京都大学防災研究所年報 第 55 号 B 平成 24 年 6 月
Annuals of Disas. Prev. Res. Inst., Kyoto Univ., No. 55 B, 2012

冷水性淡水魚類生態に適した河川水温環境に関する研究

内藤淳也(1)・角哲也・竹門康弘(1) 中国電力（株）

要

旨

地球温暖化により 21 世紀末には気温が 1.8～4.0℃上昇すると予測されている。河川においては気温の上昇に伴う河川水温上昇が問題視され予測，研究が行われてきた。温度は生物の生息環境を支配する要因の一つである。生物の中でも魚類は温度変化に対して敏感であり，特にサケ科の魚類などの冷水性魚類に対する影響が大きいと考えられている。
そこで本研究では今後も従来の冷水性淡水魚類に適した河川水温環境を維持していくた
めの二つの水温管理手法に着目した。まずは発電放流水による管理である。ダム貯水池では夏場は成層化が進み，取水する層の高さによって水温は異なる。通常は，稲作やアユの生育環境の観点から冷水放流が問題となるが，逆に温暖化対策として夏場に適当な冷水が放流されれば河川水温の上昇を抑制することができる。次に，河川地形が河川水温に対して与える効果である。河道内の淵の形成・維持は，水温の低い水塊の保持に効果的であり，さらに河岸からの湧水の流入が冷水環境形成に与える影響は大きい。
九頭竜川では冷水性魚類であるサクラマスが生息している。市荒川発電所からは上流のダムから取水された水温の低い発電放流水が合流しており，夏季の本川水温を低下させる効果が期待される。鳴鹿大堰までの流下区間では，日射を受けて再び水温は上昇していく。
鳴鹿大堰の湛水区間を経て，その下流の福松大橋地点では右岸側に淵が形成されるとともに，河岸からの湧水流入が確認されており上下流と比べ低い水温環境が形成されている。
九頭竜川の水温環境について小型メモリー式水温計（StowAway Tidbit Optic StowAway,
30 分間隔，温度精度±0.2℃）を用いて長期現地観測を行った。さらに，河川の熱収支を考慮した１次元，２次元の水温予測モデルを用いて観測データの再現を行うとともに，条件変化に伴う水温影響予測を行った。さらに，水温が上昇したと仮定した際のサクラマスが生息可能な水温環境を維持するためのダム放流や河川地形管理について考察した。

キーワード ： 河川水温，地球温暖化，九頭竜川，河川地形，水力発電，サクラマス

1.

序論

2007 年に公表した第 4 次報告書において，地球温暖化について社会・経済動向のシナリオ毎に検討され，

1.1

背景

21 世紀末には気温が 1.8～4.0℃上昇すると予測され地球温暖化は人間の産業活動によって排出されるている（Solomon et al., 2007）。地球温暖化がもたらす

温室効果ガスが原因で起こるとされ，20 世紀末に問影響は多岐にわたるが，河川においては気温の上昇

題提起され現在では広く認識され対策が行われていに伴う河川水温の上昇が問題視され研究，予測が行る。しかしながら現在も温室効果ガスの排出量は増われている（新井, 2000）。温度は生物の生息環境をえ続けており，気候変動に関する政府間パネル支配する要因の一つであり，とりわけ魚類は温度変（Intergovernmental Panel on Climate Change ; IPCC）が化に対する反応が陸上の生物よりも敏感であるので― 593 ―

地球温暖化が与える影響は大きいと懸念されている。

摘されている（樋口ら, 2009）。例えば，気温の上昇

特にサケ科の魚類などの冷水性魚類がその影響が最は開花時期や繁殖時期など生物季節を早める。また，も大きく受けると考えられ，場合によっては局所的

各種生物の分布域は北上あるいは高所化し，海水面な絶滅などが危惧されている。

の上昇により海岸域などでは珊瑚礁の島が縮小するなどの影響がある。同時に各地域で個体数の増減を

1.2

目的

もたらす。そして，各種生物の温暖化に対する応答

本研究では上記のような地球温暖化の影響を考慮が異なっていることから，これまでの食う，食われし，今後も従来の冷水性淡水魚類に適した河川水温るという関係，送受粉，種子散布，寄生などの生物環境を維持するための水温管理手法を検討する。

間の相互作用に影響が出ると考えられている。

まずはダムからの放流水による水温管理である。

生物の中でも魚類は特に水温変化に対する耐性がダム貯水池では夏場は成層化が進み，放水する層の弱く，水温は魚類の生活を考える上で非常に重要な高さによって放流水温は異なるため選択取水設備に鍵となる変数であると考えられている。Mgnuson et al.

より適当な水温の水を放流することができる。また，（1979）は夏季の生息場所の水温によって，冷水性

水力発電のために長距離にわたり管路を通って本川

魚類（11-15℃），準冷水性魚類（21-25℃），温水性魚に合流する水は，その区間を流下した水とは水温に類（27-31℃）に分類した。

違いが生じる。山形県の日向川では約 7ｋｍの発電導田中（2008）に従って魚類が地球温暖化によって受水管によって 5 月下旬から 8 月中旬の水温が 1.24～

ける影響について述べる。日本列島の淡水魚は主に，

2.26℃低下すると推計されており，また，信濃川水系

温暖期に黒潮に乗って分布を南から北に広げようと

破魔間川では発電放流水が本川よりも 6～8℃低いとするハゼ科の魚，寒冷期に親潮に乗って北から南にいう観測結果もある（小倉・山本, 2005）。冷水放流

分布を広げようとするサケ科の魚，日本の湛水域には稲作やアユの生育環境の観点から悪影響であると隔離されているコイ科の魚という三つの要素で構成して問題となるが，逆に温暖化対策として夏場に適されている。地球温暖化はハゼ科，コイ科の魚類に当な冷水が放流されることは地球温暖化による河川

とっては良い影響があり，最も悪影響を受けるのは，

水温の上昇を抑制することが出来ると考えられる。

冷水性のサケ科の魚類であるとされている。夏季の次に河川地形が河川水温に与える効果である。水

最高水温が河川内での分布下限を決定する温度障壁

温に対して河川地形の与える効果は大きい。例えばとして働くとされている。サケ科の魚類は水温が上

水路のような河川と，自然状態に近い網状河川では昇した場合，分布域は北上していく。

水温の多様性が異なる。また，砂州があることで浸Nakano et al.（1996）は年平均気温が 1～4℃上昇し透による水温の変化などもある。河道内の淵の形た時のアメマスの分布域の縮小を示した。分布域の成・維持は水温の低い水塊の保持に効果的であり，南限付近では淡水型個体の出現率が高くなるが，そさらに河岸からの湧水の流入が冷水環境形成に与えのような陸封型の魚類は水温の上昇によって生息域る影響は大きい。

が上流域に向かって狭められていく。しかしながら，
河川構造物による阻害もあるため，上流へと移動す1.3

研究の流れ・手法

ることが出来ないことも考えられ，そのような場合，

本研究では九頭竜川流域を調査区域とし，冷水性

局所的な絶滅も考えられる。1994 年には異常渇水に魚類であるサクラマスを対象とする。九頭竜川の水加えて，高温日の連続による河川水温の上昇が起こ

温構造を把握するために小型メモリー式水温計を用り魚の大量死が報告されている（近藤, 1995）。

いた長期現地観測を行った。さらに河川の熱収支を魚類の分域南限を決定する夏季の最高水温である考慮した 1 次元，2 次元の水温予測モデルを用いて観温度障壁や，水温選好はサケ科の魚類の中でも差が測データの再現を行うとともに，地球温暖化によっあり，年齢や体調などにも依存する。多くの魚類にて気温が上昇したときの水温影響予測を行った。さとって生存可能な温度範囲のほぼ中間の温度付近にらに水温が上昇したと仮定した際のサクラマスが生成長にとっての最適水温があるがそれも種ごとに異育可能な水温環境を維持するためのダム放流や河川なっている。イワナ類のブルックトラウトやサッカ

地形管理ついて考察した。

ー類などは致死高水温限界の手前で減少し始めるが，致死高水温まで増加し続ける（Fig. 1）（McCormick et

2.

地球温暖化と淡水魚類生態al., 1977)。冷水性魚類カジカ（カサゴ目カジカ科）大卵型は室内実験の結果，生育適温は 21℃から 24℃で地球温暖化が生物に様々な影響を与えることが指あると報告されている（伊藤ら, 2007）。

― 594 ―

また，水温の変化が魚類の種間競争を変更する可能性が指摘されている。ニッチの類似した複数の魚類が流程上で接触異所性分布している場合には，気温上昇によって直接死に至らないとしても一方の競争種に有利な温度条件となることで他方の種が競争的に排除される可能性がある（谷口・中野, 2000）。
本研究で対象とするサクラマスに関して述べる。
井上ら（2010）が神通川でサクラマスに発信器を取り付け，サクラマスが定位する場所を調査した結果，サクラマスは日最高気温の上昇に伴い，おおむね25℃より水温が低い上流へと移動していったこと確Fig.

認されている。佐藤（2001）はサクラマスの摂食とappetite index of Oncorhynchus masou(佐藤, 2001)

2

Relation between water temperature and

水温の関係を求める水槽実験を行っている。実験によると 18～22℃ではサクラマス幼魚の摂食活動が見Arscott et al. (2001) が行った調査では，縦断方向のられたが，24℃でその活動が停滞し始め，26℃の場

水温変化は一番に標高，次に方位角に最も影響され合ではほとんどの個体が摂食活動を止めた（Fig.

2）。

る。そして，河川地形（最大水深，勾配）や被覆率，

佐藤（2001）は実験と野外調査からサクラマスの成流速などのローカルな要因が次いで重要である。河

長停滞水温は 24℃以上であると結論づけている。真

川連続体仮説によると 4 から 5 次の河川が最も水温

山は目名川で食性の日周変化などの現地調査からが高い。上流は樹木の遮蔽により水温が低く，下流

18℃前後が摂食活動に悪影響の出る臨界温度であるほど日射により水温が高いことに加えて，流量が増と推定しており（真山,1992），自然状態では阻害が出加していくにつれて水温が温められにくくなるため始める水温は実験よりも低い可能性がある。

である（Vannote et al., 1980）。しかし，湧水や河川浸透水が発生している場合はそれらの方が他の要因に従っての水温変化よりも重要であることもある（Arscott et al., 2001）。湧水のほとんどは細流，わんど，池と関係しており，これらの環境が水温環境の多様性を高める。湧水（地下水温）も気温の上昇に伴って上昇すると考えられるので注意が必要である。
Gostner et al. (2011) は同一河川で異なる地形的な特徴を持つ 5 地点でロガーによる水温観測を行った。
自然状態に近い網状の地点，蛇行した地点（S1,S2,S3）
では，人為的に水路化された地点よりも水温の変動が大きいことを示した（Table 1）。
Table 1

Average, standard deviation and coefficient ofFig. 1 Relation between water temperature and growthvariance of water temperature on each sites

rate.LT50:fatality rate of 50% (McCormicket al.,1977)(Gostner et al., 2011)

3.

河川地形と水温

水温は気温の変化に伴う日変動や季節変動が大き
いが，同様に河川地形や地下水などが与える影響も大きい。例えば水路のような河川と，自然状態に近Fig. 3 は水温に影響を与える主要な流路を示した

い網状河川や蛇行河川では水温の多様性が異なる。

ものである（Arscott et al., 2001）。最も水温の多様性が高まるのは氾濫原に止水域（背水や孤立した水域）があるときである。砂州が存在する河川では浸透による水温の変化がおこり，はっきりとした瀬と淵があれば淵の下流側で浸透した水が下流の瀬で流れ出― 595 ―

る現象が 起こり，水温温の多様性が高高まる。深い淵淵でる。しかし，鳴鹿
鹿大堰までの流流下区間では日射を受あれば下 層では日射がが届きにくいたため，低水温のの層

けてて再び水温は上上昇していく。 鳴鹿大堰下流
流の福松が保たれ る。瀬淵がああれば淵の河床
床から河床にももぐ大橋
橋地点では右岸
岸側に淵が形成成されるととももに，河りこんだ 伏流水によって水温に対すするバッファリ
リン

岸かからの湧水流入入が確認されてており上下流と比べて

グ機能が働
働く。

低い
い水温環境が形形成されているる。その地点でではサク

淵がサクラマス親魚
魚の越夏に果たたす役割は大ききく，

ラマ
マスの生息が確確認されているる。

捕食から の避難場所，増水時の避難難場所，夜間ににお鳴鹿大堰は堤高鳴高 5.7ｍ，総貯水
水容量 667 千㎥㎥の可動ける睡眠 場所としても機能しているる。神通川でははダ

堰でであり，洪水調
調節や上水などどを目的としてて平成 16

ム直下の 10ｍ以上の淵淵がサクラマススの生息場所ととな

年にに作られた。水
水温が常時観測
測されており，，そのデっていることが確認されている（田子ら, 2006）。 井ータ
タを入手した。

上ら（2010）によるとサクラマスはは越夏時に淵でで確認され，その面積は 0..15～1.9ha で，，水深は 1.3m
m～
12.5m の範範囲であった。
。またサクラママスはブロック
ク群の間隙に定定位することが確認されている。

Fig. 4

4.2
2Studyy area

現地調査

水温構造を把握水握するために， 現地調査を 2 回行った。調査地点は Fig.5,
F

Fig.6 にに示すとおりで
である。

１回目は
１
2011 年 5 月 28 日にに行い，九頭竜
竜川本川
支川
川に計 10 個の水水温計を設置 した。設置したた温度計
は 小 型 メ モ リ ー 式 水 温 計 Onnset: StowAwaay Tidbit
Optiic StowAway である。温度度の計測範囲はは-5℃～+37℃で精度は±0.2℃である。330 分ごとに内臓
臓メモリ
ーにに水温を記録すするように設定定した。2 回目のの調査は2011 年 9 月 13 日に行い，1 回 目に設置した水水温計を4 地点に於いて回地
回収することがができたが，他のの 6 個の
水温
温計は洪水によよる流失，礫でで埋まるなどのの理由でFig. 3 Schhematics of (a)catchment (b)reaach (c)cross

回収
収することが出出来なかった。 回収できた温
温度計のsection shoowing major floow paths influeencing water

うちち１つは故障ににより観測値にに異常が見られれデータ

temperaturre：（Arscott ett al., 2001）

を用用いることが出出来なかった。 観測データがが得られたののは Fig. 4 の地
地点 1，地点 3，，地点 4 に設置
置されて

4.

九頭
頭竜川の水温温構造

いたたものである。なお，調査をを行った両日とも各地
点でで水温・水質のの測定を行って
ている。

4.1

検
検討対象地点

市荒川発電所地
市地点から鳴鹿大大堰上流までのの間では

本研究
究では九頭竜川川を対象としたた。九頭竜川はは，計 5 個の温度計をを設置した（Fiig.5）。市荒川発
発電所地

その源を福井県と岐阜
阜県の県境の油
油坂峠（標高 7717

点ででは本川に左岸
岸側から発電放放流水が合流しており，する，幹川流路
路延長 116km，，流域面積 2,9930
ｍ）に発す

さら
らに支川も合流流している。調調査地点は放流流水が合㎢の一級河河川である。調査したのは
調Fig.
F 4 に示す市
市荒流す
する前の本川上
上流，発電所放放流路，左岸側
側支川，

川発電所 から鳴鹿大堰
堰を経て福松大大橋までの区間間でそししてそれらが合合流したあとのの下流 3 地点のの計 5 地ある。市 荒川発電所かからは上流にあある下荒井ダム
ムで

点で
である。

取水され た発電放流水
水が放流されてて本川に合流しして現地で水温を計
現計測した結果をを Fig. 5 にまととめた。5おり，夏 季の本川水温温を低下させるる効果が期待さされ

月 28
2 日の調査では発電所上流 では 15.1℃，放放流口で― 596 ―

は 14.3℃℃，左岸支川ででは 15.7℃，そ
それらの合流後
後では上流側から順に 14.6℃，14.8℃，14.9℃という結結果であり， 放流口での水水温が本川，支支川より低く， 下流では水 温が低下し，それが流下ににつれて上昇ししていくことが分かった。9 月 13 日の調調査では発電所所上流では 223.5℃，放流口
口では 19.3℃，左岸支川でではFig. 6 Observedd data (downstrream of Narukaa weir）

24.4℃，そそれらの合流後
後では上流側かから順に 19.7℃℃，
20.5℃，221.0℃という結結果であった。夏場ほど発電
電放

次に，
次
連続デー
ータとして，鳴鳴鹿大堰と回収収された 3

流水が水 温に与える効
効果は大きいこことが分かったた。

つののデータロガーーの水温データ
タを Fig. 7 に示示す。降水また上流 の下荒井ダムの発電所取水
水口での水温をを計

量，流量，気温を Fig. 8 に示し た。降水量と気気温は気測したところ，19.6℃でであり，取水さされてから放流
流さ

庁が福井市で観観測したものでで，流量は鳴鹿
鹿大堰で象庁れるまで 山中を鉄管でで送水される間
間に水温が低下
下し

観測
測されたものでである。Fig. 8 ととあわせて見ると分かていることが分かった。

るよように 5 月から
ら 8 月になり気気温が上昇してていくにつれれて水温も上昇
昇している。ままた，洪水で降降水量と流量量の大きいとききは全ての地点
点で水温が下降
降しており地
地点ごとの水温
温差も小さい。 九頭竜川の支支川である地
地点 3（永平寺川）の水温が もっとも高いが，これは平平水時の流量がが最も少ないこことに起因するると考えられれる。地点１（合流後）の水
水温が最も水温
温が低く
特にに 7 月下旬から
らは他の 3 地点
点と比較して差差が大き
くななっている。ここれは現地調査
査でも見られた
たように，発電電放流水が合流
流して本川の水
水温を下げていいるため

Fig. 5 O
Observed data (downstream(
off Power plant）と考考えられる。

鳴鹿大 堰地点では鳴鳴鹿大堰の直下下で合流する左
左岸

3
30
2
28

側支川の 永平寺川，そそして下流の福
福松大橋上流右右岸計を設置した（Fig.6）。湧水発生地点
点とは右岸沿い
いにしていき最も低低い水温が確認
認さ連続的に 水温を観測しれた地点である。

2
26

Water temperature（ ℃）

地点では表表層，下層，湧湧水発生地点の計 4 個の温温度

現地で 水温を計測しした結果と同時
時間帯の鳴鹿大
大堰

2
24
2
22
2
20
1
18
1
16

Point 1（after the confluence）
Point 2（Narukka Weir）
Point 3（Eiheijji River）
Point 4（surface layer at Hukumatsu Br idge）

1
14
1
12
10
1
5/28

の水温を Fig. 6 にまとめめた。5 月は鳴鹿
鹿大堰で 14.2℃
℃，

6/17

7/7

7/27

8/16

9/5
5

Fig. 7 Observed value of w
water temperatuure

永平寺川で 16.2℃，福福松大橋上流でで表層 15.0℃， 湧

温と永平寺
寺川の水温差は，9 月は約 5℃と大きかっ5ったが，流量 に差があるた
ため，その下流
流では永平寺川
川の影響はそ れほど大きくはないと考ええられる。福松
松大橋右岸地点では鳴鹿大堰
堰での水温よりも約 1℃高 く，
流下する につれて水温温が上昇していいることが確認
認さ

80
60
40
20

0
1000 5/28 6/4 6/11 6/18 6//25 7/2
1

Discharge（㎥/ｓ）

水の湧き出し口は 16.99℃であった。鳴鹿大堰での
の水

100

800

Air temperature（℃）

永平寺川で 25.2℃，福福松大橋上流でで表層 21.5℃， 湧Precipitation（ｍｍ/day）

水の湧き出し口で 10.8℃，9 月は鳴鹿
鹿大堰で 20.2℃
℃，

30

れた。湧水
水発生地点では
はそれより約 5℃低い水温が
5
が低
かった。
なお， 現地調査でも福松大橋右岸
岸側地点においいて
サクラマ スが生息してていることが確確認された。ここの地点は淵 になっておりブロック群ももあり，前述ののようにサクラマスが好む地点である。

― 597 ―

7/9 7/16 7/23 7//30 8/6 8/13 8/20 8/27 9/3
9
9/10

600
400
200
0
35
5月28日

6月17日

7月7日

7月27日
日

8月16日

9月5日

6/17

7/7

7/27

8/16

9
9/5

25
20
15
10
5/28

Fig.
F 8 Precipittation, dischargge and air tempeerature

鳴鹿大堰で連続計測されている過去の水温データの回帰式が得られた（Fig. 9）。



8
9
9
3
.
3

x



4
1
3
5
.
0

y

融雪期（1 月～5 月）

(1)



0
3
5
8
.
4

x



3
2
9
5
.
0

y

融雪期以外（6 月～12 月）(2)

Point 1（After the confluence）
Average water temperature(℃ ）と福井市の気温との間の回帰式を作成した結果以下

30

y = 0.5013x + 5.435
R² = 0.7705

25
20
15
10
5
0
15

17

19

21

23

25

27

29

31

temperature at Point 1（2011/5/28～9/13）
(3)



(4)



9
5
4
0
.
4

x

7
1
1
6
.
0

y

地点 4（福松表層）


8
6
8
8
.
2

x



2
9
0
7
.
0

y

地点 3（永平寺川）(5)

ここに y は水温，x は気温である。
Stefan and Preud’homme(1993)は，北米ミネソタにおPoint 3（Eiheiji River）
Average water temperature(℃ ）

3
1
0
5
.
0



0
5
3
4
.
5

地点 1（合流後 2）

xFig. 10 Relation between air temperature and watery

下の回帰式が得られた（Fig. 10，Fig. 11，Fig. 12）。



33

Average air temperature(℃）

またデータロガーで観測した水温データからも以30

y = 0.7092x + 2.8868
R² = 0.749

25
20
15
10
5
0
15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

Average water temperature(℃ ）ける複数の河川水温と気温の観測記録より，次式のような回帰式を提案しており，この 0.864 という係数

Fig. 11

Relation between air temperature and waterがアメリカにおいて１つの基準となっている（新井,temperature at Point 3（2011/5/28～9/13）

2000；Stefan and Preud’Homme, 1993）。
(6)

ここに，Tw は水温，Ta は気温である。
また，過去に日本で山地河川を中心にして得られた回帰式の勾配は積雪寒冷地を除けば 0.68～0.89 である（山辺, 1970）。これらを九頭竜川の観測データから得られた回帰式と比較すると，気温に関する水Point 4（Surface layer at Hukumatsu bridge）
Average water temperature(℃ ）



1
9
.
2

Ta

4
6
8
.
0

Tw



30

y = 0.6117x + 4.0459
R² = 0.746

25
20
15
10
5
0
15

温の応答は今回得られた回帰式の方が小さく応答が

17

19

21

23

25

27

Average water temperatue℃ ）2931

鈍いことがわかる。その理由としては，九頭竜川でFig. 12 Relation between air temperature and water

は上流に大きな貯水容量を有する真名川ダムや九頭temperature at Point 4（2011/5/28～9/13）

33

竜ダムがあり，さらに，これらを水源とする水力発
電系統が発達しており，気温によらず年間を通じて

次に福松大橋右岸の湧水の水温特性を検討するた

安定した水温構造が発達していることがあげられる。

めに，これと同等な水質と予測された永平寺町上水
道課が測定した周辺の井戸の水温データを入手した。
地下水の水温は気温の季節変化と対応しておらず，8Average water temperature(℃ ）Point 2（Naruka weir, 2007‐2010）

月であっても 11～13℃の水温が保たれている。

30
25

y = 0.5923x + 4.853
R² = 0.9339

20

4.3

15

本節では，次章で市荒川発電所からの発電放流水

snowmelt season （Jan.‐May）
Other(Jun.‐Dec.）

が本川の水温に及ぼす影響について考察するため，

10
5

連続的な水温データを得られなかった地点における

0
‐5

0

5

10

15

20

25

30

35

Average air temperature(℃）

Fig. 9

市荒川発電所が水温に与える影響

y = 0.5314x + 3.3998
R² = 0.8583

水温の逆算・推定を行った。

Relation between air temperature and watertemperature at Naruka weir（2007-2010）― 598 ―

Water intake
Dam discharge③ダム放流量と取水量を半分ずつにした場合に分けて，合流後の水温を示したものである。発電所がなかった場合は本川上流の水温がそのまま用いられ，半分の水を取水した場合は取水を減らしたことにな

Fig. 13 Water intake and discharge from Shimoarai dam
Fig. 13 は下荒井ダムの放流量と取水量を示したものである。放流された水は九頭竜川を流れ，取水さ

Water temperature（ ℃）

24

9/25

9/5

9/15

8/26

8/6

8/16

7/27

7/7

7/17

6/27

6/7

6/17

るので，合流後の水温は現在よりも高くなる。
5/28

Discharge(㎥/ｓ)Fig. 15 は①現在，②発電所がなかったとした場合，

1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0

22
20
18
16

current
No power plant
lower water intake

14
12

れた発電用水は市荒川発電所から九頭竜川に合流する。図からわかるように，平水時はほとんどの水は取水に用いられ，ダムからの放流水の方が大きな割

Fig. 15 Water temperature after the confluence based on

合を占めるのは総流量が 100(㎥/s)を超えるような場

intake conditions by the power plant

合のみである。従って，合流後の水温は，平水時は発電用に取水された水の水温の，洪水時はダム放流

5.

一次元モデルを用いた河川水温予測

水の水温の影響が大きいと考えることが出来る。
本研究では発電水の水温は 5 月 28 日と 9 月 13 日

5.1

概要

の 2 度の現地調査結果があることからその期間は線

水温予測は多く行われており，温暖化による気温形に上昇し続け，9 月 13 日以降は維持されると仮定

上昇を踏まえた水温予測を行い，サケ科の魚類の生した。また合流前の本川の水温は鳴鹿大堰の過去の息場所が減少する（温度障壁を超える地点が増える）

水温観測値から得られた回帰式で与えた。合流後のことを予想した研究も行われている。大きく分けて

水温は市荒川発電所の取水堰である下荒井ダムの放二つの手法が用いられている。一つは回帰式を用い流量と取水量のデータを用いて重みをつけ，上記のたものである。もう一つは平衡水温，熱収支による本川と発電放流水温が完全混合したものとして水温解析である。
野らは地下水温を気温から，水温を水源温度と流下は次式で求めた。

距離から求める回帰式を用いて，気温が 1-4℃上昇し

T





T2
Q 2Q

回帰式は 1 次回帰式が用いられることが多い。北

川合流前 Q1，T1，Q2，T2 とおくと，合流後の水温 T

T1
Q 1Q

を予測した。流量，水温をそれぞれ合流後 Q，T，本たと仮定したときの水温を予測し，河川の下流側に(7)

温度障壁を超える地点が増えると推定している（北Fig. 14 は 5 月 28 日～9 月 30 日までの期間で計算したものである。Fig. 13 とあわせてみればわかるよ

対象領域，対象とする時間スケール，期間の違い
によって，シミュレーションの手法は異なると考え

うに，平水時は発電水温に近い水温となる。

られる。宮本ら（2009）は流域地形則と一次元熱輸

2422

送方程式により水温予測を行った。その際，求める20

精度に応じて拡散項，非定常項などを無視している。

18

Sinokrot et al.（1995）は一次元の水温モデルを用い

16て，地球温暖化による水温上昇が魚類の生息可能なFig. 14

環境をどの程度減らすかを確かめるシミュレーショ
ンを行った。上流側の流入水温がダム表層か深層か，

9/25

9/15

9/5

8/26

8/16

8/6

7/7

6/27

6/17

6/7

5/28

12

7/27

After the confluence
Discharge from the power plant
Before the confluence

14

7/17

Wate temperaturre（℃）

野ら, 1995）。

湧水であるか，また地下水の 50％が上流から流れ残Water temperature before and after the

confluence, discharge from the power plant

りが均等に湧出する場合など条件を変え，予測を行い，湧水や深層放流の効果を指摘している。その際，魚類にとって限度と考えられる水温を 1 週間超えた
場合に生息できなくなると仮定している。

― 599 ―

2b） 大気からの長波逆放射（単位：KJ/m・hr ）前章で検討したような河川内での水温の異質性を

)
R

1



5

広範囲の予測を行うことは計算負荷の観点から現実(
62
Tよく再現できる。しかしながら長期間にわたって，

0
1

×

A
L

Q 

7
3
9
.
0

再現予測するには 3 次元モデルを用いることが最も





(14)

ここに T2 は水面以上 2m のところの絶対気温，的ではない。まず最も簡便な 1 次元モデルを用いて，





(15)

A

C
A

本研究では熱収支を考慮した予測を行った。以下

QLc） 雲による長波逆放射の増加

)
2
n
7
1
.
0

流を再現する。

1(

R は水面反射率である。

QL

流下につれての水温の上昇，発電放流水・湧水の合でそのモデルの基礎式について概説する。
ここに n は雲量である。
水の連続式
(8)

(3) 水 表 面 に お け る 水 と 空 気 の 熱 交 換 量 （ 単 位2は温度，  は密度，

ここに U は流速，

u
u
h
gn 2u 2
u
g
i
4
t
x
x
h3

(16)

CW

運動量保存則



)

 

Ts T

x は流れ方向の座標，A は断面積，u は流速である。

Ta
(
U
CH
W
Ca

：KJ/m・hr ）HA  (uA)  0
t x

は

H

空気の定圧比熱，C は定数（1.3×10－3～1.5×10－3）h(9)である。添字 a と s はそれぞれ空気および水表面は水深，i は河床勾配，n はマニング係数。

に対応する。
2(4) 蒸発における熱損失（単位：KJ/m・hr ）

水温収支則

)

qs

 
a

 

(10)

qa
(
U
p
Ca

E

T
T

T
H
)
u
 ( Dx
 Cw
t
x x
x

(17)
3

Cp

× 10 ）
ここに， は相対湿度， は定数（ 1.4a

T は水温， Dx は x 方向における拡散係数，H は発生熱量，  は水の密度， Cw は水の比熱である。

tである。 q は比蒸気圧であり，次式で示される。
ただし， は水温（℃）である。


8
6
0
0
.
3
1

t

6
1
2
6
.
0

s



1

z

(11)

Q0

1

は水表面での短波放射量， は減衰係

ここに

Qi

再現計算

市荒川発電所から発電放流水が九頭竜川に合流する地点から下流の鳴鹿大堰までの水温変化を，1 次元
水温の観測データが得られた 5/28～9/13 までの期

n

 

)

1
(
)

1
(

Q0

 

5.2

水温予測モデルを用いて検討する。

数，z は水深である。





(18)

e
Q0

Qs







2
t



(1) 短波放射式（Beer 式） Q(KJ/m・hr)

8
1
4
0
.
0

2

q

熱収支

(12)
n

Qi

ここに，α は表層吸収率，β は反射率，は入間のデータを用いて再現性を確認した。その際の入力条件は下記のとおりである。流量は下荒井ダムからの総放流量を用いた（Fig. 13）。気象データは福井市で観測された気象庁の観測値を用いた（Fig. 16，(2) 長波放射（Stefan-Boltzman 式）

Fig. 17）。メッシュサイズは dx=400(m)で，タイムス2

射量である。
a） 水面からの長波放射（単位：KJ/m・hr ）
4K
T

 

R
L

Q

テップは dt=0.001(day)とした。上流端は市荒川発電(13)

ここに  は放射率，  は Stefan-Boltzman 定数，T は絶対水温である。
k

・ ・

)
4
K

hr

2
m
/
J
K
7
0
1

1
1
4
0
.
2
=
(
×

所の放流水が本川に合流した地点として，水温は前章で述べた方法で与えた。
計算した結果得られた水温を地点１（合流後 2）地点のデータロガーによる水温データに加え，調査日に計測した合流後の 3 地点の水温データから水温の― 600 ―

計算値の補正を行った。
Current weather

水温の季節変化は再現できていない時期もあったできていた。これらの季節変動を再現することは難しいと考え，この期間の平均気温を一致させるように式(10)の熱量発生項を補正した結果，両者の平均気温の差は 0.52℃から 0.03℃になった。流下方向の水

confluence
24

Lower intake

22
20
18

cold water16

温変化の再現性を確かめるために現地観測データが

‐0.2
0
0
0.2
0.6
1
1.4
1.8
2.2
2.6
3
3.4
3.8
4.2
4.6
5
5.4
5.8
6.2
6.6
7
7.4
7.8

14

ある合流後の 3 地点の水温を確認した結果，補正をDistance from the confluence point（ ｋ ｍ）

行うことで水温計算値はより計測値に近づくことが確認できたので，以下ではこの条件で計算を行うこ+4.0℃No power plant

26

Water temperature（ ℃）が 6 月から 8 月へと水温が上昇していく傾向は再現

+1.8℃

28

Naruka weirFig. 18 Calculation result of water temperature

8

100

7

90

比によって合流後の水温が大きく異なる。図には発電所がなく，取水が全く行われない場合，取水量を

80

6

70

5

60

4

50

3

40
30

2

ダムの流量の半分まで減らした場合，取水量をそのHumidity（ ％）Wind velocity（ m/s）ととした。

ままにして発電放流水をさらに水温低下させた場合も比較のために示している。
現在の発電放流水の合流が維持された状態で地球

20Wind speed
Humidity

1
0
5/28

6/17

7/7

7/27

8/16

9/5

温暖化が進行した時，気温上昇によって本川上流水

10

温は上昇するが，発電放流水温に変化がなかった場

0

9/25

合は，合流後に一気に冷却されることから気温上昇

Fig. 16 Input condition（wind speed, humidity）に伴う水温変化は小さくなる。その後は，流下につれて水温は上昇するが，気温が高いほど上昇する幅
がわずかに大きい。

800

600
500
400
300
200
100

次に，発電所がない場合について述べる。発電所

Global solar radiation（ cal/㎤）

700

Cloud amount（ ％）

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
5/28

からの放流水は夏場の水温上昇を大きく抑える効果が期待できるが，発電所がない場合，気温が上昇した影響が本川の水温上昇となってそのまま下流に伝わる。サクラマスの生息にとって厳しくなる 24℃以上の河川区間が大部分となることがわかる。

0
6/17

7/7

Cloud amount

7/27

8/16

9/5

5 月に観測された放流水温（14.3℃）が夏場も保た

9/25

Global solar radiation

れたと仮定した場合，同様に発電放流の影響が大き

Fig. 17 Input condition（cloud amount, global solar

いため気温の上昇に関わらず，冷水が流入すれば合radiation）

流後水温は低い状態で維持される。
一方，取水量を減らした場合，合流後の水温が現5.3

条件変化に伴う水温影響予測

況と発電所がない場合の中間ほどにまで低下して，気温が上昇したと仮定したときに，本川と発電放そこから流下するにつれて上昇する。

流水が混合した上流端の水温をどの程度にすればよこれらの結果を総合する。水温が上昇しても発電

いか検討する。特に 8 月の初旬に平水が続き，水温所の放流水温は変わらないという仮定の下では，現の上昇が最も懸念されることからこの期間の水温，在のような発電所の運用が行われたとき，気温が上

特に最も気温が高かった 8 月 8 日に着目した。

昇してもサクラマスが生息可能な閾値と考えられる

流下に伴う水温変化を Fig. 18 に示す。現況の九頭

24℃を超えない。冷水放流が行われた場合は 18℃の竜川では市荒川発電所からの発電放流水が合流する

低水温が鳴鹿大堰まで保たれ，サクラマスの生息のことで水温が低下し（22.9℃→18.1℃），流下するに観点からは最適と考えられる。発電所がなくなった

つれて熱交換により水温が上昇していき，鳴鹿大堰

場合は 4km 流下すると，気温が上昇した場合は合流まで流下するころには 20.8℃まで上昇することが再した時点で 24℃を超える。取水量が減少し発電が活現されている。前にも述べたように夏場は合流前の発に行われなくなった場合も，気温が 4℃上昇した場

本川と発電放流水の水温差が 3℃以上あるため流量

合は鳴鹿大堰よりも上流で気温が 24℃を超える。

― 601 ―

なお，発電放流は上流の真名川ダムなどのダム貯静水圧近似

水池の水温構造により放流水温が決定される。ここ

Dv
1 P
 2v
 2v
 g 
 Ay 2  Ax 2
 y
y
x
Dt

では，温暖化後も一定と考えたが，実際にはダム湖も温暖化の影響を受けて表層を中心に温度上昇する
ことが予想される。それでも，ダム湖の深層は低温

と仮定して
 A・
y Ax  0が維持されると考えられるが，このダム湖の水温上昇の影響は，少なからず下流にも影響してくると考

1 P
Dv

g
Dt
 y

えられ，発電放流水温も上昇すると考えられる。

6.

二次元モデルを用いた河川水温予測

6.1

(23)

(24)

熱収支式は前章で用いたモデルと同様である。

概要

6.2

計算条件

三次元のモデルを用いることが望ましいが，三次

メッシュサイズは dx=10(m)，dz=0.1(m)，タイムス

元で長期間の予測を行うことは計算負荷が大きいた

テップは dt=0.01(day)である。流量は鳴鹿大堰の放流

め，本研究では平面二次元モデルを用いて予測を行量を用いた。気象条件は前章で用いたものと同様でい，その中で特に淵で湧水が発生している地点ではある。流入水温は鳴鹿大堰の観測値を用いた。湧水

鉛直 2 次元モデルを用いより詳細な予測を行ういわの水温は夏場の井戸の水温を参考にして 12℃とした。

ば準 2 次元の予測を行った。一次元モデルではなく湧水は発生場所の水温を常に一定と設定することで二次元モデルを用いる利点は淵がある地点の流速や表現した。淵の形状は最大水深を 3m，5m と変えて水温の変動を予測できることである。

計算した（Fig. 19，Fig. 20）。湧水が発生する位置の以下に二次元鉛直モデルの基礎方程式を示す。

違いによる水温の変化についても検討した。位置は
水深を変えて 3 地点とし，浅い順に A，B，C と呼ぶ。

水の連続式

u v
 0
x y

(19)

x, y は流れ方向及び鉛直方向の座標，u, v は x, y 方
向における流速である。
運動量保存則uuu
1 p 
u

u
u v

 ( Ax )  ( Ay )
t
x
y
x y
y
 x x

Ａ
B

(20)

v
v
v
1 p v
v
 u  v  g 
 (A )  (A )txy y x x x y y yCFig. 19 Mesh of the calculation（depth:3m）(21)

Ax、 Ay は x, y 方向における渦動粘性係数，g は重力加速度，  は水の密度である。

Ａ

水温収支則

T
T
T

T

T
H
)  ( Dy)uv
 ( Dx
 Cw
t
x
y x
x
y
y
(22)
T は水温， Dx、 D y は x, y 方向における拡散係数，
H は発生熱量， Cw は水の比熱である。

― 602 ―

B
C
Fig. 20 Mesh of the calculation（depth:5m）

6.3

計算結果

はじめに水深が 3ｍの場合と 5ｍの場合の水温構造を比較する。水深が 3ｍの場合は最高水温が表層の22.82℃で，最低水温が最深部の 22.14℃であり鉛直方向の水温差は大きくない（Fig. 21）。水深が 5ｍの場
合は最高水温が表層の 22.30℃，最低水温が最深部
20.87℃であり水温差は水深が 3ｍの場合よりも大きく（Fig. 22），下層に水温の低い層が保たれている。
水深が 3ｍの場合では下層であっても日射が届き，まFig. 23 Distribution of water temperature（depth:3m,

た，流速も相対的に高いために上流から流入していspring point A）

る水が下層にも供給されるため水温が低下しないと考えられる。
湧水の発生位置を変えた場合について述べる。湧水発生場所よりも水深が低い部分では水温が湧水の影響を受けて水温が低下する。まず，水深 3ｍの場合について述べる，湧水発生地点Ａの場合は約 12℃の水塊が下層に広く形成される（Fig. 23）。湧水発生地
点Ｂの場合は下層に約 13℃の水塊が形成される（Fig.
24）。湧水発生地点Ｃの場合，下層は約 17℃の水塊があるものの，中層では 22℃となり他の発生地点ほど

Fig. 24 Distribution of water temperature（depth:3m,

有効な範囲が広くない（Fig. 25）。水深が 5ｍの場合

spring point B）

も同様の傾向が見られた。湧水発生地点Ａの場合は
水深 3ｍの場合と同様に約 12℃の水塊が形成されるがその範囲が広い（Fig. 26）。湧水発生地点Ｂの場合は約 19℃の水塊ができ水深が 3ｍのときと比較して水温が高い（Fig. 27）。湧水発生地点Ｃでも水深 3ｍのときと比較して広い範囲で低水温の層ができる（Fig. 28）。

Fig. 25 Distribution of water temperature（depth:3m,
spring point C）

Fig. 21 Distribution of water temperature（depth:3m）

Fig. 26 Distribution of water temperature（depth:5m,
spring point A）

Fig. 22 Distribution of water temperature（depth:5m）― 603 ―

Water temperature（ ℃）
Water temperature（ ℃）

Fig. 27 Distribution of water temperature（depth:5m,

Discharge（ ㎥/ｓ）

spring point B）

25
23

Surface layer

Middle layer

Lower layer

7/5

7/25

8/14

9/3

9/23

7/5

7/25

8/14

9/3

9/23

7/5

7/25

8/14

9/3

9/23

3m

21
19
17
15
256/15
23

5m

21
19
17
15
12006/15
800
400
0
6/15

Fig. 29 Calculated water temperature prediction at thesurface, middle and bottom layer of the pool which has
3m and 5m depth and inflow discharge

Fig. 28 Distribution of water temperature（depth:5m,
spring point C）

7.

結論

水深による表層，中層，底層の水温を Fig. 29 に示す。これによれば，洪水時に淵の内部で混合がおき

本研究では九頭竜川のサクラマスの生息可能な水淵内部での水温は一様となるが平水時には表層が底温環境について水温モデルを用いて予測計算した。

層より最大約 6℃の水温が高くなる。しかし，水深が気温上昇に対して現在の水温環境を維持するための3ｍの場合には平水時でも層による水温差は大きく手法として発電放流水と河川地形に着目した。

ない。

得られた結論を以下に示す。

井上ら(2010)によるとおおむね 1.5ｍ以上の淵でサ（１）現地調査により，市荒川発電所の放流水が本

クラマスの生息が確認されているが，今回の計算結川に合流することによる水温低下と，合流後の流下果では，水深が 3m では表層と底層の温度差は大きくに伴う水温上昇，福松大橋右岸地点の湧水の効果をなく混合しており，水深が 5ｍ以上になって水深によ確認することができた。

る水温の差が顕著に見られることが確認された。ま（２）1 次元モデルを用いて発電所放流水合流後の水た湧水が発生している場合はその地点よりも深い場

温の予測計算を行った結果，発電所からの放流水の所では夏季に水温低下が見られることや発生する水水温の低さと流量が現在のままであれば気温が上昇

深の違いによって低水温層の水温や位置が異なるこ

しても鳴鹿大堰までの区間はサクラマスの温度障壁とが確かめられた。河川に湧水が発生しても本流のと考えられる 24℃を超える地点はないと予測された。

流速が速い地点で湧いている場合は湧出してすぐに24℃を超える地点が現れるのは，発電が一切行われ拡散してしまうため，その水が滞留するような地形ない場合や，取水量が減り気温が上昇した場合と推があることがサクラマスにとって重要であると考え測され，発電放流水が冷水性魚類に与える正の影響られる。

が示唆された。
（３）2 次元鉛直モデルを用いて淵のもたらす水温環
境や湧水の与える影響について考察した結果，水深が 5ｍ以上では水深による水温の差が顕著に見られることが確認され，夏季の避難場所としての可能性があることが示唆された。また湧水の発生により，低水温層が効果的に維持されることが考えられ，また，こうした湧水が効果的に滞留するような河川地― 604 ―

形が形成されることがサクラマスにとって重要であ田中哲生（2008）：地球温暖化と淡水魚の盛衰, 温暖ると考えられる。

化と生物多様性, 岩槻邦夫・堂本暁子編著, 築地書

今後の課題としては，温度障壁を超えない水温層館.

が存在すれは，サクラマスはその場所で生息可能で

谷口義則・中野 繁（2000）：地球温暖化と局所的環あると考えられる。ただし，そのような低水温の水境撹乱が淡水魚類群集に及ぼす複合的影響: メカニ

塊の体積が小さい場合は生息可能な個体数は限られ

ズム, 予測そして波及効果, 陸水学雑誌, 61(1), pp.

る。河川全体で，サクラマスの生息可能な環境容量

79-94.

を維持するためには，今回の検討で行った河川縦断

樋口広芳・小池重人・繁田真由美（2009）：温暖化が方向の検討（本川水量の維持，発電放流水の合流と生物季節, 分布, 個体数に与える影響 (地球温暖化

その水温，流下に伴う水温変化など），河川地形の検--日本における影響の総合評価), 地球環境, 14(2),討（河道内の砂州形態，瀬・淵構造，湧水の流入と

pp. 189-198.

滞留構造など）を組み合わせて，そのような空間を宮本仁志・菅原康之・道奥康治（2009）：上・中・下

どれだけ多く作ることが出来るかを評価することが流域における河川水温の形成要因に関する解析的必要である。

検討，水工学論文集，53，pp.1153-1158．
真山紘（1992 ）：サクラマス Oncorhynchus masou

謝 辞(Brevoort) の淡水域の生活および資源培養に関する研究, 北海道さけ・ますふ化場研究報告, 46, pp.

本研究を進めるにあたり，国土交通省近畿地方整備

1-156.

局福井河川事務所の協力を得た。ここに記して，謝意

山辺功二（1970）：山地河川の流出水温について, 水を表す。

温の研究, 14(4), pp. 42-47.
Arscott, D.B., K. Tockner and J. Ward (2001): Thermal

参考文献

heterogeneity

along

a

braidedfloodplain

river(Tagliamento River, northeastern Italy), Canadian
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Study on Environment of River Water Temperature Suitable for Cold Water Fish Habitat

Junya NAITO(1), Tetsuya SUMI and Yasuhiro TAKEMON(1) The Chugoku Electric Power Company

Synopsis
Water temperature is very important factor for cold water fish habitat. But river water temperature ispredicted to increase by global warming. In order to clarify how fish habitat may be lost, we conducted fieldsurvey in the Kuzuryu River and simulated river water temperature by 1D and 2D numerical models
calculating heat exchange between atmosphere and water. To maintain cold water fish habitat, we evaluatedthe cooling effects of input water temperature from a power station suitable for cold water fish that dependon amount and temperature of discharged water from upstream dam. We also studied effects of water depth
and spring water intrusion at deep pool areas in the river channel.
Keywords: water temperature, global warming, Kuzuryu river, river geomorphology, hydropower generation,
Oncorhynchus masou― 606 ―