１ 要旨
１.１ 研究の背景
国土利用形態の変貌に伴い、流域における物質循環の動態が大きく変化してきている。一方、流域からの水と物質の影響を強く受ける閉鎖性水域や沿岸海域に関して、水環境の悪化や生態系の異変が指摘されている。その主要な要因の１つが、国土利用形態の変化に伴う流域水循環を媒体とした物質循環の動態変化にあり、またそれは有機汚濁物質や栄養塩のうち N、P の過剰供給という従来の枠組みだけではとらえられないとの仮説が注目されている。海に囲まれ、多くの閉鎖性水域を持つ我が国にとって、河川水が流れ込む水域の環境保全は重要であり、国土利用形態の変化との関係の解明および健全な水域環境の回復が喫緊の課題である。
１.２ 研究の概要
研究フィールドの主対象として、流域・河川を含む陸域に関するデータが豊富であり、沿岸海域の環境劣化と課題が明確で、その過程に関するデータも充実している流域として、人為的インパクトが中程度に進んだ三河湾流域圏（三河湾とその流域）と、高度に進んだ東京湾流域圏を取り上げた。
本研究は以下のサブテーマで構成される。
・着目すべき物質の抽出・物質動態変化と水域への供給変化に関する検討
・インパクトとレスポンスに関する分析
・環境再生の基本的方向の検討
・今後推進すべき方策の検討

矢作川

豊川

図 1.2.1 三河湾流域圏

１.３ 着目すべき物質の抽出
水域生態系と密接な関係を持つという点で着目すべき物質の抽出とその特性について把握した。
（1)直接的な影響を受ける生物種の選定
流域・河川の変化がもたらすインパクトによって引き起こされる海域環境のレスポンスの分析に役立てることを目指して、種々のインパクトがもたらす海域変化を抽出し、その影響を受けると考えられる生物種として植物プランクトン、底生生物（アサリ等）、海草類・海藻類（アマモ・コアマモ等）を選定した。
（2)生物が必要としている栄養塩類とその形態の整理抽出した生物種が必要とする栄養塩類として、N、P、Si、Fe、Zn、Mn、Co、Ni を選定し、各物質の形態・必要とする時期・複数の栄養塩類間の量的な最適バランスといった情報を把握した。それらを、枯渇・過剰による海域生態系への影響のレベル・情報の蓄積量といった観点より、N、P、Si の 3 物質に絞り込みを行った。
（3)物質の抽出
河川から供給される土砂には無機態リンが吸着しており、出水による大量の土砂の供給があると、吸着する無機態リンが沿岸域に流出し、これが沿岸域の底泥からの溶出に大きな影響を及ぼす。以上より、窒素・リン・シリカに微細土砂を加えた 4 つを着目すべき物質として抽出した。

1-1

１.４ 物質動態変化と水域への供給変化に関する検討
流域（陸域）の改変に伴う物質動態の変化と水域への供給量・供給形態の変化に関して検討を行った。
（1)栄養塩類供給量の経年変化
1.3 で選定した選定した栄養塩 3 物質について、陸域から湾域への昭和 30 年代から現在に至る供給量の経年変化を推計した。
（シリカは 2 時点のみ、その他は 5 年毎）①陸域から海域への窒素・リンの供給量の経年変化
豊川、矢作川、荒川を対象に、原単位法による積み上げによって算定する方法、順流末端地点の水質調査データ及び流量データから算定する方法、既存 L-Q 式を用いて流量データから算定する方法の 3 つの方法を用いて推計を行った。各方法で得られた全体的傾向は次の通りである。
原単位法を用いて算定した結果、T-N、T-P ともに荒川では昭和 50 年、豊川・矢作川では昭和 55 年をピークとして増加し、近年まで減少傾向を示していた。
水質調査データから形態別供給量を算定した結果、昭和 50 年代は NH4-N 及び有機体窒素の供給量が多い
一方、平成 15 年は NO3-N が増加している。特に多摩川ではその差が大きく、生活系負荷の処理形態の変化による違いが現れている。
既存 L-Q 式を用いた方法では、豊川・矢作川ともに T-N、T-P いずれについても、豊水以上の流量の影響が大きいという結果が得られた。それに比べると多摩川では豊水未満の負荷量が比較的大きく、下水道の影響が起因しているものと推察される。L-Q 式を用いた方法と原単位法による排出負荷量を比較すると、同等の負荷量となっておらず、河川毎に変動が大きく、一定の傾向がみられなかった。算定方法の精度向上に向けた検討の必要が示唆された。
②陸域から海域へのシリカ供給量の経年変化
H19 年(9 月)調査によると、豊川の溶存態ケイ酸濃度の縦断変化を見ると、ダム下流で上流に比べてケイ酸濃度は減少しているが、さらに下流ではケイ酸濃度は増加しており、河川から海域へのケイ酸供給量にダムが有意な影響を与えているとは認められなかった。また、豊川、沿岸海域のケイ酸濃度は過去と比較しても経年的な濃度はほとんど生じておらず、窒素等他物質と比べての相対的な量は低下したものの、その濃度レベルから見て、枯渇の可能性は低いことがわかった。
③土砂供給量の経年変化
豊川、矢作川、荒川を対象に、河道特性の変化による河川から海域へ供給される土砂量の昭和 30 年代からの経年変化を把握するため、平均河床高、河床勾配及び河床材料の経年変化を把握するとともに、無次元掃流力による土砂移動の評価、河床変動計算による河川からの供給土砂量の評価を行った。
その結果、矢作川においては昭和 40 年頃からの砂利採取に伴う河床低下により掃流力が低下し、海域への砂集団供給土砂量も減少した。豊川においては、豊川放水路の竣工に伴って砂集団が出にくくなる傾向が見られたが、その度合いは小さかった。荒川においては、中砂・粗砂成分の海域への供給が非常に小さくなっていると推定された。
１.５ インパクトとレスポンスに関する分析
これ以降、分析を進めるためのモデル地域として、本研究では三河湾を選定した。これは、三河湾流域圏は、都市とともになお農地や自然地を有しており、環境劣化を修復・再生し、持続可能な流域管理を行うために、自然共生型の再生技術も含めた多分野にわたる幅広い施策検討が対象になりうると考えたためである。
（１）水域におけるレスポンスおよび流域・河川等からのインパクトの把握
既往の文献・データの整理とヒアリング等を通じて、三河湾の水質、赤潮、ハビタット、生態系など、三河湾域の環境に関わるレスポンスの経年変化状況と、埋立等の直接的な人為的改変および 1.4 で把握した物質供給量の変化等を含む、諸インパクトの作用状況を網羅的に把握した。
(2)インパクト－レスポンス分析
1-2上記で得られた知見から、インパクト－レスポンスの関係を時系列的に分析し、因果関係特定のための基本情報として整理した。さらに、各現象間の関連性を既往データや一般的な知見をもとに整理して、三河湾の現状を表す連関図を図 1.5.1 に示すように作成した。
河川

埋立地の造成流入負荷量の増加

藻場

干潟

藻場の減少

干潟の減少

二枚貝の減少 浄化機能低下

富栄養化

タコ類の減少ハマグリの減少

懸濁態有機物の増加
水産資源の減少

赤潮の発生

透明度の低下アカガイ・アサリ・ナマコの減少

湧昇沈降

栄養塩の溶出促進

分解

貧酸素水塊の発生
底層DO消費量増大

新生堆積物の堆積・有機性汚濁物質・植物プランクトン

海底図 1.5.1 インパクト－レスポンス連関図（3）環境劣化過程の分析①環境劣化過程を説明する仮説の提示
以上の検討結果より、三河湾における環境劣化過程を説明できる仮説を作成した。即ち、昭和 30 年代からの流入負荷の推移、干潟・浅場・藻場面積の変化、赤潮・貧酸素水塊の発生から、特徴的な段階として
図 1.5.2 に示す 4 つのフェーズに区分した。

フェーズ1～1965年
フェーズ２
1965年～
1970年
フェーズ3
1970年～
1975年
フェーズ4
1975年～
現況

流入負荷 干潟・浅場・藻場面積

赤潮・貧酸素水塊の発生少ない

広い

少ない増加

やや減少

顕在化せず

最大

埋立・浚渫等により大幅に減少

顕在化

減少

少ない状態を維持 継続

図 1.5.2 三河湾環境劣化過程の仮説
三河湾は、流入負荷の増大、干潟・浅場・藻場の減少により、貧酸素水塊の発生が顕在化し、二枚貝類の減少、干潟・浅場の浄化機能の低下、赤潮の発生、そして貧酸素化の助長といった図 1.5.3 に示すような負のスパイラルに陥っている。
流入負荷量増大
干潟・浅場・藻場減少
DO消費量増貧酸素水塊の発生

新生堆積物の増加

二枚貝減少
浄化機能低下

栄養塩溶出

赤潮頻発

図 1.5.3 負のスパイラル
1-3

②水質シミュレーションによる仮説の妥当性の検討
仮説の定量評価及びその不確実性に関する検討のために、水質モデルによって各フェーズにおける物質循環量を評価した。
1)水質モデルの概要
使用したモデルは、流動計算モデルと水質計算モデルから構成され、流域・河川から供給され流入有機物や栄養塩類等の移流・拡散、植物プランクトン及び動物プランクトンの生物生産等による反応、有機物の分解・沈降および底泥からの溶出・酸素消費を考慮している。本モデルの概要を図 1.5.4 に示す。
日射量 鉛直方向 移流

拡散
再曝気（表層のみ）

水温

光合成
COD

消費（有機物分解に伴う）
D O

無機態リン

植物プランクトン

移流

無機態窒素
分解

分解

流下方向
濁質

沈降

非生命体
有機体リン

動物プランクトン

非生命体
有機体窒素

拡散

有機態リン消費

沈降

底泥

溶出

沈降

沈降

溶出移流
干潟

有機態窒素

拡散

鉛直方向

：取り扱う水質項目：底泥からの溶出

干潟

底泥(懸濁食者による摂餌)(海藻・草類による光合成・呼吸)

図 1.5.4 水質モデルの基本構成
2)渥美湾における物質循環状況
水質計算結果から、物質循環量を評価した結果、各フェーズで物質循環像（沿岸域の体質）が変化したことが分かった。各フェーズにおける特徴は以下のようであった。
○フェーズ１：貧酸素水塊の発生はほとんどない
・流入負荷は少なく、水質も良好
・干潟・浅場面積が広く、浄化機能が高い・藻場が無機態栄養塩の固定機能を果たす○フェーズ２・干潟・浅場が広いため二枚貝の浄化機能は高い○フェーズ３：貧酸素水塊が顕在化
・流入負荷の最大期・赤潮発生の顕在化
・干潟・浅場・藻場面積が大幅に減少○フェーズ４：貧酸素水塊の健在化が継続
・流入負荷は若干減少したものの、内部生産は高い
・干潟・浅場・浅場藻場面積は減少したまま・浄化機能が低下し、負のスパイラルに陥っている
DO 消費増大の主な要因は、新生堆積物が分解される際の酸素消費であり、貧酸素水塊の増加は、新生堆積物の増加に直接的に関係していると考えられる。
上記の検討結果より、
フェーズ２から３に移ることで、新生堆積物は顕著に増加しており、先に述べた貧酸素水塊発生の仮説を裏付けるものとなっている。
1-4１.６ 環境再生の基本的方向の検討①環境再生の基本的方向と目標像
これまでの検討から、三河湾の生態系に直接的に影響を及ぼしている様々な要因は、貧酸素水塊の発生に集約できると考えられる。流域、水域で発生している現象は多くの要因が関係した複雑な機構を持っているが、「貧酸素水塊の発生」を機構の中心に捉えることで、関連する現象・物質から現象の全体像を把握することができ、複雑な現象に対する包括的な目標設定・施策の方向性の検討を簡易に行うことが可能になる。
また、沿岸生態系にとって重要な貧酸素水塊の発生は、水産資源の現存量に直接影響することから、その制御を目標にすることで施策効果が見えやすくなるというメリットもある。
以上の観点から、三河湾の環境再生に向けた物質循環管理の目標像を図 1.6.1 のように設定した。貧酸素水塊抑制を具体的に示す指標として、底層において高次の生物が生息しうる DO(最低 2mg/L)を取り上げ、その確保を目標とすると設定して議論を進めた。
三河湾再生の目標像「三河湾ブランドの確立・流域の人々がその豊かさを誇り、持続的に享受できる海」「豊かで貧酸素が健全化しない海」 多種・多様・多量な生物の確保
DOの確保（最低2mg/l)を目標(生態系保全目標)
正のスパイラル効果
流入負荷量増大
干潟・浅場・藻場減少

干潟・浅場造成からDO消費量増

DO消費量減正のスパイラルへ

貧酸素化の低減

新生堆積物の減少

貧酸素水塊の発生

新生堆積物の増加

二枚貝減少
浄化機能低下流入負荷量削減

負のスパイラル

栄養塩溶出

二枚貝増加
浄化機能改善赤潮頻発

栄養塩溶出減少

赤潮減少

図 1.6.1 物質循環管理の目標像②物質循環管理の施策検討枠組の検討
物質循環管理の施策検討枠組みの検討に役立てることを目的として、流域から湾域に連続する物質循環フローの根幹をなす「流入負荷削減」、二枚貝類やより高次の水生生物の回復による健全な物質循環形成を目指した「干潟・浅場の造成」というフィールドの異なる２つの施策について、シミュレーション計算によりその効果を試算した。評価軸には、新生堆積物の主要因である O-N 沈降量及び内部生産量を用いた。
試算結果を図 1.6.2 に示す。本結果より、流入負荷削減は内部生産を制限し、O-N 沈降量を減少させる効果があること、干潟・浅場造成は内部生産を制限するとともに、生産された有機物をアサリ等二枚貝が除去することにより、有機物沈降量を減少させる効果があることが示された。

内部生産(tonN/day)

浅場造成

現況

50

負荷削減

500ha造成 現況
1,000ha造成
10%削減

4520%削減40

アサリ等二枚貝のO-N除去効果

40%削減
35891011

沖合へのO-N沈降量（tonN/day)
貧酸素化の低減

図 1.6.2 施策効果（内部生産、O-N 沈降量）【渥美湾：夏季の水質計算】
1-5以上の結果は試算に過ぎず、個々の数字については、モデルの高度化や精度向上、現象把握・解明を含め、さらに吟味が必要である。その一方、以上に示した検討結果は、今回提案した貧酸素水塊の抑制を評価軸に置くことで、性質・フィールド等が異なる様々な施策を同じ土俵で具体的かつ統合的に議論することが可能になることを示すものと言える。
１.７ 今後推進すべき方策の検討(1)モニタリング・調査手法の検討
これらの施策の効果や設定した目標の達成状況を把握することを目的とした「施策効果把握のためのモニタリング」と、仮説を検証し、新たに明らかになった事実に応じて管理手法を再検討し、必要に応じて修正することを目的とした「機構解明のためのモニタリング」に分けて、項目・手法等を具体的に提示した。
①施策効果把握のためのモニタリング
水環境に関わる現象はヒステリシスを持つため、どの程度の施策量で正のスパイラル効果が得られるかについては不明な点も多い。
最終目標となる貧酸素水塊発生の抑制の主要因である底層 DO 濃度の向上やそれに伴う生物生息量の増大と、その手前の事象として新生堆積物の減少、赤潮発生を重要項目として取り上げ、既存調査の活用を念頭におきながら、モニタリング項目を図 1.7.1 に示すように再編・整理を行った。
施策効果の把握区分

全体効果の把握モニタリング指標

想定アウトプット

方法・頻度等

河川水質（平水時）

河川水質の向上

定期採水調査（月一回平、水時）

順流末端の流入負荷量

流入負荷量の減少

多波長の光計測装置による測定設置型（毎時）底生生物の現存量

生物の多様性の向上

項目は種類数・個体数・湿重量
採泥分析（年２回以上春季、夏季）

二枚貝の現存量

生物の多様性の向上
浄化機能の向上〃藻場の面積・密度

生物多様性の向上
浄化機能の向上（年１回以上春季、夏季）

海域栄養塩（平常時）

海域水質の向上
懸濁態有機物の現象

定期採水調査（月１回平常時）

透明度

親水性の向上〃赤潮発生状況

赤潮発生海域、赤潮発生日数、赤潮構成種

赤潮発生の低減

月１回以上の観測
様々な通報情報を利用

新生堆積物沈降量

沖合の新生堆積物沈降量

新生堆積物量の減少

自動トラップ・回収機器の開発による連続観測（春季・夏季）の実施

貧酸素水塊発生状況

底層DO濃度

底層DO濃度の向上
貧酸素水塊面積の減少

水温、塩分、濁度、DO 連続観測（毎時）

高次生物

魚類等の生息種、生息量
沖合の底生生物の生息種、生息量

生物の多様性の向上

採取計測（月１回以上、春季）

河川水質

干潟・浅場生物

懸濁態有機物

図 1.7.1 施策効果把握のためのモニタリング

1-6

②機構解明のためのモニタリング
未解明事象について、重要度と現状での理解度の観点から機構解明のモニタリング項目を図 1.7.2 に示すように整理した。
●重要度と理解度の観点からの優先度の整理
高

A.二枚貝類現存量
栄養塩溶出速度重要度

B.物質供給量・湾直流入供給量
・出水時流入・雨天時合流下水処理場

D.湾口部境界条件

C.沖合底泥と直上水の関係

E.河口部土砂堆積状況

低わかっている

わかっていない

理解度

機構解明のための調査

区分

測定項目

A.干潟・浅場での物質循環機構

二枚貝類の場所別現存量、水深別現存量
干潟、浅場の底泥からの形態別栄養塩溶出速度
出水時における河川からの供給量

B.流域・河川からの物質供給量

湾直流入供給量（有機・無機の比率、豊川用水（還元水）からの供給）
雨天時の下水処理場から越流による供給
C.沖合いでの底泥と直上水の関係

溶出速度の精度向上および出水や赤潮に伴う底泥からの溶出速度、酸素消費速度の変化

D.湾口部における境界条件

湾口部における流出入水量、水質

E.河口部での土砂堆積状況

河口での土砂堆積量、堆積土砂の性状

図 1.7.2 機構解明のためのモニタリング(2)研究プラットフォームの検討
また今後の物質循環管理施策への展開につなげる研究開発を行うために必要な、研究開発の課題・戦略、研究体制の要件、情報蓄積と共有方法等からなる研究プラットフォーム（案）を打ち出した。図 1.7.3 に示す。

国総研 環境研究部，関係研究部

科学技術振興調整費
重点課題解決型研究

学識者等

伊勢湾流域圏の自然共生型環境管理技術開発

機構解明，モニタリング・予測手法，科学技術的診断・判断(H18～22)
名古屋大学
土木研究所
農村工学研究所
水産総合研究センター
国立環境研究所 等「生態系からの サービス」
施策総合評価技術政策面での統括・とりまとめ
特に，施策体系化（目標設定），施策評価手法，モニタリング戦略

環境制御の主対象：
本省関係部局貧酸素水塊の抑制を通じた正のスパイラルの駆動→そのための適切な物質動態管理
全体的アウトプット

伊勢湾再生推進会議

流域圏住民，ＮＰＯ，企業等

果が効
住民 る」
域流
「できを実感 の構築系体
施策

・広域環境管理・復元の目標設定，指標設定／・施策検討上の重要事象の予測精度向上／・施策群策定の枠組み提示／・施策評価手法の確立／・総合的な環境診断，施策評価（全体，個別）／・戦略的なモニタリング
法の提示／・ＰＤＣＡのコントロール／・施策効果の科学的・技術的説明

行政組織（中部地方整備局・関係事務所，愛知県関係部局）■施策実施（含；実証実験）■施策効果把握のためのモニタリング■機構解明のためのモニタリング
従前の取り組み

新しい取り組み

図 1.7.3 研究プラットフォーム（案）1-7１.８ 研究の実施体制
複雑で多くの分野にわたる現象について包括的な施策検討の技術的土台を構築するという目標の困難さを考慮し、本研究の実施に当たっては、京都大学、港湾空港技術研究所、愛知県水産試験場、土木研究所等の学識者および本省河川局、中部地方整備局等の行政機関からなる研究実施戦略 WG を組織し、幅広い分野の専門的知見を集約・統合でき、また対象フィールドに関する大量の既往データの活用や施策適用状況の把握を容易に行える体制をとりつつ研究を進めた。また、第三期科学技術基本計画の戦略重点科学技術「自然共生型流域圏・都市実現社会シナリオの設計」の下で進められる科学技術振興調整費重点課題解決型研究「伊勢湾流域圏の自然共生型環境管理技術開発」とも連携しつつ研究を進めた。

伊勢湾再生推進会議

国土技術政策総合研究所
環境研究部（全体総括・とりまとめ）
国土技術政策総合研究所
河川研究部
河川研究室室長
沿岸海洋研究部
海洋環境研究室室長

中部地方整備局
企画部
河川部河川環境課
各河川事務所
科学技術振興調整費
重点課題解決型研究
伊 勢 湾 流域 圏 の自 然
共 生 型 環境 管 理技 術開発(H18～22)
名古屋大学
土木研究所
農村工学研究所
水産総合研究セン
ター
国立環境研究所 等

本省河川局河川環境課

研究戦略
WG

(独)土木研究所
河川生態チーム
天野上席研究員
水質チーム
鈴木上席研究員(独)港湾空港技術研究所
中村由行 沿岸海域領域長
愛知県水産試験場
鈴木輝明 場長

図 1.8.1 研究の実施体制

1-8

京都大学環境質制御センター
田中宏明 教授

WG開催実績
第1回:平成18年5月
第2回:平成18年10月
第3回:平成19年4月
第4回:平成19年11月
第5回:平成20年3月※その他コアメンバー会
議を開催