都市河川の連続性確保：魚道・堰改修による魚類移動対策の技術と課題
都市河川における河川連続性確保の重要性
都市河川は、古くから治水、利水、そして近現代においては都市景観やレクリエーション空間としての多機能性が追求されてきました。一方で、これらの機能を満たすために設置された堰や落差工といった河川構造物は、多くの区間で河川を物理的に分断し、魚類をはじめとする水生生物の移動を阻害する要因となっています。
河川の分断は、生物の生息・生育・繁殖域を縮小・孤立させ、個体群の維持を困難にします。これは、単に特定の魚種が減少するという問題に留まらず、河川生態系全体の健全性を損なうことにつながります。近年、河川生態系の保全・再生に対する関心の高まりとともに、「河川連続性の確保」は、持続可能な都市河川管理における重要な課題として認識されています。特に、多自然川づくりや河川改修における環境配慮が標準化される中で、既設構造物がもたらす生態系への影響を軽減するための技術的なアプローチが求められています。
本稿では、都市河川における魚類の遡上・降下対策に焦点を当て、既存構造物に対する魚道設置や改修の技術、設計・維持管理における課題、そして河川連続性確保に向けた総合的な取り組みについて解説します。
河川構造物が魚類移動に与える影響
都市河川に設置される堰や落差工は、主に取水、水位維持、砂防、景観といった目的で建設されます。これらの構造物は、河川の縦断方向の連続性を物理的に遮断します。
- 物理的バリア: 構造物の高さや形状によっては、魚類が遡上できない絶対的なバリアとなります。
- 流速変化: 構造物直下では流速が増加したり乱流が発生したりし、魚類の遊泳能力を超過する場合があります。
- 水深変化: 落差工の下流部では水深が極端に浅くなり、魚類の遡上を困難にさせることがあります。
- 水質・底質変化: 堰によって堰上げ区間では流速が低下し、水質悪化や堆積物の堆積が促進されることがあります。
これらの影響は、魚類の種、体サイズ、遊泳能力、産卵期や成長段階によって異なります。例えば、アユやサクラマス、ウナギなどの回遊魚は、一生のうちで河川を大きく移動するため、構造物の影響を強く受けます。
既存構造物に対する魚道設置・改修技術
既存の堰や落差工に対して、魚類の移動を可能にするための主要な対策は、魚道の設置や既存構造物自体の改修です。魚道には様々な種類があり、対象とする魚類の種類、構造物の高さ、河川の地形・地質、水量、利用目的などを考慮して選定・設計されます。
代表的な魚道の種類と特徴は以下の通りです。
- 階段式魚道: 水路内に隔壁を設け、小さな段差とプールを連続させる構造です。比較的多くの種類の魚類に対応可能ですが、勾配が急すぎると大型魚や遊泳力の弱い魚には困難となる場合があります。プール内に適切な流速と水深を確保することが重要です。
- 緩勾配式魚道: 勾配を緩やかにし、底面に凹凸や構造物（ブロック、石など）を配置して流れを緩やかにする構造です。自然に近い流況を再現しやすく、多様な生物の移動に配慮できますが、設置には広いスペースが必要です。
- 自然形魚道: 河川の地形や石・礫などを活用し、自然の瀬や淵に近い環境を再現するものです。景観への配慮も可能ですが、安定した流況の維持や、設計・施工には専門的な知識と技術が求められます。
- 垂直スリット式魚道: 水路の側壁に垂直なスリット（隙間）を設け、そこを魚が通過する構造です。強い流れに抗して泳ぐ魚に適しており、流量変動に比較的強いという特徴があります。
既存構造物に魚道を設置・改修する際には、以下の点に留意が必要です。
- 構造安定性: 既存構造物との接続部を含め、魚道自体の安定性を確保する必要があります。特に、洪水時の洗掘や破壊を防ぐ設計が求められます。
- 維持管理: 魚道内に土砂やゴミが堆積したり、植生が繁茂したりすると、魚道としての機能を損なう可能性があります。定期的な点検や清掃といった維持管理体制を構築することが重要です。
- 流量配分: 魚道に導水するための流量を確保する必要があります。特に渇水時には、魚道への必要流量と他の利水目的との調整が課題となることがあります。
- コスト: 既存構造物の条件によっては、魚道設置に高額な費用がかかる場合があります。費用対効果や他の選択肢（後述）との比較検討が必要です。
魚道の設計においては、対象魚種の遊泳能力や行動特性に基づき、流速、水深、隔壁間隔、勾配といったパラメータを適切に設定することが、機能確保の鍵となります。河川管理施設の技術基準などにおいて、魚道設計に関する一般的な考え方や標準的な勾配などが示されています。
魚類の降下対策技術
河川連続性の確保は、魚類の「遡上（さかのぼり）」だけでなく、「降下（くだり）」についても考慮する必要があります。産卵後に海に戻る親魚や、成長に伴って下流へ移動する稚魚などが、安全に降下できる経路の確保が重要です。
降下を阻害する主な要因としては、取水施設（ポンプ場や頭首工の取水口）や、堰の越流部などがあります。
降下対策としては、以下のような技術が用いられます。
- スクリーン・フェンス: 取水口などに設置し、魚が吸い込まれたり構造物に衝突したりするのを防ぎます。魚種やサイズに応じてメッシュサイズや設置角度を調整する必要があります。
- 魚道（降下専用または兼用）: 遡上用の魚道が降下にも利用できる場合や、降下専用のバイパス水路を設ける場合があります。
- 行動制御: 魚の忌避行動を利用し、音波や光、電気ショックなどで特定の場所への侵入を防ぐ技術も研究・実用化が進められています。
特に、農業用水や工業用水などの取水施設が多い都市河川では、取水と降下対策の両立が大きな課題となります。
連続性確保に向けた総合的アプローチと課題
河川連続性の確保は、単に魚道を設置すれば解決する問題ではありません。より効果的かつ持続可能な取り組みのためには、以下のような総合的なアプローチと、それに伴う課題が存在します。
- 構造物自体の撤去・改修: 機能が低下・終了した堰などを撤去することは、最も効果的な連続性回復策となり得ます。また、河道改修によって緩勾配化や多段化を行い、魚道を設けずに連続性を確保する手法もあります。しかし、既存施設の撤去・改修は、代替機能の検討、利水者との調整、多大なコスト、堆積物の処理など、様々な困難を伴います。
- 流域全体での検討: 複数の堰が連続して存在する河川では、個々の魚道設計だけでなく、流域全体での魚類移動ネットワークを考慮した計画が必要です。特定の構造物を通過できても、すぐに次のバリアに阻まれてしまうようでは効果が限定的となります。
- 生態系モニタリング: 魚道設置や改修の効果を科学的に検証するためには、適切なモニタリングが不可欠です。どのような魚種がどの程度魚道を利用しているか、構造物通過後の生息状況はどう変化したかなどを把握することで、今後の対策や維持管理にフィードバックすることができます。
- 法規制とガイドライン: 河川法や河川管理施設の技術基準などにおいて、河川環境や生態系への配慮が求められていますが、具体的な対策の実施には、関連部署や利水者との調整、行政手続きなどが伴います。
- 維持管理体制: 魚道は設置後も適切な維持管理が求められます。土砂の堆積、植生による閉塞、構造物の劣化などが機能低下を招くため、定期的な点検、清掃、修繕のための体制と予算確保が課題となります。
まとめと今後の展望
都市河川における河川構造物による分断は、水生生物の移動を阻害し、生態系健全性にとって重要な課題です。魚道設置や既存構造物の改修は、この課題に対する主要な技術的対策であり、様々な手法が開発・適用されています。また、魚類の降下対策や、構造物自体の撤去・改修といった抜本的な対策も検討されています。
しかし、これらの取り組みは、技術的な制約、維持管理の課題、コスト、そして利水や治水といった他の河川機能との調整など、多くの課題に直面しています。
今後の都市河川管理においては、河川連続性確保を、単一の技術適用に留まらず、流域全体の生態系ネットワーク回復という長期的な視点に立ち、技術、維持管理、法制度、関係者間の合意形成といった多角的なアプローチによって推進していくことが求められます。生態系モニタリングに基づく効果検証を通じて、より効果的な対策手法の確立と普及が進むことが期待されます。