京都大学防災研究所年報 第 58 号 B 平成 27 年 6 月
Annuals of Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., No. 58 B, 2015

排砂バイパスを導入したダム下流における河床環境と底生動物群集
Riverbed Environment and Benthic Invertebrates in the Downstream of Dams with Sediment Bypass

粟津陽介(1)・小林草平・角哲也・竹門康弘
Yosuke AWAZU(1), Sohei KOBAYASHI, Tetsuya SUMI and Yasuhiro TAKEMON(1) 京都大学大学院工学研究科(1) Graduate School of Engineering, Kyoto University
Synopsis
In order to understand effects of sediment bypass on downstream ecosystem of dams,
we surveyed riverbed environment and invertebrate community both at upstream anddownstream of 4 dams with sediment bypass tunnel in Japan and Switzerland. Bed
materials were coarse, in terms of a slope-size relationship and dimensionless shear
stress at downstream of dams with new bypass tunnel, while they were as fine as
upstream of dams at downstream of dams with older bypass tunnel. Sites of below dams
and below bypass outlet of new tunnel dams were characterized by the occurrence oforganic microhabitats (e.g., moss-mat, mud, filamentous algae), fewer glider mayflies
against net-spinning caddisflies, and fewer riffle specialist species against pool specialist
species. Our result suggests that sediment supply to downstream by the bypass tunnel
would promote filling or covering of coarse bed materials, increase the frequency of bed
movement while decrease stagnant patches on bottom and periphery, and consequently
encourage a formation of invertebrate community that is similar to upstream reaches
after certain years of bypass operation.

キーワード: ダム，排砂バイパス，河床粒径，無次元掃流力，微生息場，底生動物
Keywords: dam, sediment bypass, bed material size, bed shear stress, microhabitats,benthic invertebrates

1.

はじめに

設の建設に高価な費用がかかるものの，ダム本体をいじることなく設置ができるため近年注目されてい日本は土砂生産が非常に活発であり，貯水池の堆る（原田ら，1998；竹林ら，1992）．現時点で排砂

砂はダムの維持管理における大きな問題の1つであ

バイパストンネルを有するダムは，日本に5つとスイる．出水のたびに増加する堆砂を減らす，あるいはスに6つ知られている（Sumi, 2015）．

増やさない対策として，ダムの規模に応じて，貯水排砂バイパスを導入することが適切であるかは，

池における土砂掘削・浚渫，排砂バイパストンネル

土砂の迂回に関わる地質や地形の条件，バイパス施建設による流入土砂の迂回（Vischer et al., 1997），

設の建設や維持管理にかかる費用など，様々な課題

排砂門の設置による排砂や通砂の操作，あるいは通を捉え総合的に判断されるべきものである．ダム下

砂を促す流水型ダムの建設などが行われている（角，流の生態系や環境に及ぼすインパクトは，その判断

2000）．排砂バイパスは，トンネルや分派堰など施材料に含まれるべき課題の1つである．一般に上流か― 527 ―

Fig. 1 Location of studied dams (maps from MapQuest) and the outlet of sediment bypass tunnel

らの土砂供給が絶たれたダム下流では，河床の深掘

Table 1 Properties of dam and bypass tunnel

れや粗粒化が生じ（国土交通省国土技術政策総合研究所，2008；遠藤ら，2012），その結果生息場多様性や本来の生 物相 が失 われ やす い（ 谷田 ・竹門，River

1999；波多野ら，2005）．そうした状況を改善する

Elevation (m)Dam type
Construction (year)
Watershed (km2)

ために，ダム上流に溜まった土砂を掘削してダム下流へ運び投入する「土砂還元」が全国のダムで行われつつある（角・藤田，2009）．土砂還元によって，Total storage (103 m3)
Dam purpose

Koshibu

Asahi

Solis

Koshibu(Tenryu)
500
Arch
1969
288
58,000F, A, P

Asahi
(Kumano)
400
Arch
1978
39.2
16,920P

Albula(Rhein)
800
Arch
1986
900
4,070
P

Pfaffensprung
Reuss
800
Arch
1922
392
150
P

ダム下流の土砂環境が本来の状態に近づき，生物相にも変化が生じることが幾つかの事例で報告されている（西田ら，2011；田中・古里，2014）．排砂バ
イパスによるダム下流生態系への影響としては，土
砂流下時の撹乱等の負の効果も考えられるが，主にBypass tunnel
Construction (year)
Length (m)

～2016
3984
370

1998
2012
1922
2383
968
282
140
170
220
M ax. discharge (m3/s)
Gate open (days/year)
～10
～2
～200
F: flood control, A: agriculture irrigation, P: hydro-electric power

期待されるのは土砂地形環境や生物相を改善させる
正の効果である．土砂の量的質的な観点から，置土に比べて排砂バイパスによる土砂還元はそうした効果がより大きい可能性がある．しかし，排砂バイパ
ス下流における環境や生態系の調査例は限られており（旭ダム：原田ら，2000；竹中ら，2004；三皷・大本，2010；長田ら，2012；Solisダム：Martín et al.,2015），ダム上流と環境を比較するなどバイパスの効果を詳細に調べた事例はない．
本研究は，排砂バイパスが下流生態系に及ぼす影
響の基礎情報を得ることを目的として，日本とスイスの排砂バイパスを有する4つのダムの上下流で，河床環境および底生動物相の調査を行った．特に，排砂バイパス吐口の前後（上下流）で河床環境や底生動物相に大きな違いがあるのか，どういった環境項目あるいは生物種に違いがあるのかに注目した．また，対象とした4つのダムは，排砂バイパスの運用年数が異なる（0～92年）ことから，運用年数が長いダ

ムほど河床環境や底生動物相が本来（上流）の状態に近づいているのかということにも注目した．

2.

調査地と方法2.1

調査地

2014年5月から2014年8月にかけて，長野県小渋ダム（天竜川水系，国土交通省管理），奈良県旭ダム（熊野川水系，関西電力株式会社管理），スイスのSolisダム（Rhein川水系，Electric Power Company of
Zurich, ewz管理），同じくPfaffensprungダム（Reuss
川，Swiss Federal Railways, SBB管理，以降Pfaffenと略す）のそれぞれ上下流で調査行った（Fig. 1，Table
1にダムとトンネルの諸元を示す）．トンネルの運用年数は小渋では0年（2016年からの予定），Solisでは2年，旭では17年，Pfaffenでは96年であった．また，1年のうちのトンネル運用は，Solisでは数回（毎回1― 528 ―

日程度）であるのに対して，Pfaffenでは200日にも達した（点検時以外はほぼ常時通水）．また，トンネ
ルの呑口は貯水池の上流端にあるのが通常であるが，Solisでは貯水池の中間にあるのか特徴である．
各ダムにおいて2～4の調査地点を設定した（Fig.
2）．基本的にダム上流（UD）とダム下流のバイパ
ス吐口下流（DD2）の地点を設け，旭とSolisではさらにダム下流のダム堤体直下（DD1，バイパス吐口の上流）と支流合流の下流（DD3，吐口よりさらに下流）の地点も設けた．ダム上流は，ダムの影響のないレファレンスとして位置づけたが，スイスの2ダムでは発電に関わる別のダム・堰堤が上流に存在した．したがって，ダム上流とした地点も，ダムの影響はダム下流地点ほどではないが少なからずあったと考えられる．

2.2

調査内容

各調査地点において，1つの砂州を中心とした100～200mの調査区間を設定し，その中の数ラインで河道幅と河床勾配を計測した． 調査区間は瀬－急流部（早瀬，平瀬と呼ばれる地形）と淵－緩流部（淵，わんど，たまりと呼ばれる地形）に区分し，以下の項目についてそれぞれで調査した．

(1) 水質各地点において水温，pH，電気伝導度，濁度，溶
存酸素濃度等を多項目水質計（HORIBA社製U-53）で計測した．また，共立理化学研究所製パックテス
トを用いて無機態窒素，無機態リン，COD（化学的酸素要求量）を測定した．

(2) 河床材料
砂州の川縁に沿って巻尺を張り，5m間隔で河床Upstream of dam (UD)ダム上流

30cm×30cm以上の範囲をデジカメで撮影した（合計10枚以上の画像）．パソコン上で各画像に25の格子

Koshibu
Asahi
Solis
Pfaffen.

点を設け，格子点上の礫について長径と短径を測定し，その平均をその礫の粒径とした．10枚の画像があれば250の粒径値が得られ，それから粒度曲線を作

Sediment
Bypasstunnel成するとともに，D60（累積60%粒径）などの代表粒Dam reservoir
Downstream of dam (DD)
ダム下流径を算出した．基本的に瀬を中心に調べたが，連続Below dam (DD1)
堤体直下した淵が存在する場合は，淵の川縁についても粒径を調べた．

Below bypass out (DD2)
バイパス吐口下流

数mm以下の粒径になると，画像での判定が難しい．
そのため，31.5mm以下に相当する部分の粒度曲線については，現地で河床材料を採集しフルイ分けにより得られるデータを当てはめた．現地で，巻尺に沿Below tributary (DD3)
支流合流後って上・中・下流の3ヶ所で表層の砂礫を各600cc程
度採集した（5cm以上の礫は除く）．採集した砂礫は

Asahi
Solis
Koshibu
Asahi
Solis
Pfaffen.
Asahi
Solis
Pfaffen.

60℃で2日以上乾燥後に，10規格のフルイ（網目mm：

Fig. 2 Field survey sites for each dam (maps are from

0.063, 0.125, 0.25, 0.5,1, 2, 4, 8,16, 31.5）で分けて乾燥

Geospatial Information Authority Japan and Federal

重量を測定し，各粒径の割合を求めた．

Office of Topography swisstopo)― 529 ―

(3) 河床軟度

Table 2 Water quality of each site

河床の粒径やそのはまり具合によって，底生動物の棲みやすさの1指標である空隙の多さなどが異なる．一般に，細粒成分による礫間の充填が少ない河床は，空隙が多いため歩くと軟らかく感じる場合が多い．河床の軟らかさの指標として，シノ（針金作
業用の径1センチ，長さ30センチ程度の先がやや尖った金属棒）による河床貫入深の測定を行った．巻尺を張った上・中・下流の3ヶ所において，それぞれ10回以上シノを河床（礫と礫の間）に差し込み，潜り込む深さを記録し，その平均をその場所の河床軟度

Date
Temperature°C
pH
EC mS/cm
TurbidityNTU
DO %COD mg/L
NH4-N mg/L
NO3-N mg/L
PO 4-P mg/L

Koshibu
UD DD
24-25, Jul

Asahi
UD
DD
13, M ay

Solis
UD
DD
28, Aug

17.9 21.5
8.2
8.2
0.17 0.14

15 13.9-14.3 12.3 9.4-12.4 12.4 10.4-11.2
7 6.9-7.3
8.1
7.6-8.2
7.3 7.1-7.3
0.1
0.06
0.49 0.50-0.55 0.06
0.06

–
138
–
–

–
118
–
–

–
–

–
–

96 36-140
108 111-114
8
1-6
0.2
0.2-6
1
0.2-4
0.1
0.05

215
48-52
120 102-111
6
2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.05
0.05

PfaffensprungUD
DD
30, Aug

106 216-263
107 105-107
4
6
0.2
0.2
0.2
0.2
0.05
0.05

とした．

(4) 微生息場：マイクロハビタット
瀬や淵の中でも様々な底質環境が存在し，底質の異なる場所を微生息場（マイクロハビタット）として区別して扱う．川の中において，18種類の微生息
場（基盤岩，飛沫帯，ダム型リターパック，沈水根，モスマット，流倒木，浮石，はまり石，砂利，砂，
沈水植物，抽水植物，堆積型リターパック，泥，糸状藻マット，湧水，したたれ，植生被覆）について，その有無や相対量を目視で4段階（0：なし，1：若干ある，2：それなりにある，3：多い）で評価した．

(5) 底生動物
主に水生昆虫などの無脊椎動物の半定量採集を行った． Dフレームネット（開口部：50cm×50cm，網目：0.5mm）を用いて，10～20分×2人を努力量として，様々な微生息場で採集した．採集物はエタノー
ル99%で固定して持ち帰り，室内で底生動物をソーティングし，実体顕微鏡を用いて種を同定し個体数を計数した．なお，本研究ではミミズ類やユスリカ科など光学顕微鏡による同定を必要とする分類群の分析は行わなかった．また，半定量採集であるため，数に大きな差がない限り，実際に多さの違いがあるかは判断できない．そこで本研究では，各種について採集数を基に多さを4段階のレベルに区別し（0：
採集なし，1：1～9個体採集，2：10～99個体採集，3：100個体以上採集）分析に用いた．

すく，環境の違いが群集組成に現れやすい．また，
これら無脊椎動物の各種は，数ヶ月～数年の生活サ
イクルを有するため，調査したその時点だけではな
く，過去一定の期間の環境が群集組成に反映する．
環境に対する応答を確認するため，各種について摂食型（刈取食者，収集食者，ろ過食者，破砕食者，捕食者）など機能群の分類を行った（竹門，2005）．
本研究では底生動物群集の指標として，よく用いられる全出現種数（分類群数）のほかに，生活型と瀬淵選好性の分類に基づく群集組成値を算出した．
生活型は行動に関わる分類である（遊泳型，滑行型，
匍匐型，掘潜型，固着型，造網型など）．この中でも特に粗粒化の影響を受けると考えられる滑行型と造網型に注目した（波多野ら，2005）．造網型は河床材料に網を張って定住するシマトビケラ科やヒゲ
ナガカワトビケラ科の種で，粗粒化などにより安定した河床を好む．滑行型は石の上下面を滑るように移動するヒラタカゲロウ科やフタバコカゲロウ属の種で，石が適度に撹乱を受け，表面に藻類マットが発達せず，また石裏に空隙の多い河床を好む．本研

造網-滑行指数 = 造網型/（造網型+滑行型）

出した．粗礫化が進んでいる地点ほど掃流力に対する河床粒径が大きくなっているため，無次元掃流力は低くなることが想定される．
(1)

ここで，Hmは平均年最大流量時のマニング水深（m），
Ibは河床勾配（m/m），sは河床材料の水中比重（1.65）(2) 底生動物群集組成

富で，その場の物理環境や微生息場の影響を受けやの多さを評価した．

河床の粗礫化の指標として無次元掃流力（τ*）を算である．

虫などの無脊椎動物は魚類に比べて，数も種数も豊

究では，造網-滑行指数として滑行型に対する造網型

2.3 河床や群集の指標の計算(1) 無次元掃流力

τ* = HmIb / sD60

底生動物には様々な種が存在し，種によって異なる水質や底質，流れの環境に適応している．水生昆(2)

粗粒化によって河床の粗度が大きくなることで，河床底面近くの流速が小さくなり，流れを好む底生動物に対して淀みを好む底生動物が生息しやすくなることが考えられる．本研究で分析した種全てについて，瀬と淵のどちらを選好するかを本調査結果を基に区別した．すなわち，全ての地点における多さの合計値が瀬の方が大きい場合は流水性，淵の方が大きい場合は止水性，瀬と淵の多さが同点の場合は無選好（ジェネラリスト）と機械的に区別した．そ― 530 ―

100

して，止水-流水指数として流水性に対する止水性の多さを評価した．
止水-流水指数 = 止水性/（止水性+流水性）

Koshibu

80

(3)

3.

結果

3.1

水温と水質

20
0

の通常をどれくらい表しているかは不明である．た100

だ，各ダムにおいて同一日に計測しているため（小渋だけ計測が2日に分かれた），違いがある場合はあ12）．水温は旭では14℃前後（5（それぞれ8月28日，30日）．

河床粒径と河床軟度

小渋においては，瀬の粒度曲線におけるD50はダム
上流（42mm）よりもバイパス下流（84mm）で大き

10

100

10

100

RiffleUD
DD3

40
Cumulative percentage (%)

月下旬に行ったSolisとPfaffenでは11℃前後であった

100

Asahi

60

いても上下流で水温や水質項目に大きな違いは見ら
月13日），小渋では18℃前後（7月24日，25日），81080

る程度判断ができる．結果としては，どのダムにお

3.2

Pool

40

水温と水質は，1時点の計測であるため，その場所れなかった（Table

Riffle

UD
DD2

60

20
0
100
80
60

1

Solis
UD
DD2
DD3

RifflePoolく，バイパス下流では特に砂や砂利（16mm以下の成40分）が少なかった（Fig. 3，Table 3）．ダム上流に比べてバイパス下流で粒径のばらつきの指標である粒20

度係数GRが小さいことも（Table 3），後者で粗い粒径に偏っていることを示している．バイパス下流に0

おける淵のD50はさらに大きかったが，砂利から細か

100

い礫の成分（2-40mm）は瀬よりやや多い傾向にあっ1

Pfaffensprung

80

た．一方，ダム上流では淵は瀬と同等のD50であった
がGRは小さかった．旭においては，D50 はダム上流

60（75mm）よりダム下流の支流合流後（51mm）でやや小さかった（Fig. 3）．旭でパイパス下流にあたる

40地点（DD2）で粒径分布は調べていないが，調査時

20

UD
DD2
DD3

RifflePoolに見た限りでは，大きな岩が散在するものの，その0間を埋める河床材料は支流合流後の地点と大きな違1

いはなかった．Solisでは，D50 はダム上流（50mm）
よりもバイパス下流（71mm）で大きく，後者では特のD50 （45mm）はダム上流に近かった．Solisのダム

Table 3 Bed characteristics of riffle each site

上流の淵では2-5mmの砂利の成分が多いのが特徴である．Pfaffenでは，D50 はダム上流（98mm）よりも（103mm）はダム上流に近かった．Pfaffenのバイパ
ス下流の淵では，5mm以下の砂利とともに10-40mmの小礫の成分が多いのが特徴である．SolisやPfaffen
では，ダム上流に比べてバイパス下流でGRが小さく，

100

Fig. 3 Grain size distribution of bed surfaceに砂（1mm）以下の成分が少なかった．支流合流後

バ イ パ ス 下 流 （ 130mm ） で 大 き く ， 支 流 合 流 後10Grain size (mm)D 16

Koshibu
UD DD2
2.2 16.8

D 50 42.2 84.0
D 60 57.3 100.1

Asahi
UD DD320.9 11.6

UD
7.8

Solis
DD2 DD3
27.2 6.4

Pfaffensprung
UD DD2 DD3
6.7 25.5 32.5

74.7
85.8

50.3 71.4 44.5
71.4 94.9 61.1

98.3 130.3 103.7
132.3 177.5 145.7

50.9
63.4

D 84 119.3 167.6 130.0 105.0 126.3 173.2 132.3 238.2 288.6 230.4
GR 11.0 3.5
2.7
3.2
4.5
2.5
5.0
8.6 3.7 2.7
size in mm, GR = (D 84/D 50+D 50/D 16)/2

粗い粒径に分布が偏っていることを示している．一般に，1つの砂州の中でも下流側よりも上流側で粒径が細かい傾向にあり，旭とPfaffenの各地点でそうした傾向がみられた（図表はなし）．
各地点の粒径は，ダムとの位置関係以外にも，河― 531 ―

10

UD DD2 or3
Asahi
Koshibu
Solis
Pfaffenspr

DD sites inother dams Japan

Koshibu

Asahi

8
sd

6

50

10
8
6
4

0

1

2

3

4

5

Bed softness (cm)Grain size D60 (cm)430Channel slope (%)

2
0

123
UD

123
DD2

10

123
UD

Solis

123
DD3

Pfaffensprung

8
6

Fig. 4 Relationship between channel slope and D6042床勾配などの河道特性の影響を受ける．一般に河床勾配とともに代表粒径は大きくなる．他のダム下流0のデータ（波多野ら，2005）を合わせ，代表粒径（D60）を河床勾配に対してプロットすると，ダム上流地点の間では河床勾配とともに粒径が大きくなる傾向がみられた（Fig. 4）．旭とPfaffenのバイパス下流地点
はダム上流の領域の中にプロットされた．一方，ダ

123
UD

123
DD2

123
DD3

Site

123
UD

123
DD2

123
DD3

Fig. 5 Bed softness (mean±sd) of each site (1, 2, 3 areupper, middle, lower part within riffles)

ム下流の地点においては，河床勾配と粒径の間に明UD DD2 or3
Asahi
Koshibu
Solis
Pfaffenspr

瞭な関係はなく，また同程度の河床勾配においてダム上流よりダ ム下 流で 粒径 が大 きか った ．小渋とSolisのバイパス下流の地点は他のダム下流の領域にとが示された．Pfaffenではダム上流よりもバイパス
下流の粒径が大きかったが，この違いは河床勾配に関係するものであった．
河床軟度は，Solisを除く3つのダムでは，各地点において砂州の上流側で最も大きい傾向にあった（Fig.
5）．こうした砂州の中の位置による違いや，各位置

Bed softness (cm)

プロットされ，河床勾配を踏まえて粒径が大きいこにおけるばらつきのため，小渋やSolisではダム上流が，日本の地点ではそうした関係はなく，さらに，スイスの同定度の河床粒径の地点に比べて河床軟度が小さかった（Fig. 6）．

3.3

微生息場（マイクロハビタット）

8

10

12

14

16

18

Fig. 6 Relationship between D60 and bed softness

た（Fig. 5）．小渋や旭では河床軟度の平均が4cmをうな河床粒径と河床軟度の間の負の関係が見られた

6

Grain size D60 (cm)

上流よりもダム下流で河床軟度が小さい傾向にあっ

くなると予想される．スイスの地点の間ではそのよ

2

4

Pfaffenでは，砂州の中の異なる位置を通して，ダム

伺える．一般に，河床粒径とともに河床軟度は小さ40と下流による 明瞭 な違 いは 見ら れな かっ た．旭と下回る場合が多く，全体的に河床が硬かったことが6

小渋においては，微生息場の豊富さ（出現したタ
イプの数）は，ダム上流（瀬：6，淵：6）よりもバ
イパス下流（瀬：8，淵：8）で高かった（Fig. 7）．
ダム上流における各微生息タイプの相対的な出現頻
度と，ダム上流に対するダム下流のその差分に基づき，各ダムにおける微生息場構成の傾向を示す（Fig.
8）．全体的な差分の大きさからダム上流と下流の違いの程度が，差分の符号からダム上流に対して下流で多い・少ない微生息場タイプが判断できる．小渋― 532 ―

Microhabitat richness

RifflePool

12 Koshibu

12

10

10

10

10

8

8

8

8

6

6

6

6

UD

DD2

12

Asahi

UD

DD1

DD2

12

Solis

UD

DD3

DD1

DD2

DD3

Pfaffensprung

UD

DD2

DD3

Site

3
2
1
0

A B C D E F G H I J K L MN O P Q R

DD2

UD

Riffle PoolA B C D E F G H I J K L MN O P Q R

Asahi
UD

2
0
‐2
3

DD1

DD2

0
2

DD3
A B C D E F G H I J K L MN O P Q R

DD2

DD3

0

A B C D E F G H I J K L MN O P Q R

A B C D E F G H I J K L MN O P Q R

‐3
3

DD1

0

A B C D E F G H I J K L MN O P Q R

0Difference(DD‐UD)

Solis

3

3

0
‐2

Relative
abundance

UD

3
2
1
0

Difference(DD‐UD)

Relative
abundance

2
0‐2

Koshibu

Relative
abundance

3
2
1
0

3
2
1
0

PfaffensprungUD
A B C D E F G H I J K L MN O P Q R

1
0
‐1

DD2

1
0
‐2

DD3

Difference(DD‐UD)

Difference Relative
abundance(DD‐UD)

Fig. 7 Microhabitat richness in riffles and pools at each site

Microhabitat type
A. Splash zone 飛沫帯
B. Litter pack リタ－パック
C. Bedrock
基盤岩
D. Tree root
沈水根
E. Moss‐mat
モスマット
F. Wood
流倒木
G. Cobbles
浮石
H. Cobbles
はまり石(embed)I. Gravel
砂利
J. Sand砂
K. Emerge plant 沈水植物
L. Submerge
抽水植物
plant
M. Litter pack リタ－パック(deposited)‐堆積型
N. Mud泥
O. Filament
糸状藻マットalgae
P. Spring
湧水
Q. Seepage
したたれ
R. Plant cover 植生被覆

A B C D E F G H I J K L MN O P Q R

Microhabitat typeFig. 8 Relative abundance of microhabitat in pools and riffles for UD andthe difference in the relative abundance between UD and DD
において，ダム上流に比べてダム下流では，基盤岩，

比べてダム下流の特に堤体直下で低くかったが，淵モスマット，泥，糸状藻マットが多い一方で，砂利の微生息場の豊富さは，ダム上流よりもダム下流の3や砂は少なかった（Fig. 8）．

地点で高かった．ダム上流に比べてバイパス下流や旭では，どの地点でも瀬に比べて淵で微生息場の支流合流後では，飛沫帯，リターパック，基盤岩，

豊富さが高かった．微生息場の豊富さは堤体直下でモスマットが多く，砂たリターパック－堆積型が少最も低く（瀬：5，淵：6），ダム上流とパイパス下なかった．

流は同程度であった（瀬：8，淵：10-11）（Fig. 7）．

Pfaffenでは，瀬と淵の両方で微生息場の豊富さは，ダム上流と堤体直下では微生息場構成も大きく異な

バイパス下流や支流合流後よりダム上流で高かった．

った（Fig. 8）．ダム上流に比べて堤体直下とパイパ

しかし，他のダムに比べるとダム上流と下流によるス下流では，糸状藻マットやモスマット（瀬）が多微生息場の構成の違いは小さかった．

い一方，砂利，砂，流倒木，堆積型リターパック，
泥が少なかった．

全ダムを通して，ダム上流よりもバイパス下流で微生息場の豊富さが低いという一般性は見られなか

Solisでは，瀬の微生息場の豊富さは，ダム上流にった．ただし，瀬の微生息場の豊富さは，堤体直下― 533 ―

で最も低く，バイパス下流でダム上流と同程度になて底生動物，特にカゲロウとトビケラの出現種数がる傾向にあった．また，ダム上流に比べてバイパス

少なく（Fig. 9），日本ではダム下流に特徴的である

下流では，基盤岩，飛沫帯，モスマット，泥，糸状造網型のトビケラ種は全く出現しなかった．Solisに藻マットなどが多い一方，砂利や砂は少なく，特において，瀬の出現種数は堤体直下で最大で，ダム上バイパス運用年数のない・小さい小渋とSolisでその流とバイパス下流は同程度であったが，淵の出現種

傾向は強かった．

数はダム上流よりも堤体直下で低く，バイパス直下
ではさらに低かった（Fig. 9）．ダム上流に比べて堤3.4

底生動物群集体直下では，刈取食者とろ過食者が少なくて破砕食

小渋において，瀬の全出現種数はダム上流よりも者や収集食者が多く，流水性が少なくて止水性が多バイパス下流で多かったが，淵の出現種数は後者でかった（Fig. 10）．ここで，ろ過食者は主にブユ科，

やや少なかった（Fig. 9）．また，瀬と淵の両方で，刈取食者は主にコカゲロウ科の種であった．堰堤直後者の地点ではカワゲラの出現種数が少なくトビケ

下のみに出現した種の多くはマルハナノミ科，マルラの出現種数が多かった．地点間での種組成の違い

ガムシ科，エグリトビケラ科，カクツツトビケラ科

は，摂食機能群，生活型，瀬淵選好性のそれぞれにの種など止水性であった．一方，パイパス下流ではおける組成（Fig. 10）に表れている．ダム上流地点

ダム上流に比較的類似した組成が見られたが，淵のに比べてバイパス下流では，ろ過食者や収集食者が群集においてはダム上流に比べて刈取食者と破砕食多い一方で刈取食者が少なく，また造網型や掘潜型

者が少なくて収集食者が多く，滑行型が少なくて匍が多くて匍匐型が少なかった．ダム上流よりもバイ

匐型と掘潜型が多く，流水性が少なくて止水性が多パス下流で多かった代表的な種として挙げられるヒ

かった．

ゲナガカワトビケラ，ナミコガタシマトビケラ，ウPfaffenにおいて，瀬の出現種数は，ダム上流，パルマーシマトビケラ，ナカハラシマトビケラはろ過

イパス下流，支流合流後の間で大きな違いはなく食者で造網型である．また，滑行型の割合に大きな（12-13種），淵の出現種数はダム上流（14種）に比違いはなかったが，ダム上流ではヒメヒラタカゲロ

べてパイパス下流（11種）でやや少なかった（Fig. 9）．

ウ属であるのに対して，バイパス下流ではシロタニ

瀬において，ダム上流に比べてバイパス下流と支流

ガワカゲロウが多いなど種構成に違いがあった．前合流後で刈取食者が少なくて破砕食者が多く，携巣者は流水性で後者は止水性であり，この違いは瀬淵型や滑行型が少なくて匍匐型や掘潜型が多かったが，選好性の違いとして表れた（Fig. 10）．

瀬淵選好性の組成は類似していた．

旭において，瀬の出現種数は，ダム上流に比べて全ダムを通して，瀬と淵のいずれにおいても出現

堤体直下で極端に少なく，バイパス下流と支流合流

種数においては，ダム上流とダム下流（堤体直下，後はダム上流よりも多かった（Fig. 9）．一方，淵のバイパス下流）の間に共通した傾向は見られなかっ出現種数は，ダム上流，堤体直下，バイパス下流でた．しかし，瀬の群集組成についてはいくつかの共大きな違いはなかった．瀬と淵の両方で，ダム上流通点が見られた．日本のダムにおいては，ダムの影にから堤体直下へはカゲロウやカワゲラの種が減っ

響の強い旭ダムの堤体直下や小渋ダム（パイパス運てトビケラの種が増え，堤体直下からバイパス下流

用前）のパイパス下流では，生活型組成において滑へは逆の変化があった．ダム上流に比べて堤体直下行型が少なくて造網型が多かった．また，日本とス

ではろ過食者が多くて刈取食者が少なく，造網型がイスのダムにおいて，ダムの影響の強い地点（堤体

多くて滑行型や匍匐型が少なく，また止水性が多く

直下やバイパス運用年数の短いダムのバイパス下

流水性が少なかった（Fig. 10）．堤体直下のみに出流）では，瀬淵選好性の組成において流水性が少な

現した種のうち，ヒゲナガカワトビケラ，ウルマー

くて止水性が多く，摂食型の組成において刈取食者

シマトビケラ，ナミコガタシマトビケラはろ過食者

が少なくて収集食者が多かった．

で造網型の種で，シロタニガワカゲロウは滑行型で止水性の種である．これに対して，バイパス下流の3.5

河床粗粒化と底生動物群集

摂食群，生活型，瀬淵選好性の組成はダム上流に類河床の粗流下の指標として算出した各地点の無次似しており，共通の出現種も多かった．また，ダム

元掃流力と底生動物群集組成の関係の有無を確かめ

下流（堤体直下，バイパス下流，支流合流後）ではた．群集組成として，ダムの影響が現れているもの

カワニナ，モンカゲロウ，チラカゲロウ，フタツメ

として，生活型における滑行型に対する造網型の多カワゲラ属，ムナグロナガレトビケラなど，一般にさを表した造網-滑行指数を用いた．本研究のデータ

平地流に多いとされる種が出現した．

に（造網型の底生動物がほとんどいないスイスは除調査地点を通して全体的にスイスでは日本に比べく），波多野ら（2005）のデータを加えたところ，― 534 ―

Taxonomic richness

40
30
20
10
0

Mayflyカゲロウ
Stonefly カワゲラ
Caddisfly トビケラ
Other taxa
Asahi
Solis
Pfaffensprung
40
40
40
30
30
30
20
20
20
10
10
10
0
0
0
UD DD1 DD2 DD3
UD DD1 DD2 DD3UD
DD2 DD3
40
40
40
30
30
30
20
20
20
10
10
10
0
0
0
UD DD1 DD2 DD3
UD DD1 DD2 DD3UD
DD2 DD3

Koshibu

40
30
20
10
0

UD

DD2

UD

DD2

Site

Fig. 9 Taxonomic richness at each site (upper: riffle, lower: pool)Life typeFeeding group

Koshibu

Proportion

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

Flow typeNet‐spinner 造網型
Case
携巣型
Swimmer 遊泳型
Glider
滑行型
Clinger
匍匐型
Burrower 掘潜型
Other

Scraper 刈取食Shredder 破砕食
Gatherer 収集食
Filterer ろ過食
Predator 捕食
OthersAsahi

Lotic species 流水型
Generalist 無選好
Lentic species止水型

Solis

Pfaffensprung

UD

DD2

UD

DD1

DD2 DD3UD

DD1

DD2 DD3UD

DD2 DD3

UD

DD2

UD

DD1

DD2 DD3UD

DD1

DD2 DD3UD

DD2 DD3

UD

DD2

UD

DD1

DD2 DD3UD

DD1

DD2 DD3UD

DD2 DD3

Site

Fig. 10 Community structure of benthic invertebrates at each site (upper: riffle, lower: pool)
無次元掃流力と造網-滑行指数は負の関係にあるこ

造網-滑行指数が低く，無次元掃流力が0.1以上のダムとが示された（Fig. 11）；無次元掃流力が0.1以下の上流地点やバイパス運用年数の長い旭ダムのバイパ

ダム下流地点やバイパス運用前の小渋ダム下流ではス下流地点では造網-滑行指数が高かった．

― 535 ―

同様に，無次元掃流力と止水-流水指数（瀬淵選好UD DD2 or3
DD sites inAsahi
other dams Japan
Koshibu
Solis
Pfaffensprung

性における流水性に対する止水性の多さ）の関係を確かめた．日本に加えてスイスの地点でも瀬淵選好
性を区別しているためこの分析に加えられたが，既1

えることはできなかった．無次元掃流力と止水-流水
指数にも負の関係があることが示された（Fig. 11）；
無次元掃流力が0.1以下のバイパス運用年数の短い
または運用前の小渋とSolisのバイパス下流では止水-流水指数が高いのに対して，無次元掃流力が0.1を超えるバイパス運用が長い旭とPfaffenのバイパス下流

Relative abundance of
net‐spinners vs gliders

存研究では瀬淵選好性は明らかでないので分析に加

4.1

河床環境に対するバイパスの効果

ダム下流で粗粒化した河床は，排砂バイパスの導入によって細粒分が増え，河床粒径が上流に近づいていることが本研究より示された．まず，バイパスの運用が17年の旭ダムでは，バイパス吐口の前後で河床粒径が大きく異なった（微生息場の結果に基づ

0.2

0.1

1

0.1

1

小渋や運用数年のSolisでは，河床粒径はそれぞれのダム上流より大きく，典型的なダム下流の河床粒径を持つことが示された．
河床軟度においては，バイパスの効果を示す結果は見られなかった．河床粒径が小さくなると，河床軟度が大きくなることが期待される．そうはなっていなかった理由として，山地渓流であるため基本的に粒径が大きく全体的に河床が固い，細かすぎる粒
径が礫間に詰まり軟らかくなることの効果が相殺される，各地点における撹乱履歴の違いによって空間的なパターンが見えづらくなっている，などが考えられる．河床軟度については，調査頻度を増やして検証していく必要がある．
堤体直下からバイパス下流へと砂利や砂の成分が河床に増えることで，特に瀬における微生息場多様性は増加することが示された．また，バイパスの運
用年数が小さい小渋やSolisで，バイパス下流におけるモスマット，泥，糸状藻マットなど有機質の微生息場が多くみられた．これは河床粒径が大きいために礫が動かないこと（安定していること），また止水的な環境が川底や川縁にできやすいことに関係していると考えられる．

0.2

0.1

Dimensionless shear stress (τ*)

点から，バイパス運用の長い旭とPfaffenでは河床粒径がダム上流と類似するものであったが，運用前の

0.3

0
0.01

く）．また，河床勾配との関係や無次元掃流力の観

4.2

0.4

0.4

Relative abundance ofpool vs riffle specialist

考察

0.6

0
0.01

では止水-流水指数が低かった．

4.

0.8

Fig. 11 Relationship between dimensionless bed shear
stress and community index (upper: net spinner-glider
index, lower: lentic-lotic index)
離的にはわずか数10mしか離れていないが，瀬の出
現種数が格段に増加した．これは砂利，砂，礫がバ
イパスから供給されたことによる微生息場多様性の増加したことが大きく関わると考えられる．一方，Solisでこうした傾向が見られなかったのは，堤体直下において砂や砂利が多く存在し，底生動物に重要な微生息場が消失していないためと考えられる．堤体直下で砂や砂利が多いのは，ダム堤体の底吐からの供給が多少あるためかもしれない．
バイパス運用年数の長い旭やPfaffenでは，バイパ
ス下流の群集組成はダム上流に類似したものであった．日本においては，既存データを含めて無次元掃流力と造網-滑行指数の間に負の関係が認められ，ダム上流と旭ダムのバイパス下流地点では，無次元掃流力が大きく，造網-滑行指数は小さかった．無次元
掃流力が大きい河床では，表面の石が出水によって動かされる頻度が大きく，定住生活を好む造網型のトビケラ類にとっては不都合となる．一方．石がよく動く分，付着藻類の成長が抑えられるとともに河床に空隙も多く，石の表面を滑りながら動く滑行型のカゲロウ類にとっては好都合と考えられる．また，バイパスに対する底生動物群集の応答

旭においては，堤体直下からバイパス下流へ，距

日本とスイスのダムを通して，無次元掃流力と止水-― 536 ―

Fig. 12 Expected changes of bed environment by sediment bypass operation

流水指数は負の関係にあり，ダム上流とバイパス運れる．例えば，供給土砂が細かすぎると出水時に供用の長い旭とPfaffenのバイパス下流では，止水-流水

給されても留まらずに洗い流され，河床が土砂で埋指数が低かった．これは，無次元掃流力が低い河床められていく効果はあまり期待できないかもしれな

は，河床の粗度が大きいために止水的な環境が川底

い．今後こうしたバイパスの供給土砂特性と環境へや川縁にできやすいため止水性の種が生息可能となの効果の関係を検証していく必要がある．

るが，無次元掃流力の増加と共にこうした環境が減少するためと考えられる．

排砂バイパスは土砂還元事業の1つの手法として捉えることができる．様々な土砂還元事業の手法の中で，環境改善効果における排砂バイパスの位置づ

4.3

バイパス導入で期待される生態系変化

けを模式的に表したのがFig. 13になる．ダム下流の以上より，あるダムにおいて排砂バイパスの導入

環境問題において，各手法においてどの問題点につによってダム下流に砂，砂利，礫が供給されるよういて解決できるかを縦軸に沿って示している．置土になれば，粗粒化していた河床が徐々に埋められてにおける土砂還元は量的にも質的にも環境への効果

いき，川底や川縁などにおける止水的環境が減少し，は限定的，一時的である．置土に対して排砂バイパ

さらに河床の表面の礫の移動が頻繁になることで，スはより多くの効果を期待できる．排砂ゲートの設

もともとの河 床に 近づ いて いく こと が期 待される

置によるフラッシングやスルーシング，さらに流水（Fig. 12）．こうした変化によって，砂や砂利など型ダムの設置は，土砂の量的に環境に対して更なるの微生息場が増え，モスマット，泥，糸状藻マット効果が期待される．生態系に対しては土砂とともにといった有機質的な微生息場が減り，底生動物にお流況や水質をどう改善していくかも重要である．土

いては滑行型が増えて造網型が減り，また流水型が砂還元の各手法において流況や水質のどういった問

増えて止水型が減ることが考えられる．さらに，土題の改善が期待されるかをFig. 13の横軸に沿って示砂が増えて砂州が発達すれば，砂州による有機物捕してある．排砂バイパストンネルを平水時にも利用

捉機能も高まり，水質浄化機能が高まることでまたできれば，清水バイパスとなり，水質改善の効果も群集が変わる可能性もある．バイパス運用前の小渋期待される．各手法の効果についてはまだまだ不明と運用数年のSolisでは今後ダム下流でこうした変化

な点が多いが，こうした整理によって河床粗粒化のが予想される．

問題に応じてどういった土砂還元策が有効であるか

バイパスの導入によって河床や生物群集がどういを考えていくことが重要である．

った速度で変わっていくかは，各ダムにおいて今後
モニタリングを継続して明らかにしていく必要があ

5.

まとめ

る．また，バイパスの導入によってダム下流に土砂供給が復活しても，供給される土砂の粒径によっても，その生態系に対する効果は異なることが考えら

ダム下流では河床の深掘れや粗粒化が生じる結果，環境が単調化し本来の生物相が失われやすい．排砂― 537 ―

Practices on outlet flow and water
放流水の操作(水質・流況の回復)

Practices on sediment transport
土砂の操作(粗粒化の解消)

No practice
対策なし（＝ダム湖水）

Flow bypass
清水バイパス（＝上流河川水）

No impoundment
通水（＝上流河川水+無制御）

－
－
－
－

No practice
対策なし

①②③④⑤

①②⑤

e.g. Koshibu

e.g. Hattabaru

Injection,
Augmentation
置土

①②③④⑤

Sediment bypass
バイパスe.g., Nunome, Muroo, Futase

①②⑤

②③④⑤

②⑤

e.g. Pfaffen

e.g. Asahi

②③④⑤

②⑤

(限定された粒径)

Flushing
排砂(全粒径)e.g. Dashidaira‐Unazuki

Flood‐mitigation dam
流水型ダムによる通砂Dam removal
ダム撤去による通砂－－Expected environmental issues below dams
① Bed armouring 底質粗粒化② Rich POM supply 粒状有機物流下③ Anoxic bed interstice 還元的河床間隙④ Turbid water 水質環境変化⑤ Algal‐mat development 付着層発達

e.g. Masudagawa－

Unregulated rivers

Fig. 13 Practices on outflow and sediment for restoration below dam and remaining environmental issues

バイパスの導入によって土砂供給が増えれば，そう径，微生息場や底生動物群集の構造がダム上流に近したダム下流の環境が改善することが期待される．

いことから，バイパスの運用から十分な時間が経てこのことを確かめるため，本研究では日本とスイス

ば河床環境や底生動物群集が元の姿に近づくことがの排砂バイパストンネルを有する4つのダム（小渋，示唆された． 今後モニタリングを続け，土砂供給に

旭，Solis，Pfaffensprung）において，上流と下流で河よる回復のプロセス，回復の速度，供給土砂の量や床環境と底生動物群集の調査を行った．

粒径との関係について明きあらかにしていく必要が排砂バイパスの運用年数の短い小渋とSolisのダムある．

下流では，まだ河床粒径が回復しておらず，河床勾

謝

配－粒径の関係や無次元掃流力の観点から，粗粒化辞

していることが示された．一方，バイパスの運用年数が長い旭とPfaffensprungのダム下流では，河床粒径

本研究はJSPS科研費 2657304（研究代表者：角哲

はダム上流地点と類似しており粗粒化は認められな也）および国土交通省河川砂防技術研究開発公募地

かった．旭ダムでは，パイパス吐口の上流では以前

域課題分野（河川）（研究代表者：角哲也）の助成

粗粒化していることが微生息場調査より確認された．

を受けた．また，国内の調査について，関西電力㈱微生息場構造においては，ダム上流に比べてダム

および国土交通省中部地方整備局天竜川ダム統合管

下流では，基盤岩，飛沫帯，モスマット，泥，糸状理事務所，スイスの現地調査について，スイス連邦

藻マットの多さのレベルが高い一方，砂利や砂のレ

工科大学水理・水文・氷河学研究所（ETH-VAW）おベルは低い傾向にあり，特にバイパス運用年数の小よびスイス連邦水環境研究所（EAWAG）の協力を得

さい小渋とSolisでその傾向が強かった．

た．ここに記して謝意を表する．

底生動物群集においては，パイパス運用の短い小参考文献

渋とSolisでは，ダム上流に比べてダム下流では，滑行型カゲロウが少なくて造網型トビケラが多く，流水性が少なくて止水性が多く，刈取食者が少なくて

遠藤希実・天野邦彦・原野崇・伊藤嘉奈子（2012）：

収集食者が多かった．一方，バイパス運用年数の長

ダム上下流における河床材料の縦断分布と変化パ

い旭とPfaffensprungの群集組成はダム上流の群集とターンに関する分析，土木学会論文集B1（水工学），

類似してものであった．造網-滑行指数（造網型に対Vol.68，No.4，pp. 769-774.

する滑行型の多さ）や止水-流水指数（流水型に対す

長田健吾・福田朝生・山下克己・福岡捷二（2012）：

る止水型の多さ）を算出し，各地点の無次元掃流力

旭ダム排砂バイパストンネルによる石礫の排出機との関係について考察した．

構および下流河道の瀬淵の回復，土木学会論文集

バイパス運用の長いダムでは，ダム下流の河床粒B1(水工学)，Vol. 68，No. 4，pp. 1105-1110.

― 538 ―

国土交通省国土技術政策総合研究所（2008）: 日本

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