河道掘削後のモニタリング結果に基づく水理諸量の分析と樹林化抑制に関する考察
かわかみ川上ほくとでん ぽ北斗1・傳甫

じゅんや1

すみとも潤也 ・住友けいぞう1

慶三

1（株）ドーコン河川環境部（〒060-0042 北海道札幌市中央区大通西10丁目4-132 南大通ビル東館）

北海道内の河川ではヤナギ類による河道内の樹林化に伴う河積阻害等が問題視されており，伐採等に係る管理費用の低減を考慮すると，平均年最大流量時程度の周期的な撹乱等による稚樹段階での樹林化抑制が重要である．本稿では，撹乱強度，撹乱発生頻度，冠水日数等の水理諸量を樹林化抑制に寄与する指標と見なし，河道掘削箇所のモニタリング結果を用いて指標を分析するとともに抑制効果に関する考察を行った．その結果，各指標には樹林化抑制傾向に統計的な有意差が認められる境界が存在した．この境界を、治水機能の持続的維持・河道維持管理費の低減に繋がる河道断面設定のための目安値としてとりまとめた事例について報告する．
Key Words : ヤナギ林，モニタリング，撹乱強度，撹乱頻度，冠水日数

１．はじめに河道内に繁茂した樹木は，洪水時に河積を阻害して流下能力を低下させるほか，河道内の樹林化に伴い砂州が固定化され，流水が澪筋に集中し，河床低下や河岸侵食等のリスクが増大する．
北海道内の河川では，ヤナギ類を主とする河畔林が広く分布し河岸延長の約7割が樹林化している1)．
ヤナギ類は再生力が旺盛であり，生長するほどに定着部が強固になる 2)ため，稚樹段階での樹林化抑制の対策を実施することが重要である．また，北海道
内の河川は，本州と比較して大規模な洪水の発生が少なく，砂州上の樹木（成木）が撹乱されにくい．
そのため，周期的（平均年最大流量時程度）な撹乱の発生等により，ヤナギ稚樹が流出，または生長が抑制されるような状態が，河川の維持管理上望ましい．一方，樹林化抑制に関する既往研究では，洪水時の撹乱力（摩擦速度・無次元掃流力）による樹木流出の事例 3),4) は多いが，平均年最大流量規模の流況による周期的な撹乱に着目した研究は少ない．
こうしたなかで，国土交通省北海道開発局と寒地土木研究所は，稚樹段階での樹林化抑制を考慮し，平均年最大流量時の河道内の裸地域と樹林域の境界付近における撹乱強度の分析等に基づく樹林化抑制の基本的な考え方を，「樹林化抑制を考慮した河岸形状設定のガイドライン（案） 5)」（以下，ガイドライン）としてとりまとめている．ガイドラインでは，撹乱を砂州の砂礫とともに根ごと稚樹を流出させる事象と捉えており，稚樹段階のヤナギ類の撹乱が可能な代表粒径に応じた摩擦速度u*2（cm2/s2）の目安（以下、GL値）を使用した撹乱対策や，ヤナギ種子散布時期に裸地を常時冠水させて種子定着を抑制する冠水対策を効果的な対策として紹介しており，これを踏まえた河道掘削が多く行われている．
国土交通省北海道開発局ではガイドラインの効果検証のため，複数年にわたって河道整備後（主に河道掘削）の樹林化状況をモニタリングしている．しかしながら，モニタリング中にGL値を超える洪水が発生した場合であっても樹林化が進行している事例が散見されることから，GL値の樹林化抑制効果の検証が求められている．
また，樹林化抑制効果の検証にあたっては，ガイドラインで着目している平均年最大流量時の撹乱強度のみならず，既往研究でも指摘されている冠水頻度等 6),7)の水理諸量についても着目する必要がある．
これらを踏まえ本研究では，道内の河道掘削後のモニタリングにより，樹林化抑制に資する複数の水理諸量を分析し，樹林化抑制効果が表れ始める水理諸量の境界の定量化を行った事例について報告する．

２．検証方法
分析対象は，ガイドラインを踏まえた河道掘削が実施され，5年から15年程度経過した道内一級水系9河川23箇所とし，施工後に再樹林化した箇所および再樹林化が抑制された箇所を対象とした．
また，樹林化抑制の目安となる水理諸量の検証にあたり，以下の4つの指標（撹乱強度，撹乱発生頻度，冠水日数，樹林化率）を設定した．
撹乱強度については，モニタリング期間における年最大流量時のu*2の平均値とし，ガイドラインとの比較検証の観点からGL値との倍率で表現した．
撹乱発生頻度については，モニタリング期間中にGL値を上回る年最大流量時のu*2の発生回数を期間

A川地区1B川地区1

河床勾配：I=1/1020，代表粒径：dr＝46.6mm

河床勾配：I=1/1350，代表粒径：dr＝7.7mm

施工前（H21）

施工前（H21）

施工範囲

施工範囲

樹林地

樹林地

H22

R02

GL値

100
10
8年後

7年後6年後5年後4年後2年後1年前

12年前

8年後

7年後

6年後

5年後

4年後

3年後

1年後

1年前

2年前

GL値：対象箇所の代表粒径に基づき算出
3年前

1

4年前

10R02

年最大摩擦速度

3年前

100

H25

1000

4年前

GL値

5年前

年最大摩擦速度1000

5年前

年最大u2（cm2/s2）

（C）

H27

年最大u2（cm2/s2）

H22

水域 裸地 草地 樹林地100806040200

1年後

水域 裸地 草地 樹林地100806040200

2年後地被割合（%）（B）

モニタリング時

地被割合（%）

モニタリング時3年後（A）

図-1 樹林化が抑制された事例（左：A川地区1，H25施工）および樹林化が進行した事例（B川地区1，H24施工）における（A）施工前・モニタリング時の空中写真（B）地被割合の変遷（C）年最大u*2の変遷なっていた．モニタリング期間における年最大流量で除した値とした．例えば、モニタリング期間7年時のu*2 の推移を見るとGL値を上回る洪水がほぼ毎でGL値を2回上回る洪水が発生した場合、発生頻度年発生していた．一方，B川地区1の樹林地の割合はは1/3.5となる．
施工1年後で0%，施工8年後には52%となっており，冠水日数については，北海道のような積雪寒冷地
モニタリング期間におけるGL値を上回る年最大流の河川では春期の1-2か月程度続く融雪洪水が発生量時のu*2の発生は2回に留まっていた．
するため，融雪期（4月-6月）と，夏期（7月-10月）
この例から，GL値を上回る撹乱強度や発生頻度に分け、各々の冠水日数を年ごとに算定し，それぞが多いことが，樹林化抑制の一因になるものと考えれの平均値とした．
られる．
樹林化率については，モニタリング期間における最新年の垂直写真に基づき分析対象箇所を水域・裸(2) 撹乱強度・撹乱発生頻度と樹林化率との関係地・草地・樹林地に地被区分を行ったうえで，施工
撹乱強度では，図-2左に示す通り，指標値の増加範囲に占める樹林地の割合とした．
とともに樹林化率が減少する傾向が見られた．また，なお，各指標の算出に使用する水位（時刻水位）
指標値が1.5未満（GL値の倍率で表示）の場合の樹については，対象箇所の横断測量時水位と，近傍の林化率は最大約70%であるのに対し，指標値が1.5以
水位観測所における測量時の時刻水位に基づく水位
上の場合の樹林化率は最大約10%まで低減していた．
差を算出し，この水位差をモニタリング期間中の観測時刻水位に加減することによりデータを収集した． また，樹林化抑制に資する目安値があれば河道の計画・管理に活用できると考えられる．そこで，撹乱
また，u*2算出に用いるエネルギー勾配は河床勾配を強度に任意の境界値を設定したうえで，境界値未満使用した．の群と境界値以上の群にサンプルを分割してマン・ホイットニーのU検定（以下、U検定）を実施し，３．検証結果および考察その結果得られる2群間の統計的有意差から目安値を検証することとした．
(1) 樹林化の状況
表-1に示す通り，撹乱強度が1.5未満とそれ以上
ここでは，モニタリング結果の中から特徴的な樹の群にサンプルを分割してU検定を実施した結果，2林化の状況を示すため，樹林化の進行が抑えられて群間に統計的有意差が認められた．さらに統計的有いるA川地区1，樹林化が進行しているB川地区1
意差が認められる指標値の境界を検証したところ，（図-1）を事例として取り上げる．A川地区1では，指標値が1.0，1.5，2.0で境界を設定したいずれの場
樹林地の割合を見ると，施工前は80％で，施工2年合でも2群間に統計的有意差が認められた．これよ
後で15%，施工7年後では1%とほとんどが裸地と表-1 各指標における任意値を境界と見なした場合の樹林化率の比較
指標

境界
1.0
1.5

撹乱強度

2.0
1/2
撹乱発生
頻度

1/3
1/5

樹林化率（平均±標準偏差）＊＊ 境界未満：29±17％＊＊ 境界以上：10±18％＊＊ 境界未満：30±19％＊＊ 境界以上：3±4％＊境界未満：20±20％＊境界以上：2±4％＊＊ 境界未満：24±5％＊＊ 境界以上：2±20％＊＊ 境界未満：32±20％＊＊ 境界以上：3±14％＊境界未満：24±20％＊境界以上：11±14％

指標

境界20

融雪期
冠水日数

304020夏期
冠水日数3040

樹林化率（平均±標準偏差）＊＊ 境界未満：37±13％＊＊ 境界以上：10±17％＊境界未満：31±22％＊境界以上：6±8％＊境界未満：28±23％＊境界以上：6±8％n.s. 境界未満：26±19％n.s. 境界以上：10±17％n.s. 境界未満：22±23％n.s. 境界以上：7±8％n.s. 境界未満：22±23％n.s. 境界以上：7±8％

境界は図-2・図-3の傾向より，横軸を任意値で区分したものである **:p<0.01，*:p<0.05，n.s.:統計的有意差がないことを示す（U-Test）

80
808080

樹林化率（％）

樹林化率(%)

100
100

樹林化率（％）
樹林化率(%)

100
100

6060404020
2000
0.00.06060
4040
2020001.0
2.0
3.0
4.01.02.03.0
4.0
2U*2/GL値（平均年最大）撹乱強度（平均年最大u* /GL値）

10 5 32
12GL値の発生頻度（1/N年）
撹乱発生頻度（GL値を超過する年最大u*1 の発生頻度）
10 532（1/N年）
図-2 撹乱強度（左）および撹乱発生頻度（右）と樹林化率との関係

80
80

80
80

樹林化率（％）
樹林化率(%)

100
100

樹林化率（％）
樹林化率(%)

100
10060
60

40
40
20200000

2040608010020406080
100
冠水日数（融雪期）
融雪期冠水日数（日）

60
60
40
40202000002020 40
40 60
60 80
80 100100 120120 140140
冠水日数（夏期）
夏期冠水日数（日）図-3 融雪期冠水日数（左）および夏期冠水日数（右）と樹林率との関係り，撹乱強度は1.0-2.0の範囲で樹林化抑制に資するるのに対し，指標値が1/3以上の場合の樹林化率は目安値が存在する可能性が示唆された．
最大約14%まで低減していた．撹乱強度と同様に統
これまで洪水時の植生破壊（主に草本植物の流出） 計的有意差を検証した結果，撹乱発生頻度が1/2-1/5については，例えば多摩川や千曲川の検討 4) で，までは2群間に統計的有意差が認められた（表-1）
0.06-0.13程度の無次元掃流力τ*が必要とされている． ことから，目安値が存在する可能性が示唆された．
既往研究 8)でも伐採後のヤナギ類については，幹等
撹乱強度1.5に着目すると，境界値とした場合には2からの再萌芽により1-3年程度で急速に拡大するこ
群間に統計的有意差が認められ，τ*に換算すると
4)0.06（既報 の多摩川の代表粒径d50の50mmを使用）とが示されている．また，樹齢が3年を経たヤナギであった．今回着目しているヤナギ類についても，類は，GL値を超過する撹乱力が発生しても洪水後稚樹段階では幹や枝葉が柔らかく，根系の定着も強に生存する割合が高かったという事例 9)もある．ま固ではない（人力で容易に引き抜ける程度）5)ため， だ事例は少ないが，3年に1度の洪水が周期的に発生草本植物と同様の性質と想定される．そのため，撹することで，樹林化抑制に寄与する可能性が高いと乱強度1.5程度の洪水の発生は，既報4)の破壊条件の思われる．
概ね下限値にも相当し，樹林化抑制に寄与する可能以上の検討結果より，撹乱による樹林化抑制の観性が高いと思われる．
点からは，撹乱強度と撹乱発生頻度の両方が重要な要素と考えられる．
撹乱発生頻度（GL値のu*2≦年最大流量時のu*2となる頻度）では，図-2右に示す通り，指標値の増加とともに樹林化率が減少する傾向が見られた．また， (3) 冠水日数と樹林化率との関係
冠水日数と樹林化率との関係（図-3）を見ると，指標値が1/3未満の場合の樹林化率は最大約70%であ融雪期・夏期ともに冠水日数の増加に伴い樹林化率が低下する傾向が見られた．また，融雪期・夏期と５．市場性および将来性もに指標値が30日未満の場合の樹林化率は最大約70%であるのに対し，指標値が30日以上の場合の樹本稿で指標とした水理諸量は既往調査結果から簡林化率は最大約26%まで低減していた．
便に算定可能で，特殊な施工が不要な河道掘削の敷また，表-1に示す通り，撹乱強度・撹乱発生頻度高設定により目安値を発生させることができる．まと同様に統計的有意差を検証した結果，融雪期冠水
た，目安値は平均年最大流量時程度の大きさである
日数が20日-40日の間に統計的有意差を認める指標ことから，必要最小限の工事で周期的かつ中長期的値の境界があり，この範囲で樹林化抑制に資する目な樹林化抑制が可能となる．すなわち，治水機能の安値の存在が示唆されたのに対し，夏期冠水日数に持続的維持と河道維持管理費の低減を両立する低コ
ついては統計的有意差を認める指標値の境界が確認
ストの対策の提案が可能になる．
できず，目安値の存在は不明であった．冠水日数と以上のように，本研究成果は河川管理のライフサ樹林化の程度に関しては，融雪洪水を伴わない河川イクルコストの最小化に寄与するものであり，得らの検討で，年間約185日以上の冠水日数があればほれた知見を反映したガイドライン改定（案）は発注
とんど樹林化が進行しないことが示されている 6)．
者より高い評価を得た．今後は４．に記載した残さ
一方で，北海道のように融雪洪水を伴う河川では，れている検討課題を検証してガイドラインを更新し，融雪期と夏期の冠水では効果が異なり，融雪期に冠樹林化抑制を考慮した河川管理の標準手法として全水日数が30日以上あれば樹林化の抑制が一定程度可道展開していく予定である．
能であった．これは，北海道内に分布するヤナギ類の多くが5月-6月に種子散布を集中させる5)ため，融謝辞：本論に使用したデータは，北海道開発局各開雪洪水で定着を阻止すること，前年に定着したヤナ発建設部の関係各位にご協力頂いたモニタリングにギ類の稚樹が細粒分とともに流亡すること等が想定基づくものである．ここに記して関係各位に謝意をされる．特に後者の細粒分について，稚樹の定着は表す．
細粒分の堆積する砂礫箇所でより多く発生すること
10)，砂混じり礫河床において平均年最大流量程度の参考文献
洪水が発生すると，砂州表層部から細粒分が流出す
1) 傳甫潤也，堀岡和晃，米本光明，伊藤昌弘：人為改変
後の低地の河畔におけるヤナギ林の地域分布，応用生ること11)等，細粒分の動態と合わせてヤナギ稚樹の体工学11(1), 13-27, 2008.
消長も生じている可能性も考えられる．すなわち，
2) 浅見和弘，丸谷成，田野弘明，酒井進：江川ダムの貯融雪期のまとまった冠水日数の発生（20日-40日）
水池上流端堆砂部に見られたヤナギ群落の生育環境とは，種子散布時期に掘削地表面に種子が定着するこ
発達過程，ダム工学, 17(2), 116-124, 2007.
3) 小澤宏二，清水義彦：洪水営力による樹木管理後の幼とを防ぎ，定着初期の稚樹の生育阻害および流出を木林動態を踏まえた樹林化抑制手法の考察,土木学会論促すことで，樹林化抑制に寄与するものと思われる．
文集B1(水工学)Vol.72, No.4, I_1057-I_1062, 2016.
なお，分析対象箇所について，細粒分やヤナギ稚樹
4) 末次忠司，藤田光一，服部敦，瀬崎智之，伊藤政彦，の動態等については，現時点で詳細は不明であり，
榎本真二：礫床河川に繁茂する植生の洪水撹乱に対する応答，遷移および群落拡大の特性，国土技術政策総今後確認が必要である．
合研究所資料，第161号, ISSN1346-7328, 2004.
5) 国土交通省北海道開発局，（独）土木研究所寒地土木
４．本研究のまとめと今後の課題
研究所：樹林化抑制を考慮した河岸形状設定のガイド
ライン（案），2011.
6) 萱場祐一：雫石川におけるハビタットの変化と冠水頻
本稿では，河道掘削後のモニタリング結果を通し度の関連について，環境システム研究論文集 Vol.28て，樹林化抑制と各指標（撹乱強度，撹乱発生頻度，347-352, 2000.
冠水日数）との関係について分析した．本稿で得ら
7) 大石哲也，萱場祐一：河川敷切り下げに伴う初期条件の違いが植生変化に及ぼす影響に関する一考察，第41れた知見を以下に示す．
回環境システム研究論文集，Vol.41, pp.351-356, 2013.
・撹乱強度，撹乱発生頻度，融雪期冠水日数，夏8) 村上泰啓，谷瀬敦，岩田圭佑：ヤナギ類河畔林におけ期冠水日数の増加とともに樹林化率が減少した．
る 伐 採後 の再 萌芽 につ いて， 寒 地土 木研 究所 月報 ,・撹乱強度，撹乱発生頻度，融雪期冠水日数につNo.790, 2019.
9) 佐藤好茂，渡邉和好，横山洋，矢部浩規：千代田新水
いて，2群間に統計的有意差が見られる指標値の路河道内におけるヤナギ林管理に関する基礎的研究，境界が確認されたことから，河道管理の実務上，
寒地土木研究所月報 No.734, 2014.
樹林化を抑制するための目安値に利用できるも11)増子輝明，前村良雄，森川陽一，後藤勝洋：鬼怒川中のと考えられる．
流部における礫河原再生について，リバーフロント研
究所報告,第21号, 2010.
今後は，サンプル数を増やしたうえでモニタリン12)溝口敦子：砂混じり礫河床上の交互砂州における流砂グ箇所の動態を詳細に分析し，各指標の目安値の統動態に関する実験的研究，土木学会論文集B1(水工計的信頼性の確保と各指標の樹林化抑制に及ぼす機学)Vol.67,No.4, I_775-I_780, 2011.

構の解明を行う必要がある．