魚道と魚類の遡上・降下に関する川づくりの課題と方向性
鬼束幸樹1・夏山健斗2・白坂雄一2・橋本将直3・富澤太一4・緒方亮5・平田大成6
1正会員
3正会員
5正会員

九州工業大学大学院教授 建設社会工学研究系
日本工営株式会社 本社河川部
株式会社建設技術研究所 九州支店

１.はじめに世界の397 カ所のダムの約 50%で生態系の分断(Liermann et al.2012)↓
魚類の生息場の縮小(福島2005) ，魚類相の変化(棗田・瀬谷 2012) ，個体数の減少(Birnie-Gauvin et al.2019)，隔離個体群の絶滅(Morita & Yamamoto2015)遺伝子の改変
Ex) ヨーロッパウナギの漁獲量・・・95%減少(Van Wichelen et al. 2021)，
ニホンウナギの漁獲高・・・98%減少(出村2019)，アユの漁獲量・・・1990年から半減(農林水産省2021)↓
魚道の設置が必要
２.魚道の歴史，現状と課題(1) 我が国における魚道に関する動向
1888年 鬼怒川 1907年淀川→1912年日暮 国内初魚道論文
1990 年 「国際魚道会議ぎふ ‘90」
1991 年 「魚がのぼりやすい川づくりモデル事業」
1997 年 必要に応じて魚道を設置 河川法
2005年 「魚がのぼりやすい川づくりの手引き」(2) 魚の魚道利用状況
Roscoe & Hinch(2010)・・1960～2008年 96編魚道論文 遡上対策有り34/280
68%成魚，17%幼魚，16%複数
Noonan et al. (2012)・・・1960～2011年 65編魚道論文
サケ類の遡上率62%，降下率75%で，サケ類以外各21%，40%(3) 日本の魚道の現状と管理上の問題
篠邉(1990)・・・・1396頭首工魚道
プールタイプ6割，水路タイプ2.5割
井出ら(2014)・・・ 266基頭首工魚道 プールタイプ7割
川田ら(2016)・・・ 634基階段式 全面越流型70%，アイスハーバー型 16%
利用想定・・4～8割アユ，ニホンウナギ4割，サクラマスやサケ2割弱
篠邉(1990)，井出ら(2014)，川田ら(2016)
対象魚・・1位北海道ウグイ 他の地域アユ，2位北海道サケ，北陸ウグイ，北陸，近畿，中国四国，九州沖縄ニホンウナギ
井出ら(2014) 216基頭首工魚道附帯施設
呼び水(有36，無131) 迷入防止 (有16，無141) ごみ除去 (有8，無159)
林野庁 治山ダム魚道 魚道内土砂堆積(39%) 洗堀(17%) 無流水(13%)
上下流土砂堆積(上流側13%，下流側9%) 破損(9%)

2学生会員 九州工業大学大学院 工学府工学専攻
4非会員 長崎県庁 五島振興局建設部
6非会員 日鉄テックスエンジ株式会社
３.階段式魚道の遡上対策
国土交通省河川局: 魚がのぼりやすい川づくりの手引き, 2005・・魚道マニュアル(1) プール長
幅員の1.5～2 倍→幅員「さほど大きな幅員は必要としない」→未解明
既設魚道 1～2m(33%，36%) 2～3m(21%，47%)
久保田ら(1997)・・・体長の2倍と落下水脈で乱される長さの合計値以上
底生魚・・・？(未解明) 遊泳魚・・・プランジングフロー適切→プール長，プール水深，フルード数依存(2) プール水深
魚の体高の2 倍以上(魚道マニュアル)
既設魚道，0.5m未満15%，0.5m以上75%，不明10% 篠邉(1989)
和田(2000) 水深減少→アユの遡上率増加 (プランジングフロー)鬼束ら(2012) 低水深0.2～0.4m アユの遡上率高 (プランジングフロー)→体高2倍以上，ブランジングフロー，低水深(遊泳魚) but 底生魚 未解明(3) プール間落差
0.1～0.2m(魚道マニュアル)
現状・・0.2m以下26% 0.3m以下59%
落差0.2m→体長200mm以上が遡上可能 by トリチェリの原理
and 魚の突進速度が体長の10倍
実際は体長200mm以下も遡上可能 ∵突進速度は10倍以上，腹部の付着力重要な他のポイント・・・切欠きR型 Wada(2000) 定式化 by 鬼束ら(2010)→さしあたって0.2m以下？
(4) 潜孔・・・魚道マニュアルには未記載
和田(1998) 水抜き用(内径0.1～0.15m) 通常は蓋をしておくべき
高嶋・中村(1984) 遡上率増加 アユ休憩
潜孔の利用確認 by 高崎ら(1999)，泉ら(2003)
鬼束ら(2011) 交互潜孔<片側潜孔？ アユ→ほとんど未解明(5) プールの底面状態・・・魚道マニュアルには未記載
松木ら(2015) 粒径0.05m半球交互配置
ウグイの遡上率向上
鬼束ら(2018) 粗石粒径>魚体長 then 休憩可能 (0.04～0.1m)→粗石が遡上に有利 but 最適値未解明(6) 休憩場所
20～30ｍごと(魚道マニュアル)
実際・・・なくても遡上→不要？

６.おわりに

４.降下対策(1) 音波粒子挙動・・・未解明

圧力・・・以下

Haymes & Patrick(1986) 20～1,000 Hz エールワイフの遮断に成功
Deleau et al.(2020) 60～1000Hz ヨーロッパウナギ忌避に成功，成功率13～16%
Burner & Moore(1964) 67～70 kHz 182 dB re 1μPa以下
ニジマス ブラウントラウト 反応なし
音波 = f(周波数,音圧)→系統的に変化実験なし→課題(2) 光および壁面色
暗条件 桿体＋明条件 4(赤，青，緑，紫外)錐体→明暗および色の識別可能
Lin et al.(2021) コイ赤色忌避
Owen et al.(2010) テンチ稚魚活動量 青，白光下<赤，無光下Patrick et al.(1982) 1～18Hzの点減光 333～18lx アメリカウナギ 暗領域忌避野田ら(2019) アイゴ 連続光反応なし，点減光忌避

バイパス魚道が最適→すぐには無理↓
既設の階段式について
幾何学形状
・プール水深・・・セイシュの非発生条件内，対象魚の体高の2倍以上の低水深・プール間落差・・基準値の0.2m以下で低いほど望ましい．切欠き形状R型，潜孔交互<片側潜孔？
・プール底面・・・魚体長よりも大きな粗度を設置→ゴミの付着問題が未解決
降下対策
・音波 周波数と音圧を変化させた実験が必要
・光 連続光<断続光 ただし，魚種依存・色 上流側切欠き付近 黄色→アユ遡上率向上 ただし，魚種依存・気泡，電気膜等 体系的知見なし→魚種依存で未解明

今後の実験の方針

関谷ら(2002) アユ 白色忌避 than 黒色
鬼束ら(2016) 上流側切欠き付近の壁面を黄色で塗装→アユ遡上率向上

全魚種対象・・・現実的に無理↓
アユ，サケ，ニホンウナギ，ウグイ，オイカワ等を優先(3) 気泡多量の気泡が発生しない・・・魚道マニュアル野口ら(2007) 気泡混入量 7%以上 アユ忌避率急増
Zielinski et al.(2014) 気泡径が大 コイ忌避
鬼束ら(2016) アユ忌避傾向 尾数増加→緩慢
Leander et al.(2021) 気泡膜+光 タイセイヨウサケ 忌避Kynard & O‘Leary(1993) アメリカシャド 忌避しない→魚種依存で未解明(4) その他
北海道後志利別川 美利河ダム バイパス式魚道→サクラマス 降下成功
→バイパス式魚道は理想的
５.新型魚道田中ら(2009) 半円形コルゲート管 傾斜円弧隔壁等間隔→メダカ，タモロコ，ドジョウ遡上
石川(2019) 魚道両壁オリフィスから呼び水→ウグイの遡上率向上(0%→20～50%)
鈴木ら(2001) カスケードM型 千鳥X型魚道→ドジョウ遡上
東京都 ハーフコーン型魚道 2006年までに全国30カ所以上
簡易魚道の試作

椎名慧, 佐藤大誠, 青木宗之: 都市河川の落差工に設置した簡易的な水路式魚道の機能検証と課題の整理, 土木学会論文集B1(水工学), Vol.77, No.2, I_1411-I_1416, 2021.
高橋直己, 三澤有輝, 本津見桜, 柳川竜一, 多川正, 中田和義: 農業水路に適用可能な可搬魚道システムの提案, 農業農村工学会論文集, 第89巻, 第1号, I_29-I_35, 2021. など

階段式以外，魚道の数値計算，魚の挙動のモデリング，濁度，水温等の水質の影響などもいずれ紹介したい

紙面の関係で掲載できなかった参考文献

1) Syihab, A.B.M., Verdin, P.G., Wright, R.M., Piper, A.T. and Casado, M.R.: Computational fluid dynamics simulationsof water flow on a studded upstream eel pass, River Research and Applications, 2021.
2) Kanaiwa, M. and Y. Harada: Theoretical study of fitness reduction in stream-dwelling fish by the fixation of slightly
harmful mutations under habitat fragmentation, J. Agri. Science, Tokyo University of Agriculture, Vol.55, pp.10-18,2010.
3) 出村政彬: ウナギ絶滅回避なるか: 間近に迫る完全養殖, 日経サイエンス, 第49巻, 第8号, pp.82-85, 2019.
4) 農林水産省: 令和2年漁業・養殖業生産統計年報, 2021.
5) Tichelbacker, H.: Der Freiungsritt der Grafen von Julich entlang der Rur zum Schutze des Laichzuges der Lachse,Beitrage zur Julicher Geschichte, Vol.54, pp.1-15, 1986.
6) Denil, G.: Les echelles a poissons et leur application aux barrages de Meuse et d'Ourthe, Annales des Travaux
Publics de Belgique, 1909.
7) Nemenyi, P.: An Annotated Bibliography of Fishways, Univ. Iowa, Stud. Eng. Bull., Vol.23, pp.66, 1941.
8) Rajaratnam, N., van der Vinne, G. and Katopodis, C.: Hydraulics of vertical slot fishways, Journal of HydraulicEngineering, ASCE, Vol.112, pp.909-927, 1986.
9) Porcher, J.P.: Fishway for eels, Bulletin Francais de la Peche et de la Pisciculture, 2002.
10) 廣瀬利雄, 中村中六: 魚道の設計, 山海堂, 1991.
11) Lagarde, R., Courret, D., Grondin, H., Faivre, L. and Ponton, D.: Climbing for dummies: recommendation for multispecific fish-ways for the conservation of tropical eels and gobies, Animal Conservation, 2021.
12) 林田寿文, 本田隆秀, 萱場祐一, 島谷幸宏: 階段式魚道のプール内流況とウグイの遊泳行動, 水工学論文集,第44巻, pp.1191-1196, 2000.
13) Rajaratnam, N., Katopodis, C. and Mainali, A.: Plunging and streaming flows in pool and weir fishways, Journal ofHydraulic Engineering, Vol.114, pp.939-944, 1988.
14) 浪平篤, 後藤眞宏, 小林宏康: 階段式魚道における流量変化に伴うプール毎の流況およびウグイの遡上行動, 水工学論文集, 第51巻, pp.1291-1296, 2007.
15) 小山長雄: アユの生態, 中公新書, 1978.
16) 泉完, 高屋大介, 工藤明, 東信行: アイスハーバー型魚道における魚類の隔壁遡上特性, 農業土木学会論文集, No.217, pp.55-63, 2002.
17) 矢田谷健一, 泉完, 東信行, 丸居篤: クロコ期のニホンウナギを対象とした遊泳能力の測定, 土木学会論文集G(環境), Vol.76, No.6, pp.II_109-II_114, 2020.
18) 岡本隆明, 松本知将, 大石哲也, 山上路生, 岡崎拓海: 半球粗度まわりの乱流構造が種子捕捉過程に与える影響に関する実験的研究, 土木学会論文集B1(水工学), Vol.76, No.1, pp.118-128, 2020.
19) Muraoka, K., Nakanishi, S. and Kayaba, Y.: Boulder arrangement on a rocky ramp fishway based on the swimming
behavior of fish, Limnologica, Vol.62, 2017.
20) 今村彰生, 速水花奈, 坂田雅之, 源利文: 河川横断構造物とニジマスが北海道のイワナ属の生息に与える影
響: 環境DNA分析の結果をもとに, 保全生態学研究, 第24巻, 第1号, pp.71-81, 2019.
21) Koizumi, I., Tanaka, Y. and Kanazawa, Y.: Mass immigration of juvenile fishes into a small, once-dried tributary
demonstrates the importance of remnant tributaries as wintering habitats, Ichthylogical Research, Vol.64, pp.353-356,2017.
22) 傳田正利, 天野邦彦, 萱場祐一: 出水の水理特性が魚類行動に与える影響, 水工学論文集, 第49巻, pp.14651470, 2005.
23) 兵藤則行, 関泰夫: 海産稚仔アユに関する研究-II, 流下仔アユの生残におよぼす絶食の影響(1), 新潟内水試研報, 第12巻, pp.15-22, 1985.
24) 古屋康則: 河口堰がアユの生活史に与える影響, 長良川下流域生物相調査報告書, 長良川下流域生物相調査団, pp. 54-67, 2010.
25) Verreault, G. and Dumont, P.: An estimation of American eel escapement from the upper St. Lawrence river andLake Ontario in 1996 and 1997. American Fisheries Society Symposium, 2003.
26) Russon, I.J., Kemp, P.S. and Calles, O.: Response of down-stream migrating adult European eels (Anguilla anguilla)
to bar racks un-der experimental conditions, Ecology of Freshwater Fish, Vol.19, pp.197-205, 2010.
27) Prince, E.E.: The fish-way problem. Thirty-fifth annual report of the Department of Marine and Fisheries, Fisheries
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28) 小林哲夫, 佐々木正夫: 気泡並びに光に対するサケ稚魚の回避について, 北海道さけ・ますふ化場研究報
告, 19号, pp.33-42, 1965.
29) Fausch, K. D., Torgersen, C. E., Baxter, C. V., and Li, H. W.: Landscapes to river scapes: bridging the gap between research and conservation of stream fishes. Biosciences 52, 483.498, 2002.
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32) Ladich F, Fay RR: Auditory evoked potential audiometry in fish. Rev Fish Biol Fisheries 23: 317.364. 2013.
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34) Maes, J., Turnpenny, A.W.H., Lambert, D.R., Nedwell, J.R., Parmentier, A., Ollevier, F.: Field evaluation of a soundsys-tem to reduce estuarine fish intake rates at a power plant cooling water inlet, J. Fish Biology, 64, pp.938-946,
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35) Bowmaker, J.K.: Evolution of vertebrate visual pigments, Vision Research, Vol.48, pp.2022-2041, 2008.
36) 髙橋恭一: 魚眼の構造と機能, 人間環境学研究, 第19巻, 第23号, pp.1-42, 2021.
37) 仙波政男: 多摩川におけるハーフコーン型魚道整備の取組み, 農業土木学会誌, 第74巻, 第6号p.503-504,a1,
2006.