階段式魚道の底面に設置した粗石の間隔がオイカワの遡上特性に及ぼす影響
鬼束 幸樹 1・秋山
1 正会員

壽一郎 2・有須田

朋子 3・定地

憲人 4・緒方 亮 5九州工業大学大学院准教授 建設社会工学研究系（〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町 1-1）
E-mail:onitsuka@civil.kyutech.ac.jp

2 フェロー会員

九州工業大学大学院教授 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）清水建設 （〒104-8370 東京都中央区京橋 2-16-1）
4 学生会員 九州工業大学大学院 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）
5 学生会員 九州工業大学 工学部建設社会工学科（〒804-8550 北九州市戸畑区仙水町 1-1）

階段式魚道の底面に設置した粗石間隔と魚の遊泳特性との関係はほとんど解明されていない．本研究では，階段式魚道の底面に間隔を変化させて粗石を設置し，オイカワの遡上特性の解明を試みた．その結果，オイカワは粗石間隔の増加に伴い，粗石間の空隙を利用して遡上する傾向が顕著になることが判明した．
そのため，粗石間隔の増加に伴い遡上率が増加した．この原因として，粗石間隔の増加に伴い休憩場所が確保されるため，オイカワの疲労が蓄積されにくくなることが挙げられた．

Key Words: Opsariichthys platypus, migration rate, pool-and-weir fishway, boulder

1. はじめにされた階段式魚道において，底面の粗石密度を変化させて魚の遡上調査を行った．その結果，粗石密度の増加にダムや堰が河川に設置されると河川水位が縦断方向に伴い遡上率が増加することを解明した．魚道を対象とし不連続となり，水生生物の河川縦断方向の移動が困難にた研究ではないが，野上ら8)は真駒内川における，底生なる．このような状況はサケ(Oncorhynchus keta)やアユ

魚類生息環境の現地実験を行なった結果，ハナカジカ(Plecoglossus altivelis altivelis)などの通し回遊魚にとっては(Cottus nozawae)の生息密度の小さい場所において，生息種の断絶の危険性があり，魚道の併設が必要不可欠とな環境を改善するためには粒径を大きくする必要があるとる ．我が国における既設魚道の多くは隔壁とプールに指摘した．桜井ら9)は開水路に設置した粗石が流れ場やよって構成される階段式魚道である3)．階段式魚道の隔魚類の遡上特性に与える影響について検討した．その結壁には，隔壁幅の2～3割を占める切欠きが設置されるこ果，粗石の存在が多様な流速場を形成し，アユなどの遊とが多い．平水時では切欠きのみを水が越流するため，泳魚だけでなく，ヨシノボリ(Rhinogobius sp)などの底棲落下点付近には局所的に高速な流れが発生する．

魚の遡上にとって有益であることを示した．Santos et1),2)

魚の遊泳速度は，1秒当たりの遊泳距離が体長の約2～al.10),11)は粒径が0.1mあるいは0.15mの粗石をそれぞれ底面4倍程度の維持速度と，体長の約10倍あるいはそれ以上に設置した魚道で遡上実験を行い，大きな粒径の方が遡の突進速度に大別され4)，前者では疲労の蓄積がなく，上時間が短縮されることを示した．ただし，魚道の河床後者ではある．階段式魚道を遡上する時に魚は突進速度に大量の粗石が堆積し，大幅に流水断面積が減少する場を使用することがあるため，疲労の回復が可能な休憩場

合は，遡上率が低下する場合もあると青木ら12)は指摘し所を魚道内に確保する必要がある3)．その一つの手法とている．以上のように，粗石の有無が遡上特性に影響をして，粗石の設置が挙げられる．

与えることが解明されたが，その原因を解明するには，

金子ら および高崎ら は多摩川支流の秋川に設置され
5)

魚の挙動および魚道内流況の把握と，両者の関係を明ら6)た粗石付き魚道における魚の遡上調査を行った．その結かにしなければならない．

果，粗石の有無が遡上する魚種および尾数に影響を与え

宮園・戸松 13) は粗石を有する魚道内でのイワナることを示した．佐合ら7)は吉井川支流の金剛川に設置(Salvelinus leucomaenis leucomaenis)の挙動を撮影した．その1

結果，イワナは粗石前後を遡上経路として選択していることが解明された．松木ら14)は直径が0.05mの半球を魚道底面に設置し，流量を変化させてウグイ(Tribolodonhakonensis)の挙動を観察した．その結果，遡上率が高い
flow

ケースでは，ウグイが粗石背後の低流速域で休憩していることを確認した．鬼束ら15)は階段式魚道の底面に直径xz0.1mの模擬粗石を最密充填で設置した場合と設置しない
y

場合の両者でオイカワ(Opsariichthys platypus)16)の遊泳特性zを観察した．その結果，底面に模擬粗石を設置すると遊yHhBLx

泳位置が低下することや，オイカワが模擬粗石間を選好
図-1 実験装置の概要して遊泳することを解明した．以上のように階段式魚道に粗石を設置した場合の魚の遊泳特性や遡上特性が解明されつつあるが，粗石間隔と魚の遊泳特性との関係はほL

とんど解明されていない．
本研究は，階段式魚道の底面に設置する粗石の間隔がd  5cm

オイカワの遡上特性に及ぼす影響を解明したものである．

d  10cmd  15cmd  20cm

B

図-2 粗石の配置図

2. 実験装置および実験条件
表-1 実験条件

図-1 に実験に用いた片側切欠き付階段式魚道の模式図を示す．下流側から順に第 1，2，3，4 プールとしQ (1/s)

た．越流条件は切欠き部のみからとした．プール長
L =0.7m，プール幅 B =0.6m，隔壁厚 Δx =0.15m，落差7Δy =0.15m，切欠き幅 Δz =0.12m，プール底面から切diameter ofinterval ofboulders D (cm) boulders d (cm)510101520

CaseI10

CaseI51.0y h0.6
0.4
0.2
0.00.01.0z B

0.2
0.5(m/s)

0.4

0.6

0.5(m/s) 0.6x L
0.5(m/s)

0.5(m/s)

0.4

0.5(m/s)

0.2

1.00.5(m/s)

0.0CaseI15

CaseI200.5(m/s)

0.5(m/s)

0.5(m/s)

0.5(m/s)

0.5(m/s)

0.5(m/s)

図-3 3 次元合成流速ベクトル
2case name
I5
I10
I15
I20

1.0

1.00.45

1.0z
Bz
Bz
B

0.45

1.0VV m s VV m s z
B

0.36

0.36

0.30

0.6

0.30

0.6

0.6

0.6
0.24

0.4

0.4

0.24

0.18

0.4

0.18

0.4

0.12

0.2

0.2

0.2

0.06

0.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.2

0.6

0.4

x L

1.0(a) CaseI5

0.0x L
0.0

1.0

0.0

0.2

1.0z
Bz
B

0.00

0.0

1.0

1.0z
B

0.06

0.00

0.0

0.0

0.12

0.2

0.4

0.6

0.2

0.4

x L

0.6x L

1.0

1.0(b) CaseI10

0.45

0.45

VV m s 1.0VV m s 

0.36z
B

0.36

0.300.6

0.30

0.6

0.6

0.6

0.24

0.4

0.4

0.4

0.18

0.24

0.18

0.4

0.12

0.2

0.2

0.2

0.0

0.00.2

0.4

0.2
0.06

0.06

0.00

0.0

0.0

0.12

0.6

0.2

0.4x L

0.6

1.0(c) CaseI15

0.0x L 1.0
0.0
0.2

0.00

0.0
0.0

0.4

0.6

0.2

0.4x L

0.6x L

1.0

1.0(d) CaseI20

図-4 y/h=0.1における水平断面内の流速散布図

1

欠き下端までの高さ H =0.3m，粗石頂部を底面とした時の水深 h =0.2m とした．流下方向に x 軸，鉛直上

migration rate
0.25nmN

向きに y 軸，横断方向に z 軸をとった．魚道の素材は0.6

グレーに塗装した木製であるが，左岸側壁は撮影のために透明なアクリル板で作成した．

0.4

粗石形状として，自然石に近い球形を採用した 17)．
粗石を配置する場所は第 2 プールの底面のみとした．図0.2-2 に示すように，粗石の配置として最密充填構造を基本とし，徐々に粗石間隔を増加させた．表-1 に実験条件を示す．流量 Q を 7(1/s)で一定とし，直径 D =10cm00の粗石間隔 d を 5，10，15 および 20cm の 4 通りに変化させた．なお，粗石の最上部を y =0 とした．

510d 15(cm)20

図-5 オイカワの遡上率x ， y ， z 軸方向にそれぞれ 7，5，7 点のメッシュで構成される合計 245 点において，3 次元電磁流速計

供試魚にはオイカワを選択した．オイカワはアユなどの同じ体長の魚に比べて遊泳力が低い．そのたを用いて流速 3 成分を 0.05s 間隔で 25.6s 計測した．計め，オイカワが遡上可能な魚道を設計することで，その他多数の魚種にも適用することができる．第 3 プールに平均体長 BL =70mm のオイカワを N =20 尾放流

測後， x ， y ， z 軸方向の時間平均流速 U ， V ， W
および 3 次元合成流速VV = U 2 + V 2 + W 2 を算出した．

した．なお，使用したオイカワの最小および最大体長はそれぞれ 68mm，74mm であり，予備実験で突進

3. 実験結果および考察速度に大きな違いはなかった．これより，オイカワ(1) プール内の水理特性
図-3 に第 2 プール内における 3 次元合成流速VV を，全の体長の違いによる遊泳挙動への影響は小さいと考えられる．3 分程度馴致した後，側壁および魚道上部に設置した 2 台のビデオカメラで 30fps，20 分間の撮影を行った．撮影後，オイカワの遊泳位置を 10s ごとケースについてベクトル表示した．全ケースにおいて，上流側切欠き(0≤ z / B ≤0.2)からの落下流がプール底面付に解析すると共に，遡上数をカウントした．

近まで潜りこみ，下流側隔壁( x / L =1.0)に衝突した後に
3

0.3n
N0.3

BL  80
70 mm

xn
N0.3

BL  80
70 mm

yI5I5x10.2

I15I15z
B0.1

01

I15
I15
I20
I200.10.60.600.2

I15
I150.1

I5I5z

I10
I10z I20
I20
B

I20
I20

BL  80
70 mm

z1 I10
I10

I10I100.2nN

I5I5y23x5L

I5 top - view00R 4B02I5 top - view

0.4(a) x軸方向の魚群半径

46R 8B0.4

y010L(b) y軸方向の魚群半径123R 4Bz

5L(c) z軸方向の魚群半径0.20.536800785
図-6 x，yおよびz軸方向それぞれの瞬間遊泳位置における魚群半径の頻度分布
0.575073602
0.75858685

elapsed time : 0.20.536800785
20(s)1

10.69185476

0z
Bz
B
0.2

00.575073602
40(s)0.75858685
60(s)0.757605496

10.4

0.60.757605496
100(s)

0z
B1x/L

0.69185476
80(s)

100.2

0.40.6zB0.6

0.60.6

0.6

0.4

0.4

0.4

0.4

0.2

0.2

0.2

0I15 top - view

000.2

0.4

0.6x/ L0.2

I10 top - viewI5 top - view

1I20 top - view

000.2(a) CaseI5

0.4

0.6

1x/ L00(b) CaseI10

1x/L0.2

0.4

0.6

1x/ L0(c) CaseI15

0.2

0.4

0.6x/ L1(d) CaseI20

図-7 水平断面(x-z)における瞬間遊泳位置

左岸側水面付近に上昇し，循環流を形成していることが

1確認される．そのため，今回の実験条件の範囲内においnnss
NNssては，粗石間隔 d を変化させてもプール内の流況は巨視的には類似しているといえる．
図-4 に第 2 プール内の粗石頂部( y =0)に最も近い流速

The number of the fish according toposition y/h  00.6

計測位置 y / h =0.1 における水平断面( x - z )の 3 次元合成

0.4

流速 VV を，全ケースについて散布図で表示した．いずれのケースにおいても，右岸側壁( z / B =0)付近の比較的0.2上流領域(0≤ x / L ≤0.5)において流速が速くなっている．
これは，上流側切欠き(0≤ z / B ≤0.2)からの落下流の影響05によるものである．図-4 の 4 つのケースを比べると，
0≤ ｚ B ≤0.2，0≤ x L ≤1.0 の範囲では粗石間隔 d が広くな

10d (cm)1520

図-8 粗石間隔と y 軸方向(y/h<0)の遊泳位置の関係

るにつれて流速が遅くなっているのが分かる．また，プール全体で見ると，粗石間隔 d が一番狭いケース I5 よ

図-5 に粗石間隔 d とオイカワの遡上率 nm N との関係

り d が一番広いケース I20 の方が流速が遅くなっているのが分かる．これは，粗石間隔 d の増加に伴い，粗石頂している．図-3 より全ケースにおいて巨視的には流況部（ y =0）以下の空隙が増加し，落下流がより広い範の変化は粗石間隔の変化によって発生していると推囲に流れ込むことで粗石頂部付近での流速が遅くなっていると考えられる．なお，粗石頂部( y =0)以下では，粗定される．この詳細な原因を解明するには，粗石間隔を示す．粗石間隔 d の増加に伴い遡上率 nm N が増加が類似していることが判明した．そのため，遡上率d の増加に伴うオイカワの挙動の変化を解明しなければならない．

石間隔 d の変化に伴い，流速場が顕著に変化していると推定される 18)．

(3) 粗石間隔の変化によるプール内の遊泳特性の変化
図-6 に x ， y および z 軸方向の魚群半径を平均体長(2) オイカワの遡上率

BL で除した値 Rx / BL ， R y / BL および Rz / BL の頻度分布を示す．若干例外があるものの，粗石間隔 d の増遡上率を次式のように定義した．
遡上に成功した尾数 n m
遡上率＝
実験に用いた尾数 N  20

(1)
41z
B0.6

1z
33
44B
550.6

I10 top - view

221
I20 top - view
z44B
56 0.61z I15 top - view33
4B
56 0.6

11I5 top - view

11111222223

33

70.40.2
00.40.4

00.2 0.4 0.6x L

1770.4988101010100.200000.2 0.4 0.6

10.2 0.4 0.6 x L6680.2055

70.2x L

44991111121213130

10.2 0.4 0.6x L1

図-9 水平断面(x-z)における遡上経路

n 0.5
N nT
Nm

加に伴い各魚群半径のピーク値が増加する傾向が観察される．これは，粗石間隔 d が増加すると，オイカワが散乱して遊泳することを示している．

I5

図-7 に各ケースにおいて．実験開始後 100s 間のオイカワ(N=20 尾)の水平遊泳位置を 20s ごとに色分けして示0.3した．図-7 は水平断面で観察した時にプール内のどの0.2I10I15I20場所を遊泳しているかを解析しており，y 方向の遊泳位置の範囲は 0≤ y h ≤1 である．粗石間隔 d が比較的狭い

0.1

ケース I5 および I10 の場合は，右岸側壁( z / B =0)付近を0避けて遊泳している．一方，粗石間隔 d が比較的広い
ケース I15 および I20 の場合は，プール内を散乱して遊2泳している．

8T s9 10R
図-10 高速領域の通過時間 BL
34567

図-6 および図-7 より粗石間隔 d が狭い場合は上流側切欠きから離れた左岸側を密集して遊泳するが，粗石間したがって，粗石間隔 d の増加に伴い，オイカワは維隔 d が増加するとプール全体を散乱して遊泳することと考えられる．

持速度以下で遊泳できる粗石間を利用するようになったが明らかとなった．これは図-4 から分かるように，粗石間隔 d の増加に伴い，高速領域が存在する左岸側に位置する粗石頂部付近の流速が遅くなることで，オイカワが(5) 粗石間隔の変化による遡上経路の変化
図-9 に各ケースにおける遡上前の 20s 間における水平遊泳できる範囲が広がった結果，散乱したのだと考えら断面(x-z)の経路を全て示した．なお，オイカワが遡上しれる．また，オイカワは流れの上流方向に泳ぎたがる正た順番に番号を付け，色分けしている．y 方向の遊泳位の向流性を有している．そのため，遊泳位置が上流側切欠きから離れると，落下流を見つけにくくなるため，遡置については，粗石間を利用したオイカワが存在したので，0≤ y h ≤1 である．粗石間隔 d が比較的狭いケース上の機会が減少すると推定される．

I5 および I10 の場合は，オイカワはプール壁面に沿って遡上している．一方，粗石間隔 d が比較的広いケース
I15 および I20 の場合は，粗石の空隙を利用して遡上し(4) 粗石間の利用状況
オイカワは粗石頂部( y =0)より上部領域だけでなく，ている．宮園・戸松ら 13)は，イワナが粗石前後を遡上経下部領域，すなわち粗石間も遊泳していた．図-8 にオイカワの遊泳位置が y / h <0 となる存在確率 n s N s を示路として選択していることを示した．本実験結果も宮した．粗石間隔 d の増加に伴い，存在確率 n s N s が増加する傾向を示している．この原因は主として次の 2 つ遡上経路が異なると，遡上経路上の流速が異なるため，が推定される．まず，粗石間隔 d が増加すると，平均体長 B L が 70mm のオイカワが物理的に粗石間に入りやきに接近するに従い，落下流の影響を受けるようになる．
ここで，0≤ x / L ≤0.5，0≤ y / h ≤1，0≤ z / B ≤0.12 の領域をすくなることが挙げられる．一方，図-4 で観察された高速領域と定義する．図-10 にオイカワが遡上する際に，ように，底面付近では粗石間隔 d の増加に伴い流速が高速領域を通過するのに要した時間 T s  の頻度分布を減少する．オイカワに限らず魚の筋肉は普通筋と血合筋示した．各ケースで，通過時間 T ごとのオイカワの尾によって構成されるが，緊急時以外は疲労の蓄積が生じ数を nT ，遡上したオイカワの尾数を N m とした．ケー
ス I5，I10 の粗石間隔 d が狭い場合は通過時間 T =6～園・戸松ら 12)の結果と類似した結果となった．
オイカワが接する流速が異なる．オイカワは上流側切欠る普通筋を使いたがらない．通常は疲労の蓄積が生じな
い血合筋のみを使用する維持速度以下で遊泳したがる．
維持速度は 1s 当たり体長の 2～4 倍の距離に相当する．

8(s)の頻度が高くなっている．一方，ケース I15，I20 の粗石間隔 d が広い場合はケース I15，I20 よりも短い通5過時間 T =2～4(s)の頻度が高くなっている．これは，図-6)8 で観察されたように，粗石間隔 d の増加に伴い，遡上前に粗石の空隙を多く利用することが原因である．粗石

7)間隔 d の増加に伴い低流速な粗石の空隙を利用することで，疲労の蓄積が低減され，遡上率が高くなったと考

8)

えられる．

4. おわりに9)

本研究は，階段式魚道の底面に設置された粗石の間隔がオイカワの遡上特性に及ぼす影響を解明したものである．本実験条件内で得られた知見は以下の通りである．

10)

粗石間隔の増加に伴い，粗石頂部以下の領域では空隙が増加する．この領域は粗石頂部より上方の領域より低流速であるため，オイカワは休憩場所として利用する．
また，粗石間隔の増加に伴い，遡上前に低流速な粗石間

11)を利用する頻度が増加するため，高速流に接する時間が減少する．その結果，粗石間隔の増加に伴い疲労の蓄積12)が低減されるために遡上率が増加したと考えられる．
謝辞：本研究を実施するに当たり，科学研究費補助

13)

金基盤研究(C)26420500(代表：鬼束幸樹)の援助を受けた．

14)

参考文献
1)
2)
3)
4)

5)

国土交通省水管理・国土保全局HP：魚がのぼりやすい川づくりの手引き，pp.9-146, 2005.
（財）ダム水源地環境整備センター編：最新魚道の設計，
信山社サイテック，pp.5-326, 1998.
中村俊六：魚道のはなし，山海堂，pp.42-49, 1995.
Sanz-Ronda, F.J., Ruiz-Legazpi, J., Bravo-Córdoba, F.J., Makrakis, S.
and Castro-Santos, T.: Sprinting performance of two Iberian fish: Luciobarbus bocagei and Pseudochondrostoma duriense in an open channel flume, Ecological Engineering, Vol.83, pp.61-70, 2015.
金子義明，和泉清，土屋十圀，大竹義男：秋川における魚道の水理特性と遡上効果，水工学論文集，第 42 巻，pp.265-270, 1997.

15)

16)
17)

18)

高崎忠勝，土屋十圀，大竹義男：秋川における複合型魚道の効果，河川技術に関する論文集，第 5 巻，pp.165-170,
1999.
佐合純造，本多卓志，大木孝志，田中直也：大田原堰魚道におけるアユの遡上実験報告，水工学論文集，第 42巻，pp.493-498, 1998.
野上毅，渡邊康玄，中津川誠，土屋進，岩瀬春夫，渡辺恵三，加村邦茂：真駒内川における底生魚種生息環境の改善についての現地実験，河川技術論文集，Vol.7，
pp.309-314, 2001．
桜井力，柏井条介，佐々木國隆，岡﨑克美，進藤邦雄，
岡本俊策：コンクリートプロックを用いた粗石式魚道の水理および遡上特性，水工学論文集，第 44 巻，pp.11971202, 2000.
Santos, J.M., Branco, P., Silva, A.T., Katopodis, C., Pinheiro, A., Viseu,
T. and Ferreira, T.: Effect of two flow regimes on the upstream movements of the Iberian barbel (Luciobarbus bocagei) in an experimental
pool-type fishway, Journal of Applied Ichthyology, Vol.29, pp.425-430,
2013.
Santos, J.M., Branco, P., Katopodis, C., Ferreira, T. and Pinheiro, A. T.:
Retrofitting pool-and-weir fishways to improve passage performance ofbenthic fishes, Ecological Engineering, Vol.73, pp.335-344, 2014.
青木宗之，向井健朗，菊池裕太，松木越：階段式魚道のプール内における礫の堆積が魚類の行動に及ぼす影響について，土木学会論文集 B1(水工学)，Vol.71, No.4, I_1099I_1104, 2015.
宮園正敏，戸松修：斜路式魚道における粗石の配置について，砂防学会誌，Vol.56, No.1, pp.3-12, 2003.
松木越，青木宗之，菊池裕太，福井吉孝：全断面粗石付魚道の機能増進および修復について，土木学会論文集
B1(水工学)，Vol.71, No.4, I_1105-I_1110, 2015.
鬼束幸樹，秋山壽一郎，宍戸陽，高松周平，角田裕香，
有須田朋子：階段式魚道のプール底面に設置した粗石が魚の遡上特性に及ぼす影響，土木学会論文集B1(水工学)，
Vol.72, No.4, I_1135-I_1140, 2016.
中坊徹次：日本産魚類検索，東海大学出版会，2013.
宮園正敏，高氏つぐみ，戸松修：粗石周辺の水理特性と渓流魚の遊泳行動，砂防学会誌，Vol.57, No.5, pp.15-24,
2005.
Nezu, I. and Nakagawa, H.: Turbulence in Open-Channel Flows, IAHRMonograph, Balkema, Rotterdam, 1993.
(2016. 9. 30 受付)

EFFECTS OF BOULDER INTERVAL OVER POOL BED IN POOL-AND-WEIRFISHWAY ON MIGRATION RATE OF OPSARIICHTHYS PLATYPUS
Kouki ONITSUKA, Juichiro AKIYAMA, Tomoko ARISUDA, Kento JOJI
and Ryo OGATA
It is important to keep suitable area by boulder in pool-and-weir fishway to make the migration rates offish high. In this study, migrating behaviors of Oikawa (Opsariichthys platypus) in pool-and-weir fishway
were compared with interval of boulders placed on the bottom of pool-and-weir fishway changed. Migration behaviors of Oikawa were obtained with the aid of two sets of digital video cameras. It was foundthat Oikawa migrates remarkably uses space between boulders with an increase of interval of boulders. Itis because the velocity of this space is low as compared with the higher layer. As the result, the migration
rate of Oikawa increases with an increase of the boulder interval.
6