「河川の自然環境保全と水理現象」　

建設省土木研究所　島谷幸宏

１．はじめに
２．環境アセスメント
３．堰撤去の問題

１．はじめに

　最近，私が興味を持っておりますのは，川の自然環境を包括的にとらえて，それを 保全するにはどうすればよいのか，というような研究です（私がやっているのは学問 として，といわゆる環境学というものがあるのかどうかわかりませんが，そういうの を目指してやっています。）ですから，河川環境の研究アプローチも皆さんがやってお られるのと随分違うと思います。

　日本の河川の自然現象を見てみますと，ここ数十年くらいで，いろいろな都市開発， 河川改修，砂利採集，ダムの建設等が行われ，その影響が近年顕著に見受けられるよ うになってきました。川の環境も，これからますます変わっていくのではないかと感 じております。そのような河川の自然環境の変化というものを，どのように復元，保 全していけばよいのか，目標の立て方等を具体的にどうすればよいのかということを 常々考えています。今日はもう少し具体的な，最近話題になっております環境アセス メントと堰の撤去を取り上げ，どういうことが課題になっているのかをお話ししたい と思います。

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２．環境アセスメント

２．１　人間が河川に影響を及ぼすインパクト

　人間が川に様々な影響を与えるわけですが，人間の川に対するインパクトをアメリ カの生物学者Karr先生が５つに分類されております。さらに，私が２個加えて，７つ インパクトに分類したものが表−１です。

　１つは，生物学的なEnergy Flow，すなわち，その場所に入ってくるエネルギーの流れが変わってしまうことによる影響です。これは特に上流の渓流域で顕著です。渓流 の生態系というのは，その渓流の渓畔林からの落ち葉が殆どのエネルギーの元となっ ています。よって，渓畔林を切ることによってEnergy Flowが変わると言われていま す。そこにいる生態系に対するエネルギーの流れが，つまり，Energy Flowが変わるわけです。Energy Flowは基本的に餌です。餌の質，量，それから餌の大きさが変わるの です。それによって魚や水生昆虫が影響を受けます。

表−１　人間が河川に影響を及ぼすインパクト

　次はWater Qualityです。これは人間が生活を営むことによって河川の水質に影響を 与えるわけです。Water Qualityには，水温，pH，DO，塩分濃度，それから有機物，有 害物質と様々なものがあります。

　次にHabitat Qualityと言われているものがあります。生き物は，その生息の場所に 大きく影響を受けます。そのHabitat Qualityの変化が，生態系に大きなインパクトを与えるわけです。河川改修や土砂採取によってHabitatのmorphologyが変わります。 Habitat Qualityというのは，そのmorphologyに，更に流速とか，その場所が時々か ん水するのか等，ひとつの環境のシステムを含んだものです。すなわち，ハビタット の形態に水位変動やハビタットのネットワークなどハビタットの質を含めた概念を Habitat Qualityと呼んでいます。

　そして，Flow Regimeといわれているものがあります。上流にダムが出来たり，上流 の流域の改変などによって，Flow Regime，つまり，流量や渇水の程度，といった流れのパターン，流量のパターンが変わることです。

　次にSediment Transportと書いていますが，アメリカではSediment，つまり土砂の 問題というのはあまり重要視されていません。しかし，日本の場合には，土砂の移動 のシステムが変わるということによって，生態系が大きく影響を受けることがありま す。

　次にBiotic Interactionと言われているものがあります。人間が魚を放流したり， 外来魚を持ち込んだりすることで生物の相互関係が変わります。

　最後にHuman Useと書きましたが，色々な形で川を人間が利用することによる生態系 へ影響を与えるわけです。

　以上，人間が与える７つのインパクトがありますが，こういうインパクトを峻別し ながら，人間がどういう行動をすれば，どのようなものがどのようなインパクトを与 え，それに対し河川がどう応答するのかを明らかにしようと言うのが，私共が考えて いる研究のひとつの流れです。

２．２　インパクトのレベル

　インパクトのスケールレベルにはいろいろあります。河道レベルのスケールでのイ ンパクトということでは，圃場整備，河川改修，砂利採集，生き物の乱獲，種の導入， 農薬や有害物質などが，河道のレベルでのインパクトと考えられるものです。

　少しスケールが大きくなると流域レベルでのインパクトになります。森林の伐採， 土地利用の変化，人口の増大，非浸透域の増加，ダムの建設など，様々な流域レベル でのインパクトが与えられることがあります。そういう流域レベルでのインパクトに よって，Flow Regimeが変わったり，Sediment Transportが変わったりします。その結果，Habitat Qualityが変わったりということが起こるわけです。

　もう少し大きく見ると，地球規模の気候変動や酸性雨のような，もっと規模の大き なインパクトが考えられます。

　行政の対象としているのは(私共が対象としている研究は)，流域レベルのインパク ト，あるいは河道レベルのインパクトが，どのように生態系に影響を与えるのかとい うことを予測して，それに対してどのように対処していくかということを考えて行く ことです。

２．３　生態系の評価

　今回，アセスメント法が出来たのですが，その中で生態系というものを評価しなけ ればならないということが新しく課題として出てきました。

　生態系の評価の軸として環境庁が環境アセスメントの基本的事項の中で挙げてきた のが，上位性，典型性，特殊性という３つの評価軸です。しかし，上位性，典型性， 特殊性というものの定義が殆どなされずに示されたため，「どのようにやるんだ」とい うことがこれまで随分議論されてきました。

図−１　上位性

図−２　典型性

　上位性というのは生態系の上位に位置するという意味で，通常は猛禽類等があげら れます(図−１)。例えば，クマタカというものを抽出しまして，それがどういう影響 を受けるか，インパクトの重ね合わせによって，直接消失する場所は利用形態別の範 囲のどこか，それ以外の騒音等で影響を受けるのはどこか，というようなことを検討 しているわけです。

　一番難しいのが典型性です(図−２)。その場所の典型的な環境(生態系)が守られる のかということで，ダムや大きな事業の影響がどう出るのかを予測するという考え方 です。

　例えば，川でダムを作ると，大きく分けると２つの影響があります。ひとつは，直 接その水面によって水没することによる影響であり，もうひとつは，他と分断される ことによる影響です。

　一つの事例を示してみます。ここでは典型性を捉える際に，川をいくつかの典型的 な環境に分けて考えます。非常に源流的な川，渓流的な川，里山を流れる川と３つく らいに分けています。その３つの区分は，川の特徴，生き物の豊富さ，種類などで分 類し，そういう環境が守られることによって，そこに生息する生態系が守られるとい う考え方です。

　その影響の検討の１つとして，先ほど述べました重ね合わせによって，その貯水池 が出現することにより，もとの生物がいなくなるのかどうかというような検討があり ます。同時に間接的な影響も検討する必要があります。これはダムや川のアセスメン トと道路のアセスメントとの大きな違いです。ダムの場合，間接的影響を見る必要が あります。例えば，ダムを造ったことで流況が変動し，それによって下流の生態系が どう変わるのか，土砂を留めたことによって，下流の河床材料の構 成が変わり，それによってどう生物に影響を与えるのか等で，それらについても色々検討する必要があ ります。

２．４　実施例

　以上のような評価は，今までの解析方法でなかなかできずに，「本当に出来るの？」 と言われたときに困っているところです。実際，どのように行ったという，あるダム の例を紹介します。

　図−３に予測図を示します。点線のところが貯水池です。この河川を，源流的な川， 渓流的な川，里山的な川という分類で区分していくわけです。区分したものが正しい かどうかということを，生物の方からダブルチェックかけます。確かに魚が住んでい るということをチェックして，それからそれぞれの環境がどうなるかを予測していく わけです。

　例えば，源流的な川だとイワナしか出てこない，渓流的な川だとイワナとヤマメ， 里山的な川だとアブラハヤとカジカが出てくる，というようなものです(表−２)。こ のケースですと，この車沢という所だけが最初，想定したのに比べて，源流的な川に 入るのかということになります。両生類については，里山を流れる川だとカジカガエ ルしか出てこないのが渓流的な川，源流的な川では色々な両生類が出てきます。こう いう結果から最初に仮説として選んだ環境区分が正しいかどうかということをチェッ クし，それぞれの環境がどうなるかを予測していくというストーリーです。

図−３　河川域の予測例

表−２　類型環境区分の検証の例

図−４　植生断面図の例

　ダムが出来た下流側で将来の河床材料がどうなるのかということを予測して行くこ とも重要となります。この予測は河床材料の粒径が比較的狭い範囲の場合には現在の 予測式で出来るのですが，非常に広い範囲で分布する河床材料ですと将来的にどう河 床材料が変わるかというのが予測できません。これは生物に対するどのような影響を 見ようとしているのかと言いますと，ひとつは，ヤマメ，イワナなどの産卵場環境が 無くなるかどうかを見ようとしています。ヤマメやイワナは大きな石だけの所では卵 を産めず，大きな石の間に小さな砂がかんでいないとダメなんです。ですから，支川 がいろいろ入ってくるわけですが，どの範囲くらいでそのアーマリングの影響が出な くなるのかを予測する必要があります。支川からの土砂の流出を予測して，現況も将 来もあまり河床材料があまり変わらないかどうか，大きく変わる所はどこか，という ことを予測します。こういう予測をしながら生物の変化を予想していこうと考えてい ます。

　それから，本当はダムが出来て河床材料が変わると河床形態も当然変わり，その横 断形状も変わって河床低下が起きたりすることも踏まえて，予測して行かなければな りません。例として現在考えているものを紹介します。図−４のような植生横断図を 作りまして，例えば，1／10水位とか1／20水位，それから豊，平，低，渇水位を入 れて行きます。年最大平均水位も図中に記入されていますが，本当はダムが出来た後 の平均最大水位のようなものを入れていかないといけません。ダムを作ったことによ る最大放流量が，赤のラインがあります。この赤のラインより上に1／10の水位だと か1／20の水位だとかという部分がありますが，つまり，時々洪水がのる領域を意味 しております。洪水がのる領域には，洪水のダメージの影響を受けた結果として河川 固有の植物が生えます。ここでは今，シロヤナギが生えていますが，こういう柳類と いうのは，時々洪水という攪乱があって初めて生えることが出来るものです。競争が ない陸域になると違う植物に遷移していくと予測されます。

　それから，維持流量が図中に示してありますが，現在の低水位，渇水位より若干上 になります。ということは，これより下にあるような植物はもう生えないということ になります。そのような変化がこの図から予測できるわけです。

　昨日，この委員会があり，いろいろと意見が出たわけですが，話題になったものを 紹介します。もともと植物群落だとか生物だとかというのは，ある変動があるわけで す。常に一定ではなくて，変動的なものを予測の中にどう入れていくかというような ことが話題になっております。また，もう少し細かい粒径のWash Loadのようなものが，ダムを作って，流量が減ったとき，つまり渇水流量とかに減ったときに河床の間 隙的な礫の中に詰まったりする現象が起こるんじゃないかというのを予測できないか， とか非常に細かい注文がついてきて，どうやって予測しようかと考えているところで す。

　今まで言われてきた，大きなダムという構造物が出来ることによる環境への影響と いうものは，貯水池が出来て，そこにあるものが潰れてしまうような影響が殆どだっ たのです。今はダムによって物が遮断されて，そこでいろいろと上流から来る物質が トラップされ，それが下流にどう影響を与えるかというような予測の形態に変わりつ つあります。面白いテーマなのですが，非常に複雑になってきております。

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３．堰撤去の問題

３．１　河床問題

　堰の基本的な環境への問題の１つとして河床の問題があります。図−５のピンクの 線がある堰の現在の河床を示したものです。ここに堰があるために，ここで河床高が ４メートル程度，その上下流の間で上がっているわけです。例えば，この固定堰を撤 去したときにどのような変化が生じるかという問題があります。その固定堰を撤去し たときに上流に溜まっている土砂が下流に移動し始めます。そうすると，下流の河床 は当然あがるだろうと言うことが予測されるわけです。どのような時間スケールでど の場所がどのような粒径で上昇するかという点が予測の中で一番難しいところなわけ です。

　現在ある堰より上流は，交互砂州が出来て，砂礫堆がある河道です。それより下流 が干潟になってくるわけです。図−５を見ていただきますと，黒い線が昭和４０年， 一番上のオレンジの線が昭和３０年ですから，ここ数十年で河床がおおきく低下して きているのが分かると思います。現在の堰より下流で，河床高がほぼ４メートルから ３メートル低下しているということがわかります。数十年前には河床高がそれ程低く ありませんでしたから，堰の前後での河床高の差というのは，わずか２メートルくら いだったわけです。それが現在は４メートルくらいの河床差になっています。この河 床の形態を見ていただきますと大体分かるのですが，河口から０キロから５キロくら いまで，ほぼ河床が水平になっているのがわかります。これは海の影響を強く受けて いるからです。いわゆる干潟のある区間になります。それから５キロくらいから１０ キロくらいまでは水平ではなく，少し勾配がついている区間です(昭和４０年の河床高 さを参照）。河床材料で見ますと，昔砂だった区間です。ここから下流がシルトが溜 まっていた区間です。丁度，遷移域的なところです。１０キロからほぼ一様の勾配で， 河床材料が礫の区間になっております。私共が予測しているのは，現堰を取ると上流 の河床は当然下がり，下流の河床は上がるだろうということです。しかも，河口から １１キロくらいまでは，おそらく砂礫堆が出来るような河道になってくるだろうと予 測しています。

　現在，河床が下がってきたために海の影響が１１キロまで出てるので，昔，砂だっ た区間がどうなるかという予測は非常に難しいのです。私は砂が上に若干かぶるだろ うと予測しています。土研の藤田室長はかぶらないだろうと言っております。この点 に関するシミュレーションをどうするかということが現在議論になっています。

図−５　河床変動予測図

３．２　シナリオ分析

　ここで大変興味深いのは，もし堰を一気に取った場合に，上流の河床がどう動くか ということです。いくつかのシナリオがあるだろうと考えています。それは，植生と の関連があるので，シナリオがひとつにならないというふうに考えています。もし， 堰を取った時に大きな洪水が無くて，数年間小さい洪水しかない場合には，低水路だ けが下がるだろうと予測されるわけです。そうすると低水路と高水敷(砂礫堆の上部) に高さの差が生じ，現在ある植生がかなり違う種類に変わり，樹林化するのではない か，ということが考えられます。それによって，ますます，今の単列砂礫堆が動きに くくなって，現在の川原になっているようなところが川原ではなくなり，川原系の生 物が相当ダメージを受けるんではないかと予想しています。ただし，非常に大きい洪 水がすぐにあれば河床の全体が下がって，あまり上流の環境は影響を受けないと予想 されるわけです。

　一方，下流の方は大きな洪水が来ると急に河床が上がりますから，非常に短い期間 で河床が動くということになり，下流の方は大きな洪水が早めに来た時の方が影響が 大きいのではないかと考えています。

　このように生物現象の予測というのは，将来の平衡的な河床，例えば平均河床がた とえ同じであっても，どういうタイミングで，どういう洪水が起こるかということに よって，相当，環境は違ってくるであろうと予測されます。

　生物専門の方々から要求されているのは，上流側に溜まっている細かいシルト分の ようなものが動き出した時に，どういう粒径のものが，下流でどこにどれくらいの厚 さでどういうふうに溜まるか，というようなことです。現在のところ，塩分が入って くるところでの沈降速度がどうなるかなど未解明の現象も多く，河口域の堆積現象は 予測できないだろうと思っています。

３．３　生物への影響（カニを例に）

　また，干潟にはいろいろなカニがおります。シオマネキとハクセイシオマネキとい うレッドデータのカニがいます。彼らは砂に付いている藻類をはぎ取って食べるんで す。藻類をはぎとる器官が砂の粒径に対応してますので，彼らの生息分布というのは 河床材料の粒径に対応し，住み分けをしています。よって，粒径が変わると種が変わ るということです。この点を正確に予測してくれと言われますが，現在のところ困難 な状況です。”海の近くですから海の力が強く，多分変わらないでしょう”というよう なことしかいえないんです。特に，淡水と海水とが混ざる干潮域のWash Loadと呼ばれる細粒分がどう溜まるかという現象を面的にかなりの精度で予測することは難しい状 況です。

　生物側の方では，一度に３０センチ程度までだと，殆ど底生動物は死なないという 情報を出してこられます。彼らは，物理環境の予測の精度の方がずっと高いだろうと 思い，そういう要求をもってくるのです。しかし，結果的に見ると，我々の持ってい る精度はそれ程高くありません。非常に概略的な予測しかできないのです。土砂と水 理の面的な分布がどういうシナリオの時にどう溜まるかということが要求されるわけ です。ですから，大潮の時で中小洪水が来たような時に溜まるんじゃないかとか， 様々なことが言われているわけです。そのようなシナリオ書きも含めて，うまく体系 化されていないのが現状です。

３．４　まとめ

　堰撤去による河床変動の問題も，もとの平らな河床になればほとんど影響ないと思 われますが，数十年間にいろいろな変化が見れると言うことで，現在，途中で見れる 変化はある程度予測することが必要だと考えています。これに関しては苦労していま す。非常にBasicなところで意外に困っているのです。土砂でも混合粒径の土砂移動は どうなるか，それもかなり粒径分布の広い，例えば１００倍くらいの土砂移動はどう なるのかとか，ということも問題になります。また，ダム直下でアーマーコートが形 成されて，それが破壊された時には細粒分が出て来るんじゃないか，ということも言 われています。そういう問題も含めて今までの大きな出水があった時の洪水流量のと きどうなるのかではなくて，ひとつのシナリオを描き，その流量パターンの中でどう なるか，しかも，それがどういう確率で起こるのか等，そういうシナリオ書きも含め た議論が必要になってきています。平衡解の議論から平衡に至る動的な課題を記述す るいくつか答えのある問題に移ってきた感じがします。

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