階段式魚道内に設置した仕切り板によるオイカワの休憩場所の制御に関する検討
鬼束幸樹1＊・秋山壽一郎2・藏本

更織3・宍戸陽4・角田 裕香41九州工業大学大学院准教授

工学研究院建設社会工学研究系（〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町1-1）

2九州工業大学大学院教授

工学研究院建設社会工学研究系（〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町1-1）

3（株）日立製作所

情報通信システム社

4九州工業大学大学院

公共システム事業部（〒136-8632 東京都江東区新砂1-627）

工学府建設社会工学専攻（〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町1-1）＊ E-mail: onitsuka@civil.kyutech.ac.jp

高い遡上率を有する魚道を建設するには，魚の休憩場所を確保することが重要である．本研究では，仕切り板を魚道内でさまざまな位置に変化させ，魚の休憩場所を制御したものである．オイカワの遡上率は二台のビデオカメラによって得られた．そこで，仕切り板を上流側切欠きと下流側切欠きの間に設置した
場合にオイカワの遡上率が高い値を示した．これは，オイカワの休憩位置がプールの中央部から仕切り板の上流側に移動する，また，低速な流れの領域からの遡上が誘発される．

Key Words : Zacco Platypus, partition, pool-and-weir fishway, migration rate, suitable area

1. はじめに藤原ら13)などによって行われている．
一方，魚の挙動についてはビデオ撮影などが多く行わ

河川にダムや堰が設置されると，その上下流の水位がれているが4)-10)，遡上に必要な条件などは必ずしも明確不連続となり，水生生物の河川縦断方向の移動が困難にには解明されていない．中村1)は，既往の研究を参照し，なる．回遊魚にとって不連続な水位落差の存在は死活問

魚の遊泳に関する3つの定理を提案した．第1定理は「魚題につながるため，魚道が併設されることが望ましい．

はその体長相当分の長さしか流れを認識できない」，第魚道は，その水理構造の違いによって，プールタイプ， 2定理は「魚は攻撃，逃避，急流遡上などの緊急時以外には普通筋を使わない」，第3定理は「魚の尾の振り幅ストリームタイプおよびオペレーションタイプに分類される1)．プールタイプは，複数のプールによって構成さは体長の1/2を越えない」である．ここで第2定理に着目れる魚道で，プール間に落差が設けられている．ストすると，遡上時は普通筋を使うものの，その前後は疲労

リームタイプは，水路内の流れに急激な流速分布をつけの蓄積しない血合筋を使いたがると解釈される．事実，ることで，それぞれの魚種に適した流速の遡上経路を与魚道内で定位している魚は体長の2～4倍程度の流速域をえる魚道である ．オペレーションタイプは，人為的な選好することが既往の研究で解明されている4)-10)．一方，操作が必要な魚道である．いずれのタイプにおいても遡第1定理に着目すると，魚の定位位置から遠い場所に上上および降下に適した設計を行うには，魚道内の流況の流からの高速流が存在する場合，上流方向を認識できな把握と，その流況内を遊泳する魚の挙動を把握する必要い可能性が高くなる．逆に，休憩場所と上流からの高速がある．

流が近い場合，上流方向を認識しやすく，なおかつ休憩2),3)も可能なために遡上率が向上する可能性がある．

魚道内の流況を実験に基づき解明した研究としては，
高嶋・中村 ，林田ら ，安田ら ，浪平ら ，泉ら ，鬼本研究は階段式魚道においてプール内の様々な位置に

束ら9)，小坂ら10)など多くの研究が挙げられる．また，仕切り板を設置し，休憩場所の位置を制御することに近年では魚道内流況の数値計算も前野ら11)，浪平ら12)，よって遡上率の向上を試みたものである．

4)

5)

6)

7)

8)

1

2. 実験装置および実験条件
図-1に実験に用いた木製の片側切欠き付階段式魚道の模式図を示す．わが国において，比較的設置率が高い魚道は片側切欠き付階段式魚道である．したがって，
flow

本実験においても同魚道を採用した．ただし，左岸側壁は撮影のため透明なアクリル板で作成した．各諸xz

元は国土交通省発行の「魚がのぼりやすい川づくりのy手引き」14)によって提示されているものを参考にして，プール長 L を0.7m，プール幅 B を0.6m，水深hをyzh

BLx0.7m，隔壁厚 x を0.15m，切欠き幅 z を0.12m，落差 y を0.15mに設定した．これらの値は小規模河川

図-1 実験に用いた階段式魚道の概略図に設置される魚道として一般的なスケールである．
また，流下方向に x 軸，鉛直上向きに y 軸，プール横

up stream side notch

断方向に z 軸をとった．
アユの遡上および降下が観察できるように下流から2Δz番目のプール内の様々な位置に仕切り板を設置した．

②0.25m①③

図-2(a)に示すように高さ0.8m，幅0.25mの仕切り板を x L  0.5 の位置に固定し，図-2(b)に示すように

Δz / 30.8m④横断位置のみを変化させた．図-2(b)中の緑色の矢印

Δz / 2が仕切り板の設置範囲を表している．実験は，図-Pool area
Notch areay2(b)に示す4ケースと，仕切り板を設置していない

zx/L=0.5ケースの計 5ケースの実験をそれぞれ一回ずつ 行(a) 縦断位置なった．また，図-2(b)に示すように，隔壁において(b) 横断位置

図-2 仕切り板の設置位置

切欠き部を流下方向に投影した領域をNotch area，それ以外の領域をPool areaと定義し，両領域内にお表-1 実験条件

ける仕切り板の設置位置に基づき，表-1に示すケー

Pool status
Standard pool
① Pool left
Installation② Pool rightposition③ Notch thirdof partition④ Notch half

ス名を定義した．
下流から2番目のプールに平均体長 BL が80mmのオイカワ（Zacco Platypus）を N =30尾挿入し，切欠き部の越流流速が体長倍流速で9倍（突進速度）となるように3  /sの流量を与えた．一般的な魚道では切欠きのCase nameSpPlPrNtNh

越流流速を遡上させる対象魚の突進速度に一致させることで魚道の全長を短くしつつ，魚類が上流側を認識でき

1migration rate
The number of migration fish n
The number of experiment al fish N
0.3る流況が確保できる．目視でアユが魚道に馴致したのをnN確認した後，切欠きに設置した遡上防止用ネットを除去すると共に，プールの側壁および上部に設置した2台の0.6カメラで30fpsで30分間の撮影を行なった．撮影後，オイカワの遊泳位置を10sごとにキャプチャーされた画像

0.4を基にプール内のアユの位置を座標化し，魚群重心および休憩位置を解析した．

0.2

x ， y ， z 軸方向にそれぞれ7点のメッシュで構成される合計343点において，3次元電磁流速計を用いて流速03成分を0.05s間隔で25.6s計測した．計測後， x ， y ， z

Sp

軸方向の時間平均流速 U ， V ， W を算出し，合成流速

PlPr

Nt

図-3 オイカワの遡上率VV  U 2  V 2  W 2 を得た．なお，流速測定時には魚道にオイカワを放流していない．

2Nh1y0.8h1

Spcentar of fish' s school

Plside - viewcentar of fish' s school

top- view

z0.8
BPr
Nt

0.60.6NhSp
Pl0.40.4

Pr0.20.2

NtNhInstallation position of partition

0000.20.4x0.8
L0.601(a) 鉛直断面0.20.4

0.6x0.8
L1(b) 水平断面

図-4 オイカワの瞬間魚群重心の移動状況
0.150.4

nd xy

SpN d xy

PlPlnd xz
0.3
N d xzPr0.1

10
distance between fish' s schoold̂ xy
and up stream side notch
B9Ld̂xyd xy BLxy BLd̂ xz
d yz BLxzd̂Byz
LB8LSp

PrNt

Nt
0.2

Nh

7426046(a) 鉛直断面

8 d xy BL 10d xz
6BL

standard deviation

0.12d xy
8BLNh0.05

010456(b) 水平断面

7 d xz BL 805SpPlPrNtNh(c) 最頻値および標準偏差

図-5 オイカワの瞬間遊泳位置と上流側切欠きまでの距離

3. 実験結果および考察

平断面共に，全ケースにおいて重心位置は時間と共に移動しているものの，その範囲はプール内の僅か一部の領域に留まっている．そのため，この一部の(1) 仕切り板の設置位置とオイカワの遡上率との関領域付近でオイカワは休憩していると判断される．
係
図-4(a)の鉛直断面に着目すると，全てのケースに遡上率を次式のように定義する．
おいてオイカワの休憩場所は半水深以下であり，仕遡上に成功した尾数n
切り板を設置していないケース(Sp)とその他のケー遡上率 (1)
実験に用いた尾数N ( 30)スとの間に顕著な差異はない．
一方，図-4(b)の水平断面に着目すると，Spでは図-3にオイカワの遡上率 n N をケース別に示す．仕切り左岸側壁付近でオイカワが休憩している．PlではSp板を設置していないケース(Sp)とPool areaの左岸側に仕よりも右岸側で休憩しており，Prでは仕切り板の下切り板を設置したケース(Pl)とでは遡上率はほぼ同値で流側で休憩している．更に，遡上率の高いケースあった．そのため，プールの左岸側における仕切り板の有無は遡上率に影響を及ぼさないと考えられる．しかし， (Nt，Nh)では休憩場所が0.1< x L <0.6の範囲であり，仕切り板の上流付近で休憩していることが伺える．
Pool areaの右岸側に仕切り板を設置したケース(Pr)ではこのことから，仕切り板を設置することにより，オSpに比べて遡上率が低下しており，更にNotch area内にイカワの休憩場所を制御することができたと考えら
仕切り板を挿入しているケース(Nt，Nh)においては遡上れる．
率がSpに比べて増加している．以上の結果から，Pr，NtおよびNhにおいては，仕切り板の設置位置を変化させたことによって，オイカワの遡上率を変化させたと推測される．

(3) オイカワの瞬間遊泳位置と上流側切欠きまでの距離
図 -5(a) ， (b)に 鉛直 断面 ( x  y ) お よび水 平断 面( x  z )における，オイカワの瞬間遊泳位置と上流側切欠きまでの鉛直距離 d xy および水平距離 d xz を平均体長 BL で除した値( d xy BL ， d xz BL )の頻度分布をケース別に示す．鉛直距離および水平距離の両者とも分布形状および分布範囲がケースによって異なっ(2) オイカワのプール内の休憩場所
図 -4(a) に 鉛 直 断 面 ( x  y ) ， 図 -4(b) に 水 平 断 面( x  z )における10sごとの魚群の重心位置をケース別に示す．ここに， h は水深である．鉛直断面，水31.0 Case:Sp0.4
Case:Pl1.0z/B =0.10.4
Case:Pr1.0z/B =0.1y/hy/hy/h0.60.6

0.6

0.4

0.4

0.4

0.2

0.2

0.2

00.2 0.4 0.6 x/L 1.0001.0 Case:Nt

0.4

0.2 0.4 0.6 x/L 1.00000z/B =0.1

0.2 0.4 0.6 x/L 1.00.4z/B =0.1

1.0y/hy/h

0.6

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

000z/B =0.1

0.4

0.2 0.4 0.6 x/L 1.00Case:Nh000.2 0.4 0.6 x/L 1.000

図-6 z/B =0.1における鉛直断面内の流速コンター

0.25

flow

1.0yz

0.5xy

1.00.40.60.6z/By/h

y/h

0.6
0.4
0.2
00.3

0.6
0.4
0.2
00.3

zy
1.0
0.4
0.5

0.4

x/L

0.2
0.8

0Case:Sp

0.6
0.6

x0

flow

1.0

flow

1.0

y/h
0.6
0.4
0.2
00.3

0.25

0.25

z

z/B

0.5

0.4

x/L

0.2
0.8

0.6
0.6

x

0

Case:Pl

0

1.0
0.4
0.4

y0.8

flow

1.0

y/h

0.6
0.4
0.2
0
0.3

0.6
0.4
0.2
00.3

y
1.0
0.4
0.5

x

0.6
0.6
0.8

Case:Nt

0

flow

1.0

z 0.4

z/B

0.5

0.4
0.2

x/L

Case:Pr00.25y/hz

0.2x/L

0.25

1.0z/B

x00.6
0.6

0.4
0.2x/L
0.80z/B

Case:Nh00

図-7 仕切り板周辺の流速ベクトルている．これは，仕切り板を設置することによって， 上流側切り欠きまでの距離が近い程，遡上が誘発さオイカワの瞬間遊泳位置と上流側切欠きとの距離がれると判断される．一方，標準偏差についてはケー変化したことを意味する．
ス間の差異が最頻値ほど顕著ではない．これより，
図-5(c)に d xy および d xz の最頻値を平均体長 BL で仕切り板の設置位置を変化させても，オイカワの瞬除した値( d̂ xy BL ， d̂ xz BL )および，標準偏差を平均間遊泳位置と上流側切欠きまでの距離のばらつきに BL ， d xz
 BL )をケース別に体長 BL で除した値( d xy
影響を及ぼさないと考えられる．
示す．遡上率が最も高いケース(Nh)において，最頻値が最も低い値となっている．これに対し，遡上率(4) プール内流況の比較が最も低いケース (Pr)では最頻値が最も高い値 と図-6に z B =0.1における鉛直断面( x  y )の3次元合なっている．これより，オイカワの瞬間遊泳位置と成 流 速 VV のコ ン タ ーを ケ ース 別 に 示 す ． 全 て の4

1Pool area

1

Case : Sp

Case : Pl

1 up stream region routez
Bz
Bz
B

0.6

0.6

0.6

0.4

0.4

0.2

0.2

0.4

Notch area

0.2

per 0.2sec.

000.2

0.4

0.6

x L

per 0.2sec.

0100.2x L

0.4 0.5 0.6
011z
Bz
B

0.6

0.6

down stream region route: per 0.2sec.

001
0.2

0.4

Case : Pr

0.2
0.5

0.4 0.5 0.6

0.6

x L

11

Case : Nhup stream region
route

0.4

0.4

up stream region route
0.2
0.13

0.1

down stream region route : per 0.2sec.

000.2

0.4 0.5 0.6

x L

down stream region route

0.2

Case : Nt: per 0.2sec. 001

0.2

0.4 0.5 0.6

x L1

図-8 オイカワの遡上遊泳軌跡

ケースにおいて上流側切欠き直下に高速な流れが存在している．これは，上流側切欠きからプール内に流れ込む落下流である．Sp，PlおよびPrではプール内の流速に顕著な差異は見られないが，NtおよびNhにおいては，他のケースと比較して落下流の流速が若干遅くなっている．NtおよびNhは，上流側切欠きと下流側切欠きとの間の領域に仕切り板を挿入しているケースである．そのため，これらのケースでは落下流が仕切り板に衝突し，流れが減勢されている．
流速測定で得られた各メッシュにおける3次元合成流
速VV の内，仕切り板周辺の流速を任意に抽出し，図-7にベクトルおよびコンター色でケース別に示した．
ケース別に流向を観察すると，Spでは上流側切欠きから下流側切欠きに向かって高速な流れが形成されており，その他の領域では比較的流速が遅くなっている．Plでは，仕切り板の周辺で不規則な流れが観察されるが，Spとの差異はほとんどない．Pr，NtおよびNhでは，落下流が仕切り板に衝突した後，仕切り板の上流側と下流側に流れが二分されている．
更に，Pr，Nt，Nhと，Notch area内への仕切り板の挿入割合の増加に伴い，仕切り板の上流側の流速が速くなっている．ここで図-4(b)より，NtおよびNhにおいて，オイカワは仕切り板の上流側で休憩している．そのため，落下流から仕切り板の上流側に流入してきた流れを発見しやすいと考えられる．ただし，仕切り板の上流側の流速は，落下流の流速よりは遅い．

5(5) 仕切り板の設置位置とオイカワの遡上特性との関係
a) オイカワの遡上遊泳軌跡
図-8に遡上前の20s間における水平断面( x  z )の遊泳軌跡を0.2sごとにプロットした一例をケース別に示す．なお，Pr，NtおよびNhにおいては，仕切り板の上流側から遡上する経路と下流側から遡上する経路の2パターンが存在したため，前者を up stream
region route，後者をdown stream region routeと定義し，それぞれ青色および赤色で示した．ケース別に遡上遊泳軌跡を観察すると，SpではNotch areaを通過して遡上しており，図-6および図-7を考慮すると，比較的流速の速い領域を遡上していると判断される．
Plでは，Notch areaから若干外れているものの，比較的流速の速い領域を遡上している．Pr，NtおよびNhについては，down stream region routeでは，Sp，Plと同様にNotch areaを通過して遡上しているのに対し，up stream region routeでは，Notch areaをほとんど通過せずに比較的流速が遅い領域から遡上している．
b) 遡上経路の選択率とオイカワの遡上率との関係
図-9にPr，NtおよびNhにおけるup stream region
routeおよびdown stream region routeの選択率( nu N m ，nd N m )をケース別に示す．Pr，Nt，NhとNotch area内
へ の 仕 切 り 板 の 挿 入 割 合 の 増 加 に 伴 い up stream
region routeの選択率が増加している．これは，図-7より，Notch area内への仕切り板の挿入割合の増加に伴い，落下流が仕切り板の上流側に流れ込む割合が増加し，仕切り板の上流側からの遡上が誘発された と 考 え ら れ る ． 更 に ， 図 -3 と 比 較 す る と ， up

1nuNm
0.8ndNm

謝辞：本研究を実施するに当たり，科学研究費補助
upstream region route
0.28
down
0.72 stream region route

金基盤研究(C)26420500（代表：鬼束幸樹）の援助を受けた．
参考文献

0.6

1) 中村俊六：魚道のはなし，山海堂，1995.
2) Rajaratnam, N. and Katopodis, C.: Hydraulics of Denil fishways, J.

0.4

Hydraulic Engineering, ASCE, Vol.110, pp.1219-1233, 1984.
3) 和田清，東信行，中村俊六：デニール式およびスティープ

0.2

パス式魚道における流れ場の特性と稚アユの遡上行動，水04) 高嶋信博，中村俊六：魚道内のアユの挙動に関する実験的工学論文集，第 42 巻，pp.499-504, 1998.

Pr

Nt

Nh研究，第 28 回水理講演会論文集，pp.353-358, 1984.

図-9 Pr，Nt，Nhにおけるオイカワの各遡上経路の選択率

5) 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，stream region routeの選択率が高いケースほど遡上率が高い．これは，up stream region routeでは比較的流速が速いNotch areaをほ とんど 通過しないため，down stream region routeに比べてオイカワに疲労が蓄積されにくく 15)，遡上に成功する個体が増加したためと考えられる．

pp.1191-1196, 2000.
6) 安田陽一，大津岩夫，三矢泰彦，浜野龍夫：多様な水生生物の遡上・降河に配慮したスリット砂防堰堤に設置する魚道の提案とその効果，河川技術論文集，第9 巻，pp.487-492, 2003.
7) 浪平篤，後藤眞宏，小林宏康：勾配 1/5 の階段式魚道における流況とウグイの遊泳行動，水工学論文集，第 52 巻，pp.1189-1194, 2008.

4. おわりに8) 泉完，神山公平，藤原正幸：全面越流型階段式魚道プール
内の流況と魚の遊泳行動，農業農村工学会論文集，No.269,

本研究は階段式魚道においてプール内の様々な位置に仕切り板を設置し，休憩場所の位置を制御することによって遡上率の向上を試みたものである．本
研究より得られた知見は以下の通りであり，小規模河川に設置される魚道に対して有用な知見であると考えられる．
(1) 階段式魚道のプール内に仕切り板を設置することにより，オイカワの休憩場所の制御が可能であることが判明した．
(2) オイカワのプール内の瞬間遊泳位置が上流側切欠きに近い程，遡上率が向上することが判明した．
(3) 上流側切欠きと下流側切欠きとの間の領域に仕切り板を挿入させることにより，落下流は二分される．それに伴い，比較的流速の遅い仕切り板の上流側からのオイカワの遡上が誘発され，オイカワに疲労が蓄積されず，遡上に成功する個体が増加することが判明した．

pp.127-135, 2010.
9) 鬼束幸樹，秋山壽一郎，松田孝一郎，藏本更織，野口翔平：階段式魚道におけるプール水深がアユの遡上特性に及ぼす影響，土木学会論文集 G(環境)，Vol.68, No.6, pp.II_25II_31, 2012.
10) 小坂佑樹，青木宗之，田口裕基，福井吉孝：呼び水式階段魚道における問題点とその対処法について，土木学会論文
集 B1(水工学)，Vol.68/No.4, pp.I_679-I_684, 2012.
11) 前野詩朗，小川信：プールタイプ魚道の流れの数値解析，
水工学論文集，第 46 巻，pp.421-426, 2002.
12) 浪平篤，後藤眞宏，小林宏康：一般座標系における VOF 法を用いた階段式魚道内の流況の数値解析，農業土木学会論文集，第 242 号，pp.207-215, 2006.
13) 藤原正幸，山中哲志，泉智揮，ラポン・エドワード：多種のバーティカルスロット式魚道の数値流動解析とプールを構成する各隔壁の機能について，水産工学，第 49 巻，第 2号，pp.85-92, 2012.
14) 国土交通省河川局：魚がのぼりやすい川づくりの手引き，以上は1回の実験に基づいて得られた知見である．

2005.

したがって今後は複数回の実験を行った際に同様の

15) 塚本勝巳：魚類の遊泳運動：水中への適応，比較生理生化

結果が得られるかどうかを検討する必要がある．

学，Vol.10/No.4, pp.249-262, 1993.
(2015.3.20受付)

6

EXAMINATION OF CONTROL OF SUITABLE AREA OF OIKAWA, ZACCOPLATYPUS, IN POOL-AND-WEIR FISHWAY WITH PARTITION
Kouki ONITSUKA1, Juichiro AKIYAMA1, Saori KURAMOTO2, Akira SHISHIDO1and Yuka KADOTA1
1

Civil Engineering, Kyushu Institute of Technology
2
Hitachi Corporation

It is important to keep suitable area for fish in pool-and-weir fishway to make the migration rates high.
In this study, the control of the suitable area was tried by installation of partition with various positions inpool-and-weir fishway. The migration rates of oikawa (Zacco Platypus) were obtained with the aid of twosets of digital video cameras. It was found that the migration rates of oikawa take the high value by
installation of partition to an area between upstream side notch and downstream one. This is because thesuitable area of oikawa was moved to the upstream side of partition from the middle part of the pool, andthe migration from the slow flow area was induced.

7