筑後川河口域における塩水遡上特性と 汽水環境について SALT WATER INTRUSION AND ITS RELATIONSHIP WITH ESTUARINE ECOLOGY IN THE CHIKUGOGAWA ESTUARY 横山勝英 1 大村拓 2 鈴木伴征 3 高島創太郎 4 Kat

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1 筑後川河口域における塩水遡上特性と 汽水環境について SALT WATER INTRUSION AND ITS RELATIONSHIP WITH ESTUARINE ECOLOGY IN THE CHIKUGOGAWA ESTUARY 横山勝英 大村拓 鈴木伴征 高島創太郎 Katsuhide YOKOYAMA, Taku OHMURA, Tomoyuki SUZUKI and Soutaro TAKASHIMA 正会員博 ( 工 ) 首都大学東京准教授都市基盤環境コース ( 9-97 東京都八王子市南大沢 -) 学生会員首都大学東京大学院都市基盤環境工学専攻 ( 9-97 東京都八王子市南大沢 -) 正会員博 ( 工 ) 八千代エンジニヤリング株式会社 ( -87 東京都新宿区西落 -8-) 非会員いであ株式会社九州支店 ( 8- 福岡県福岡市東区東浜 --) The spatiotemporal distribution of seawater intrusion in the Chikugogawa estuary was analyzed, and its relationship with the temporal variation of phytoplankton and engraulid fish, Coilia nasus, was discussed. The Chikugogawa estuary is vertically well mixed for most of the year, and a salt wedge is observed only when the tidal range decreases to m or less. We found that the ratio of chlorophyll-a to pheophytin-a during the semilunar cycle varied according to the change in the mixing conditions in the estuary. Further, the number of sampled estuarine fish was related to the salinity and tidal range within the estuary; the fish was caught when the salinity was low and the tidal range was large. It is necessary to regulate the fresh water discharge in the estuary in order to maintain a low-salinity region that is suitable for the migration of fish and their spawning areas to the downstream of the river mouth barrage. Key Words: salt wedge, mixing, tidal range, fresh water discharge, phytoplankton, Coilia nasus. はじめに 有明海は奥部の潮位差が m にもおよぶために沿岸には広大な干潟が広がり, 生物生産力や浄化能力が高く, また多くの特産種や準特産種が生息する. 有明海奥部には筑後川が流入しており, 筑後川からの淡水や微細土砂, 栄養塩などの供給が有明海の生態系にとって重要な役割を果たしていると考えられている. また, 筑後川は感潮区間が km あり, 汽水性の生物や淡水域と有明海を往復する生活史を持った生物が多い. 有明海の中でも筑後川感潮域や河口沿岸にはエツ, アリアケシラウオ, ワラスボ, ヤマノカミなどの特産魚類が見られ, 特に重要な水域である ). これらの特産種は数十年前から減少の一途をたどり, 絶滅の危惧も指摘されている. したがって, 貴重な汽水性生態系の保全を考える上では, 筑後川における塩水遡上の運動特性を理解し, また生態系との関係を明らかに することは重要な課題と考えられる. 筑後川の河口では大潮時に潮位差が m になるため, 基本的には強混合型の塩水遡上が発生すると考えられているが ), 安達ら ) は冬季の塩分変化についてデータ解析を行い, 河川流量が比較的小さく日潮不等の程度が大きい小潮時に弱混合形態の塩水遡上が生じることを報告している. しかし, 西村ら ) は日潮不等の程度では分類が困難であることを指摘していることから, 年間を通じた各混合型の出現状況とその要因, 河川流量と塩水遡上距離の関係について, 一層の検討が必要と考えられる. 筑後川河口域の生物については, 鈴木ら ) が高濁度域と植物プランクトンの分布の関係性について,Islam ) は動物プランクトンであるカイアシ類の挙動について, 田北 ) はエツの遡上や産卵条件について研究を進めており, それぞれの動態特性についてはかなり解明されている. ただし, 塩水の遡上運動や混合形態の変化と生物との関係性についてはさらなる研究が必要と考えられる.

2 距離 (km). km 筑後大堰 7. km 9. km.8 km. km. km 7. km.8 km N 有明海 図 - 筑後川河口域の平面図と観測地点 値と濁度値を用いてクロロフィル a 濃度 (Chl) とフェオフィチン濃度 (Pheo) を推定した. なお, これらの方法と結果は既報 7) である. エツについては伝統漁法による漁業を行っている下筑後川漁業協同組合の塚本辰巳氏に調査を依頼した. 流し刺し網 ( 目合 mm, 網丈. m) を川幅一杯に張り, 潮汐流にのせて. km 地点から km 地点の間を 時間程度かけて浮流させ, これを一日に数回繰り返す. 操業期間は毎年 月 日から 7 月 日までとなっており,9 年と 年の ヶ年の漁獲情報 ( 回ごとに捕獲されたエツの匹数と網の浮流時間帯 ) を記録していただいた.. 塩水遡上の混合形態 そこで本研究では, 筑後川の感潮河道において塩分 水位の連続モニタリングと塩分の縦断分布調査を実施し, データ解析と一次元分散シミュレーションにより塩水遡上の特徴について考察した. また, 植物プランクトン色素量の内訳変化 ( クロロフィル フェオフィチン ) と塩淡混合型の関係, エツの漁獲高と塩水遡上の関係性について調べた.. 研究方法 ( ) 研究対象地の概要本研究は筑後川の感潮河道で実施した ( 図 -). km に筑後大堰が設置されており, そこまでが感潮区間となる. 河川流量は, 平均年最大流量が, m /s, 豊水流量が 8 m /s, 平水流量が m /s, 低水流量が m /s, 渇水流量が m /s である (S から H までの平均 ). 水位計 (HOBO U- Water Level Logger ) を河口から.8 km,7. km,9. km,. km,. km,.8 km,7. km,. km の 8 地点に設置し,RTK-GPS 測量により機器の設置標高を測定して計測水位から各地点の水面標高を求めた. また,.km 地点の河床近傍 (T. P. - m) にはワイパー式メモリー水温塩分計 (JFE アドバンテック,INFFINITY- CTW) を設置した. 観測期間は 9 年 月から 年 月まで, 計測間隔は 分である.7 km 地点 ( 諸富橋 ) の塩分データは筑後大堰管理所から提供していただいた. 大潮時 ( 年 月 日 ) と小潮時 ( 月 9 日 ) には 9 km から km の範囲において塩水遡上の縦断形状を把握した. 多項目水質計を作業船に搭載して, 時速約 km で移動しながら km ごとに停止して塩分濃度の鉛直分布を計測し, 回の縦断観測を 分以内に完了させた. 塩水遡上と汽水環境の関係性を検討するため, 植物プランクトンと特産魚エツの調査を行った. クロロフィル濁度計 (JFE アドバンテック,Compact-CLW) を km 地点の表層に係留し,9 年 8 月 日から 9 月 日まで 分間隔でデータを記録した. 得られたクロロフィル蛍光 ( ) 観測結果図 - に河川流量 ( km), 水位 ( 三池 ), 塩分濃度 (. km) の時系列を示す. 後に述べる平均水位と平均水位差についても併せて示す. 流量が増大する梅雨の洪水期間は. km 地点では塩分はほとんど観測されていない. 平常時の塩分変動について見ると, 中潮 大潮期の塩分は水位の周期的変動に対応した上昇がみられ, 大潮時にはピーク塩分が ~ psu となっている. それに対し小潮時は, 塩分がほとんど上昇しない場合 ( 例えば 月 日や 月 日 ) と psu を超えて大潮時よりも高濃度になる場合 ( 例えば 8 月 8 日,9 月 8 日, 月 7 日 ) がある. つまり小潮時には塩水遡上の異なるパターンが出現している可能性が考えられる. 図 - に大潮 ( 年 月 日 ) と小潮 ( 年 月 9 日 ) の満潮時の塩分縦断分布を示す. 大潮時には従来言われているように水深方向に濃度が一様な強混合型の形態がみられ, km 付近の塩分は. psu となっている. 小潮時には水深方向に濃度勾配が見られ, km 付近の底層塩分は psu, 表層塩分は. psu であり, 弱混合型の塩水楔が浸入していることがわかる. ( ) 弱混合型の出現要因混合型の変化要因を検討するために,. 時間の平均水位と, 連続する二回の潮汐の干潮と満潮の平均水位差 ( すなわち上げ潮時の水位上昇量の平均 ) を計算した. 図 - に示した平均水位と平均水位差の計算結果 ( 上から 段目 ) をみると, 平均水位と塩分上昇の関連性は見られず, 平均水位差が. m 以下になると塩分が急上昇し, m 以上になると小潮期でも塩分がほとんど上昇していないことがわかる. なお, 一回の上げ潮による干満差でも同様の整理を行ってみたが, この場合には明確な説明は成り立たなかったため, 塩水遡上の継続時間として二回の潮汐の状態が重要であると言える. 図 - に平均水位差と満潮時の塩分濃度との相関を示す. 図のプロットは, 小潮, 長潮と若潮, 中潮, 大潮で分類している. 流量については m /s を区切りとした. 塩

3 流量 (m /s) km - 平均水位差平均水位.km m.m 9 psu psu 8 psu 月 月 7 月 8 月 9 月 月 月 月 月 月 月 月 図 - 河川流量, 潮汐, 平均水位と水位差, 感潮河道の塩分濃度の時系列 (9 年 月 ~ 年 月 )... 平均水位 (m) 標高 (T.P.m) 河口からの距離 (km) 塩分 (psu) 河口からの距離 (km) 図 - 塩分濃度の縦断分布 ( 左 : 大潮 [ 年 月 日 ], 右 : 小潮 [ 年 月 9 日 ]) 分濃度の上昇は パターンあり, 大潮時に水位差が大きくなるほど塩分が右肩上がりに上昇する場合と, 長潮 若潮において平均水位差が小さくなるほど塩分が上昇する場合が認められる. 塩分の急上昇は小潮から約 日遅れた長潮 若潮において顕著であり, 潮位差が小さい期間が続くことで強混合型から弱混合型へと推移し, 塩水遡上距離が伸びると推測される. このとき流量が m /s から 8 m /s の範囲 ( 概ね渇水流量から豊水流量 ) では塩分上昇に違いはみられず, ほぼ平均水位差と反比例していることが分かる. 中潮期や大潮期の一部でも平均水位差と反比例した塩分上昇が発生しているのは, 長潮 若潮で急上昇した塩分が大潮に向かって徐々に低下してゆく段階のものであり, 混合型の遷移過程が現れていると推測される. 塩分濃度が ~ psu の範囲では流量の増大によって塩分上昇が抑えられており, 強混合型の塩水遡上では流量の影響を受けやすいと推測される. ( ) 一次元分散シミュレーションによる確認前述の考察を確認するために, 塩分濃度に関する一次 塩分濃度 (psu) 小潮長潮 若潮中潮大潮 ~m /s 図 - 平均水位差と塩分濃度の相関 ~8m /s 元分散シミュレーションを行った. 本モデルは水深方向の濃度変化を考慮しておらず, 強混合型を想定した計算となっている. 計算区間は感潮河道の km と河口沖 km までである. 河道地形は実際の横断面を m ピッチで与え, これを m ごとに内挿補間している. 河口付近で分派している本川と早津江川は擬似的に結合している. 上流端には河川流量を, 下流端にはの潮位を与え, t=sec で計算した. 粗度係数は河

4 標高 (T.P.m) 測定値 :: 干潮 8:: 上げ潮 :: 満潮 :: 下げ潮 計算値 河床 縦断距離 (km) 図 - 水面縦断形の実測値と計算値 床材料調査の結果を参考にして与え, 縦分散係数は一定として実測値を再現しうる値を繰り返し計算によって求めた. 図 - に大潮時の水位の計算結果を示す. 干潮で水平な状態から上げ潮で逆勾配になり, 満潮を経て下げ潮で順勾配になる様子が良好に再現されている. また 7 km の床固で水面が急変する箇所も再現されている. 図 - に塩分濃度の計算結果を示す. 月 日以降の塩分は 7 km 地点と. km 地点のいずれにおいても概ね実測値と整合しており, 本モデルが水深方向の濃度勾配を考慮していないことから, 大潮や平均水位差が m を超える小潮では強混合型の塩水遡上が生じていることが確かめられた. 一方, 月 7 日から 月 日までの小潮期では塩分が全く再現されておらず, 平均水位差が.m を下回る小潮 長潮 若潮では弱混合型の塩水楔が遡上していると考えられる. その後に続く中潮では徐々に計算値と実測値が近づいてゆくことから, 混合型が変化する過程にあると推測される.. 塩水遡上と汽水環境の関係性 ( ) 植物プランクトンとの関係塩淡混合型と植物プランクトンの増殖 死滅との関係を検討するために, 週間にわたって横山ら 7) によってモニタリングされた Chl 濃度と Pheo 濃度,Chl と Pheo の比率を用い, 塩分濃度の実測値 ( 底層 ) と計算値の時系列と比較した ( 図 - 7). 横山 7) らは小潮の約 日遅れで Chl 濃度が最大となり, 水位差 (m) 濃度 (μg/l) Chl/Pheo /9 測定値 計算値 /7 / 図 - 塩分時系列の計算結果 (9 年 ) 図 -7 Chl 濃度と Pheo 濃度, 両者の存在比, 塩分 濃度の実測値と計算値 (9 年 ) 大潮に向かって Pheo の割合が相対的に高まり, 大潮の 日遅れで Chl と Pheo の存在比が最小になることを示している. このうち特に,Chl と Pheo の存在比の推移は塩分の実測値と計算値の乖離と対応しているように見える. 弱混合となる 9 月 日付近で表層における植物プランクトンの増殖は最大となり, 塩淡混合が強化されるにつれて濁度が上昇して光合成環境が悪化するために生体がデトリタスとなり, 強混合となる大潮ではデトリタスが底泥と共に巻き上げられているとの推測が成り立つ. この観測では植物プランクトンの移流が考慮されていないので, 鉛直一次元的な増殖 死滅だけでは議論しきれないものの, 塩淡混合型の変化が植物プランクトンの挙動に影響を及ぼしている可能性が示された. Chl 測定値 7km.km Pheo 計算値 9/ 9/7 9/

5 流量 (m /s) km 流量 (m /s) km - -.km - -.km 一日の漁獲尾数 一日の漁獲尾数 網あたりの尾数 網あたりの尾数 / / /9 9 図 - 8 河川の日流量, 潮汐, 感潮域の塩分, エツの漁獲高 と 網あたり平均漁獲高 (9 年 ) / / /9 図 - 9 河川の日流量, 潮汐, 感潮域の塩分, エツの漁獲高と 網あたり平均漁獲高 ( 年 ) ( ) 特産魚エツとの関係エツは筑後川感潮域の上部 ( 河口から ~ km の範囲 ) で 月から 8 月にかけて産卵し, 稚魚は 9 月 月ころまで河川内にとどまって, その後有明海に降海して河口沖合を回遊して冬を過ごし, 春になると再び筑後川に戻ってくるとされている ),8). 塩水の浸入状況とエツとの関係を検討するため, 河川流量, 潮汐, 感潮河道. km における塩分濃度, エツ漁獲高の時系列を示す. エツは河口から.~ km の区間で採取されており, 漁獲高は 日当たりの総漁獲尾数と 日 網当たりの漁獲尾数を示している. 網掛け部分は出漁していない日である. 図 -8 は 9 年, 図 -9 は 年である. 網あたりの平均尾数をみると, 潮汐との対応はあまり明確ではい. しかし洪水後に多く獲れることがあり (9 年 7 月 日 ~ 日, 年 月 9~7 月 日 ), これらの傾向は漁業者からの聞き取り情報とも一致している. 洪水後に漁獲が多い現象について, 林 秋本 9) はエツ漁獲資料の整理から, 筑後川へ遡上してきたエツ親魚が流量増加により海域へ押し戻され, 流量収束後に再び遡上すると考察している. 塩分濃度時系列を見ると, 例えば 9 年は 月 日に平均年最大流量を上回る洪水が発生して感潮域が淡水化し,7 月 日と 日はほとんど漁獲が無いが, 塩分が回復しかけた 7 月 日からエツが獲れており, 海域からの遡上がうかがえる. 平常時の塩水遡上との関係をより詳しく見るために, 平均 9 年 年 塩分濃度 (psu) 図 - 感潮域の塩分, 平均水位差と平均漁獲高との相関 網当たりの平均漁獲尾数とその日のピーク塩分濃度, 平均水位差との相関を調べた ( 図 - ). ここでは塩水が. km まで到達していない洪水期のデータは除外している. 塩分濃度と平均漁獲尾数の関係は, 塩分濃度が高くなるほど漁獲が減少する傾向がうかがえる. エツが獲れる日と獲れない日のばらつきは大きく, 塩分濃度が低ければ必ず獲れるというものではないが, これは塩分以外の要素 ( 水温や濁度, 餌料環境 ) や網を流すタイミングなども関係していると推測される. 本研究における 年間の漁獲データでは, 塩分が ~ psu で漁獲の可能性が高まっており, エツが低塩分領域を好んで生息していることが考えられる. また平均水位差との関係は, こちらもばらつきが大きいものの平均水位差が m 前後で漁獲の可能性が高まっ

6 塩分濃度 (psu). m /s m /s m /s 8m /s 縦断距離 (km) 図 - 大潮満潮時の塩分縦断分布の計算結果 筑後大堰. 8 況が概ね対応していることが示された. 特産魚エツの漁獲高と塩分濃度および潮汐の間には関係性が認められ, 中潮, 大潮期に. ~ km の漁業区間で活発に運動していると推測された. 今回の解析ではエツの生態に関して既に得られている知見や漁業者の経験を塩水遡上の観点から考察したが, このほかにも餌料としてのカイアシ類 ( 動物プランクトン ) との関係, 濁りや水温などの生育条件との関係など究明すべき点は多々あり, 汽水域の物理 化学 生物的な構造についてさらに研究を進めてゆく予定である. ている. 塩分が ~ psu で, 平均水位差が m 前後という条件を満たす潮は中潮, 大潮であり, 筑後川感潮河道における塩水の運動とエツの行動には対応関係があると考えられる. ( ) 低塩分領域と河川流量の関係次に, 感潮河道における塩分分布と淡水供給量の関係について, 一次元分散シミュレーションにより仮想計算を行った.() で構築したモデルを用いて,9 年 月 日から 月 日までの潮汐を与え,8 m /s, 平水 m / s, 低水 m /s, 渇水 m /s の 通りを期間中一定に与えて計算を行った. 大潮満潮時の塩分縦断分布を図 - に示す. 渇水流量では塩水が.8 km まで到達しており, 豊水流量では. km までとなっている.. ~ km の漁業区間において塩分が ~ psu となるのはその中間的な淡水供給量であった. 漁業者からの聞き取り情報によれば, 流量が少なすぎても多すぎてもエツは獲れず, ほどよい流量が望ましいとのことである. これに対して, 例えば 9 年 月 日付近は塩分が ~psu の大潮で, かつ流量が約 m /s であるが漁獲量はほとんど無く ( 図 -8), また 年 月 日付近は流量が約 8 m /s であるが多く獲れており ( 図 - 9), 塩分, 潮汐, 流量だけでは説明の付かない場合も多い. したがって, さらなる検討が必要と言える.. まとめ 本研究では筑後川感潮河道を対象として塩水遡上の特徴について解析し, また塩分の時空間変動と植物プランクトンや特産魚エツの現存量の関係性について考察した. 筑後川における塩水遡上は基本的には強混合型が支配的であり, 感潮域上流部の塩分濃度は ~ psu を示すが, 海域の干満差が m 以下になる長潮 若潮期には弱混合型の塩水遡上が発生して感潮域上流部の塩分濃度が psu 以上に急上昇し, その後大潮に向かって強混合型に徐々に変化してゆくことが示された. 植物プランクトンの半月周期変動としては, クロロフィルとフェオフィチンの存在比と塩淡混合型の変化状 謝辞 : 本研究は河川整備基金重点課題 河川汽水域の環境管理技術の構築に向けた土砂 栄養塩 生態系の連鎖構造に関する調査研究 ( 代表者 : 横山勝英 ) から援助を受けて実施された. 筑後川河川事務所からは河川流量とエツの関係についてご意見をいただき, また塩分データの一部を筑後大堰管理所からご提供いただいた. 下筑後川漁業協同組合, 首都大学東京水工学研究室の学生諸氏には現地観測においてご協力いただいた. 塚本辰己氏からはエツの生態について様々な情報をご提供頂いた. ここに記して謝意を表する. 参考文献 ) 佐藤正典編 : 有明海の生き物たち, 第 9 章 魚類,pp.-,. ) 古本勝弘, 武政剛弘, 薦田廣章, 重松栄児 : 強混合型感潮河川 における塩分浸入に関する調査と一次元解析法, 海岸工学論文 集,pp.-,99. ) 安達貴浩, 小松利光, 三島勇一, 目黒剛 : 筑後川河口部におけ る塩水侵入の変動特性, 水工学論文集, 第 巻,pp ,998. ) 西村陽介, 董? 紅, 古賀憲一, 荒木宏之, 大和則夫, 鶴田芳昭 : 長潮時における筑後川下流域の塩分濃度に関する基礎的研究, 土木学会第 回年次学術講演会第 7 部門,pp.7-8,7. ) 鈴木啓太, 杉本亮, 笠井亮秀, 中山耕至, 田中克 : 夏季の有明海 筑後川の高濁度汽水域における粒状有機物の動態一河川流量の 変動にともなう変化, 水産海洋研究,7(),pp.9-,9. ) Md. Shahidul Islam, Hiroshi Ueda, Masaru Tanaka: Spatial and seasonal variations in copepod communities related to turbidity maximum along the Chikugo estuarine gradient in the upper Ariake Bay, Japan, Estuarine, Coastal and Shelf Science 8, pp.-,. 7) 横山勝英, 野間口芳希, 山本浩一, 岡村和麿, 児玉真史 : 高濁 度感潮域における植物プランクトンの変動特性 ~ 夏期の筑後川 感潮域を対象として ~, 海岸工学論文集 7,( 印刷中 ). 8) 林宗徳, 三浦慎一, 松井誠一, 金澤孝弘 : 有明海湾奥部におけ るエツ 歳魚の移動, 福岡県水産海洋技術センター研究報告,pp.-,. 9) 林宗徳, 秋本恒基 : 筑後川の河川流量がエツの遡上, 産卵に及 ぼす影響, 福岡県水産海洋技術センター研究報告,pp.89-9, 99. (.9. 受付 )

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