，ダム・堰等の構造物の設置・撤去や，と，その結果としての治水への影響（流下能力確保

河道の掘削・引き堤・置土等の河道に加えられる改のための維持掘削量，既設護岸の局所洗掘や流れに変が，河床の縦横断形状，瀬-淵等の地形，河床材料，

対する安定性，樹林化の進行に伴う粗度増加など）

植生などに及ぼす影響，堤防をはじめとする河川管および河川生態系を支える物理基盤への影響（保全理施設の長期的な機能維持に与える影響，そしてハ対象となるハビタットの変化，砂州の固定化や植生

ビタットの量・質の変化を通じて河川環境に与えるの安定的繁茂に伴う河原の喪失など）の評価手法と影響等を明らかにすることが求められている．とりを組み合わせて，河道整備・管理がもたらす結果を― 719 ―

総合的に把握し対策を検討するために活用可能な技

タナゴ類・イシガイ類の生息場適性を砂州地形適性術開発が重要である．	
 に読替える手法を開発した．とくに，航空写真とレ

河川の本研究は，河川環境保全のための河床地形

ーザー測量データに基づく砂州地形分析ならびにた評価手法の開発，保全目標の河床地形を形成・維持

まりの物理環境・生物相データについては，淀川河するために必要な土砂供給条件の解明を通じて「河川事務所ならびにアジア航測株式会社との共同研究

床地形管理の考え方と手法」を提案することを目的

によっている．本研究開発においては，上記研究者としている．そのために，木津川流域を調査対象に間ならびに団体間でタイアップしながら調査研究を設定し，１）木津川流域の木津川上流域からの流送進め，論文や学会の発表についても事務所・企業・

土砂量の推定，２）木津川本川の流送土砂量の推定，大学の共著として発表する方針とした．

３）河川環境保全のために必要な河床地形の評価基
準の開発，４）好適な河床地形を維持するために必
要な流送土砂量の推定の各課題を，Fig.	
 1のように連関させて実施し，山地から三川合流までの土砂動態の現状を把握するとともに，木津川の河川環境を好適に維持するために要請される流送土砂量の目標値を提案することを目指した．

3. 	
  文 章

の体	
 

Fig. 2 Conceptual outline for development of theriverbed geomorphology management.
Fig. 1 Interrelations among subjects to beaddressedfordevelopment

of

the

riverbed

geomorphology management in the Kizu River.

	
 
2.	
  	
 本研究の構成	  本研究開発は，共著者全員がFig.2のような研究課
題間の関係を組織的に構成することによって実施された．各研究分担者はこの図式で互いに成果を連関できるように研究手法の擦り合わせを行った．
	
  近畿地方整備局木津川上流河川事務所，水資源機構関西支社木津川総合管理事務所，ならびに関西電力との連携により，木津川全流域の標高データや航空写真の提供を受けるとともに．ハイドロフォン
や濁度計の設置を行なった．また，各ダム流域の土
砂生産・流出・ダム堆砂・浚渫量・下流置土量の情報提供を受ける一方で，本研究チームによる堆砂実
測結果の情報共有を進めている．さらに，淀川河川事務所からは，木津川流域における過去の横断測量
データ一式，航空写真，レーザー測量データ，木津
川たまりの地形・生物相データの情報提供を受け，

	
 3.	
  研究成果の概要	
 3.1	
  凍結融解強度指数による流送土砂量原単
位の算出	
 
	
 
	
  流域における恒常的な土砂生産は，冬期間の凍結融解によって裸地斜面の風化基岩が破壊されて土砂化する現象がひとつの大きな要因である事が，既往の研究によって明らかとなっている．流域における土砂動態，生態系との関わりを検討する上で，山地域において生産される土砂量を把握する事は不可欠である．そのため，凍結融解によって生産される土
砂量を，熱伝導の観点から算出される凍結融解を反映した指数で代表し，流域における土砂生産の傾向を把握する事を目的として検討を進めた．ここでは凍結融解現象を反映した指数を，凍結融解強度指数と呼び，地盤内の凍結融解の繰り返し回数を深さ方向に積分した値として算出している． 	
 	  平成24年度は，大河原堰堤流域，高山ダム流域，― 720 ―

布目ダム流域，高山ダム流域内の室生ダム流域，青粒径の限界値を判断できることがわかった．

蓮寺ダム領域，比奈知ダム流域の各流域において凍データから算出し，気温，日射量，風速のデータを

	
 
3.3	
  貯水ダム下流域で実現可能な土砂還元量の評価手法の開発	
  	
 入力値とする地盤の熱伝導解析によって，凍結融解

木津川ダム群を，水および土砂の回転率のパラメ

強度指数を全裸地ごとに算出し，裸地面積の積の総ータ（CAP/MAR（いわゆる貯水池回転率の逆数）＝

和を流域全体の凍結融解強度指数とした．平成24年

総 貯 水 容 量 ／ 年 間 総 流 入 量 お よ び 先 述 の CAP/MAS

度は，この解析を木津川の各ダム流域において実施（貯水池寿命）＝総貯水容量／年間総流入土砂量）

し，比凍結融解強度指数（総凍結融解強度指数/流域で整理したところ，貯水池の寿命評価（CAP(総貯水

結融解強度指数を算出した．具体的には，航空写真
から裸地を抽出し，その標高，傾斜，斜面向きをDEM

32面積）［m /km /y］とダムの比堆砂量（堆砂量/流域
32容量)/MAS（年平均流入土砂量）で全国平均の中間面積）［m /km /y］とから得られた回帰式を用いて，的な400～1,000年に該当した．このため，仮に寿命

全残流域の土砂流出量を推定した．これらを合計し1000年のダム管理を目指すには，概ね流入土砂量のた木津川流域全体から流出する土砂量はおよそ17.8

1/2を排出できればよいと推定された．

万m3/yと推定された． 	
 いっぽう，ダム下流ではピークカットの結果，増水時の掃流力が低下しているため，掃流できる土砂

3.2	
  ハイドロフォン観測による流送土砂量の推定量に限界があると考えられる．LQ式を用いて，ダム
下流において掃流可能な土砂量を評価したところ，

蓮寺ダム，室生川堰堤，布目ダム上流と下流にお布目ダムでは，流入土砂量の60％が上限値であり，いて，濁度とハイドロフォンのモニタリングを行っ

生起確率1.75回/年の流量1,000㎥では44％，3.25回/年

たが，2011年9月に日本に上陸した台風12号と15号にの500㎥では30％まで低下することがわかった．これよって室生川，青蓮寺川の機器に大きな被害を受け，を高山ダム，青蓮寺ダム，比奈知ダムに適用させた

布目ダム下流は埋没の結果データの取得が困難にな

結果，ダムの可能最大供給土砂量は50～60％であり，った．本報告書では，2年半にわたるハイドロフォン

布目ダムを対象に検討してきたものと同様な傾向が観測ができた布目ダム上流のデータを布目ダムの年得られた．

間堆砂量と比較することによって，布目ダムに流入

高山ダムについて，長寿命化と土砂掃流可能性のする年間の土砂量と流入のタイミングについて推定

両観点から妥当な土砂還元量を推定したところ，長することができた．また，同ハイドロフォン地点で寿命化に必要な排砂量は年間60,000㎥程度であるの行った3回の土砂投入実験の結果，ハイドロフォンでに対して，ダム下流の掃流力から推定される可能最検知される流砂の径が2mm	
 以上であり，最も検知率

大供給土砂量は84,000㎥であり，排砂必要量を掃流が高いのは10mm	
 以上であると考えられた．また，同できることが分かった．

じ流砂量であっても，粒径，単位時間の衝突の密度，

	
 
3.4	
  木津川本川の流送土砂量の推定(1)	
 流送土砂量の過去からの変遷	
 流量や水深によってハイドロフォンの音圧やパルスが変わることが示された．
最も土砂量と最も関係が強かった増幅率8	
 倍また高山ダムでは1990	
 年前後を境に堆砂速度の変化

は16	
 倍のチャンネルのパルス数を用いて，ハイドロが見られるので，1990	
 年までの平均の年堆砂速度をフォンと土砂量の検量線を作成した．これを用いて求めるとおおよそ150,000㎥/年であった．このうち推定された年間流砂量は,2011年では10,959㎥，2012

砂礫成分（<0.075mm	
 以下）を5	
 割とすると，流砂量

年では8,715㎥であった．布目ダム副ダムの年間浚渫

は80,000㎥/年弱,木津川本流からも名張川と同じオ

量は5,000〜10,000㎥であり，オーダー的には概ね一ーダーの土砂量があったことを仮定すると,	
 高山ダ致する推定結果であった．

ム建設以前には，下流へ少なくとも100,000㎥/年か

ハイドロフォンによって流砂量の推定値が得られそれを上回る流砂量があったと推測された．木津川

ると，出水イベントごとの土砂流出量が推定可能と下流の掃流土砂量について，江頭ら（2000）ならび

なる．2011年と2012年の年間ダム堆砂量に対する台に国土交通省近畿地方整備局の推定値を基に累乗の風による出水イベントの寄与は31-39%と推定され，曲線回帰を行った結果，現時点の平均流砂量は2万m3

濁度計から推定された土砂量は42-47%であった．ま弱に減少したと推定された．木津川においては1960

た，増幅率16	
 倍，4	
 倍，2	
 倍のチャンネルはそれぞ

年代から90年代までの間に流砂量が大きく減少し，れ，砂利小，砂利大，礫に反応していた．これらの2000年以降には減少率は小さくなったものの減少がチャンネルの消長により，出水規模による移動土砂続いていると推測される．

― 721 ―

(2) 堰堤直上河床地形観測による流送土砂量の推定が必要であり，かつ水際にまばらに樹木が生育する

大河原堰堤の堆砂変動量に基づいて期間累積流送	  ワンド数の経年変化から，1980年以降砂州頭ワン

土砂量を足し合わして求められる年間流送土砂量は，ドが漸減傾向にあるのに対して砂州尻ワンドは増加

33程度の撹乱体制が好ましいと判断された．	
 2011年に約60,000m ，2012年に約3,000m と推定され傾向にあることがわかった．木津川の生物多様性をた．これは，2011年9月の台風12号および15号による高く維持するには，砂州頭ワンドと砂州尻ワンドの

継続時間の長い増水によって，貯水池内が掃流され両タイプのワンドが存続する必要があるものの，現て大きなポケットが形成されたことと，2012年の出状においては砂州尻ワンドよりも砂州頭ワンドの数

水による流砂量の多くが堆砂したためと考えられた．

を増やすような対策が求められる．そのためには，この間の堆砂量の増分が約25,000m3 であったことか

水際部分の比高が低い砂州が形成される土砂供給条ら，大河原堰堤地点における平均的な流送土砂量は，件が必要である．また，ワンド環境保全のために必3

およそ20,000〜30,000	
 m の範囲にあると推定された．

要な流送土砂量の目標として両タイプのワンドの個(3)木津川本川の流送土砂量の推定数がバランスよく多かった1979年当時の流送土砂量

	  台風12号と15号の影響のあった平成23年においてが妥当と判断された．	
 凍結融解度指数から求めた流送土砂量原単位を用いた木津川上流域からの土砂生産量は，163,040	
 ㎥/(2)アユ産卵場や底生動物生息場としての瀬の好適性と経年変化	 年と推定された．一方，大河原堰堤の2011年の堆砂

アユの成長にとっては藻類生育に適した集中型の変動量から全粒径の通過土砂量については45,000㎥

瀬が増加する2000年以降，アユ産卵にとっては好適/年と推定された．実際の土砂通過量は，大河原堰堤

な産卵床条件を提供する横断型の瀬が増加する1990に堆積しない細粒分を考慮して，全量をその2倍の年以降が適していることから，アユの生息環境を維

90,000	
 ㎥/年と推定した．砂州環境評価地点を含む

持するためには，20,000〜30,000	
 m3 /年の流送土砂

3

木津川下流の流送土砂量は，本川の90,000	
 m /年と3

大河原堰堤残流域の27,000	
 m /年を合計した117,000	
 3

量が適していると考えられる．さらに，瀬に生息する水生昆虫の種多様性維持の上では集中型の瀬が存

m /年と推定された．いっぽう，河床地形に寄与する

在することが好適であると考えられることから，ア

粒径集団として砂礫のみを考慮し，その全粒径に占

ユと同様に20,000〜30,000	
 m3 /年の流送土砂量が適める割合を40％と仮定した場合には，木津川上流域

していると言える．以上検討した複数の種のすべてからの平年土砂生産量は65,000	
 m3 /年，大河原堰堤の要請を満足する掃流土砂量は存在しないものの，の堆砂測量から推定された平年通過土砂量はできるだけ共通部分を多く重ねるためには，30,000

20,000m3 /年，木津川下流の平年流送土砂量は，大河〜50,000	
 m3 /年の流送土砂量を目標とすることが妥

原堰堤残流域からの6,000	
 m3 /年を併せた26,000	
 m3 /当と考えられる．	
 年と推定された．	
 (3)生息場好適性に関わる河床強度と空隙率の評
価手法	
  

	
 
3.5 河川環境保全のために必要な流送土砂量推定手法の開発(1)魚類や底生動物の生息場としてのワンドを好適
性と経年変化	  河床の空隙率は魚類や底生動物などの生息場の質を左右する重要な要因であるが，その時空間的な分
布と河床地形や水流との関係，また河床強度との関係など物理・力学特性についても不明な点が多い．

砂州上流側に開口するワンドを砂州頭ワンド，下現地の砂州で河床空隙量を直接的に評価する手法，

流側に開口するワンドを砂州尻ワンドとして区別し，

また河床強度などから間接的に推測する手法を開発

各ワンドの動物相を比較した結果，コウライニゴイ，

し，実際の野外で空隙率の空間分布を調べた．貫入

ヨドゼゼラ，カワヨシノボリの稚魚，カゲロウ目，試験機による初期貫入値から空隙率を高精度に予測

トビケラ目の幼虫などの流水性の動物が砂州頭ワンできることが分かった．室内において空隙率や河床

ドを，ギンブナ，モツゴ，ヌマエビ，タイリクバラ

強度に対する粒径分布や水飽和度の影響を明らかに

タナゴ，チビミズムシ，ユスリカ亜科の幼虫などのするため，大型の円筒（径1m，高さ1.5m）を用いた

止水性の動物が砂州尻ワンドを選好することがわか実験を行い，水の充填が増えると空隙率が上がるなった．

どの知見が得られた．また，出水前後の河床変動量

一方，砂州上のワンド個数は，平均比高が2.8-3.7mの計算から，ハビタットの物理環境として重要なパで，植被率が0.6-0.74で最大化した．すなわち，砂ラメータである河床材料の粒度の形成プロセスを考

州上にワンドが形成できるようにするためには，水える場合は，洪水中の河床及び粒度の時間変化も把際部分の比高を低い砂州が形成される土砂供給条件

握しておく必要であることが示唆された． 	
  ― 722 ―

(4)砂州比高に基づく生態系の評価および必要土
砂量の推定1：過去からの定期横断測量を用いた
評価	
  植などの手法を検討しがちであることに端的に表れ	  現状の木津川においてタナゴ類やイシガイ類にと場と生物種間の関係性を管理の対象に加えなければって好適なたまりの比高条件から，過去や将来の地

目的は達成できない．生物群集レベルの生物間相互形変化を評価する手法として，砂州の面的標高デー作用に関しても，各種生息場に対する環境要請にしタを比高頻度分布に換算し好適な比高頻度を生息場たがっていると考えられる．したがって，河川生態ポテンシャルとして示す方法を開発した．この手法系の修復や再生を目的とした河川整備・管理においを用いれば，過去の横断測量データから砂州地形のては，河床地形を管理対象として計画することが合好適性を定量的に評価することが可能となる．1965

理的である．	
 年から2010年までの14年分の横断測量データに基づ	
  生息場の基盤となる地形条件に着目した環境評価

いて分析した結果，木津川の低水路が侵食されての 手 法 と し て ， 生 息 場 評 価 法 	  HEP(Habitat	 年々狭くなり，低水路から離れた場所に堆積が進む

Evaluation	
 Procedure)が知られている．HEPは，米ことで，砂州の高低差が増大したことが示された．

国の自然環境アセスメントで最もよく利用されていその結果，好適なたまりの比高0.7-1.5m域の量は，る手法であり，事業計画とその代替事業について「ノ

1970年代後半から1990年代前半をピークとする一山

ー・ネット・ロス」を前提とした合意形成のために型の変化が示された．過去の流送土砂量と比高頻度活用されている．このうち，河川の生息場の流速，の関係から，木津川生態系にとって好適な流送土砂

水 深 ， 底 質 な ど の 評 価 手 法 に つ い て は ， PHABSIM

3ている．いくら生物の個体そのものを守っても，持続的に生育生息することを保証するためには，生息量は40,000～80,000m /年と推定された．	
 （Physical	
 Habitat	 Simulation	
 Model）が開発され，(5)砂州比高に基づく生態系の評価および必要土
砂量の推定2：河床変動計算による評価

IFIM（Instream	
 Flow	
 incremental	
 Methodology）に	  木津川下流域の河道条件，流況条件，土砂粒径条

れ て い る （ Stalnaker	
  et	
  al.,	
  1994,	  中 村 2000,	
 件を用いて，二次元河床変動計算を行い，流送土砂

U.S.Fish	
 and	
 Wildlife	 Service	 1980,	
 田中1998）．

量の違いが砂州形状や比高頻度分布に与える影響を

HEP	
 やPHABSIM	 では，対象生物にとって重要な環境確かめた．本研究では，流況3パターンと河床粒度分

要 因 の 好 適 性 を 生 息 場 適 性 指 数 	
  HSI （ Habitat	 布3パターンの計9通りの設定条件で流砂量に変異をSuitability	
 Index）に基づいて関数化することによ生じさせ，それによって生じた砂州形状を比較したって，複数の事業計画の影響を比較検討し，代償措ところ，木津川の環境目標である比高が0.7-1.5mの置の妥当性を検討するというものである（U.S.Fish	
 頻度が高まる条件は，流送土砂量が70,000	
 m3 /年でand	
 Wildlife	 Service	 1980,	
 田中1998）．	
 最大化する傾向を示し，逆に1.5-3.5mの高い比高条	  いっぽう，群集全体の特性から河床地形も含めた

3よる河川の正常流量の評価や設定のために実用化さ件の頻度は，流送土砂量が30,000	
 m /年以下で最大環境の現状を評価する手法も開発されて来た．例え化する傾向を示した．この結果は，比高が0.7-1.5m

ば，英国で開発されたRIVPACS（River	
 Invertebrate	 3の頻度が40,000〜80,000	
 m /年で最大化する木津川

Prediction	
 And	
 Classification	
 System）（Wright	
 et	
 の現象を忠実に再現はしていないものの一定の対応

al	
 2000）や米国で開発されたIBI（Index	
 of	
 Biotic	 関係は認められた．とくに流送土砂量が減少するとIntegrity）（Karr	
 1981）は，それぞれ欧州各国や高水敷の比高の被度が増加する点は現実の現象と対

米国では実用化されている．このうち，RIVPACSは，応するものであるが，今回の数値計算結果では，粒多変量解析によって底生動物群集による河川の分類

径が細かいほど高水敷と低水敷の二極化が生じた点と環境条件が変化した場合の群集変化を予測するもは注目に値する． 	
 のであり，英国では河川614地点における底生動物群

	 3.6 河床地形管理の考え方と手法の提案(1)	
   これまでの河床地形の評価手法

集の種組成予測や人為影響評価がおこなわれている（http://www.environment-agency.gov.uk）．日本
でも，国土交通省が109の1級水系の河川について5

河床地形は，生物の生息場を提供する機能と有機

年ごとに河川水辺の国勢調査が実施し，底生動物群

物の捕捉・分解など物質循環を促進する機能を通じ集のデータが蓄積されている（建設省河川局河川環て河川生態系の特性を規定している．ところが，こ境課,	
 1997）が，それらの情報を環境影響評価に有れまでの河川環境の評価においては，生物種の量や効利用するための方法はまだ確立されていない(尾分布や水質などの生態機能が対象であるために，直澤,	
 2006)．これらを利用してRIVPACSの日本版を実接生態機能の整備や管理をしようとする考え方が主現するためには，底生動物群集の分類基準を統一す流であった．これは，損なわれた生態系の修復に移る課題，環境条件の対応データを揃える課題，群集― 723 ―

の変異幅をカバーするために支川や中小河川のデー要因に着目した．また，土砂供給条件や流況条件のタを加える課題などが残されている．	
 設定に際しては，流域単位の土砂生産量やダム堆砂	
  これらの環境評価手法は，いずれも現状の好適性等の要因を総合的に評価できるように，流域スケーを評価し，環境改善の必要性を検出するためには有ルで検討することを基本とした（Fig.1）	
 用であるものの，環境対策の方途を示さない点に難	
  生息場を好適に維持するためには，流域スケールがある．その理由として，生物種や生物群集の調査の長期的な土砂の浸食移動堆積過程を管理する必要を行った地点の環境要因を個別に扱っているために，がある．そのために，斜面からの土砂生産量の変化

河床環境の変化と結びつきにくいことが挙げられる．

を推定して集水域管理に反映させる課題，各集水域

これまでの環境評価法のこのような短所を克服するから流出する土砂量の変化を推定して支川の河道管ためには，生物の生息場を規定する環境要因と河床理や下流の貯水池管理に反映させる課題，ダム堆砂

地形が変化する動因とを連携させた環境把握が必要

量の変化を計測して土砂還元適正量を推定する課題，

である．	
 

本川の土砂移動量を推定する課題，河床地形（本図(2) 河床地形管理の基本的考え方

では砂州）の生態機能（本図では生息場機能）を評	  上記のような背景の下で，本研究では，Fig.4	
 に価する課題，目標とする河床地形の形成維持のため示した考え方にしたがって，生態機能からの環境要に必要な土砂移動量を推定する課題を連関させて追請をうまく河川管理の手段によって応えることがで究し，一体的に管理の仕組みに活かすことが求めらきるような手法を検討した．この考え方では，まずれる．	
 

管理目的は生態機能であっても，管理対象を生息場

	  ただし，Fig.4の課題に関わる過程には長期の時間の基礎となる河床地形に設定し，管理手段を「目標を要するため，すべてについての最適解が用意されとする河床地形が形成維持するために必要な土砂供てから事業着手するのではなく，仮説的な方針に基給条件，流況変動条件，川幅条件」とすることを基づいて事業を行いながら調査研究によって目標や手本としている．そのためには，図中の下向きの矢印

法を軌道修正し，順応的に進めていくことが肝要でで示されるような因果関係を究明し，逆に上向きのある．本研究では，Fig.4の図式によって河床地形管

矢印で示されるような予測可能な管理手段を見出す

理を事業化するための方針を示すとともに，仮説のことが求められる．	
 検証やモニタリング結果を管理にフィードバックす	
 るための調査研究手法について取りまとめた．管理に必要な情報を入手するために調査手法は，河床地形管理のための調査手法フローチャート（Fig.5）に
示される．

	
 
Fig. 4 Scheme of the riverbed geomorphology
management based on Habitatology	 	
 このような河床地形管理の基本的な考え方にしたがって，管理対象の河川地形を検討する際には，土砂供給条件，流況変動ならびに川幅のそれぞれについて，管理手段としての具体的な測度を決めておく

Fig. 5 Flow chart of research methods for the riverbed
geomorphology management (after Takemon (2010).
	
 必要がある．本研究では，土砂供給条件については
土砂移動量（流送土砂量）と粒径分布，流況変動に	  一方，河床地形管理の考え方と手法を示すために，

ついては洪水流量と頻度，川幅については年最大流

上記の河床地形管理のための調査手法フローチャー

量時の流路幅で評価をした．また，河床地形についトに加えて，河床地形管理手法の概要説明図式ては砂州の比高分布に代表される砂州形状や砂州の（Fig.6）を作成した．この図式では，Fig.5のフロ

位置や瀬の形状といった河床変動計算で扱いやすいーチャートで調査した結果を河床地形管理に活用す― 724 ―

るための手法を説明している．管理の流れとしては，い（河川生態学術研究会木津川研究グループ,2003）．

まず河床地形管理の事業対象河道区間について生態

その結果，Qs3の供給が減っているのにQ	
 s5が促進さ

機能評価を行い，各種生息場適性モデルを作成する．

れる結果，Qs3＜Qs4＜Qs5となっていると考えられる．

この図では，木津川砂州のたまりに生息するタナゴ

本研究の調査結果により，木津川の10-16km区間には類の例と瀬に生息するアユの例を示している．	
 比較的まだ比高の低い砂州が多いことが示されたが，

	
 この区間の土砂は今後先細りとなることが予想され，河川環境を好適に保つためには，Qs3の供給を増加させる対策が必要と考えられる．したがって，Fig.6の方法により，土砂供給の必要量を評価することが必須となっている．	
 	
  本研究で明らかにした，河川環境にとって好適な
河床地形条件は，日本の多くの河川で失われつつあるのが現状である．その原因として，河床における土砂動態が低減していることが挙げられる（竹門,	 2007）．ただし，環境改善を目的とした土砂移動量の人為増加対策は，人口密度の低い米国では平成23年度の報告書で示したように，数〜10万㎥のオーダ	 ーに達しているが，日本では一部の例外をのぞき未だ試験施行段階にあり，実質的に河床地形を変える

Fig.6 A work image of riverbed geomorphology

ほどの土砂量を投入している例は極めて少ない．こmanagement.

のため，野外での実験的なデータから土砂移動量の	
 最適化を研究することが難しい状況にある．したが	
 このように，たまりの局所環境要因に基づくHEPモって，本課題を追究するために現状でとりうる手法

デルも評価に用いる（Fig.6の右下部分）が，河床地としては，土砂供給条件を変えた二次元河床変動の形管理の手法としては，これらを土砂水理条件に翻数値シミュレーションによって得られる河床状態か訳可能な要因による評価関数に置き換える（Fig.6

ら予測する手法と土砂移動量と河床地形の経年変化の中央下部分）．その上で，河床変動モデル等の数を生態系機能の変化と比較することによって予測す

値計算や過去の地形分析によって，生息場の好適性る手法が考えられた．	
 から判定された河床地形要因の目標値を実現させる	
 ために必要な土砂移動量の推定を行う（Fig.6の左下隙率，河床材粒径は，本来は土砂移動量がむしろ説

4 河床地形管理の手法（木津川の実例）	
 	
 4.1 木津川における流送土砂量の現状	
 明変数であるが，本図は土砂移動の管理目標を推定

	  木津川の河床は経年的に低下の一途をたどっていすることが目的であるため，土砂移動量を敢えて縦る．これは，上流では木津川ダム群における土砂の軸に示している．河床地形管理においては，この図捕捉が，下流では淀川本川を中心に行われた河道掘から推定される土砂移動の必要量を，流域の土砂動

削ならびに砂利採取の影響によると言われている

態管理の目標値として活用する．	
 （淀川環境委員会,2003）．こうした河床低下の履歴	  一方，河道の土砂動態管理のためには，土砂移動からみて，木津川の土砂移動量は経時的に減少して量（Fig.6のQs1〜Qs5）が経時的に把握されている必おり，今後もさらに減少していくと考えられる．各要がある．土砂移動量の現状と上記の必要量を比較

時代の土砂移動量を推定できれば，各時代の河床地することによって，どれだけの土砂を量供給すれば形，生息場構造，生態機能に対応させることによっ管理目的を達成できるかを検討することになる．こて，木津川の河川環境が良好であった時期の土砂移こで，事業対象河道における土砂移動量については，動量を評価することができると期待される．また，

Qs3，Qs4，Qs5が異なることに注意する必要がある．

この評価結果を用いれば，将来置土等によって土砂部分）．Fig.6の左下図における３図の砂州比高，空木津川下流域（三川合流点より0-25km区間）の場合

供給の事業を実施する場合に，河川環境の観点からには，高山ダム，布目ダム，ならびに各残流域の治現状の土砂移動量に対してどのくらいの増加をすれ

山，砂防ダム，堰堤，護岸等の影響によりQs3が減少ばよいかについて目安を知ることができると考えらしている．一方，淀川本川の河床掘削の影響によっれる．	
 て，木津川下流域（0-10km区間）の河床低下が著し	  これまでにも，近畿地方整備局によって木津川本― 725 ―

川の土砂移動量が試算されている（淀川水系統合土礫のみ）をFig.7のように推定した．さらに，全粒径砂管理検討委員会,	
 2010）．本章ではこの試算と本のうちの，河床地形に寄与する粒径集団として砂礫研究の成果に基づいた総合評価を試みた．淀川水系のみを考慮し，ここではその全粒径に占める割合を

総合土砂管理委員会(2010)の推定方法は，各年の流40％と仮定されている．	
 量，各区間の河道形状と河床材料の粒度分布を境界	 条件として，過去のダム堆砂量から推定した年平均
土砂供給量を条件に，一次元不等流河床変動計算を行うものであり，過去と将来のそれぞれ30年間という範囲について平均移動土砂量を幾つかの条件を仮定して求めている．その際に上流各支流からの土砂
流入量については，ダムの年間堆砂量や周辺の比堆
砂量に基づき粒径別に土砂供給が与えられ，またダムの建設後はその供給がなくなるように設定されている．この試算によると，木津川16km地点における過 去 30 年 間 の 年 平 均 土 砂 移 動 量 は ， 砂 ・ 礫 成 分（>0.075mm）について27,000m3 /年と算定されている．
さ ら に 今 後 30年 間 の 予 測 と し て 約 10,000m3 /年 を 試算しており，木津川上流に建設されたダムによる土Fig.7 Results of estimation of sediment load in the

砂の捕捉等の影響により1/3程度までの減少を予測

Kizu River basin. Values represent those of average

している．仮に2010年時点の土砂量を前後の期間のyear base for sand and gravel component, assumed to

中間の約20,000 m3 /年とすると，30年前の1980年にはaccount for 40% of the total sediment load.

38,000 m3 /年程度の土砂量があったことが見込まれ	 る．また，ダムの貯砂量から年間で30,000m3 /年の土砂量が捕捉されていると仮定するならば，ダムのな	
 い1960年代までには50,000m /年程度の移動量があっ	 たことも見込まれる．こうしたことからおおまかに

4.2 木津川ダム群からの土砂還元計画

区分すると，ダムの影響のなかった1960年代までの	  木津川本川の流砂量の推定（平年ベース：砂礫の3>5万m /年，ダムに影響を受け始める1980～90年代のみ）を用いて，仮に，高山ダムおよび布目ダムから3～4万m 3 /年，土砂減少がだいぶ進んだ現在2010年の砂礫分の50％を排砂（高山ダム：2.3万㎥，布目ダム：

33

2～2.5万m /年，さらに土砂減少が進んだ場合の0.5～

0.5万㎥）すると仮定すると，Fig.8のような土砂収

1.5万m /年などの土砂量が想定される．

支を求めることができる．これに伴い，ダムの長寿	
  ただし，淀川水系統合土砂管理検討委員の試算は，命化の観点からは，貯水池寿命が500年から620年に，高山ダムが建設された1965年以降を対象としたもの

100年後の堆砂率150％から132％に，全堆砂率が20％であり，既に高山ダムによる土砂移動遮断の影響下から17.7％に改善することができる．	
 3のものである．このため，1965年以前の土砂移動量	  一方，河川地形管理の観点からは，例えば，タナ

は過去30年間お推定値よりもさらに多かったと考えゴ類の生息環境の形成維持に最適とされる4-8万㎥

られる．さらに，1965年以前は森林伐採によって裸の土砂移動量の範囲に合致する5.4万㎥の流砂量を地面積が多かったため，現在よりの比流砂量自体も実現することができる．なお，このような土砂管理多かったと考えられる．これらを加味して木津川のを実現させるためには，貯水池からの具体的な土砂

航空写真がある1947年当時の土砂移動量を推測する

移動手段の確保が必要である．この観点の実現には，と，少なくとも50,000m3 以上であったと考えられる．

今後の技術開発に負うところが多いが，現段階で可これに，高山ダムによる土砂移動遮断の影響と森林能性のあるものを総括するとFig.9のようになる．	
 伐採による裸地面積の大きかった影響を加味すると，	  ここでのポイントの１つ目は，高山ダムにおける

3

1920-1930年代には大凡60,000-70,000	
 m 程度の土砂

湖上輸送の導入である．これまで議論してきたよう移動量があったと見積もられる．また，1920年以前に，高山ダムの実績堆砂量を考慮すれば，排砂バイについては，むしろ森林伐採の頻度が戦争直前よりパスを検討すべき条件に合致するものの，経済性のは小さかったはずなので，1920-1930年代よりは土砂観点からは必ずしも最適とは言えない．そこで，そ移動量が少なかったかもしれない．	
 の代替として，貯水池上流部に砂礫を効果的に捕捉	  本研究では木津川本川の流砂量（平年ベース：砂する貯砂ダムを新設し，そこから，ダム貯水池の湖― 726 ―

面を利用して土砂をダムサイト付近まで輸送する案の土砂還元が進められているが，一方で，河道な狭が考えられる．なお，その後は，土砂を陸揚げし，い区間があり，地域住民から土砂量の増加に対するダム直下に10,000㎥／年，また，大河原堰堤下流に抵抗感が存在する．これに対して，布目川下流区間

23,000㎥／年を供給する．この際には，ダム直下には，急勾配河道となっており，十分な土砂流下能力供給するものは，多少細かめのものを，大河原堰堤がある．そこで，布目ダムからの土砂供給を，ダム下流に供給するものは，多少粗めのものを想定する

直下に1,000㎥／年，布目川下流に6,000㎥／年のふことにより，大河原堰堤湛水池内の過剰な堆積を防た手に分けて管理することにより，布目川の河道管止することができるものと考えられる．ここで，湖理との両立を図ることができるものと考えられる．	
 

上輸送を実現させる方策としては，Fig.10に示すよ
うな湖上シャトルによるものや，Fig.11に示すような特殊エジェクターによるパイプライン輸送によるものなどが想定される．	
 Fig.10 A proposal of sediment augmentation methods
for Takayama Dam and Nunome Dam in the Kizu
River.
Fig.8 Results of estimation of sediment load in the Kizu
River basin in case of sediment replenishment from
Nunome Dam and Takayama Dam. Values represent
those of average year base for sand and gravelcomponent, assumed to account for 40% of the total
sediment load..

	
 

	
 
Fig.11 A proposal of sediment augmentation methods
by water surface transportation across the reservoir.

	
 
4.3	
 高 山 ダ ム 下 流 の 置 土 に 対 す る フ ラ ッ シ ュ
放流量の算定	 Fig.9 Prolongation of dam reservoir longevity inrelation to the amount of sediment load in the Kizu
River.

	
  本研究では，木津川・大河原堰堤貯水池を対象として，約2年間にわたる貯水池内の土砂収支の経時変化を明らかにした．そこで得られた貯水池堆砂量の変化と河川流量との関係を，堰堤上流に置き土をし	  ２つ目のポイントは，布目ダム下流への土砂還元

た場合に下流へのフラッシュを可能とする流量を算である．布目ダム下流へは，すでに，年間500㎥程度定するための基礎情報として活用することが考えら― 727 ―

れる．具体的には，貯水池内の堆砂量が減少してい最大流量との関係を図示したものである．Fig.12より，る調査期間において発生した最大流量は，少なくと堆砂量減少期においては，堆砂の減少量と最大流量も堆砂量を減少させることが期待できる流量と考えとの間にはある程度の関係性が認められる．したがられ，換言すれば置き土をフラッシュすることがでって，下流側において期待される置き土のフラッシ

きる流量と捉えることができる．これより，置き土ュ量が決まっていれば，そのために必要な流量を図をフラッシュするために必要なダム放流量の上乗せに示した関係から算定することが可能と言える．し分の算定や，効果的な放流の運用方法の検討などがかしながら，（３）に示した結果からも明らかなよ

可能となる．

うに，同程度の最大流量が発生しても下流への土砂	  調査対象貯水池で堆砂量が減少した調査期間は，流出が発生していない調査期間もあり，先述のよう

１，３，４，５および６である．各期間における貯にフラッシュ前の貯水池内の堆砂状態が大きく影響

水池堆砂の減少量と期間内に発生した最大流量を整することは明らかである．加えて，置き土の配置方理したのがTable 1である．

法がフラッシュの適否を大きく左右することは言うまでもない．

sediment load trapped in the Ohgawara Reservoir in the	
 4.4 河床地形管理の目標像

Kizu River.

	  ヨーロッパの河川の自然再生でお手本とされていTable 1. Relations of peak discharge and amount ofるタリアメント川は，イタリアでも土砂生産や移動量の多い河川として知られている．ここでは，「健全な河川環境に求められる条件」について，多くの研究が蓄積されており，生物多様性保全の原理として生息場の多様性が重要であることが，広く認識されるようになった．日本でも，多自然川づくりの方針として，「川の営みを活かし」「河川が自らの力で川らしい地形をつくるメカニズムを活かす」川づ
くりが掲げられ，その実現のための試みが各地で行われるようになった．これまでに明らかとなった「健全な河川環境に求められる条件」を流程スケールの河床に適用するならば，Fig.13のような河床地形と空間配置を河川管理の目標とすることが望ましいと考えられる．第4章で追究した，タナゴ類や二枚貝類の生息に適した砂州地形条件，アユの産卵に適した河床地形，ならびに有機物の捕捉効率を高める河床
地形条件は，いずれもFig.13に集約された河川地形
が健全な河川環境に求められる理由について答えを示したものである．	
 Fig.12. Relations of the amount of sediment reductionin the Ohgawara Reservoir to the maximum peakdischarge in the period.

	 	  Table 1とFig.12に示した数値を勘案すると，貯水池
内の堆砂量，特に中・下流部における堆砂量がある

	 程度確保されている場合には，100m3 /s程度の流量でFig.13. Typical classification of habitat structure in

も下流への土砂流出が発生していることが推測され

the floodplain reaches in natural streams and rivers.

る．Fig.12は，Table 1に示した貯水池堆砂の減少量と― 728 ―	 

ただし，そのような地形を目標としたとしても，流送土砂量を実現するための流況条件や土砂供給条

どのような管理をすれば実現できるかに関しては未件について，流域ダム管理の要請と照らし合わせて，だ方法論が未熟であり，境界条件を変えた場合の将実現可能な管理手法を提案するものと設定した．	
 来予測をできるだけの定量的な情報やその処理技術

	  この手法を木津川に当てはめて好適な河川環境維が確立されているとは言えない現状である．1997 年

持のために必要な流送土砂量の推定した結果，全対以降には，応用生態工学会を始めとする学会でも，象生物の要請を満足する掃流土砂量には幅があった

生息場の構造とその維持のための仕組みに関する研が，たまり，ワンド，瀬の生息場条件に必要な重複究が盛んに行われるようになっており， 今や自然の部分から 30,000〜50,000	
 m3 /年が妥当な目標である仕組みを追究する基礎科学としても自然の保全や再と判断された．また，これらの流送土砂量が現状の生を 目指す応用科学としても生息場の特性を動的

川幅や地形条件において，生息場の最適化を実現でに踏まえることは当然の時代になりつつあることをきるかどうかについて，二次元河床変動計算による

踏まえるならば，その方法と技術の開発は，世界的検証を行った結果，河川環境から提案された流送土にもニーズの高い研究課題と言える．

砂量の目標値について，ダム堆砂からの移送可能性	  本研究の結果，木津川の場合には，イタセンパラ

ならびに置き土をした場合の流送実現性の双方からやイシガイ類の生息するたまり環境が注目されてき検討した結果，たまり環境の最適値はむしろ流送土

たが，本研究の結果，タナゴ類やイシガイ類にとっ砂量が 70,000	
 m3 /年で最大化する傾向を示し，逆にて好適なたまり環境を提供する砂州地形条件は，

1.5-3.5m の高い比高条件の頻度は，流送土砂量が1970-1990年の期間に最適であったことがわかった．

30,000	 m3 /年以下で最大化する傾向を示し，必ずし木津川下流における流送土砂量の経年変化と対応さも過去の経験値とは一致しなかった．このため，数せると40,000〜80,000	
 m3 の流送土砂量が適している

値計算による再現性についてはさらに条件を精緻化と判定された．また，稚魚期の生息場として砂州頭した検討が必要である．	
 ワンドを必要とするコウライニゴイ，ヨドゼゼラ，

一方，木 津 川 ダ ム 群 の 水と土砂の回転率を整理しカワヨシノボリにとっても，砂州頭ワンドが多かった結果，寿命1000年のダム管理を目指すには，概ね3

た1980年前後が目標となり50,000〜60,000	
 m の流送流入土砂量の1/2を排出できればよいと推定された．

土砂量が適していると言える．さらに，アユの成長

次いで，LQ式を用いて，ダム下流における掃流可能にとっては藻類生育に適した集中型の瀬が増加するな土砂量を評価したところ，布目，高山，青蓮寺，

2000年以降，アユ産卵にとっては好適な産卵床条件

比奈知各ダム下流の可能最大供給土砂量は流入土砂を提供する横断型の瀬が増加する1990年以降が適し量の50～60％であり，長寿命化のための排砂必要量ていることから，アユの生息環境を維持するためにを掃流できることがわかった．木津川における土砂

3は，20,000〜30,000	
 m の流送土砂量が適していると還元計画を検討した結果，高山ダムと布目ダムから考えられる．さらに，瀬に生息する水生昆虫の種多年 堆 砂 量 の 50 ％ に 相 当 す る 23,000	  m3 / 年 な ら び に様性維持の上では集中型の瀬が存在することが好適

5,000m3 /年が可能と推定され，本川と残流域の流送であると考えられることから，アユと同様に20,000分を併せて54,000	
 m3 /年まで増加させることができ

3〜30,000	
 m の流送土砂量が適していると言える．以

ると予測された．	
 上検討した複数の種のすべての要請を満足する掃流

謝	
  辞	
 

土砂量は存在しないものの，できるだけ共通部分を多く重ねるためには，30,000〜50,000	
 m3 の流送土砂

本研究は国土交通省建設技術研究開発助成制度の量を目標とすることが妥当と考えられた	
 

	
 
5.	
  結論	
 
	
 

河道整備・管理に関する技術研究開発「河川環境の	  近畿地方整備局木津川上流河川事務所，淀川河川

ダム貯水池の水理・水文情報や測量データの使用に事務所，水資源機構関西支社木津川総合管理事務所，

際しては，近畿地方整備局木津川上流河川事務所，

関西電力，防災研究所技術室の協力のもと事業を進

同淀川河川事務所，水資源機構関西支社木津川総合めた．河床地形管理の考え方を，１）設定した河川管理事務所，関西電力株式会社，アジア航測株式会

環境目標に対して最も適する河床地形条件を明らか

社のお世話になった．また，野外調査や室内分析のにし，２）与えられた川幅条件の下で適切な河床地作業を崔美景氏，寺田匡徳氏，野町和平氏に手伝っ

形条件が形成維持されるための流送土砂量を推定していただいた．以上の方々に心より感謝の意を表す

環境サイドからの要請を明確化し，３）そのようなる．

ための河床地形管理手法に関する技術開発」の一環として実施されたものである．木津川流域の河川や― 729 ―

参考文献	
 Kantoush,

S.A.

and

Sumi,

T.

(2011):

Sediment

Replenishing Measures for Revitalization of Japanese
泉山寛明・堤大三・藤田正治 (2011): 裸地斜面の凍Rivers below Dams，Proceedings of the 34th IAHR
World Congress，pp. 2838-2846.

結融解強度に積雪および地形特性が与える影響，
水工学論文，第 55 巻，pp.715-720.

Kantoush, S.A., Sumi, T. and Takemon, Y. (2011)：
Lighten the load, International Water Power & Dam

小林草平・竹門康弘（2012）：土砂量と河床材粒径にConstruction, May, pp. 38-45.

着目した生息場評価，京都大学防災研究所年報，
第 55 巻 B, pp.．

Ock,

G.

and

TakemonY.

(2011):

Relationof小林草平・竹門康弘・角哲也・冨阪和秀・山崎友也，hydrogeomorphology of gravel bar to particulate

米田格，堤大三 (2013)：ハイドロフォンによるダorganic matter dynamics in braided Alpine river.

ム流入土砂量把握の高度化に関する研究，河川技Disaster Prevention Research Institute annuals, Vol.

術論文集，第 19 巻, pp. 147-152.

54B, pp. 727-733.

内藤淳也・角	  哲也・竹門康弘（2012）: 冷水性淡Ock, G. and Takemon Y. (2011): Particulate organic

水魚類生態に適した河川水温環境に関する研究.

matter retention capacity of braided gravel bar system,

京都大学防災研究所年報, 第 55 巻 B, pp. 593-606.

ProceedingsofInternational

Workshopon

Habitatology for linking sediment dynamism and野村三奈・浅野和広・武山直史・荒木	  隆（2013）：
木曽川中流部におけるワンド環境の定量的評価とbiodiversity:

改 善 策 の 効 果 . 河 川 技 術 論 文 集 , 第 19 巻 ,Tagliamento River (NE Italy), Kyoto, Japan, pp.

pp.465-470.

Scientificresearch

projecton

87-96.

角 哲也・中島佳奈・竹門康弘・鈴木崇正（2011）：

Ock, G., Takemon Y. and Sumi T. (2012): Particulate

アユの産卵に適した河床形態に関する研究，京都

organic matter retention as an ecological indicator for

大学防災研究所年報，第 54 巻 B，pp. 719-725．

riverbed management. 18th Congress of the Asia and鈴木崇正・角 哲也・竹門康弘・中島佳奈（2011）：

Pacific Division of the International Association for

土砂供給に伴うアユ産卵環境の変化予測，京都大Hydro-Environment

学防災研究所年報，第 54 巻 B，pp. 711-718．

(IAHR-APD 2012). Jeju, Korea.

EngineeringandResearch

竹門康弘（2012）: 河川の生息場研究の歴史・課題・

Ock, G., Takemon Y., Sumi, T. and Kondolf, G.M.

展望. 水環境学会誌, 第 35 巻 A, 4 号, pp. 110-113.

(2012): Ecological significance of riverine gravel bars

竹門康弘・小林草平・寺田匡徳・崔美景・竹林洋史，

in regulated river reaches below dams. AGU, 2012, in

角哲也 (2013)：河川の横断測量データに基づく水press.

面比高分布を用いた生息場評価法，河川技術論文集，

Sumi,

T.

and

Kantoush,

S.A.

(2011):

Sediment

19, pp. 519-524．

management strategies for sustainable reservoir ，

富田邦裕・角	  哲也・渡邊	  守（2011）：ダムからのProceedings of the International Symposium on Dams

排砂と土砂マネジメントによる河川管理の事業評

and Reservoirs under Changing Challenges, The 79th

価 -矢作川におけるダムから海岸に至る総合土砂

Annual Meeting of ICOLD，pp. 353-362.

管理の最適化と費用便益評価-，河川技術論文集，（論文受理日：2013年6月7日）	
 第 17 巻，pp. 53-58.

― 730 ―