土木学会論文集B1(水工学)Vol.72, No.4,60
I̲439-I̲444,
水工学論文集,第巻,2016 年2016.
2月

天竜川における副流路の湧水環境創出によるアユ産卵床の造成実験
RESTORATION OF UPWELLING-ZONE IN A SECONDARY CHANNEL FOR CREATINGSPAWNING REDDS OF AYU-FISH IN THE TENRYU RIVER

泉公祐 1・竹門康弘 2・兵藤誠 3・喜多村雄一 4・角哲也 5
Kousuke IZUMI, Yasuhiro TAKEMON, Makoto HYODO, Yuuichi KITAMURA and Tetsuya SUMI
１

学生会員 京都大学 防災研究所水資源環境研究センター (〒611-0011 京都府宇治市五ヶ庄)
理博 京都大学准教授 防災研究所水資源環境研究センター (〒611-0011 京都府宇治市五ヶ庄)
3 正会員 博士(工) 京都大学
防災研究所水資源環境研究センター (〒611-0011 京都府宇治市五ヶ庄)
4 正会員
博士(工) 電源開発㈱水力発電部 (〒104-8165 東京都中央区銀座六丁目 15 番 1 号)
5 正会員 博士(工)京都大学教授 防災研究所水資源環境研究センター (〒611-0011 京都府宇治市五ヶ庄)
2 正会員

Spawning redds of Ayu fish (Plecoglossus altivelis) have been degraded by decrease in sediment supply
and increase in turbidity derived from reservoir sedimentation in the lower reaches of the Tenryu River,Japan. In order to restore the riverbed for their suitable spawning redds, both newly deposited gravel
riverbed and clear water flow are required. We conducted a series of habitat surveys in the two reaches ofthe Tenryu River to seek the spawning redds and suitable physical conditions. Then, we found the spawning
redds of the fish in the upwelling-zones of hyporheic water in the secondary channels. Based on the results
we conducted a sediment replenishment work in the secondary channel to create a new riffle and upwellingzone of hyporheic water. The work resulted in successful creation of upwelling zone but it lasted only amonth and amount of hyporheic discharge decreased within three month. Results of the work also indicatedthat effective distance from the sediment replenishment site to the target riffle is very short less than 100m.
Key Words : Ayu fish, riverbed softness, turbidity, sediment replenishment, spring water

1. はじめに天竜川は，急峻な地形と脆弱な地質のために，豪雨や洪水により大量の土砂が流出する．天竜川には15 のダムが存在するが，上流から多量の土砂供給があるため堆砂が進行している．堆砂は，ダム湖の貯水容量を低下させ，ダムの土砂捕捉効果による海岸線の後退，下流の河床低下や濁水の長期化など下流河川環境にも様々な影響を及ぼす．濁水長期化が起
こると，アユの餌である付着藻類の上にシルトが堆積し，アユが十分に餌を食べることができなくなってしまう．天竜川はアユの名産地であるが，近年漁獲量は長期的に減少傾向にあり，天然アユをいかに増加させるかが課題となっている 1)．
ダム貯水池内に堆積した土砂を下流に還元する手法として，近年各地で様々な規模で置き土が実施されつつある 2)．しかし，広域の河床地形に影響するほどの土砂量を置いた事例はまだ少ないため，下流河川環境改善のための適切な置き土量や置き土位置についての知見は不足しているのが現状である．一方，各地の河川で漁業協同組合等がアユ産卵床の造成事業として，河床耕耘や置き土の対策を実施しているが，産卵期の直前に産卵場となる場所に直接置き土する方法に限られており，一度増水すると流されて効果が持続しない課題がある．
ここで，アユの産卵床条件として，10～40cm/s 程度の流速，10～100cm 程度の水深などに加えて，浅瀬で 2～5cm の粒径の礫が浮き石状に軟らかく堆積した状態が必要であるとされている 3),4)．また，天竜川河口から 25km の区間においては，砂州下流部に土砂堆積が生じやすく浮石状に軟らかく堆積した地形ができやすいこと 5)，副流路に好適な産卵環境ができやすいこと 6)，１つの瀬の中では溶存酸素濃度が高い瀬頭が好適な産卵床となりやすいこと 7)，河床軟度の高い瀬は 4,000 ㎥/s 程度の中規模以上の洪水で形成され，2,000 ㎥/s 程度の小規模洪水では固化すること 8)が知られている．
そこで本研究では，洪水による地形変化が生じやすく，礫床河川である天竜川を対象として，現地調査による河床環境の現状の分析を行った．また，現

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2012.12撮影

船明ダム

鹿島橋
塩見大橋

飛龍大橋

鹿島(水位流量観測所)

調査範囲

第2東名高速道
路

浜北大橋

調査範囲

鉄塔

図-2 調査地点ハビタット名（2013 年 10 月 3 日）

かささぎ大橋
東名高速道路新天竜川
橋国道1号
JR東海道本線：インターバル撮影機能付デジタルカメラの撮影範囲：アユ産卵床及び卵の確認箇所（2箇所）

図-1 天竜川研究対象範囲状の河床環境を改善するために，置き土によるアユに好適な産卵床の創出法の検討を行い，現地で実施した．

測に時間を要し，多くの地点を計測することは困難である．シノとは，長さ 30cm 程度の先のとがった鉄の棒に目盛りを刻んだものであり，河床に一定の力で 5 回突き刺し，平均値をその貫入深(cm)として記録するものである．簡便な方法であり，複数の地点を計測することが可能である．産卵床の調査では，多地点の情報から面的に河床軟度の分布を求めることが重要であることと，シノと長谷川式土壌貫入計による河床軟度の調査結果には，高い相関（R2=0.749）があることが示されていることから 1)，シノによる簡易な計測の有効性が示されている．

2. アユ産卵床の現状確認調査方法
本研究は，既往研究 1),6)で好適なアユ産卵床としてのポテンシャルの高い天竜川 15～17km 地点を調査地に設定した．この区間は，16.3km 地点にある中部電力鉄塔上に設置したカメラ（図-1 参照）から 1
時間ごとに撮影したインターバル写真を用いて分析ができるという利点がある．2013 年 11 月 22 日-23日，12 月 1 日，12 月 25 日の日程で，以下の(1)～(4)の調査，および分析を行った．調査ハビタットは図-2 に示す．
(1) アユ産卵床調査
2013 年 11 月，12 月に天竜川漁業協同組合の協力を得てアユ産卵床の探索を行った．調査区間である
天竜川 16.4km 周辺はアユの主要な産卵範囲であったが，近年は縮小し産卵分布範囲を確認することができないほどに縮小した（天竜川漁業協同組合，2012）．
(2) 河床軟度調査
アユ産卵床の物理的特性を把握するために，産卵床とそのほかの瀬，たまり，ワンドを対象に河床軟度の計測を行った．河床軟度の調査には，長谷川式
土壌貫入計と，シノによる計測を用いた．長谷川式
土壌貫入計は，2 ㎏の落錘を 50cm 落下させ，そのエネルギーで先端の円錐コーンを土中に貫入させることで，深さ 100cm までの河床の硬さを連続的に計測するものである．高い精度での計測が可能だが，計(3) 水質調査
河床軟度調査と同様の地点で，水質の計測を行った．水温，DO 濃度，PH，濁度（NTU），電気伝導度を，ポータブル水質計（HORIBA 製 U-50 Multiparameter
Water Quality Checker）を用いて計測した．溶存酸素濃度(DO)については，表層水と河床から 20cm 下の間隙水に対して計測を行った．間隙水は，シリコン採水管を河床表面から約 20cm 鉄杭を打ち込んだところへ埋め込み，シリンジで吸い上げたものを用いた．アユは河床の礫を動かし，河床から 10 数 cm の範囲に産卵するため，河床から 20cm の間隙水の DO濃度を計測することで，アユ産卵床の好適性を評価することが可能になる．
(4) 河床材料調査
アユ産卵床および瀬において，河床材料の粒度分布を画像解析により調査した．各生息場の水際に25cm×25cm のコドラートを設置し，50cm 上方から撮影した写真を用いて，面格子法により分析を行った．
写真内のコドラートを縦横それぞれ 5 分割した格子を作成し，格子点状の礫のサイズを求めた，粒径は，中間軸と長軸の平均値として算出した．

3. アユ産卵床の現状確認調査結果(1) アユ産卵床確認箇所の状況
現地調査において，２ヶ所でアユの産卵床を発見した．これらの地点は共に，湧水の湧出するたまり

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図-3

2013 年度河床軟度調査結果

図-5

2013 年度河床材料調査結果

で透明度が高く，濁度の低い伏流水の湧出により，濁度の低い環境が創出されたと考えられる．なお，
溶 存 酸 素 量 は ，た ま り 瀬に お い て 表 層 水で 平 均
11.8mg/l，間隙水で平均 6.9mg/l であり，だった．
表層水はたまり瀬と瀬で同程度の値であり，間隙水はやや低い結果となったが，アユの産卵には十分な濃度であった．
（図-4）
図-4

2013 年度 DO 濃度調査結果

から流路に接続される流水環境で，洪水時に副流路となる地点であった（図-2 の上-たまり瀬-1）．さらに，年一回生起確率の 4,900 ㎥/s の洪水後には，副流路下流部の移動を含む大きな地形変化が生じ，産卵床発見地点の直上流に，高さ約 1.5ｍの砂礫堆のフロントが形成されていた．この砂礫帯のフロントにより，副流路の水が堰上げられ主流路との間に上下流の水位差が生じ，この高低差により副流路の水が湧出する環境が作られたと推察された．このように伏流水の湧出したたまりから流れ出る瀬を「たまり瀬」と呼ぶことにした．
(2)河床軟度特性
アユ産卵床が発見された「たまり瀬」と，主流路の瀬・たまり・ワンドで河床軟度の調査結果の比較を行った．たまり瀬においては，シノの貫入深がそれぞれ 13.2cm，11.7cm であり，主流路の瀬では，10cmに満たない地点が多かったことから，たまり瀬では河床軟度が高いことがわかった．たまり瀬は砂州下流部に位置しており，洪水時に土砂堆積が起こりやすいために河床が軟らかくなったと考えられる．ア
ユの好適な産卵床には，礫が浮き石状に軟らかく堆積した状態が必要であるとされており，たまり瀬では，アユの好適な産卵床となるポテンシャルが高かったと推察される（図-3）．
(3)水質特性
天竜川では濁水の長期化が深刻化しており，礫表面へのシルトの堆積により，良好なアユの産卵床の減少が大きな問題となっている．今回の調査では，濁度は，主流路では 300NTU 程度でやや高い地点が多かったのに対し，副流路のたまり瀬では 100NTU 以下(4) 河床材料特性
たまり瀬では，他地点と比較して 2～5cm の粒径の土砂の割合が高かった．一方で，主流路の瀬では 5cm以上の粒径の土砂の割合が高かった．主流路の瀬では河床材料の粗粒化が進み，アユの産卵床として好適でないことがわかった．
（図-5）(5) 現地調査結果考察
2013 年度現地調査結果では，アユの産卵床が湧水の流れるたまりから湧水が湧出し，砂州下流部に位置するたまり瀬において発見され，主流路の瀬からは発見されなかった．この要因は，主流路における，河床の粗粒化，濁水の流入，河床の硬化であると考えられる．また，天竜川 15-17km 地点は，上流に佐久間ダムなど 15 のダムがあり，ダムの土砂補足効果による砂利供給の減少によって，これらの要因が引き起こされたと考えられる．
4. 置き土によるアユ産卵床創出試験方法
2013 年度の現地調査では，主流路の瀬では産卵床は発見することが出来ず，湧水の流れる副流路の瀬においてアユ産卵床が発見された．現状の天竜川の主流路の瀬では，濁水の長期化，河床の硬化，粗粒化により，アユの好適な産卵床が自然には形成されにくくなっている．そこで，2013 年度調査でアユの産卵床が発見されたような湧水の流れる「たまり瀬」を，置き土によって人工的に創出することが有効であると考えた．対策案として，図-6 に示すように置き土を河道に横断する形状で設置するものを考えた．
図-6 に示したように，この置き土に期待する効果
は 2 点ある．1 点目は，濁度の高い流入水を伏流させてろ過することで，既存の瀬に濁度の低い水を供給することである．2 点目は，置き土そのものを適I_441

図-6 置き土によるアユ産卵床創出メカニズム
図-8 置き土完成前（左）と完成後（右）の写真

図-9 置き土下流部(左)と上流部（右）の写真

図-7 置き土位置図出典) 国土交通省浜松国道事務所

宜侵食させて既存の瀬に新たな土砂堆積を生じさせて，河床軟度を高くすることである．置き土設置の工事中に流水により輸送される土砂と，洪水で置き土を水が越水した際に流出される土砂が，既存の瀬の河床軟度を高めることを期待している．
2014 年 11 月，天竜川 16.4km 砂州の図-7 に示す位
置で，置き土を実施した．置き土場所の 150m 下流には，好適化したいターゲットの瀬(湧水瀬 3)が存在する．下流にアユが産卵期に休息できる淵が存在し，砂州下流部に位置する，アユの好適な産卵床としてのポテンシャルの高い瀬を選択した．また，上流からの流入水の余剰分は，置き土の脇に掘削した流路を通じて青矢印のように主流部へ流下させることによって，濁度の高い水がターゲットの瀬に流れ込まないようにした．置き土完成前後の現地写真を図-8，図-9 に示す．
5. 置き土によるアユ産卵床創出試験結果
2014 年 11 月 12 日～21 日の工事で置き土を設置した後，①2014 年 11 月，②2014 年 12 月，③2015 年 2月，④2015 年 8 月の 4 度，天竜川で現地調査を行った．調査項目は，2013 年に実施した河床軟度調査，水質調査，河床材料分析に加えて，置き土下流部に湧出する流量を求めるための流量計測，湧水を湧出させるために必要な水位差が生じているかを確かめるための置き土上流側の水面標高の測定を行った．

(1) 置き土設置直後の変化
2014 年 11 月 22 日～24 日（置き土設置直後），置き土設置直後に現地調査を行った．置き土設置直後は，上流からの流入量の約 5％にあたる水量が下流に湧出していた（表-1）．現地では音を立てて水が流れており，湧出水の濁度は平均 50NTU 以下であり，目的であった濁度の低い湧水を湧出させることができた．11 月 23 日の調査では，置き土上下流に 163㎝の水位差が生じていた（上流部から下流部の水平距離 11.5m）が，1 日後には，上流部の水位は 8cm低下した．河床軟度の調査では，置き土直下の瀬では，河床軟度が高まっていたが，置き土から 150m離れたターゲットの瀬では，河床軟度が硬いままであることが分かった．期待していた工事時の流水による土砂流出の土砂移動は，数 10m に限られることが分かった．
(2) 置き土効果の時間経過による変化
1) 2014 年 12 月調査（置き土設置 1 か月後）
置き土直下の瀬では，やや河床軟度が硬化したが，置き土から離れた瀬では硬いままであった（図-10）．
濁度は，施工直後と比べてやや高くなったが，主流路と比べると十分に低い値だった．
2) 2015 年 2 月調査（置き土設置 3 か月後）置き土施工 3 か月後，置き土上流部の水面高は施工直後と比べて 70 ㎝低下したことで湧水量は減少し，上流からの流入の約 1％のみが下流に湧出していた(表-1)．置き土直下の瀬では，河床軟度はやや軟化したが，150m 離れた瀬では，硬いままであった（図-10）．
3) 2015 年 8 月調査（置き土設置 6 か月後）2015 年 4 月の出水（流量 3,000m3/s）で置き土が流出した．流出後，置き土横流出の流量は，流出後の地形変化で，新たに横断型・集中型の瀬 10)が形成された．置き土流出後は，150m 離れた瀬においても，河床の軟化が見られた（シノの貫入深 14cm）
．

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表-1 流量収支調査結果

上流からの流入置き土横流出横流出/上流からの流入(％)
湧水
湧水量/上流からの流入(％)
浸透2014/1118.8 m3/s

2015/223.5 m3/s

16.2 m3/s
86.0

20.9 m3/s
89.3

0.80 m3/s
4.26

0.34 m3/s
1.45

1.82 m3/s

2.17 m3/s

表 2 河床変動計算・計算条件

対象区間
初期河床形状
計算メ
ッシュ

縦断方向

横断方向
（高水敷）
横断方向
（低水敷）
計算時間
計算時間間隔
上流端
流量
条件
流入土砂量
下流端
水位条件
流砂
間隙率
粒度分布
乱流モデル
粗度係数
平衡流砂量式

図-10 河床軟度の変化（2014/11.12，2015/2 月）(3) アユ産卵床創出試験のまとめと考察置き土実験の目的は，1)上流から流れてくる濁水をろ過して置き土の下流 150m の瀬（湧水瀬 3）に清水を供給する，2)置き土が流出することで，下流の瀬に堆積して河床軟度を向上させる，の 2 点であった．野外実験の結果は，以下のようにまとめられる．
1) 置き土設置直後は，流路を流れる水の 5％にあた
る 0.8 ㎥/s の濁度の低い湧水が下流に流れた．
その後湧水量は減少し，3 か月後の調査では，上流からの流入水の 1％しか湧出していなかった（表-1 参照）.置き土上流部の湛水域の水位は，3 か月後の調査では，70cm 低下し下流との水位差が減少した．この理由は，置き土の脇に掘削した越流水路が侵食されて標高が低下したことが考えられる．さらに，置き土の伏流水流入部が微細粒土砂の目詰まりによって，流れにくくなったことが考えられる．実際は，これらが複合的に影響して湧水量が減少したことが考えられる．
2) 置き土の土砂の流出に関しては，置き土決壊前は，土砂の流出は数 10m と限定的で，置き土直下の湧水瀬 1 のみ軟化の傾向が見られた．2015 年 4 月の増水による置き土の決壊後，置き土から 150ｍ離れた湧水瀬 3 で河床が軟らかくなった（図-10参照）．流出に伴い，土砂が下流部まで流出したためと考えられる．
(4) 洪水時の置き土の地形変化予測
2014 年 11 月に実施した置き土は，2015 年 4 月の流量 2,300 ㎥/s の洪水で流出した．現地調査結果より置き土のフィルタリング効果は長続きしないこと

13-20km(7km)2013 年 2 月の横断測量
データ
22m
20～30m
11m
586,800s
50s
H25.2-H25.12 の内 500 ㎥/s を抽出
なし
1 次元不定流計算の結果
掃流砂のみ
0.4
2007 年調査データ(D50=34mm)
混合距離モデルWu-Wang の式
Wu Wang and Jia の式から，洪水ピーク時には破堤し下流に土砂供給を行うことが望ましい．ここでは，天竜川の年一回生起確率の洪水である 4,900 ㎥/s の洪水が来た時の置き土の変化を数値計算により予測を行った．
1) 河床変動計算モデルの概要
ミシシッピ大学の Yaokin Zhang 氏らによって開発された CCHE2D を用いて平面二次元河床変動解析を行った 8)．CCHE2D は有限要素法にて離散化し計算を行うものであり，計算の安定性が高く汎用性が高いという特徴がある．また，混合粒径を対象とした河床変動計算が可能であり，置き土の量や構成材料の変化を評価するのに適している．
2) 計算条件
置き土高さと置き土流出の関係を予測するために計算は 2case 行い，caseA は置き土部が縦 20m 横 350m
標高 21m（平水時の水面より 0.5m 高い）で，caseBは縦 20m 横 350m 標高 22m(平水時の水面より 1.5m 高い)とした．想定される平均的な置き土の流出結果を予測するために流量は，年一回生起確率の 4,900 ㎥/s を与えた.計算条件は表-2 に示す．
3) 2 次元河床変動計算の結果
計算結果を図-11 に示す．CaseA では，流量ピーク時に越水し，CaseB では，流量ピーク時にも越水が起こっていない．越水し置き土が流出した CaseA では，置き土下流部に土砂堆積が生じ，河床が軟らかくなったと推測される．これは，2015 年 8 月調査において置き土流出後に置き土下流部で河床が軟らかくなったことと合致する．CaseB では，流量ピーク時にも越水しなかった．現地調査結果より置き土のI_443

図-11 2 次元河床変動計算の結果

フィルタリング効果は長続きしないことから，年一回生起確率規模の洪水で破堤し，下流に土砂供給することが望ましいので，置き土高さを数値計算によって越流する高さに設置することが有効である．
(5) 置き土の効果の評価
野外実験の結果，平水時に土砂は 10m も流れなかったが，2,300 ㎥/s の増水時には越流によって堤防が決壊した結果，150m 離れた瀬にも土砂が供給され，河床軟度が高くなった(図-12)．この河床軟度の高い河床環境が維持されれば，好適な産卵床となることが期待される．また，数値計算で流量ピーク時に越水するような置き土高さを推測することは有効であるといえる．
ただし，軟化した瀬には表流水が供給されることになり，置き土のもう 1 つの目的である，置き土の堤防によって形成されていた伏流水の流れる環境は失われた．湧水をいかに瀬に安定的に供給するかが今後の課題である．
6. 結論と今後の課題
天竜川では，主流路では河床の硬化と粗粒化が進み，アユの産卵床に適した瀬が減少した．本研究の調査で発見された 2 ヶ所のアユ産卵床は，主流路の瀬ではなく，湧水のたまりから流路に接続される，洪水時に副流路となる「たまり瀬」であった．このような小規模な瀬では，面積が小さく浅いために収容力が小さく，多数の産卵個体や大型の親アユを呼び込むことができないという問題がある．
また，本研究の置き土試験では，湧水環境は一時的に創出されたものの，短命で長続きさせることができなかった．この課題を改善するためには，アユの産卵床になることが期待できる砂州下流部のたまり瀬の上流に湧水導水路を掘削し，伏流水の湧出環境を作る対策を提案したい．これにより， 広域の伏流水を集めることが可能となり目詰まりを起こしにくくできると予想される．また，砂州は上流から浸食されることから，砂州下流部の湧水導水路の存続時間は比較的長いと考えられる．さらに，たまり瀬部には掘削した土砂を置くことによって，アユの産卵床にとって河床材料，河床勾配等が好適な瀬を作り出すことできると期待される．

図-12 置き土決壊前後の土砂の流出範囲

謝辞:天竜川漁業協同組合，電源開発(株)の皆様には，アユ産卵床の情報提供や現地調査のお手伝いをいた
だいた．国土交通省浜松国道事務所には，測量データならび航空写真の提供をいただいた．本研究の一部には天竜川天然資源再生連絡会議の予算を使用した．以上の方々に感謝の意を示す．
参考文献
兵藤誠，竹門康弘，角哲也：天竜川におけるアユ産卵床の河床地形特性と変動履歴の関係,河川技術論
文集,第20巻,67-72,2014.
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的場眞二，秋山壽一郎，尾関弘明，畑中弘憲，中川
由美子：アユの産卵に適した浮き石状態の発生条件，
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8) 兵藤誠，粟津陽介，竹門康弘，角哲也，鄧朝暉：河川生息場の変動履歴の関係,京都大学防災研究所年報,56b,699-712,2013.
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Hydroscience and Engineering. CCHE2D SedimentTransport Model (Ver3.290). : The University ofMississippi, 2005.
10) 小林草平，竹門康弘:木津川における底生動物生息場としての瀬の形態の歴史，京都大学防災研究所年報，
56b,681-689,2013(2015.9.30受付)
1)I_444