物理生息場シミュレーションシステム PHABSIM の理論と応用

Windows(PHABWin-2002)対応

講義マニュアル

トーマス B. ハーディ博士 ユタ州 ローガン 84322-4110

ユタ州立大学 ユタ水研究実験室

自然システム工学研究所 ２００３年３月

（日本版２００６年７月） 日本語訳監修 関根雅彦

山口県

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目次

序文 ......................................................................................................................................................v 第１章 物理生息場シミュレーションシステム（PHABSIM）の概要 .....................................1 目的 ..................................................................................................................................................1 演習内容 ..........................................................................................................................................1 IFIM（アイエフアイエム）の概要 ..............................................................................................1 PHABSIM（ピーハブシム）の目的 .............................................................................................2 PHABSIMの構造.............................................................................................................................3 PHABSIMの適用.............................................................................................................................5 スコーピング ..............................................................................................................................5 対象生物種及び適性曲線の選択...............................................................................................6 対象種の選択 ..........................................................................................................................7 適性曲線の種類.......................................................................................................................8 適性曲線の転用の可能性.......................................................................................................8

調査領域の選択及び生息場のマッピング...............................................................................8 重要な河川区間.......................................................................................................................9 生息場マッピング...................................................................................................................9

断面の選択及び現地データ収集.............................................................................................11 断面の選択 ............................................................................................................................11 現地データ収集.....................................................................................................................11 水理モデリング.....................................................................................................................13 水面高モデリング.................................................................................................................13 流速モデリング.....................................................................................................................14

生息場モデリング.....................................................................................................................14 PHABSIMにおける有効生息場解析 ...................................................................................15

PHABSIMの解釈とIFIM手続きの完了 ..................................................................................15 第２章 キーとなるデータファイルの構造.................................................................................17 目的 ................................................................................................................................................17 演習内容 ........................................................................................................................................17 序文 ................................................................................................................................................17 PHABSIM水理シミュレーション入力ファイル .......................................................................17

IFG４データファイル構造の説明 ..........................................................................................17 タイトル(Title)行 ..................................................................................................................18 IOC行......................................................................................................................................18 BMAX, NMAX, NSLP行.......................................................................................................18 QARD行 .................................................................................................................................18 DEPTH行................................................................................................................................19 XSEC行 ..................................................................................................................................20 座標データ行 ........................................................................................................................20 NSデータ行 ...........................................................................................................................21 WSLデータ行 ........................................................................................................................21 CALx 及びVELxデータ行 ...................................................................................................21

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CALxデータ行.......................................................................................................................22 VELxデータ行.......................................................................................................................22 ENDJデータ行.......................................................................................................................23

断面及び測点データファイルの構造.........................................................................................23 点データファイルの構造の説明.............................................................................................23 Xsecデータファイル構造の説明.............................................................................................25

適性曲線データファイルの構造.................................................................................................26 FISHCRVデータファイル構造の説明 ....................................................................................26 タイトル行 ............................................................................................................................27 ヘッダーデータ行.................................................................................................................27 SI座標データ行 .....................................................................................................................28

第３章 PHABSIMにおける水理モデリング ...............................................................................29 目的 ................................................................................................................................................29 演習内容 ........................................................................................................................................29 序文 ................................................................................................................................................29 開水路流れに関する用語とその定義.........................................................................................29 開水路流れの説明と解析に使用する方程式.............................................................................35 連続性と物質収支.....................................................................................................................35 マニングの方程式.....................................................................................................................35 エネルギー収支とベルヌーイ方程式.....................................................................................36

PHABSIMにおける水面高モデリング .......................................................................................37 回帰計算による水位-流量の関係モデリング .......................................................................37 流量ゼロ時の水位(SZF)の決定 ...........................................................................................42

PHABSIM における回帰手法を使用した水位－流量解析 – IFG4 モデル ......................42 IFG4 IOCオプション ................................................................................................................43 回帰手法を使用した水位－流量モデリングの実践的手引き .............................................43

マニングの方程式を使用した水位－流量モデリング－MANSQ（マンエスキュー）モデル

........................................................................................................................................................44 MANSQ IOCオプション ..........................................................................................................46 MANSQのキャリブレーションの実践的手引き ..................................................................46

不等流計算法(Step Backwater Approach)を使用した水位－流量モデリング－WSP.............46 WSPモデルの一般的理論 ........................................................................................................46 水面モデリングにおける不等流計算法の計算行程 .............................................................49 WSP IOCオプション.................................................................................................................50 WSPキャリブレーションに対する考え方の概要.................................................................50 縦断方向水面形のキャリブレーション.............................................................................50 粗度修正子(RMODs)を使用した縦断方向水面形に対するWSPキャリブレーション.51 キャリブレーションしたWSPモデルに対する 初の水面高の決定.............................52 WSPモデルのキャリブレーションと使用の実際的な側面.............................................52

PHABSIMにおける流速モデリングの適用 ...............................................................................55 流速のキャリブレーションとシミュレーション.................................................................55 測定流速なしの場合のIFG4 ................................................................................................56 単一流速データセットによるIFG4 ....................................................................................57

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流速データが複数組ある場合のIFG4 ................................................................................58 IFG4 計算方法と物質収支の意味 .......................................................................................60 流速シミュレーションのためのIFG4 における初期勾配とマニングｎ値の重要性....62 吻端流速 ................................................................................................................................62

水理モデリングの有効性評価.....................................................................................................63 水面モデリングの評価.............................................................................................................63 キャリブレーション流量における水面高の予測値と観測値 .........................................63 水面高の縦断形状.................................................................................................................64 シミュレーションを行った流量の有効範囲.....................................................................64

流速モデリングの評価.............................................................................................................64 第 4 章 生息場適性曲線.................................................................................................................66 目的 ................................................................................................................................................66 演習内容 ........................................................................................................................................66 序文 ................................................................................................................................................66 生息場適性曲線と専門用語.........................................................................................................66 適性曲線のカテゴリー.................................................................................................................67 カテゴリーⅠの曲線.................................................................................................................68 カテゴリーⅡの曲線.................................................................................................................68 カテゴリーⅢの曲線.................................................................................................................68

生息場適性曲線のフォーマット.................................................................................................68 バイナリ形式 (Binary Format).................................................................................................68 一変量形式 (Univariate Format)...............................................................................................69 多変量形式 (Multivariate Format)............................................................................................70 条件曲線 (Conditional Curves).................................................................................................70

PHABSIMでの適性曲線の利用 ...................................................................................................71 生息場適性曲線作成の 終目的.............................................................................................71 対象種の選択 ............................................................................................................................71 データ階層化、サンプリング規約、研究設計.....................................................................72 代替の作成方法 ........................................................................................................................73 生息場適性曲線作成に対する分析的アプローチ.................................................................74

生息場適性曲線の評価、検査、検証.........................................................................................76 SI曲線の汎用性 .............................................................................................................................77 汎用性研究の一般概念（ThomasとBovee(1993)以後） .......................................................78 手順 ........................................................................................................................................78 仮説 ........................................................................................................................................79 仮説の検定 ............................................................................................................................79

ThomasとBovee (1993)による作業例 ......................................................................................80 生息場適性曲線の情報源.............................................................................................................83

第５章 生息場モデリング.............................................................................................................85 目的 ................................................................................................................................................85 演習内容 ........................................................................................................................................85 序文 ................................................................................................................................................85 水理モデルと生息場モデルの計算セルの関係.........................................................................87

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生息場計算セルの面積／体積の導き方.....................................................................................87 代表河川区間 ............................................................................................................................88 生息場マッピングと理想化による河川区間の表現方法 .....................................................90

生息場適性曲線と計算セルの属性の統合.................................................................................91 生息場モデリングの仮定が明白でない場合の基本的考え方 .................................................93 PHABSIMにおける生息場モデリングオプション ...................................................................94 HABTAEプログラム.....................................................................................................................94 HABEFプログラム .......................................................................................................................94

和集合分析 ............................................................................................................................96 競争分析 ................................................................................................................................96 大値／ 小値分析.............................................................................................................96

河川流量変化分析.................................................................................................................96 第６章 PHABSIM解釈と評価のフレームワーク .......................................................................98 目的 ................................................................................................................................................98 序文 ................................................................................................................................................98 WUA曲線のピークを採用する ...................................................................................................98 もデリケートな種と成長段階の使用.....................................................................................99

後分析群化 ..................................................................................................................................100 量と質について ..........................................................................................................................102 中(meso)生息場特有の条件の評価............................................................................................103 適性曲線の評価 ..........................................................................................................................103 単一パラメータ適性の分解.......................................................................................................104 空間的ニッチの分析...................................................................................................................105 生息場時系列 ..............................................................................................................................106 生息場持続曲線(Habitat Duration Curves).............................................................................108 生息場持続閾値分析...............................................................................................................110 流量時系列の選択とベースライン条件...............................................................................110 時系列分析と持続曲線分析における重要な要素...............................................................110

水路維持と土砂流送の統合.......................................................................................................111 河川変化過程（Stream processes）の基礎 ...........................................................................112 水路維持流量(Channel Maintenance Flows) ..........................................................................113 河岸維持流量(Riparian Maintenance Flows)..........................................................................113 中間～低流量での土砂流送の基本的課題...........................................................................114

付録１ 専門用語集 ......................................................................................................................115 付録２ 参考文献 ..........................................................................................................................125

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序文

本マニュアルは、水理的モデリング、生息場適性基準、及び生息場モデリングの観点から

の物理生息場シミュレーションシステム(PHABSIM；ピーハブシム)の総合的取扱い方法を

説明しています。更に Windows 版ソフトウエア PHABWin-2002 に関する総合的な資料も含

まれています。本マニュアルの生息場に関する記述の大部分は、本マニュアルと対になる

文書「自然の生息場シミュレーションシステム(PHABSIM)講義及び調査機関用マニュアル」

を原典としています。（ハーディ博士、他） 講義の注釈部分には、全てのモデルに対する基本理論および仮定、さらに水理シミュレー

ション及び生息場シミュレーションに使用する様々なモデルの実践的応用に関する情報を

記載しています。生息場適性基準に関する資料は、基準曲線の転用テストについて記載さ

れた Bovee の調査（１９８６年）に依存しています。演習の注釈部分(Lecture Note)では、採

用した評価フレームワークの範囲内での PHABSIM の解釈と使用方法に関する情報、さらに

PHABSIM を使用した物理生息場モデリングの枠を超えて、水質、温度、堆積物の種類の解

析などその他の要因の組み入れに関する情報を概念的に説明しています。 同時に提供されるユーザマニュアルでは、PHABSIM モデリングソフトウエアシステムの

Windows 版の使用方法が順を追って記述され、更にデータ入力、水面高及び流速の水理学

的モデリング、生息場適性基準の入力と修正、時系列及び有効生息場を含む各種の生息場

モデルに関しても述べています。ユーザマニュアルでは、２次元水理モデリングの結果を

インポートする方法や、その結果に基づく生息場モデリング、時系列及び有効生息場解析

への利用も扱っています。 本ソフトウエアの Windows 対応版は、全ての解析の全ての分析ステップでモデリングウイ

ザードを使用し、ユーザを誘導することを基本としています。PHABWin-2002 は又、下記の

点で PHABSIM (バージョン 2.0)から大幅に変更されています。 1. 水理シミュレーションと生息場シミュレーションプログラム間のデータの受け渡し

のための複数ファイルフォーマットを除去 2. オンライン発表品質のグラフィックスによる完全生データ、キャリブレーション及

びシミュレーション結果の直接的統合化 3 流れと生息場の持続解析を含む複数の流況シナリオに対する時系列の組込み 4. 有効生息場と有効生息場時系列の実装 5. 生息場モデリング、時系列モデリング、有効生息場モデリング、有効生息場時系列

モデリングにおいて２次元水理シミュレーション結果をインポートできる 6. 既存の PHABSIM IFG4 実行結果ファイルをインポートできる 7. 個別又はグループの断面に対する複数の流量範囲に対して複数の水理学的モデルを

ユーザが指定できる

1

第１章 物理生息場シミュレーションシステム（PHABSIM）の概要

目的

本章の目的は、河道内流量漸変法(Instream Flow Incremental Methodology; IFIM)の一

部としての物理生息場シミュレーションシステム (Physical Habitat Simulation System; PHABSIM)の理解を広げ、河道内流量評価の視点から PHABSIM の構成要

素の概要を説明することである。 演習内容

本ユーザマニュアルでは、PHABWin-2002 ソフトウエアシステムの構成と使用方法

を紹介する。 IFIM（アイエフアイエム）の概要 河川における水生動物の生産性を決定する４つの主要な構成要素は、（１）流況、（２）水

路形状や底質の分布などの物理生息場構造、（３）水質・水温、（４）流域からのエネルギ

ー（栄養塩及び有機物）の流入である。これらの構成要素の複雑な相互作用によって河川

区間内の一次生産量、二次生産量、及び 終的な魚類量が決まる。河川では、適切な生息

場の質と量は同じ年内にも、年毎にも、大幅に変化する可能性がある。魚類及び無脊椎動

物の生息数や生物量は、生息場でそれ以前に発生した種々のイベントによって減少又は増

加する可能性がある。生息数の限界は、魚類や無脊椎動物の生活環の中の重要な段階での

生息場の量と質に関係している。流量の減少などの長期的な生息場の悪化も生息数や生産

量を決定する上で重要である。 魚類生息数を管理可能な環境因子の関数としてシミュレートするために必要な基本的な要

素や相互作用は、コンピューターシミュレーション技術と組み合わされた階層的、モジュ

ール的手法による評価フレームワークの視点で考えることができる。モジュール要素どは、

評価フレームワークを実行するために必要なデータをシミュレーションするための「部品」

を意味する。PHABSIM は、より広範囲な概念を持つ解析フレームワークである河道内流量

漸変法(IFIM)の一部であり（図１）、この手法によって河川の水資源問題の解決フレームワ

ークを得ることができる。この図で示しているのは、IFIM の主要な構成要素とモデルの関

係及び、PHABSIM がこのフレームワークの中で占める位置である。IFIM と PHABSIM で

はスコーピングやプラニングなどの一部の要素が共用され、PHABSIM を他のモデリング方

法と一体化させることが IFIM のフレームワーク下で奨励されていることに注目する必要が

ある。IFIM には更に、水資源問題（すなわち図１の制度モデル）、調査範囲と計画立案過程

の大まかな構造の解析、並びに交渉と解決の技術のメカニズムが含まれている。PHABSIMを用いた調査研究では、IFIM や類似のフレームワークの中で適切に研究計画を立てること

が も重要であることを明言しておく。流量の変化は実質的に全ての河川において物理生

息場を変化させる可能性があるので、PHABSIM は IFIM の中でも もよく利用される要素

といえるだろう。しかし、IFIM は、PHABSIM だけではなく、水質、水温、地形を評価す

2

るためのモデルや調査対象河川内の生息場や魚類生息数に影響を与える可能性があるその

他の要素をシミュレーションするモデルを含んでいる。IFIM の実施にあたっては、

PHABSIM を使用する前に、河川生息場を支配する要素が十分に考慮されているかどうかを

確認する必要がある。例えば、生息場に対する管理が水質のみである河川に PHABSIM だけ

を適用するのは意味がない。IFIM の全て取り扱うのは本文書の範囲外なので、IFIM の詳細

な取扱いについて興味のある読者は「A Conprehensive Overview of the I」nstream Flow Incremental Methodology」（１９９５年 Bovee 著）や「A Primer for the IFIM」（１９９５年

Stalnaker 他著）を参照してほしい。 PHABSIM（ピーハブシム）の目的 PHABSIM は、河川の物理生息場構造の特徴づけを行う多数のシミュレーション・ツールを

研究者に提供するものである。物理生息場の流れに依存した特性を、対象種／成長段階の

生物学的ニーズに照らし合わせて評価できる。PHABSIM は、物理生息場は流れの影響を受

けてその環境容量が増加したり制限されたりするため、流量やそれとともに変化する物理

指標が魚類やその他の水生生物の変動を評価する指標として用いることができるという仮

定に基づいている。漁業生産を高めるために物理生息場を利用する場合は、魚類にとって

のメリットは物理生息場の利用可能性に左右されるという前提に基づいている。しかしこ

の前提は常に正しいとは限らない。ある状況下では生物生産は水質（例えばカナダ楯状地

域の酸性雨問題）や人間の活動（例えば特定の種の過剰漁獲）によって制限される場合も

ある。基本的にはすべての状況において、物理生息場は生物生産に（十分とは言えないが）

必要な要素である。解析を行う者は物理生息場以外の要素の重要性を見失ってはならない。

3

PHABSIM は河川の物理生息場の変化を流量の関数として表すように設計されており、水質

やエネルギーなどのその他の要素とは直接には結びついていない。しかし後ほど本マニュ

アルで説明するように、水質や水中堆積物の特性の変化、さらに河岸や水路維持のための

流量など他の構成要素を含めることは可能である。PHABSIM は基本レベルで、河川におけ

る物理生息場の構成要素のうち流量に影響を受ける変化を取り扱っている。そのような物

理生息場の構成要素を評価し、漁業生息場の質および量の予測を行うのである。流量を段

階的に変化させ、シミュレーションした水深や流速との間の関係や、測定された河道指標

（例えば底質とカバー（隠れ場所））と対象種／成長段階との関係を明らかにしていくのだ。 PHABSIM が も利用されるのは、生息場の魚場としてのポテンシャルの予測である。これ

は、生息場の質と量の組み合わせで表現され、重み付き利用可能面積(Weighted Usable Area; WUA)とも呼ばれる。川の単位長さあたりの生息場面積で表現される（例えば、河川１００

０フィート当たりの平方フィート）。生息場ポテンシャルは事業評価やミチゲーション対象

の選定や、河道内流量の交渉における参考情報としての役目を果たすことが多い。 PHABSIM は対象種（例えば魚）の各成長段階や、その他の流れの影響を受ける要素（例え

ばレクリエーション活動）に対して、河川流量との関係をシミュレーションする手段を提

供する。物理生息場シミュレーションの基本的な目標は、生物学的（又はレクリエーショ

ン的）考察を通じて、社会的、政治的、経済的評価に関連させることができる河川の代表

的な物理的特性を知ることである。この流量と生息場ポテンシャルの関係は、物理生息場

と河川流量の連続関数として表され、河道内で利用される流量と河道外で利用される流量

のトレードオフを管理するために使用することができる。従って策定された相互に受け入

れ可能な管理基準と、それ以外の代替案の間でトレードオフを行うことができる。利用可

能な水の 良の配分に関する意志決定は、種々の利害関係者間の管理目標の問題である。 PHABSIM は、河川流量が漁業資源を支配する因子の１つであり、水理モデル・生息場モデ

ルの基本理論や仮定が成立するような状況下で使用するこを想定して作られている。実用

上は、採用した各種の水理モデル・生息場モデルの仮定事項が妥当な範囲内で、下記を含

む各種の用途に使用できる： 1.必要河道内流量の数量化

a.領域全体の計画 b.水利権の制限やライセンス供与

2.水供給スケジュールの交渉 a. 低限の放流量 b.年間流量管理フレームワーク（正常年及び小雨年の条件）

3.影響解析 a.河川流量の枯渇 b.河川流量の増加 c.水路の変更

PHABSIM の構造 図２は、Windows 版 PHABSIM の基本モデル構成要素のロードマップである。完全を期すた

4

めに調査範囲、河川区間の選択、生息場のマッピング、断面配置、影響評価に関して部分

的に説明しているが、本文書の重点目標は PHABSIM である。Windows 版 PHABSIM システ

ム、基本プログラム機能、構造、使用方法の詳細については、第２章に記載している。

図２は、PHABWin-2002 が河道内流量のモデリングを行うプロセスを、主な機能を取り上げ

て概念面と実践面の両方から説明したものである。 初に、システムで使用するフィール

ドデータを既存の IFG4 水理モデルファイル、又はスプレッドシート上で作成された点／座

標データの形式でインポートする。データをインポートした後、モデル作成者は３つの水

理シミュレーションモデル IFG4, MANSQ, WSP のいずれかを使用して、水面高のキャリブ

レーション及びシミュレーションに進む。以前のバージョンの PHABSIM と異なり、水理モ

デルのいずれかを実行するために、ファイルの変換は不必要である。水面高モデリングが

完了すると、モデル作成者は流速のキャリブレーションとシミュレーションに進む。 PHABSIM の水理モデルの作成が成功した後には、図２に示すように対象種／成長段階の適

性基準(HSC)データの選択、作成、入力／インポートが続く。ユーザが 後に行うのは、適

切な生息場モデリングのオプションを選択し、生息場と流量の関係を知ることである。

PHABSIM の新版である PHABWin-2002 では、有効生息場の解析に加えて、時系列解析を行

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うことができる。ユーザは更にオプションとして、図２に示すように有効生息場の時系列

解析を行うことができる。 PHABSIM の適用 作業を行う観点から、PHABSIM の適用の一般的方法を７段階に細分化することができる。

この各段階を行うことによって、モデルの適用のための初期の枠組み及び関連する諸問題

の一部に対する手引きを得ることができる。実際の調査研究では、上記の７段階にとらわ

れる必要はないが、いずれにしても、ユーザは注意深く考え、十分な根拠に基づいて意志

決定しなくてはならないことを忘れてはならない。PHABSIM の適用手順の一般的概要は以

下のようなものである：

1: スコーピング 2: 対象生物種及び適性曲線の選択 3: 調査領域の選択及び生息場のマッピング 4: 断面の選択及び現場データ収集 5: 水理モデリング 6: 生息場モデリング 7: PHABSIM の解釈及び IFIM プロセスの完成

以降の章では、主として水理モデリング・生息場モデリングの技術面に焦点を当て詳細に、

解説する。また、適性曲線及び評価の枠組についても記載している。ここでは、各段階の

考え方についてごく簡単に解説する。調査範囲の確定、現場データ収集技術、及び影響評

価枠組みに関する一般的手法に関しては、Bovee の著書（１９９５年）で知ることができる。 スコーピング プロジェクトのスコーピングでは、対応すべき問題の重要性を基準とした実際的な手法を

採用するべきである。下記の各項はあくまで参考用であり、各人は選択した理由の裏付け

を行う必要がある。

1. 研究目標の説明（Why？）：プロジェクトの期待される成果や要求事項を、実行可能、

合意可能な範囲でできる限り詳細に、プロジェクト開始前に記述しておく必要があ

る。 2. 影響を受ける場所の特定（Where？）：調査場所の選定の 良の手法の決定をしなく

てはならない。例えば、重要な、あるいは代表的な河川区間を選ぶのか、生息場マ

ップに基づいた階層的任意サンプリングを用いるのか、あるいはこれらの方法を組

み合わせるのか、といったことである。また、利用可能な生息場は、どのような方

法でマッピングを行うべきか、どのように調査領域の予備的な特徴付けを行うか、

適切な水文データを得ることが可能な測定ステーションの場所と物理的アクセス法

などを決定する。

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3. 必要なスキルの特定とスタッフの選定：PHABSIM を応用する場合には通常、多様

な専門分野から構成されるチームが必要である。水生生物学、水文学、水理学、生

息場モデリング、PHABSIM の結果の解釈、その他起こり得る交渉作業などのスキ

ルを持つ人材が求められる。 4. 物理生息場が対象生物種の生息数を制限している要因の１つであることの確認：マ

クロ生息場の問題点（例えば水質や水温）の整理の他、乱獲や蓄養、餌の入手の可

能性と競争、水路力学や堆積物の移動などの追加的要因もこの確認に含められる。

これらの確認には他のモデルや重回帰分析などの従来の手法を利用した方が良いこ

ともある。ある種の魚の餌の入手可能性は、特定の無脊椎動物についての生息場適

性データを使用したモデルを作成することで評価できる場合もある。 5. 対象生物種／成長段階の選択（Who？）：河川中の全ての生物種（もしくは成長段階）

に対して、物理生息場の変化の影響を評価するのはほとんど不可能である。調査で

は多くの場合、生息場の変化に も敏感なもの、生息場の変化が生物群に与える影

響を代表するもの、あるいは利害関係者の利益を代表するもの等の視点から指標生

物種を選択する。管理目標では、漁業者や魚類保護派の人々からのアドバイスを取

り入れ、幅広い範囲の生物種を扱うべきか、特定の生物種や成長段階に集中すべき

かを決定する。 生物種を選択するために使用される１つの方法は、重要性、脆弱性、入手可能な情

報量などの各種の基準に従って生物種を数値的にランク付けすることである。スコ

ーピング段階では、既存の生息場適性情報がある場合にはその情報源、情報を他の

河川に適用できるかどうか（後述）、また既存の情報が入手できない又は十分に包括

的ではない場合には、適性曲線作成の方針などについて決定しておかなければなら

ない。魚の大きさは生息場の使用に重大な影響を及ぼすので、大きさや年齢による

魚種の整理も重要である。使用する分類法が適性データと矛盾があってはならない

ことは当然のことである。 6. 研究スケジュールの決定（When？）：フィールドデータ収集の時期の決定（例えば、

高水流量や低水流量はいつ発生するか、１年を通して変化する植物の成長は問題と

なるか？）、生物種の周期表の作成（どの対象種／成長段階が重要で、それはいつ

か？）、適切な水文時系列データの入手法の特定（プロジェクトの影響がある場合と

ない場合の両方の流量データが必要になる）などがこの段階の作業内容である。 対象生物種及び適性曲線の選択 PHABSIM の主要な構成要素として、対象種の選択や生息場モデルに使用する生息場適性曲

線の作成及び選択がある。この演習では生息場適性曲線の作成法の詳細については触れな

いが、その適用についての必要な背景については説明する。PHABSIM の調査にあたって非

常に重要な部分は、対象種に適した生息場の条件は何かという知識を持つことである。

PHABSIM のマイクロ生息場は、水深、流速、及び河道指標によって定義される。河道指標

とは、底質、隠れ場所、あるいは対象水生生物種の物理生息場にとって重要となるその他

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の変数の指標である。この情報は通常、生息場適性基準（HSC 曲線）として知られている。

（SI 曲線、適性指数、適性基準、適性データなど、様々な用語が同義で使用されている。）

１組の SI 曲線の例を、図３に示す。

生息場適性基準の選択に関する検討は、スコーピングのできるだけ早い段階で行っておく

ことが重要である。それは以下の理由からである：

１： そうすることで SI 曲線の重要性が理解できる。SI 曲線は図示すると単純に見えるの

で、作成に費やした努力は埋もれてしまい、水理モデリングが終わった後では、ど

んな SI 曲線でも無批判にそのまま採用してしまいがちである。 ２： 問題の河川のマイクロ生息場変数に調査者の意識を集中させることができる。 ３： 適切な生息場データが存在しない場合、時間をかけて完全な適性データ収集事業を

行う必要が出てくる場合もある。その場合には、生息場の水理学的調査よりも長期

間が必要になる可能性が高い。 PHABSIM の報告を行う場合には、対象河川のために適性曲線を作成したことを述べるか、

他の類似の河川について作成した適性曲線を調査対象河川に移転して使用した場合にはそ

の妥当性の十分な根拠を示すかどちらかをすべきである。 対象種の選択 PHABSIM 調査の開始時に取るべき基本的なステップは、調査の中で評価する対象種／成長

段階の明確化と選択である。魚群集の過去及び現在の構造を判定するための貴重なデータ

は、漁獲記録、蓄養記録、管理当局などから入手することが可能である。一部の河川では

回遊性サケ科の魚のように、その生物種／成長段階がその河川の中で短期間存在するだけ

である可能性があることに注意しなくてはならない。現状だけではなく、絶滅種の回復に

も焦点を当てた管理を行う必要がある場合には、魚の過去の記録が重要である。 候補となる生物種／成長段階の初期リストが完成したら、調査領域の季節的な使用（例え

ば、月毎）に焦点を当てた生物種／成長段階の周期図を、これらのデータから作成すべき

である。次に、既存の SI 曲線の入手の可能性を判断し、 終的な曲線を作成するために必

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要な、調査場所を特定した生息場適性データの収集、転用可能性テストデータの収集、さ

らに対象生物種専門家による SI 曲線の精査に進むべきかどうかを決定すべきである。多く

の場合、広範囲の文献を調査しても全ての生物種／成長段階毎の SI 曲線が見つかるとは限

らないので、対象領域に特化した SI 曲線の作成をしない場合には、いくつかの生物種／成

長段階に絞って考慮する方法をとる場合がある。また、対象領域に特化した SI 曲線を作成

できない場合、メゾ生息場使用と代表魚群集を用いた「ギルディングアプローチ; guilding approach」の利用も考えられる。 適性曲線の種類 一般的に適性曲線は下記の基準に従って分類されてきた（１９８６年 Bovee 著） 分類 I：専門家の意見に基づく曲線 分類 II：対象種／成長段階の生息場に関する観測データを直接用いた生息場使用曲線 分類 III：生息場の観測データを生息場の利用可能性に基づいて修正した生息場選好性 適性曲線の転用の可能性 データ収集の方法の如何に関わらず、適性曲線は、生物が成長した河川についてある程度

の特異性を示す。しかし、適切に作成された曲線は他の類似の河川の調査に転用が可能で

ある場合がある。利用可能な資源が限られていることや対象領域に特化した適性曲線の作

成の費用が高額であるために、他の河川の SI 曲線の使用はよくあることであり、転用の可

能性をチェックすることは重要である。SI 曲線を作成しないことによって、相当額の費用

の節減につながる。多くの例で河川間の曲線の転用に成功しているが、調査者が専門家と

しての知識を駆使して判断を下し元の曲線の転用の可能性を全ての面からできる限り完全

に評価することが重要である。 調査領域の選択及び生息場のマッピング 調査領域選択に使用する手法は各種あるが、１つの調査場所又は複数の場所の組み合わせ

を選択する３つの異なった手法について説明する。その手法は：

１： １つ以上の「重要な河川区間」を定める。 ２： 特定の生息場タイプ毎にトランセクト（帯状のサンプリング断面）を配置する。 ３： 「生息場マッピング手法」を使用した「代表的河川区間（１箇所又は複数）」へのト

ランセクトの配置 使用する手法は個々の調査毎に選択する。上記の手順を組み合わせて使用する場合もある。

選択した対象種／成長段階にとって重要で、問題の水資源問題の影響を受ける河川生息場

区間の特徴付けを行うことがこの手順の全体的目的であることを忘れてはならない。調査

を開始する場合、評価が必要な河川の長さを明確にすべきである。水文学及び生態学的な

9

面で河川が均質であればあるほど、選択した河川区間内でのシミュレーションの結果をよ

り長い河川区間の評価に適用することが容易になる。 重要な河川区間 この手法は、流量の変化に も敏感、もしくは特定の種／成長段階の生息に重大な影響を

及ぼす河川の範囲を、既存のデータから明確にすることができる場合に適している。例え

ば、特定の魚種の再生産を も制限している要因が産卵場所の有無であると考えられる場

合、既知の産卵場所が含まれる区間を選択することが適切である。 例えば下記のような基準に基づいて重要な区間を選択することができる：

１： 河川流量の変化に多大な影響を受ける、又は特に敏感である区間。例えば、流量変

化に も敏感な区域は、浅瀬や砂利の盛り上がりなどの水路の高くなった部分であ

る。あるいは、検討対象である人為的影響は狭い場所に限られているが、その狭い

場所が対象河川や対象種／成長段階に対して非常に重要である場合もある。 ２： 生物量を支配する区間。対象魚種の特定の成長段階に対して直接制限を与えること

が知られているような重要区間。例えば、産卵場所が得られるかどうかがマスの生

息数を制限することが判っている場合、広範囲の河川区間が評価対象でも、判明し

ている産卵場所（例えば凸状の砂利の盛り上がり部分）のみを重大な区間として選

択することは適切である。 魚種の再生産を制限する要因として、特定の魚種／成長段階に対する特定の生息場の影響

を明確にすることが不可能である場合には、調査区間に存在する流量と各種の生息場の種

類の間の関係を調査するとよい。単一の魚種を対象とする場合には、異なった生息場タイ

プが１年の異なった時期に異なった成長段階を制限している可能性があり、調査が複数の

魚種を対象とする場合には、異なった生息場タイプが異なった魚種の個体群を制限してい

る可能性がある。いずれの場合にも、調査場所が河川の評価対象区間全体に存在する生息

場の種類全部を代表していることが重要である。このような状況では一般的に、代表的な

河川区間手法、階層的ランダムサンプリング手法、又はより多くのケースで生息場マッピ

ングを利用した両方の組み合わせ手法が採用される。 生息場マッピング 「生息場マッピング」を使用した調査場所／調査トランセクト選択の一般的な手法は下記

の通りである。

１： 対象となる全調査範囲は、地形の違いや人為的な水路化、流量損失などによるマク

ロ生息場環境の違いによっていくつかの区間に分割できる。支流流入や取水を境と

した上部と下部の違いなど、河川の水文状態が大幅に異なる河川の区間がこれに相

当する。それぞれの区間内では、生物の種構成はほぼ同じである。

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２： 河川中のメゾ生息場の種類を分類し、図示する。これは、深いトロ(deep glide), 浅い

トロ(shallow glide), 淵(pool), 平瀬(riffle), 小さい落差(cascade)などの基本的な生息

場の種類に相当する。当該河川や対象種に精通している人々や、PHABSIM の訓練

を受けた人々の技能、あるいは公開された文献や関連の資源管理当局が採用してい

る各種の生息場分類法を利用することで、この分類を行うことができる。淵や早瀬

などの各種の地形学的特徴を明確化することに加えて、隠れ場所の分布（例えば、

上部が覆い隠された隠れ場所、岸辺の切込んだ部分、浮遊する水生植物など）や特

別な生態学的重要性があると見なされる範囲（例えば、よどみ部分）を明確化すべ

きである。生息場マッピングの現地作業を行う時の流量も考慮の対象としなくては

ならない。 ３： 以上の結果に従い、生息場のマッピングを実施する。

も簡単な生息場マッピング方法は、対象の河川区間を歩いて目視で存在する生息場の種

類を調査することであろう。次に、これらの生息場を代表する PHABSIM 調査トランセクト

を設置する場所を選択する。河川部分が均質であればあるほどこの作業が容易になること

は明らかで、１つの代表的区間によって全体を代表させることが可能な場合もある。生息

場が非常に複雑に変化する河川では、更に定量的な生息場マッピング手法を使用すること

が適切であろう。その も一般的な手法は、実際の物理的な測定結果に基づいたあらかじ

め設定した生息場分類手法を使用して、調査区域内の各生息場のタイプとその一次元分布

を図化することである。その結果調査者は、調査区域内の代表的な区間、階層化ランダム

選択、あるいはそれらの組み合わせを使用して、生息場のタイプごとに断面を選択するこ

とが可能となる。PHABSIM における生息場モデリング中に各断面に適用する 終的な重み

付けは、全体的なマッピング結果から得られる。研究によっては、全エリアの 5～10 パー

セントといった小面積しかない生息場タイプばかりが扱われる場合もある。これより小さ

な生息場であっても、それが対象種の生活史から見たニーズ上重要である場合には、その

生息場も含めることになるだろう。スコーピングのプロセスでは、生息場の占有率や重要

度をはっきりと意識してその生息場を加えたり除外したりするべきである。 生息場マッピングのもう１つの更に詳細な手法では、生息場の種類の数量的図形化と共に、

河川の幅、 大流速、水深、底質及び隠れ場所などの生息場変数の抽出測定調査を通じて

確認された概ね類似の河道内流量における物理生息場の河川区間の図形化なども行う。こ

れらの生息場変数の分布を解析することによって、生息場の種類の詳細な識別が可能にな

る。例えば、解析によって深いトロや淵の特徴的な種類に焦点を当てることが可能である。

これらの解析に基づいて、断面を設置する場所を上記に説明したように決定することがで

きる。 生息場マッピングのこの基本理論にはもうひとつバリエーションがある。調査領域内で開

始点を無作為に選択し、水路幅の約 20～30 倍の距離を縦断方向にとって生息場マッピング

を行うのである。そこで遭遇した生息場のタイプを判定し、各生息場タイプ毎に１つの階

級(strata)として取り扱ってその階級内の単位生息場を無作為に選択するのだ。選択した単位

生息場のトランセクト位置を決定するには、無作為選択法を用いる。

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河川区間や特定の断面位置の多様な選択方法に関して議論してきたが、単一の「好ましい

方法」は存在せず、プロジェクトの範囲確定の段階で採用する手法を決定する必要がある

ことに注目してほしい。しかし、現地作業や場所の特性の現実性を与えるためには、実施

時には柔軟な対応をしなくてはならない。 断面の選択及び現地データ収集 断面位置、断面数、及びそれに続く対象河川の水理学的特性の現地データ収集は、PHABSIMを上手に適用し、解釈するために非常に重要である。 断面の選択 PHABSIM のためのトランセクトの数と位置は、上述のマッピングによって特定された生息

場の種類に基づいて決定される。対象河川内の生息場の分布が許すならば、現場データの

収集を容易にし、水理モデリングや生息場モデリング時の柔軟性を増すように、水理学的

に意味のあるトランセクトを選択すべきである。選択するトランセクトの総数は、生息場

の多様性、調査範囲、及び利用可能な資源によって決まる。生息場のタイプ毎のトランセ

クト数は一般的には少なくてよいが、利用可能な資源が許すならば、同じ生息場タイプ内

の変動に対する頑健性を高める意味でも、同タイプの生息場に多数のトランセクトを設置

してもよい。 対象の生息場タイプにトランセクトを配置するだけでなく、それぞれの生息場タイプを成

立させている水理的支配断面（対象区間内に含まれていなくとも）に追加でトランセクト

を配置しておくと役に立つ場合が多い。代表的河川区間法を使用している場合、調査対象

の河川区間内の全ての支配断面を調査すべきだし、トランセクトがグループにまとめられ

ている場合、各グループの下流端の支配断面を調査すべきである。トランセクトを支配断

面に設置することによって、不等流計算法などの水理モデリングがかなり容易になる。生

息場モデリングを行う際にはこれらの追加のトランセクトは無視することができるので、

必ずしも物理生息場計算に利用する必要はない。 単一の流量における生息場マッピングのバリエーションには、別の流量における生息場の

変化率のマッピングがある。この情報は、複合 WUA を計算する時に個々の生息場タイプご

との WUA―流量の関係の重み付けを流量の関数として変更する際に利用できる。例えば、

低流量では３０％ある早瀬生息場が、高流量では１０％になる等である。この手法には固

有の偏りがある。例えば、淵(pool)の中にある断面でも、別の流量時には急流(run)生息場と

して分類される可能性がある等である。 現地データ収集 PHABSIM のデータ収集では、一般的には下記の段階を完了し、報告することが要求される。

１： 測定単位の選択（メートル又は英国インチ単位）。

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２： 現地データが必要な場所の対象流量や流速（通常３段階以上）の選択。高、中、

低流量データ収集の 良の時間の選択はもちろんだが、物理生息場のモデルを正

しく作成するためには３段階以上の流量におけるデータが必要となるかもしれ

ない。例えば、河床の地形が複雑であったり、季節によって水草が生える所であ

ったりした場合などである。 ３： 各断面に調査用ヘッドピンを設置する。ピンは安定した横断及び縦断方向のデー

タが得られる位置で、高流量時の流失を避けるために妥当な範囲で水から離れた

距離に確実に設置すべきである。 ４： 関連するトランセクトの各組について、全てのヘッドピンの高さと距離の測量調

査。 ５： 上記各断面に設置した固定の断面ヘッドピンを基準にした水路横断地形（河床

高）の地形学的調査。調査者は必ず十分な回数の測定を行い、水路断面形を明ら

かにする必要がある。また、各測定地点は水理データの測定場所として使用され

ることを忘れてはならない。 ６： 河床高を観測した地点での河道指標パラメータ（底質及び隠れ場所）の記録。

PHABSIM では、底質や隠れ場所は流量範囲全体を通じて不変であると見なす。 ７： 流量測定時には量水標を仮設して、測定中の水面高の変動をチェックする。 ８： 断面内の各測点で、平均流速を測定する。各流量で必要な測定すべてを行うこと

が望ましい。これは必須ではないが、使用者が流速シミュレーション時に 大限

の柔軟性を持つことができるし、シミュレーションエラーの総合的な評価が更に

よくできるので、行うことが望ましい。水深平均流速は通常、水面から６割水深

の所で測定するが、時間と資源が許すならば深さが 2.0～2.5 フィート以上の場合

には、２割と８割の深さで測定してその平均を使用した方がよい。 ９： 各流量で流量測定箇所の水深を測深棒で観測する。 １０： 各流量で各断面のヘッドピンを基準とした水面高を調査。水路の左側、中央、及

び右側の量水標を繰り返し測定することによって、 高の測定精度が得られる。

この測定は測深棒による水深測定と重複しているが、調査技術の必須のチェック

手段である。 １１： 現地作業中に流量に変化があった場合には、記録しなくてはならない。 １２： 河川の、特に各断面の状況の現地記録。常にできるだけ多くの情報を収集するこ

とが重要である。 １３： 都合のよい場所（通常 も下流の断面地点）に量水標の代わりにデータ自動記録

13

装置を設置することによって、貴重な追加的情報を得ることができる。 水理モデルキャリブレーション時の 大限の柔軟性を確保するために、 低限３組の水面

高の完全なデータ、及び少なくとも１組の流速データを収集することを薦める。しかしな

がら、１組の流速データだけでは流量範囲全体の流速分布を反映できない可能性があるの

で、複雑な水路形状では別の流量での追加の流速データを収集したほうがよい。利用可能

な資源によっては、データ収集のための時間が制限される可能性があるので、１つの特定

の調査に対する水理モデリング及び生息場モデリングのためのデータ品質目標を達成する

ために必要なデータ収集のための現地訪問や目標の流量範囲の数を事前に計画することが

重要である。例えば、比較的均一な水路形状では、１組か２組の流速データで十分である

可能性がある。 水理モデリング 河川の水理学的状況のシミュレーションを行うために使用される技術は、PHABSIM の生息

場モデリング部分で決まる生息場対河川流量の関係に、大幅な影響を与える可能性がある。

水理モデルの正しい選択を行うこと、並びに適切なキャリブレーションを行うことは多く

の場合、河川流量を解析する過程の中で も困難な段階である。 PHABSIM の水理シミュレーションプログラムでは、水路の形状はシミュレーション対象の

流量範囲では実質的に変化がないと想定している。実際には、現地データ収集中に河床地

形が変動することも多い。この変動の差が小さい場合には、解析の段階で事実上無視され

る。現地調査の間に河床地形に大幅な変化が発生した場合、データは対象の水路内の独立

した水理学的特性として取り扱う必要があり、水理モデルキャリブレーション及びシミュ

レーションでは独立したデータとして使用するべきである。 対象河川の水理学的特性のシミュレーションでは、まず水面高（あるいは水深）、次に流速

が計算される。水深は生息場プログラムの中で、水理プログラムでシミュレートした水面

高から計算する。水面高は１つの断面内では同じであると仮定する（但し、水深は水面高

から河床高を差し引いて計算するので、変化する）。一方流速は、いずれの断面内でもセル

間で変化する。 水面高の計算に利用可能な手法は（１）水位―流量の関係、（２）マニングの方程式、（３）

不等流計算法である。PHABSIM で使用される本当に 小限のデータとして、 低限１組の

水面高データが必要である。 標準的手法では、水面高データは 低限３組、流速データは 低限１組、複雑な水路地形

の場合には、できれば更に多くの流速測定データの収集を目標とする。 水面高モデリング PHABSIM における水理学的モデリングの 初の段階は、水面高のキャリブレーションとシ

ミュレーションである。利用可能な現地データの種類によって、下記のプログラムと手法

を使い分けることが可能である。

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IFG4 IFG4 は水位－流量関係（流量曲線）を使用して各断面の水面高を計算する。シ

ミュレーションでは、各断面は独立したものとして扱われる。基本的な計算手順

で行うことは、各断面毎に観察した水位と流量の関係の回帰方程式を作成する。

次に、得られた回帰方程式を使用して全ての対象流量での水面高のシミュレーシ

ョンを行う。 MANSQ MANSQ プログラムでは、マニングの公式を使用して水面高を計算すする。その

ために各断面を独立要素として取り扱う。全ての測定した流量での観察した水面

高と、シミュレーションした水面高の間の誤差を少なくするβ係数を決めるため

に、試行錯誤法でモデルのキャリブレーションを行う。 WSP 水面形状(Water Surface Profile; WSP)プログラムでは、不等流計算法を使用して断

面の水面高を決める。WSP プログラムでは、解析する全ての断面が互いに関連

付けられていることが必要である。すなわち、河床形状や水面高の測量が同一の

基準面に対して行われていることが必要である。モデルは各断面におけるマニン

グの粗度係数を調節することによって、１つの流量に対する水面高の縦断プロフ

ィールで初期のキャリブレーションを行い、次に他の流量に対して流量粗度修正

子を調整することで縦断方向の水面断面形状のキャリブレーションを行う。この

手法では、モデルで使用する河川区間内の全ての水理学的な支配断面が

PHABSIM の断面として扱われていることが必要である。 これらの３つの水面高モデルに加えて、PHABSIM は外部のモデルを用いて各断面で得られ

た水面高を使用することができる。この手法は水面形モデリング説明の中で更に詳細に説

明している。 流速モデリング PHABWin-2002 では、断面内の流速分布のシミュレーション（すなわち、シミュレーション

を行う各流量での調査対象の１つの断面内の水が存在する各セルの水深平均流速）を行う

ために、IFG4 プログラムを主要なツールとして使用する。通常使用する手法は、観察され

た断面内各セルの流速に基づいてセル毎のマニングの n を求める方法である。この意味で

は、n は断面への粗度分配関数として機能している。対象の水路はセルに分割し、セル個々

に対する流速を計算する。通常使用される方法では、１つの特定の流量に対して１組の流

速を使用する。流速測定結果が得られない場合には、IFG4 は、流速は水深の関数として断

面全体に分布するよう計算する。複数の流速測定結果が得られる場合には、IFG4 は全ての

流速を同時に使用して、流速－流量曲線の手法を使用して流速を算出することが可能であ

る。この 後で述べた手法では、一部の条件下では大幅な流速推定エラーを発生する可能

性があり、使用時には注意が必要である。 生息場モデリング 基本的なレベルでは、生息場モデリングのために水路構造、水面高、流速の情報を使用し、

この情報と対象種／成長段階に対する生息場適性情報を組み合わせて、利用可能な生息場

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の量と質に対する指標を作り出す。ほとんどの場合この生息場指標は、重み付き利用可能

面積(WUA)として表現され、各対象流量について各トランセクトの各セルについて計算さ

れる。次にセルの値を集計することで、ある１つの流量についての個々の魚種又は成長段

階に対する複合（河川区間全体）WUA を得る。このような手順によって、調査場所全体に

ついて流量と生息場利用可能性の関係の構築が可能となる。生息場モデリングのオプショ

ンを変更することで、予測した生息場面積やその質にある程度影響を及ぼすことが可能と

なる。従ってモデル作成者はしっかりとした根拠を持ってオプションを選択し、異なった

場所での生息場モデリングとの結果の比較をしたいなら、一貫性を維持すべきである。 生息場モデリングは、各測定断面において、生物学的基準と統合された適性曲線を用いた

流量の影響を受ける特性に基づいて HABTAE モデル内で行われる。HABTAE プログラムを

使用して、重み付き利用可能面積（あるいは体積や河床面積）を計算することが可能であ

り、個々の断面や河川区間に対する計算は自動的に行われる。 PHABSIM における有効生息場解析 もう１つの生息場モデリング手法として、有効生息場の判定・評価がある。有効生息場解

析モデル HABEF は、２つの流量を使って物理生息場の使用の可能性を判定する。HABEFとは、HABitait that remains Effective when two flows are of importance（２つの流量が重要な時

に、その双方で有効である生息場）からつけた名前である。HABEF は更に、特定の流量に

おいて２つの対象種／成長段階に対する生息場の状態を評価するために使用することが可

能である。流量の比較解析の必要性は多くの場合、例えば産卵期間やその後の孵化期間に

ついて、流量削減やハイドロピーキングなどのダム操作により１日の内に 小及び 大流

量が生じる場合などに発生する。産卵及び孵化解析の場合、卵が孵化するために適した状

態に生息場を維持しない限り、断面での産卵面積は「有効」とはならない。生息場モデリ

ング手順の計算に関する詳細は、第５章で詳しく説明する。 PHABSIM の解釈と IFIM 手続きの完了 生息場のモデリングの 終的な成果は基本的には、対象種／成長段階毎の生息場対流量関

数の取得である（図４）。これらの関係が表すのは、有効な生息場解析、時系列解析、及び

有効生息場時系列解析の開始点である。その結果は、生態学的に受け入れ可能な流量の評

価や、提案されたプロジェクトの影響評価に使用する。水路や岸辺の維持流量、水質・水

温モデルなどの要素と一体化するために、多くの場合追加の解析を必要とする可能性があ

るので注意しなくてはならない。 残念ながら、これらの解析結果を解釈するための標準化された評価のフレームワークはな

い。水資源に関する意志決定の面でこれらのデータの評価のための適切なフレームワーク

を決定するのは、資源管理当局（及び多くの場合他の利害関係者）である。幸いなことに

は、この決定過程で調査者及び水資源管理者の助けとなる多数の解析手法が存在する。

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物理生息場モデリングの観点から、既存の流量とプロジェクトのために予想される水量に

基づいた時系列解析が、先ず行うべき も一般的方法である。生息場時系列解析によって、

過去、現在、及び提案されたプロジェクト流量のシナリオに基づいた季節毎、あるいは重

要な時期の特定の対象種／成長段階に対する生息場の可能性を見通すことが調査者に可能

となる。この点についての更に詳細な説明は、第６章で行われている。後の項で説明する

ように、選択したプロジェクトのベースラインの条件と流量のシナリオを比較した場合の

生息場で、得られるものと失われるものの間でのプロジェクトの影響又は利点を数値化す

ることが、調査者にとってこれらの解析で可能になる。更に、これらの解析手段を使用し

て、季節毎の生息場存続期間曲線を作成、又は継続的にある所定の水準以下である生息場

の条件を計算することも可能となる。生息場面積に数量的変化があった場合、その変化が

意味する影響や利点の程度は、専門家の判断を必要とする。多くの場合そのような数量的

変化の判断は、決定権のある資源管理者にとっての対象種の重要性の判断となるという意

味で水資源問題の範疇である。更に、環境流量を設定するには多くの場合、重大な期間の

水質又は温度を組込むことが必要となる。PHABSIM モデルで得られる情報だけに依存する

のではなく、流量のピーク期間については水路維持流量計算を行うなど、他の技術も併用

して適切な水量を選択することが一般的である。

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第２章 キーとなるデータファイルの構造

目的

本章の目標は、Windows 版 PHABSIM の実行を支援するキーとなるファイルの構

造を知ることである。 演習内容

本ユーザマニュアルでは、PHABWin-2002 に既存の IFG4 データファイルや水理デ

ータをインポートするための断面及び測点データファイルの構造とインポート方

法を実際に示している。 序文 PHABSIM の Windows 版は、全てのプロジェクトを管理するために、標準化したデータベー

ス構造及び、内部ファイルのフォーマット構造を使用する。水理及び生息場のモデルを作

成するためにシステムにデータをインポートするためには、２つの基本的な方法がある。

初の方法は、既存の IFG4 データをインポートする方法であり、２番目は、利用可能なス

プレッドシートプログラムを使用して、断面及び測点ファイルを作る方法である。これら

のファイルフォーマットについてはこの章で説明している。また双方のファイルの形式に

基づいてデータをインポートする場合の例は、ユーザズマニュアルに記載されている。

PHABSIM の Windows 版で使用する全ての関連ファイルフォーマットに関する総合的な資

料は付録３に記載されている。 PHABSIM 水理シミュレーション入力ファイル IFG４データファイル構造の説明 Windows 版システムにデータを導入する１つの方法として IFG４データファイル構造を使

用するのは、既存の PHABSIM（Ver. 2.0）との互換性を維持するためである。IFG４プログ

ラムは、生息場モデルの前段階のすべての水理計算シミュレーションで使用され、

PHABWin-2002 はキャリブレーション済みのシミュレーションデータを直接インポートで

きるように設計されている。図５に示しているのは、３組のキャリブレーション流量が含

まれている１組の IFG4 データの例であり、データ行のすべての要素を含んでいる。

PHABSIM の IFGIN プログラムを使用して IFG4 データを構築するための詳細は、ファイル

フォーマットとともに付録４に記載されている。下記に注記するように、表計算シートを

使用して断面(Xsec)及び測点データファイルを作るもう一つの手法の方が、現時点では望ま

しい方法である。 注：PHABSIM が開発されたのは、利用可能なコンピュータは大型コンピュータシステムの

みであり、従って処理のために必要なすべての情報を得るためには、８０列データパンチ

18

カードの使用に依存せざるを得なかった時代である。以前の PHABSIM の文献でデータフォ

ーマットは「カード」の用語を使用して説明が行われているのは、そのためである。この

ような事情により、PHABSIM （Ver. 2.0）の IFG4 のデータファイルのフォーマット及び構

造は、フォーマットの面で全く柔軟性がなくなっている。QARD, XSEC, NS などのデータ行

のヘッダー部分は全て大文字でなくてはならず、守らないとインポートプログラムが正し

く機能しないことに注意しなくてはならない。このフォーマット（すなわち、データフィ

ールドの位置）を守らないと、プログラム実行時にエラーの原因となる。 タイトル(Title)行 IFG4 データファイルは２つのタイトル行を必ず含んでいなければならない。タイトル行に

はファイルなどの中に設定した位置、日付、キャリブレーション、又はシミュレーション

オプションなどのファイルの内容についてユーザが希望する適切な記述内容を含めること

ができる。PHABWin-2002 では各データファイルは独自のプロジェクト名で管理されている

ので、これらのデータはインポート時に排除される。 IOC 行 IFG4 データファイル内の IOC 行には、IOC データ行の位置で指定されるこのプログラム固

有の入力、計算方法、及び出力制御オプションが含まれる。すなわち、IOC(1)は 初の位置、

IOC(2)は２番目の位置、等々となる。ある特定の IOC 番号に対する特定の数値は、IFG4 プ

ログラムに対応する IOC 用にどのオプションが選択されたかを示す。IFG4 に対する IOC オ

プションの詳細なリストは、第３章の IFG4 プログラム説明の中に記載されている。しかし、

PHABWin-2002 の中では、全ての IOC オプションは該当するモデリング・ウィザード内で

ユーザが設定し、データファイルのインポート時には、IOC 行は無視される。 BMAX, NMAX, NSLP 行 これらのデータ行が必要となるのは、図５に示すように適切な IOC オプションが選択され

た場合のみである。これらの行各々の特定のフォーマットは、付録３に記載されている。

これらのデータ行は PHABWin-2002 の中の該当するモデリング・ウィザード内のモデリン

グオプションとして設定され、データインポート前に IFG4 データファイルから削除してお

いてもよい。 QARD 行 これらのデータ行は、IFG4 データファイルに含まれる全ての断面での水理学的条件をシミ

ュレーションするための流量を表す。ユーザは対象のファイルを PHABWin-2002 にインポ

ートした後、オプションとしてシミュレーションを行った流量を変更することができる。

注：WSL データが IFG4 データファイルに含まれている場合、流量と WSL のデータはイン

ポートモデルとして取り扱われる（第３章参照）。

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DEPTH 行 DEPTH 行はオプションであり、IFG4 データファイル作成と別に適切な IOC オプションを

選択するかどうかによって決まる。これらのオプションは、該当するモデリング・ウィザ

ードの中に設定され、データインポート時に無視されるので、PHABWin-2002 にインポート

する前に削除しておいてもよい。

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XSEC 行 XSEC 行は、特定の断面に対する全ての関連情報を含むデータの「ブロック」が後に続くこ

とを示している。図５の例では、データ１組に１つの断面が含まれていることに注目する

必要がある。データファイルの追加、又は複数の断面が含まれていた場合には、ENDJ デー

タ行の前までの XSEC データ行で始まる全ての種類の情報（すなわち、データ行）が、断

面毎に繰り返される。 XSEC データ行の 初の番号は、ステーション識別番号である。IFG4 の中ではこの数値は

0, 1, 2,などの任意の数値で、前の断面からの距離、又は河川区間の累積長さを用いることが

多い。不等流計算モデルで正しく取り扱うことができるようにするために、PHABWin-2002へのインポートの際に断面識別番号は前の断面からの距離（下記参照）に設定しなおされ

る。 XSEC データ行の２番目の数値は、前の断面からの距離を表し、従って 初の断面について

は 0.0 となる。この数値はほとんどの場合、左右の堤防のヘッドピンの間の距離の平均から

得る。PHABWin-2002 の中で、ユーザは全ての断面に対して平均、左、及び右の堤防の距離

を入力/変更することができる。 XSEC データ行の３番目の数値は、上流重み係数であり、水理学的シミュレーションには使

用されないが、各計算セル用の面積を得るために生息場シミュレーションプログラムに渡

される。この上流重み係数に次の上流の断面 ZSEC データ行上の前の断面からの距離を掛け

て、生息場モデル内の縦方向の距離と面積を計算する。PHABWin-2002 の中で、ユーザはデ

ータをインポートした後で左右両方の堤防の重み係数を指定することができる。IFG4 デー

タファイルがインポートされた場合には、左右両方の堤防の重み係数が、XSEC データ行に

含まれる上流重み係数の値に対して、デフォールトで設定される。 XSEC データ行の４番目の数字は、対象の断面に対する SZF (Stage of Zero Flow; 流量ゼロ時

の水位)である。この数字は流量断面の 下点、又は流量断面に対する下流の支配断面での

深部水位のどちらかとすることができる。適切な SZF の選択については、第３章の回帰

による水位‐流量モデリングの項で説明されている。PHABWin-2002 の中で、ユーザはデー

タがインポートされた後で SZF を設定することができる。この値は PHABWin-2002 のイン

ポート時に SZF として設定され、ユーザが変更することができる。 XSEC データ行の４番目及び５番目の数字は、対象断面での水面高の勾配（slope）であり、

PHABWin-2002 へのインポート時に勾配として設定される。 座標データ行 XSEC データ行のすぐ下に続く一連のデータ行には、断面毎の基本的な水路形状が含まれ、

図５に示すように空白ヘッダーが入っている。全ての断面座標データ行の 初の番号は、

ステーション識別番号で、XSEC データ行で使用した数字と同じでなくてはならない。

21

各断面データ行に対する残りのデータは、 大６組までの水路形状を決める X-距離と河床

高を表す。断面データ行は、対象の特定の断面に対する水路形状全てが含まれるまで必要

に応じて繰り返される。水路形状の 初の点は X の距離で 0.0 であり、図５に示す例では

101.3 の高さとなっている。水理シミュレーションプログラムでは、１つ断面について X-距離は出現順に増加している必要があり、増加しない場合にはプログラム実行エラーが発

生し、モジュール操作プロセスを終了する。マイナスの数値で始まる X-距離も許される。

PHABSIM（Ver. 2.0）ソフトウエアの制限があるので IFG4 データファイルのインポート時

にこの数字は１００対に限定されるが、PHABWin-2002 プログラムでは水路の形状を確定す

るために 大２５０データ点の設定が可能である。x, y データの各対が表すのは垂直軸であ

り、第３章で詳細が説明されている全ての計算時の計算セルの中心と見なす。 NS データ行 NS データ行の次には座標データ行が続き、対象の断面形状に関する座標データ対の各 x, yに相当する行毎のマニングの n 及び河道指標コード６対を含む。各 NS データ行の 初の数

字は、断面ステーション識別番号である。図６の例ではマニングの n は空白（すなわち、

各河道指標コードの前の空白）であり、インポート時には 0.0 又は「不明」と解釈されるこ

とに注目する必要がある。マニングの n の使用方法については、第３章で詳細に説明され

ている。河道指標値が表すのは、底質、隠れ場所、又は他の全ての可変量（の組み合わせ）

に対する任意のコードである。NS データ行及び断面形状行の数は同じでなくてはならず、

同じでない場合にはプログラム実行エラーとして実行を終了する。 WSL データ行 水面高(WSL)データ行は IOC(8)が２に設定されている場合にはオプションであり、IOC(8)が１に設定されている場合には必要となる。これらのデータ行の 初の数字は必ず、断面

識別番号であり、次に行毎に 大６個の水面高データが続く。この水面情報データは通常

は STGQS4, MANSQ, WSP, 又は PHABSIM（Ver. 2.0）の IFG4 プログラムに対する外部水面

モデルから得られる。WSL 水面高データの順番は、QARD データ行の流量データと全く同

じ順番に「一致」しなくてはならない。IFG4 インポートファイル内に WSL のデータが存在

する場合、データファイルが既に水面高に対してキャリブレーション済みであることを

PHABWin-2002 システムに送り、水面モデリング・ウィザード内の「インポートモデル」と

してデータを定義する。 CALx 及び VELx データ行 CAL－VEL データ行の組み合わせが表すのは、水面高、流量の 良予測値、対象の流量に

対する計算流量、及び観測流速など、１つのキャリブレーション流量に対する基本的な情

報である。各キャリブレーション流量は、図５に示すような行毎の各 CAL 及び VEL のヘッ

ダーの 後に追加される１つの任意数値（CALx, VELx の x）によって識別される１組の

CAL-VEL データ行によって表される。

22

CALx データ行 CALx データ行に含まれるのは、単一のキャリブレーション流量に対する測定／予測流量と

水面高の情報である。ここで「ｘ」は１つの特定のキャリブレーション流量に対する番号

を表す。図５の例では、３組のキャリブレーションが CAL1, CAL2, 及び CAL3 データ行に

よって示されている。全ての CALx データ行の 初の数字は必ず、ステーション識別番号

で、対象の特定断面に対する XSEC データ行の番号と同じでなくてはならない。 特定の CALx データ行の２番目の数字は、対象のキャリブレーション流量時に観察された

水面高であり、ほとんどの場合現場データ収集時に測定した左右堤防の水面高の平均から

得られる。ユーザはデータを PHABWin-2002 にインポート後、全ての断面で左、右、平均、

あるいはユーザ提供の水面高のどれを計算で使用するか指定することができる。 CALx データ行の３番目の数字は、推定流量である。ほとんどの場合、この数字は、対象の

キャリブレーション流量でのこの特定の断面に対する流量の「 良の予想」を表す。CALxデータ行に２番目の流量が示されている場合（図５では示されていない）、この２番目の流

量は通常この断面で測定した実際の流量である。CALx データ行の２番目の流量はオプショ

ンであるが、 初の流量は必須である。PHABWin-2002 では、 良の予測流量計算のための

多数のオプションが与えられているほか、ユーザが流量を指定することもできる。これら

は、断面ごと、キャリブレーション流量ごとに設定できる。本事項については第３章で詳

細に説明されている。 VELx データ行 VELx データ行を使用して、各キャリブレーション流量に対する観測流速を入力する。図５

の例では、１組だけキャリブレーション流速が測定され、 初のキャリブレーションデー

タと関連付けられた VEL1 データ行に入力されている。VELx 行は必ず存在していなくては

ならず、各 CALx 行の直ぐ後に続き、そして「ｘ」に対する数字は必ず CALx 及び VELxのこの順の数字と同じでなくてはならない。 全ての VELx データ行の 初の数字は必ず、対象断面のステーション識別番号でなくてはな

らない。残りのデータは断面データ行の断面形状点によって確定される各垂直軸に相当す

る行毎の１２の垂直軸の流速値によって表される。河床形状を現す垂直軸の数に相当する

だけの数の VELx データ行を含めなかった場合には、IFG4 インポートプログラムは終了す

る。 VELx データ行の「空白」が表すのは、特定のキャリブレーション流量でいかなる流速も記

録されなかった点（すなわち、通常は水がない点）である。図５の例では、２番目又は３

番目のキャリブレーション流量について流速データが収集されていないが、IFG4 インポー

トプログラムを正しく実行するためには、VEL2 及び VEL3 データ行は必要である。

23

ENDJ データ行 ENDJ データ行はデータファイル内に存在しなくてはならず、IFG4 インポートプログラム

に対して処理のための追加のデータ（すなわち、XSEC から CALx 及び VELx データ行）が

それ以上ないことを示す。 断面及び測点データファイルの構造 PHABWin-2002 へのインポートのための IFG4 データファイル作成の代わりとして、ユーザ

は表計算プログラムで作業を行って、PHABWin-2002 で解析するためのデータを整理し、準

備することができる。この場合、ユーザは下記に示すように ASCII テキストフォーマット

で、断面及び測点データを含む２つのデータファイルを作成する必要がある。

PHABWin-2002 は後に続く全てのモデリング時に使用するために、これらのデータをインポ

ートする。 点データファイルの構造の説明 図６で示すのは、断面形状及びキャリブレーション流速データを PHABWin-2002 にインポ

ートするために使用される点データファイルの構造の１例である。この方法を使用する場

合、このデータファイルが必ずインポートされる 初のファイルでなくてはならず、下記

に示す断面(XSEC)データファイルが次に続く。 データの 初の８つのカラムには各断面の形状データが含まれ、一方３組セット（すなわ

ち、３カラムで１組）になっている残りのカラムの数は、キャリブレーションデータの数

によって変わる。カラムの幅は問題ではない。この例ではフォーマットを見易くするため

に、断面 0.0 のいくつかの断面は削除されている。

24

カラム１： このカラムでは、ソースデータの種類「English（フィート）」又は「Metric（メ－トル法）」を指定し、全ての行に含まれる。

カラム２： このカラムでは、点番号（すなわち、垂直軸番号）を指定し、現在の断面の

初の垂直軸を１として、続く垂直軸１つ毎に番号を１増加する。新しい断

面が始まる場合、 初の垂直軸で再度１を点番号として指定する。 カラム３： 点番号「データ型」を識別するため、必ず「XSEC」に設定する必要がある。

将来的に多角形や点データに対応するためにこの縦列が組込まれた。 カラム４： このカラムでは、断面に対する「ステーション識別＃」を表し、カラム６と

等しくなくてはならない。この縦列は各断面での全ての垂直軸に対する前の

断面からの距離として設定すべきである。 カラム５： このカラムに含まれるのは、この断面での各垂直軸の x-距離であり、１つの

断面データ内では増加していなくてはならない。 カラム６： このカラムでは、ある断面に対する全ての垂直軸に対してカラム４と同じ値

に設定する必要がある。このカラムが実際に表すのは、x, y, z の内の「y」の

値であり、将来 GIS 形式のデータを表す場合に使用するために含めた。 カラム７： このカラムには、各垂直軸での河床高を含む。 カラム８： このからむ I には、各垂直軸での河道指標コードを含む。 カラム９： この垂直軸での 初のキャリブレーション流量に対する平均流速、又は２割

水深での流速のどちらかを含む。水がない場合は-99.99 とする。流速キャリ

ブレーションデータが得られない場合には、両方の流速カラム全てに（すな

わち、カラム９及び１０）-99.99 を含むことになる。 カラム１０： このカラムに含むのは、８割水深で測定した流速である。PHABWin-2002 は

カラム９と１０に-99.99の値が記入されていない場合にはそれらから平均流

速を計算するか、-99.99 がカラム１０に含まれている場合には縦列９に記入

25

された値が平均流速であると想定する。この例では全ての垂直軸に対して計

算した平均流速が記入され、従って８割水深に対する流速は全て-99.99 に設

定されていることに注目する必要がある。 カラム１１： このカラムに含まれるのは、各垂直軸に対するユーザ提供のマニングの n の

値、又は何も提供されていない場合にはゼロである。この例ではどの垂直軸

に対してもマニングの n の値は提供されていない。

続く各キャリブレーションデータがインポートされるように、カラム９、１０、１１は繰

り返される（すなわち、この例では、カラム１２、１３、１４、そして次に１５，１６、

１７）。 大５組のキャリブレーションデータを入力することができる。３つ１組のキャリ

ブレーション流速データ及びマニングの n 値をこの順番で下記に記載の Xsec データファイ

ルに与えられるキャリブレーションデータと同じ順序にすることが重要で、そうしないと

訳が判らない結果が発生する。図６に示すように、続く全ての断面に対してこの基本的な

フォーマットが繰り返される。 Xsec データファイル構造の説明 図７は、Xsec データファイル構造の１例である。このファイルは、残りの必要な水理学的

キャリブレーションデータに関して断面毎の情報をインポートするために使用される。入

力データは下記の通り断面毎に１行の入力として構成される。 カラム１： このカラムには、図７に示すように全ての断面に対して「XSEC」のラベル

を添付しなくてはならない。 カラム２： 前の断面からの距離に相当するステーション識別#。この番号は点データフ

ァイルのカラム４及び６（上記参照）と同じ数字でなくてはならない。 カラム３： 断面に対する流量ゼロ時の水位の高さ(SZF; Stage of Zero Flow) カラム４： 水路谷線の高さ（すなわち、断面の も低い高さ） カラム５： 前の断面からの平均距離 カラム６： 前の断面からの左岸の距離 カラム７： 前の断面からの右岸の距離 カラム８： 右岸重み係数（左/右距離が同じ場合に屈曲を作るために使用される。） カラム９： 左岸重み係数（左/右距離が同じ場合に屈曲を作るために使用される。） カラム１０： 断面に対するマニングの n の値で、インポートデータについては 0.0 に設定

26

すべきである。 カラム１１： 断面に対する MANSQ のβ係数で、インポートデータについては 0.0 に設定

すべきである。 カラム１２： 対象断面に対する水面高の勾配 以下のデータカラムはキャリブレーション流量毎に６列１組として取り扱われる。組数は

点データファイルで入力したキャリブレーション流速組数と同じでなくてはならず、順番

も同じでなくてはならない。 カラム１３： 対象のキャリブレーションに対する流量の 良予測値 カラム１４： 対象のキャリブレーションに対する断面での観測流量 カラム１５： 対象のキャリブレーション流量での左岸の水面高 カラム１６： 対象のキャリブレーション流量での右岸の水面高 カラム１７： 対象のキャリブレーション流量での平均、又はユーザ提供水面高 カラム１８： 粗度修正子（すなわち、WSP 中の RMOD）で、インポートデータについて

は 0.0 に設定すべきである。 残りのキャリブレーションデータの組毎に対して、６カラム１組の残り２組（すなわち、

カラム 19-24 及びカラム 25-30）では、このデータを繰り返す。PHABWin-2002 では、 大

５組のキャリブレーションデータをインポートして使用することができ、図７の例の右側

の６カラムの組に記入されることになる。カラムの幅は任意に決定できるが、カラム内で

数値は左端又は右端に揃えなくてはならず、カラム間は１つの空白スペースで区分しなく

てはならない。 適性曲線データファイルの構造 基本的には、PHABWin-2002 内で使用される SI 曲線のデータは、PHABSIM（Ver. 2.0）が使

用する ASCII ファイル(FISHCRV)と同じファイル構造である。 FISHCRV データファイル構造の説明 PHABSIM （Ver. 2.0）の FISHCRV ファイルは、対象種／成長段階（又はレクリエーション

活動）ごとに固有の識別番号を付した SI 曲線の「ライブラリー」となっている。具体的な

ファイルフォーマットの完全な説明は、付録３に記載されている。注目すべきファイル構

造の重要な要素は、各々の対象種／成長段階は固有の番号で識別され、該当する SI 座標デ

ータが、下記に示すようなヘッダー行で始まるブロックのデータ行に流速、水深、河道指

標の順で続く。図８に示されているのは、FISHCRV ファイルの基本的なファイルフォーマ

ットである。 PHABWin-2002 では、ユーザは既存の FISHCRV ファイルのインポート、SI曲線の直接入力、

修正、曲線のコピー、FISHCRV フォーマットでの SI 曲線の出力などを行うことができる。

PHABWin-2002 は SI 曲線をその名前と関連付け、SI 曲線の識別番号には依存しない。

27

タイトル行 FISCRV データファイルには、特定の曲線ライブラリーを識別するために、いかなる内容も

含めることが可能なタイトル行が１つ含まれる。SI 曲線が PHABWin-2002 にインポートさ

れる時には、このデータは無視される。 ヘッダーデータ行 ヘッダーデータ行は、カラム１に「H」が記入されており、特定の対象種／成長段階を識別

する独自の番号が後に続く。この番号は PHABSIM の中で曲線識別番号と呼ばれ、モデリン

グのために FISHFIL から該当する対象種／成長段階を取り出すために生息場モデル管理フ

ァイルによって使用される。FISHCRV ファイルは PHABSIM（Ver. 2.0）の中の対象種毎に

固有の識別番号を使用しなくてはならないが、PHABWin-2002 の中では必要としない。（注：

同じ識別番号をもった２つの SI 曲線を、別々の FISHCRV ファイルからインポートして、

PHABWin-2002 で使用することができる。）次の４つの番号は、特定の対象種／成長段階に

対する流速、水深、河道指標、及び温度 SI 曲線を確定する座標点の数を意味する。温度 SI

28

曲線は PHABSIM によって処理されておらず、従って FISHCRV データファイルに含めては

ならないので、温度点番号は必ず０に設定する必要があることに注意しなくてはならない。

既存の FISHCRV データファイルを PHABWin-2002 にインポートする時には、温度データは

無視される。ヘッダーデータ行の次の２つのカラムには、魚種名（ 大４０文字の任意の

名前）を含み、その後に成長段階名（ 大８文字の任意の名前）が続く。データをインポ

ートした後、PHABWin-2002 の中でこれらの名前を変更することができる。 SI 座標データ行 流速、水深、河道指標の SI 曲線データは、流速用に V、水深用に D、河道指標用に S の文

字で始まる（図８参照）。各種類のデータ行フォーマットは、カラム１以外は同じである。

カラム１には情報の種類を示す適切な文字が含まれる。各データ行の種類指示文字に続く

のは、ヘッダーデータ行に含まれるのと同じ曲線識別番号で、その次には 大６個の x, y SI曲線座標の点が続く。x 座標点は、流速、水深、又は河道指標コードを表す。y 座標点は適

性値を表し、0.0 から 1.0 の範囲内になくてはならない。各曲線の組に対するデータ行の数

は、曲線の種類毎にヘッダー行に示された点の総数によって決まる。 PHABSIM（Ver. 2.0）の中では、流速、水深、河道指標曲線は全て、x=100.0 のデータで終

わらなくてはならない。ここで y の値は、ユーザが選択した適切な適性指数値がある場合

にはその値である。100.0 と選択した適性指数を 後に付けなかった場合には、生息場プロ

グラムの終了となる場合がある。この「100」は FISHCRV ファイルインポート中では無視

され、PHABWin-2002 の下では必要とされない。 SI 座標データの x 軸データは順次増加していかなくてはならず、そうでない場合にはイン

ポートユーティリティプログラムが終了する。 大９９の座標点を使用して、魚種／成長

段階毎の流速、水深、河道指標曲線を指定することができる。生息場モデルでは、SI 座標

点によって確定できなかった属性がある場合には、直線補間でその属性に対する適性の値

を得る。全ての河道指標コードを入力しておくことを強く勧める。SI 曲線データの使用に

関しては、関連情報を解説している第４章を読むことを薦める。

29

第３章 PHABSIM における水理モデリング

目的

本章の目的は、PHABSIM における水理学的シミュレーションの基本的考え方を紹

介し、次に水理モデル毎の具体的なキャリブレーション及びシミュレーションの

オプションに関する詳細な説明を行うことである。水面高のキャリブレーション

とシミュレーションを 初に説明し、次に流速のキャリブレーションとシミュレ

ーションを説明する。章の 後で水理モデリングの効果についての一般的な説明

を行う。 演習内容

ユーザズマニュアルでは、PHABSIM 内での３つの主要な水面モデリングのオプシ

ョン、並びに流速シミュレーションに対する一般的手法を紹介する。 序文 PHABSIM の水理モデリングの目的は、調べたい流量の範囲での河川内の物理的な属性（水

深、流速、河道指標）の特性を知ることである。研究の対象となる流量の範囲内を小分割

して直接実測することでこの特性を明らかにできるのだということをよく理解しておくべ

きである。しかしながら一般的には、時間と予算の制限のため実測に基づく手法は困難で

あり、我々はごくわずかな数の流量で河川水理特性の抜き取り調査を余儀なくされる。次

にそのデータを使用して、水理モデルをキャリブレーションし、キャリブレーションした

モデルを使用して調査の対象である流量の全範囲の河川水理学的属性を予測する。このよ

うな手法が成功するかどうかは、現地データの量と質、対象河川の物理的な性質の複雑さ、

及び 終的には対象の河川の中の物理的な過程を反映させる水理モデルの能力に依存する。

本章で 初に焦点を当てるのは、１）水位－流量の回帰計算(IFG4)、次に２）マニングの方

程式(MANSQ)、そして３）不等流計算法（stop-backwater method）に基づいて、PHABSIMで水面高をモデル化するために使用される水理モデリング手法(WSP)である。次に焦点を当

てるのは、IFG4 プログラム内の流速キャリブレーションとシミュレーションの技術につい

てである。章の 後は、水理モデルの有効性の評価の項である。 開水路流れに関する用語とその定義 PHABSIM 内の具体的なモデリング手法の紹介を行う前に、開水路流れの物理的な状態と用

語について簡単に説明する必要がある。開水路流れの水理学的な詳細に関しては、ヘンダ

ーソン（１９６６年）などの数多くの水理学の一般的教科書で知ることができる。水理学

を更に厳密に知りたい読者は、これらの一般的な教科書や同様の資料を調べる必要がある。 下記の用語及びその定義は、開水路流れの解析、特に PHABSIM 内の具体的なモデルに対す

る水理モデリングオプションの使用時に関連する PHABSIM 内の水理学的用語として使用

30

されるので、重要である。これらの用語と河川水路や断面内の物理的特性の間の関係は、

可能な限り添付の図で示している。 図９は、理想化された河川区間の３つのトランセクト、支配断面、及び代表的な断面形状

の側面図を示している。

断面（Cross Section）： 流れ方向と直角の河川水路を横切る横方向の距離と河床高から構

成される２次元の断面で、トランセクト(transect)と同義である。これらは図９の平

面図の T1, T2,、及び側面図の T3で示されている。 区間長（Reach Length）： 区間長は前の断面から現在の断面までの距離であり、慣例に従

って上流方向に測定される。従って、 下流の断面の区間長はゼロになり、図１

３に示すように T2の区間長は 35 フィートであり、一方 T3の区間長は 42 フィート

である。実際面では、隣接断面のヘッドピンの左堤防及び右堤防両方の距離を測

定し、一般的にはその測定結果を平均して水理モデリング時の区間長として使用

する。水理モデリング時に実際の区間長が重要なのは、WSP 水理モデルを使用す

る場合のみである。その理由は WSP ではこの距離を使用して、隣接断面間のエネ

ルギーを消散させるからである。IFG4 と MANSQ モデルでは、各断面を独立して

解析するので、これらの水理モデルでは河川区間長の役割はない。区間長及び区

間長重み係数(reach length weighting factor)（上流重み係数；upstream weighting factor）を使用して、生息場セルの面積を求めるための縦方向の寸法を得ているので、こ

れらの要素は生息場モデリング時に重要な役割を果たす。区間長及び区間長重み

係数（上流重み係数）の詳細は生息場モデリングの項で説明される。 支配断面（Hydraulic Control）： 常流下では上流方向に、射流下では下流方向に河川の水面

高を「支配」する水路の部分で、ほとんどの場合、図９で示すような浅瀬(riffle)など、河川の浅い部分、高くなった部分、あるいは急勾配の部分に存在する。

31

水面高(WSL)： １つの断面での測定あるいは予測した水面の高さ。WSL は又、河床高プラ

ス水深から決定することもできる。WSL は水面レベル(water surface level)の短縮形

である。 水位(Stage)： ある基準からの水面の高さ、又は垂直方向の距離（すなわち、河川形状の調

査時に使用する、あるいは PHABSIM の水理モデルから予測される基準点からの高

さ）。WSL と同じである。 水深(Depth)： 河床のある点から水面までの垂直距離で、各垂直軸について測定又は計算

によって得られる。 水理学的水深(Hydraulic Depth)： ある断面での平均水深と同じで、流れの断面積を水面幅

で割ることによって得られる。 水路谷線水深(Thalweg Depth)： 水路の断面の 深点(the lowest point; 水路谷線）から水面

までの垂直距離で、断面の 大水深と同じである。WSP を使用する場合には、水

路谷線水深を指定しなくてはならない。 幅(Width)： 流れに垂直（すなわち直角）な水面で測定した水路横断距離

Figure 10. Idealized cross section view of a transect identifying key field data measurements, hydraulic terms used in PHABSIM, and hydraulic model computational cells. 図１０は、下で述べる水理現地データ測定と、各種の水理モデル、生息場モデルで使用さ

れる用語とを関連付ける１つのトランセクトの代表的な断面図である。 X-距離（X-distance）(X)： 左又は右岸から測定した、流れの軸と直角に河川を横断する横

方向の距離。PHABSIM の水理モデルで使用する場合、トランセクトを横断する方

向に移動するにつれ、X-距離の値は必ず増加しなくてはならない。X-距離 (X)は河床高(Y)と組み合わせて、PHABSIM で断面形状を確定する座標点、又は垂直軸

を表す。

32

河床高 (Bed Elevation) (Y)： 対象のトランセクトに対してある確定した基準面または高さ

基準点から測定した河床高。河床高は X-距離毎に断面に沿って測定する。X-距離

と組み合わせた河床高(Y)は、PHABSIM で断面形状を確定する座標点又は垂直軸

を表す。 X, Y-座標(X, Y-coordinate)： ヘッドピン(head pin)から１つの断面の１つの特定の垂直軸まで

の X-距離。Y-距離(Y-distance)は、X-座標での河床高である。 断面垂直軸(Cross Section Vertical)： 河床高、水深、流速、河道指標が記録された各 X-距離

での水面までの垂直の想像線で、断面の水理学的特性を表すために使用される。 計算セル(Computational Cell)： 隣接する各断面垂直軸までの距離の 1/2 によって規定され

る、「セル」の中心に断面垂直軸が存在するような断面の区域。計算セルはシミュ

レーションした水面高、予測した流速と個別のセル流量(cell discharge)に基づいて

水際(edge of water)を計算するための水力学シミュレーションプログラムによって

使用される。 セル流量 (Cell Discharge) (q1)： セル面積(cell area)と水深平均流速(mean column velocity)に

基づいて各計算セル内で計算される流量 セル面積 (Cell Area) (a1)： セルの境界線(cell bondary)での河床高(bed elevation)及び水面高

及び計算セルの幅の間の差の平均から得られる計算セル面積。 図１１に、下記の用語とその定義の関係を示す代表的な断面の理想化した図を示す。

流水断面積 (Cross-sectional Area) (A)： 流れ方向と直角の水のある断面の面積で、導水面

積(conveyance area)とも呼ばれる。流水断面積は、水深と流路幅の積である。 潤辺(Wetted Perimeter) (P)： 水路断面の底及び両側に沿った水と接触する外周の距離で、

河川幅と平均水深（水理水深）の２倍を足したものとほぼ同じである。 径深(Hydraulic Radius) (R)： 潤辺に対する断面積の比、R=A/P である。幅の広い、浅い水

路に対しては、R はほぼ水理水深と同じになる。又、特性長 (characteristic length) (L)とも呼ばれる。

平均流速(Mean Velocity) (V)： ある特定の位置の水の動き、すなわち移動の割合の平均で、

流量と混同してはならない。ある断面の流速は流量を断面積で割って計算するこ

とができる。水深平均流速(mean column velocity)は通常、深さが 2.5ft 以下である場

合には、水面から測定して水深の６０％の所で測定する。深さが 2.5ft を超える場

合、水深の２０％及び８０％の所で測定し、両方の測定結果を平均して流速を得

る。 流量(Discharge) (Q)： ある特定の断面を通過する水の体積で、伝統的に秒当たりの立法フ

ィート(cfs)で表される。

33

図１２は、水面高の計算のための WSP モデルで使用する主要な要素/用語を示す隣接する断

面の間の、重要な水理学的パラメータである。 水面勾配(Hydraulic Slope) (Sh)： ２つの断面間の水面高の変化をその断面間の距離で割った

もの 河床勾配(Bottom Slope) (So)： 断面間の河床の平均高の変化を２つの断面の間の距離で割っ

た値 エネルギー勾配（Energy Slope）(Se)： 断面間の総エネルギー（位置エネルギーと運動エネ

ルギー）の変化を断面間の距離で割った値 速度水頭(Velocity Head)： 流速の二乗を重力加速度の二倍で割った値。エネルギー勾配を

得るため隣接する断面で計算する。 縦断形状(Longitudinal Profile)： １つの河川区間内の各断面での水面高をその断面の区間長

距離に対してプロットした図で、通常谷線も同時に描く。縦段の形状はキャリブ

レーションデータ、シミュレーションデータ、又はその両方の組み合わせで表示

することができる。水理シミュレーションでは、このプロット線図を使って、モ

デル化した流量範囲全体に渡って水が下流方向に流れていることを確認する。水

面高の縦断図の代表的な例を図１３に示す。 以下の用語は、PHABSIM の水理モデリング時に使用され、その定義を理解することが大切

であるので、完全を期すために取り上げた。以降の水理モデルに関する具体的な項目で更

に詳細に説明する。水理モデリングに関する追加の用語とその定義は、付録１に記載され

ている。

34

流速調節率(Velocity Adjustment Factor) (VAF)：流速がシミュレーションされた流量に対する、

シミュレーションされたセル流速×セル面積の合計の比。VAF を使用して、シミ

ュレーションを行った流量に対する物質収支を維持するためにシミュレーション

した流速の調節を行う。流速のキャリブレーションとシミュレーションの取り扱

いの観点からの VAF の計算と使用方法に関しては、以下で説明を行う。 流水率(Conveyance Factor) (CFAC)：流水率が表すのは、１つ又は複数の断面セルの水を下流

に流す能力である。標準の流水率の式は：CFAC=(1.49×面積(area)× R2)／n。こ

こで R は径深であり、n はマニングの n 値である。１つの断面の流水率は通常、流

量に対するべき乗 CFAC=aQb に従う。べき指数は１つの断面で多数回の流量を測

定することで決定することができ、下記に説明するように、MANSQ モデルのキャ

リブレーションパラメータβの初期値として使用することができる。 水路谷線の勾配(Thalweg Slope)： 大水深（＝谷線水深）地点で測定した河床高の変化を断

面間の距離で割った値。 粗度(Roughness) (n)：流れに対する抵抗、すなわち粒径、植物類の摩擦、水路の形状の複合

的影響によって引き起こされるエネルギー損失。PHABSIM では、この値はほとん

どの場合、マニングの n の値を使用して表される。 流量ゼロ時の水位(Stage of Zero Flow) (SZF)：特定の断面で流れが停止した場合の水面高。現

場で測定した場合の流量ゼロ時の水位は通常、その断面が支配断面である場合は

低河床高となる。しかし、淵など河川形状に対しては、SZF はその淵に対する

下流の支配断面における 低河床高である。支配断面は流量の変動と共に移動す

るので、SZF の測定は困難であり、流量が極度に低く、水が濁っていない時に

もよく測定できる。正しい SZF の決定の詳細については、本章の後部の IFG4 プロ

グラム使用による水面高モデリングの項で説明する。

35

開水路流れの説明と解析に使用する方程式 いくつかの基本的な方程式との関係は PHABSIM 内で使用する各種の水理モデルの計算根

拠となるので、理解することが重要である。ある河川区間内の流量についての も簡単な

視点として、水理モデルを正しく使用するためには、隣接断面間の流量の連続性と物質収

支を維持しなくてはならない、というものがある。この事実は下記の 初の１組の方程式

に示されている。更に、隣接する断面間の摩擦損出による全体的なエネルギーバランスも

維持しなくてはならない。この問題には PHABSIM の水理モデリングでもマニングの方程式

を使用して対応している。マニングの方程式は開水路流れを、測定した断面の特性や流量、

水面高、流速、流量に対する抵抗に関連付けて表現するものである。 連続性と物質収支 ある河川の河床形状が判っている場合には、その河川の水面高を使用して、流量の断面積

を知ることができる。更に水路の平均流速が判っていれば、連続方程式を使用して流量の

計算が可能である（図１１参照）。

Q=AV (1) ここで、

Q = 流量（立法フィート/秒） V = 対象断面の平均流速（フィート/秒） A = 流れの断面積（平方フィート）

実際の使用では、河川区間で現場データ収集時に水の流入も流出もなく測定中に水面高が

変動していないような場合には、違う断面で測定しても同じ流量が得られるはずである。

しかし、水理学的データの現場収集は通常漁業に重要な生物の生息場で行われるので、流

量の予測の面で理想的ではない断面が選ばれがちである事実を忘れてはならない。早瀬生

息場の流量は、例えば「真の」流量を予測する上で理想的な流れの中で流量を測定した場

合よりも、10～20 パーセント高くなることは珍しいことではない。逆に言えば、淵で測定

した流量は、流水部で測定したものよりも通常 10～20 パーセント低くなる。 マニングの方程式 開水路の流れを現すために も広く使用される方程式の１つは、マニングの方程式と呼ば

れている。河床面の粗度、エネルギー勾配、及び水路形状によって引き起こされる水路内

の流れに対する抵抗を示す水路特性が組込まれた、式(1)に代わる方程式である。 流量の観点から書かれたマニングの方程式は、

ASRn

Q e2132486.1

= (2)

36

ここで、

Q = 立法フィート／秒の流量 1.486 = 英国単位補正値（3.28 フィート／メートルの立法根） R = フィート単位の径深 Se = エネルギー勾配線の勾配 N = マニングの n と呼ばれる粗度係数 A = 平方フィート単位の流量の断面積

PHABSIM 内では、水面高のシミュレーションのための MANSQ 及び WSP モデルや、流速

シミュレーションのための IFG4 プログラムで、この方程式が使用される。 エネルギー収支とベルヌーイ方程式 マニングの方程式では、入力が必要な勾配はエネルギー勾配である。この勾配は２つ又は

それ以上の水路区間の総エネルギーの差をその水路区間の距離で割った値によって表され

る（図１２参照）。１つの水路区間の総エネルギーは開水路のベルヌーイの方程式で計算さ

れる。

gVdzH2

2

++= (3)

ここで、

H = フィート（メートル）単位の総エネルギー水頭 z = フィート（メートル）単位の河床高 d = フィート（メートル）単位の断面平均水深 V = フィート／秒単位の平均流速 g = 重力加流速、32.2ft/sec2 (9.8m/sec2)

実際には、z + d の値はある特定の断面に対する水面高(WSL)と同じである（図１２参照）の

で、エネルギー勾配線の勾配は下記の式で計算できる。

xHHSe Δ

−= 12 (4)

水路の流れが一定であると仮定した場合、河床勾配、水面勾配、エネルギー勾配はイコー

ルであると考えられる、すなわち、So = Sh = Se 従って、この方程式は対象河川の２つの隣

接する断面間のエネルギー収支を表す。流れの物質収支と関連したベルヌーイの方程式、

及びマニングの方程式は、本章の後部で説明する WSP プログラムに対する計算の中心的役

割を果たす。

37

PHABSIM における水面高モデリング PHABSIM の水理キャリブレーションとシミュレーションの 初の段階は、水面（水位）と

流量の関係を決めることである。水位から水路横断方向の河床高を差し引くことによって

各断面に対する水深分布を知ることができる。また流速分布を計算する方程式のために境

界線（水際）を確定するためも水位が使用される。水位と河床高が判っていれば、断面の

いかなる位置の深さも決定することができる。 水位－流量の関係を予測する場合に、幾つかの手法を使用することが可能である。この項

で説明する手法に含まれるのは、（１）IFG4 による現場での多数回の測定に基づく線形回帰

手法、（２）マニングの方程式(MANSQ)の使用、（３）不等流計算法(WSP)を使用した水面

形状の計算である。これらの３つの手法は、PHABSIM における３つの主要な水理モデリン

グのオプションである IFG4, MANSQ, WSP に対応している。 回帰計算による水位-流量の関係モデリング 水位と流量の関係を知るための１つの方法は、幾つかの水位における流量を測定し、水位

を流量に関連づける実測に基づく回帰方程式を作成する方法である。実際には、実質的に

できる限り広い流量範囲、又は調査の目的を満足するために必要な各断面での水位と流量

を３回（時によってはそれ以上）測定するのが一般的である。図１４は、１つの断面で幾

つかの流量に対して測定した水面高の一例である。

38

多数の水路では、水位－流量の関係が下記の方程式で概略的に表すことができることが見

出されている。

(WSL – SZF)= aQb (5) ここで、

Q = 流量 WSL = 水位又は水面高 SZF = 流量ゼロ時の水位 a = 測定した流量と水位から得られた定数 b = 測定した流量と水位から得られた定数

１つの水路断面での水位－流量の関係は IFG4 モデルで下記に説明するように、その特定の

位置の SZFの関数であるので、(5)式に SZFを含めたことに注目する必要がある。SZFは IFG4モデル内でのみ使用されるが、しかし別の水位－流量回帰手法を使用する場合にも必ず含

めるべきである。(5)式は下記の式の対数を使用することによって、水位と流量の間の線形

の関係に変換することができる。

log(WSL – SZF) = log(a) ＋ b × log (Q) (6) 次に流量と水面高（－流量ゼロ時の水位）の間で単純な線形回帰計算を行って、回帰方程

式を取得する。得られた回帰方程式と測定した水位－流量との関係の一例が、図１５に示

してある。PHABSIM の中では、この回帰手法は、水面モデリング・ウィザード(Water Surface Modeling Wizard)の STGQ(Stage-Q)の部分で行うことが可能である。 しかしながら、一部の水路では、図１６で示すように複雑な形状のために流量の広い範囲

で断面積の相当程度の変化を起こす可能性がある。あるいは、下流の支配断面からの背水

の影響が明らかな水路では、水位－流量の関係は、図１７で示すような対数－線形ではな

い可能性がある。そのような場合、モデル作成者はデータを２組の線形データのに分割し、

図１８に示すようにシミュレーションされる流量範囲に対する２つの回帰方程式を作成す

ることもできる。もう１つの方法として、図１９に示すように水位と流量の関係のモデル

を作成する目的で、実際のデータに対する非線形方程式を適用することもできる。対数－

線形回帰、区分的対数－線形回帰、非線形回帰などのいろいろな手法を使用し、実測デー

タと計算値が適合するかどうかに関係なく、実際に測定した範囲よりも低い、あるいは高

い流量範囲に回帰方程式を応用することに対しては、下記に説明するようにモデリングの

効果について批判的な眼で調べるべきである。外挿を行った流量の上限及び下限は、ある

程度、専門的な判断の問題であり、特定の調査毎の具体的な解析が必要である。

39

40

41

この種の回帰手法を使用する場合、特定の断面のために作成した回帰方程式は、解析対象

の区間内の他の断面とは無関係であることを、ユーザは認識すべきである。従って、調査

対象区間内の隣接断面間の水面高の縦断方向の形状の整合性が維持されるような注意が必

要である。例えば、図２０では、対数－線形回帰手法（すなわち、IFG4）を使用して幾つ

かの断面を個別に解析する場合、流量の幾つかの範囲で「水が高い方に流れる」解析結果

となっていることを示している。 各回帰の断面ごとの相関係数は高い（例えば、>0.95）にも関わらず、このモデルで計算し

たい流量範囲が「水が高い方に流れる」結果となった流量の範囲を含んでいる場合、別の

モデリング手法が必要であることを示している。この判断の助けとなる水面モデリングの

診断的評価は、この章の後部で説明する。

42

流量ゼロ時の水位(SZF)の決定 水位－流量回帰モデルでは、計算のために流量ゼロ時の水位（SZF）を利用しているので、

SZF の名称の意味を正しく理解することが重要である。その理由は、SZF は水位－流量方程

式の回帰解析（及び MANSQ 内の１つのシミュレーションオプション）の中で直接使用さ

れ、水理学的シミュレーションの結果を変えてしまう可能性があるためである。残念なが

ら、ほとんどの人は 初、SZF を正しく選択する時にある程度困難を経験する。SZF 決定の

も容易な方法は、図２１に示す例の中で示されているように、下流から上流に向かって

水路谷線高より下がらないようなプロット図を作成することである。 見て判る通り、断面 T1の SZF はこの断面の水路谷線水深に相当し、水面がこの点まで下が

ったときの流れの面を制御する。流量が停止するので、そのために流量ゼロ時の水位とい

う考え方が発生する。T1の SZF の高さがここから２つの上流断面での水面を支配するので、

この同じ SZF を断面 T2及び T3にも使用すべきであることが明らかである。図２１に示すよ

うに、残りのトランセクトの SZF としては、個々の水路谷線水深を使用すべきである。

PHABSIM における回帰手法を使用した水位－流量解析 – IFG4 モデル IFG4 水理シミュレーションモデルによって、流量の関数としての河川全体の水深及び水深

平均流速の予測を行う。この項で焦点を当てるのは、水面高のモデリングのための IFG4 に

ついてであって、流速シミュレーションのための IFG4 の使用については、この章の後部で

説明する。水位－流量のデータが与えられると、IFG4 は自動的にキャリブレーションデー

タの対数－線形回帰計算を実施し、シミュレーションで要求される全ての流量に対する水

面高を決定する。水面高データを持つ IFG4 データをインポートした時には、PHABWin-2002はその水面高データをそのまま利用するが、それ以外の場合には IFG4 プログラムは水位－

流量の関係を利用して水面高を決定する。水位－流量の関係を使用する場合、各断面はデ

ータ中の他の全ての断面から独立して取り扱われる。流速は下記に説明するマニングの方

程式に基づいた方法を使用して決定される。

43

IFG4 は２つの隣接する垂直軸の間の中央を境界として計算セルを設定する。垂直軸は、Ｘ

（ヘッドピンからの距離）の座標値として指定される測定点である（第一章参照）。従って、

垂直軸が計算セルの代表点である。断面セルのこの定義は生息場のシミュレーションで使

用する定義とは異なることに注目しなくてはならない。この定義の違いは第５章で説明す

る。 エラーメッセージやデータの不整合性について出力ファイルを見直すことを忘れてはなら

ない。エラーメッセージは注又は他の文章形式で出力ファイルに書き込まれる。 IFG4 モデルからの出力は、ユーザが選択する特定の IOC オプションに応じて広範囲に変更

できる。 IFG4 IOC オプション PHABWin-2002 は実行時にほとんど IOC オプションを選択する必要がないよう大幅に単純

化した方法で水面高モデリングを実装した。WSL のキャリブレーション時、どのキャリブ

レーション流量を使用するか、回帰計算で流量の 良予測値を使用するのか、計算流量を

使用するのか、左、右、平均又はユーザ指定の水面高を選択するのか、回帰計算に SZF を

含めるのかどうかを、ユーザが指定する。これらの指定は断面毎に異なる流量範囲に対し

て指定することができる。水位－流量回帰手法の WSL モデリング・ウィザードの使用法に

ついては、ユーザズマニュアルで説明する。 回帰手法を使用した水位－流量モデリングの実践的手引き ほとんどの使用の場合、ある特定のキャリブレーション流量における 良の予測流量を、

モデル作成者は決定する必要がある。通常、実測した流速分布から計算した流量は、断面

間で大幅に異なる可能性がある。例えば、現場測定時に水位が安定していた単一の調査対

象区間内で計算された流量が２５パーセントも異なるのは珍しいことではない。その理由

は測定が淵(pool)、早瀬(riffle)、及び急流(run)などで行われるためである。後者のタイプの

生息場は、流量の見積もりには決して使用されないが、流入流量調査の一環として必要な

重要な生息場タイプであることが多いため、通常測定は行われる。現場調査員はデータ収

集作業の時、キャリブレーションで実際の流量を見積もるにはどの断面がベストなのかは

通常意識しているであろう（そうであるべきである）。これらがその河川区間内ですべての

断面を回帰解析するのに使用する流量の見積もりに使用されるのである。ほとんどの現場

では、測定した右岸及び左岸の水面高の間の差は、非常に高い乱流状態では 0.1 フィートか

ら 0.5 フィートの範囲で大幅に異なることも珍しくないことを注記しておく。モデル作成者

は、回帰方程式で各断面での左及び右岸の水面高の平均を使用するのが通例である。 更に、対象の区間に対する 良の予測流量ではなく、回帰方程式中で各断面で実際に計算

した流量を使用するオプションもある。できるだけ対数－線形回帰計算結果の適合度をよ

くする努力の中で、左岸及び右岸の測定結果の差の範囲内で断面での水面高を変えること

をモデル作成者が選択できることは勿論のことである。 良の予測流量の代わりに計算流

44

量や平均とは異なる水面高を使用するかどうかは注意深く考慮すべきであるが、代わりの

データを使用する合理的な根拠を明確に表明し、正当化している限り、モデリング時の間

違いとは言えない。 １つの調査対象区間で現場データを収集する際に、流速が１日の内、あるいは連続した複

数の日の間で変化する場合もある。この現象は、現場データを収集している間、もしくは

データを処理している間の水面高の読みの変化にしばしば代表される。計算した流量が連

続して測定している期間に一定の増加もしくは減少を示すのである。このような特性を持

ったデータについては、一連の断面グループ毎に 良の予測流量を得る必要がある。そう

することにより、類似の流量状態で一貫性のある現場測定が行えるのである。 例えば、４から７までの断面のデータ収集は翌日に行われ 良予測流量が 120cfs と判定さ

れる一方で、初日に測定した 初の３つの断面では 100cfs が 良予測流量だとしよう。IFG4プログラムでは各断面を独立したデータとして取り扱っているので、キャリブレーション

時に断面毎に異なった流量を扱う能力があることを忘れてはならない。WSL モデリング・

ウィザードは、ユーザが 良予測流量に基づいて断面をグループにまとめることができる。

単一の断面でのデータ収集の間に流量が変化するような場合、流量が安定するまでデータ

収集を停止するのが 良の策である。しかし、停止することができない場合や、データ収

集方法を見直している間に事務所内で停止が決定した場合には、別の高度なモデリング手

法を使用する必要があるが、その問題はこの章の対象範囲外である。そのような状況が発

生した場合には、モデル作成者は経験を積んだ水理学エンジニアに連絡し、技術的支援を

受けるべきである。 マニングの方程式を使用した水位－流量モデリング－MANSQ（マンエスキュー）モデル MANSQ モデルを使用して、個々の断面に対する水位－流量関係を決定することができる。

等流では水面勾配とエネルギー勾配は同じであるので、等流であると仮定することによっ

て、エネルギー勾配の代わりに水面勾配を使用することが可能になる。更にこの手法では、

水路形状の変化によって引き起こされる流れの変動は無視できると仮定する（すなわち、

背水の影響がほとんどない）。一般的に、水路形状が一定であればあるほど、この手法によ

る結果の信頼性は高くなる。淵(pool)は一般的に下流の支配断面の背水の影響によって作り

出されるので、淵に対して MANSQ モデルを使用するのは時によって問題である場合があ

る。IFG4 プログラムの使用の場合と同じように、MANSQ モデルでも、各断面は他の断面

と無関係であると仮定する。従って、IFG4 と同様、同じ基準面に対して測量された断面同

士については、シミュレーションした水面高の縦断方向の形状のチェックを必ず行うべき

である。 計算の段階で下記のマニングの方程式を MANSQ モデルでは使用する。

322149.1 RASn

Q ××⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ×= (7)

45

単純化すると、 Q = K A R2/3 (8)

Ｋの値は、１つの断面で測定した１組の流量、対応する水面高、及び測定した水路形状か

ら決定する。次に同プログラムは追加のキャリブレーションデータ（すなわち、流量と水

面高）を使用して、ユーザが選択した下記の２つの方程式のうち１つの解を得る：

K = K0 (Q/Q0)β (9) K = K0 (R/R0)β (10)

ここで、下付き記号「o」はキャリブレーション値を意味し、βはユーザが提供する係数で

ある。 １つの手法が他の手法よりも優れている確実な証拠はなく、径深の比を使用するか流量の

比を使用するかの選択は、調査員に依存する問題である。機能的には、１つの断面での多

数の流量－水面高データが与えられれば、どちらの方程式を使用するかに関係なく、キャ

リブレーション流量の観測もしくは予測した水面高の間の誤差を 小限にするβ値を試行

錯誤によってユーザは選択することができる。観測値とシミュレーションによって得られ

た水面高の間の誤差をどれ位少なくするか、又は特定の流量範囲の予測及び観測高さを更

に一致させるかどうかは、これも又専門的判断を仰ぐ問題であり、調査の目的によって決

まる。いずれの場合にも、調査員は 終的なキャリブレーションを正当化できなくてはな

らない。 β係数は一般に断面毎に異なるが、変動の大きさはその断面の水路の複雑さによって決ま

る。代表的なβの範囲は、凡そ 0.0 から 0.6 の範囲である。β値がこの範囲を外れる MANSQのキャリブレーションは注意深くチェックする必要があるが、データにエラーがあるとか、

キャリブレーションが不良であることを必ずしも意味しない。断面形状、及び観察した流

量及び水面高の範囲の観点から、調査員は予測と観察した水面高の間の誤差をチェックす

る必要がある。 以前にも述べたように、MANSQ で解析するのは各断面の個別のデータであり、従って全て

の断面が適切にキャリブレーションされ、そして望む流量範囲全体のシミュレーションが

行われた後、その水面高の縦方向の形状の整合性（すなわち、水が低い方に流れる）につ

いてチェックする必要がある。 エラーメッセージ及びデータに矛盾があるかどうかについて出力ファイルを見直すことを

忘れてはならない。注又は文章形式のエラーメッセージが出力ファイルに書き込まれてい

ても画面に表示されなかったり、プログラム中断を引き起こす原因となったりする可能性

がある。MANSQ モデルからの出力は広範囲に渡り、しかもユーザが選択する IOC オプシ

ョンによって変化する。

46

MANSQ IOC オプション PHABWin-2002 では実行時に IOC オプションを選択する必要を無くすよう大幅に単純化し

た水面高のモデリングを実装した。WSL のキャリブレーション時、どのキャリブレーショ

ンを含めるか、回帰計算で 良予測流量を使用するのか、計算流量を使用するのか、左、

右、平均又はユーザ指定の水面高を選択するのか、そして 後に初期キャリブレーション

でどのキャリブレーションを使用するのかを、ユーザが指定する。これらの指定は単一の

断面の異なった流量範囲に対して、さらに断面間で別々に指定した範囲に対して行うこと

ができる。 MANSQ のキャリブレーションの実践的手引き IFG4 による水面高のモデリングで説明したように、断面間のデータ収集期間内に流量が変

化する場合にも、モデル作成者は MANSQ プログラムを使用することができる。各断面又

は一連の断面グループの名目上のキャリブレーション流量は、単にキャリブレーション過

程で使用される流量である。同様に、対象の区間に対する 良予測流量並びに、測定した

右及び左岸の水面高の範囲内の特定のキャリブレーション流量の１つの断面の水面高を変

動させる流量の替わりに、各断面の計算流量を使用することを、モデル作成者は選択する

ことができる。ここでも、整合性のある正当化が主張でき、主張を維持できる限り、どの

方法を選択するかは、専門的な判断で行えばよい。 「回帰手法を使用した水位－流量モデリングの実践的手順」の項でも同様のケースについ

て詳しく説明しているので、参照されたい。 不等流計算法(Step Backwater Approach)を使用した水位－流量モデリング－WSP WSP モデルの一般的理論 WSP モデルは流量に応じて水面高の縦断方向の形状がどのように変化するかを予測するた

めに使用される水面形プログラムである。モデリング対象の特定の河川区間における水面

形状変化を評価するために、物理的な水路と流量の間で特定の水理学的関係を満足しなく

てはならない。その関係は物質収支（連続性）とエネルギーバランスの考え方を使用して

定義される。現地測定期間中は定常状態であったこと、境界条件が基本的に堅固（すなわ

ち、測定データの範囲で水路形状が大幅に変わらない）など幾つかの基本的な仮定が成立

することが必要である。 不等流計算法を下記の例で示し、該当する方程式を紹介する。下記の例では、図１２に示

した２つの断面について述べている。２つ以上の断面が関係する場合は、上流に向かって

段階的に計算プロセスを繰り返す。step backwater の名称はここから来ている。

Q2 = Q1+⊿Q (11) 流水バランスはこの連続方程式を使用して計算する。ここで、

Q1,2 = 断面毎のユーザが指定する流れ

47

⊿Q = 区分間の流れの変化（通常ゼロ） 次に下記の方程式を使用して流速の計算を行う。

Vi = Qi／Ai (12) ここで：

Vi = １つの断面 i の流速 Ai = 断面 i の面積 Qi = 断面 i を通過する流量

次に下記の方程式を使用してエネルギーバランスを計算する。

H2 = H1 + ⊿H (13) ここで：

H1,2 = 各断面の総エネルギー ⊿H = 水が下流に移動するに従った総エネルギー損失

次に、ある特定の断面の流れの総エネルギーをベルヌーイの方程式から計算する。(Chow, 1959 年)

H = z + d + v2/2g (14) ここで、

z = 河床高 d = 水深 v2/2g = 流速から得られるエネルギー成分（流速水頭と呼ばれる） v = 水深平均流速 g = 重力定数

河川の２つの隣接する断面ではベルヌーイの方程式は次のようになる（図１２参照）。

z1 + d1 + v12/2g = z2 + d2 + v2

2/2g – losses(損失) (15) この方程式で計算されるのは、河川区間内の２つの隣接断面間のエネルギー損失の正味の

影響である。河床高、水深、及び流速の変化による影響は、断面間の累積エネルギー損失

によって引き起こされ、WSP プログラムで計算される。 流速とエネルギーバランスの間のクロスチェックが可能となるようエネルギー値と流量値

を関連付けるために、もう１つの方程式が使用される。流量(Q)及び粗度（マニングの n）についてのユーザ提供のデータ、各断面の測定データによる面積(A)及び径深についての計

算値を使用して、マニングの式によって、下記のように各位置でのエネルギー勾配 Seiを確

定する。

48

2

321

49.1i

iiei

nAR

QS ×

×= (16)

ここで、 Qi = 流量(cfs) Ni = 粗度係数 Ai = 断面積(ft2) Ri = 径深(ft)、例えば潤辺で流積を割った値 Sei ＝ エネルギー勾配（下文字の I は該当する断面 I を意味する）

マニングの式は経験値に基づいており、水路中の流速に対する抵抗の程度を数量的に表す

ために、粗度係数を使用する。マニング式の n 値は、水路断面形状の側面、底面、及び他

の変則部分の粗度の指標を表す。この値を使用して、水路を下流に流れる水の動きに対す

る抵抗の全ての要因の正味の影響を表す。自然河川水路のマニングの粗度係数の代表的な

値を表１（出典ヘンダーソン（１９６６年））に示す。

Table 1 水路の種類又は状態に関連した代表的マニングの n 値 水路の種類 マニング n の範囲 障害物のない直線水路 0.025 – 0.030 よどみ及び砂州のある蛇行水路 0.033 – 0.040 水草が多く、草に覆われた、蛇行水路 0.075 – 0.150 障害物のないまっすぐな沖積層水路 0.031 d1/6 (d=D-75｛第３分位｝ft 単位)

も一般的な意味では、図２２に示すように１つの水路内の粗度、すなわち流速に対する

抵抗は流量の増加に従って減少する。見て判るように、モデルで使用するために予想した

マニングの n 値の大きさは、キャリブレーション流量の関数として表すことができ、図に

示すような関係に従ってシミュレーションを行った流量に従って通例変化する。

49

流量が粗度に影響を受けるこの変化は、WSP モデルの中では、ユーザが経験に基づいてこ

の関数関係を決定できるように考慮されている。その結果下記に説明するように、モデル

内で流量に伴ってマニングの n 値が変更される。 実際の作業の中で、マニングの n 値が報告されているハンドブックの範囲から逸脱しても

驚いてはいけない。モデル中のこのパラメータは、拡大/縮小などによる「誤差」を含む、

全ての種類の流速に対する抵抗を統合することを目的としており、報告されたハンドブッ

クの値の多くは、どちらかと言うと高流量状態を示していることを忘れてはならない。更

に、例えば水生植物の存在が、植物がない同じ断面の場合と比較してマニングの値を高く

する。WSP モデルを利用するにあたって も重要な原則は、特に得られたマニングの n 値

の観点からすると、モデルが観測した水面高を十分に予測しているかどうかを確かめると

いうことである。 水面モデリングにおける不等流計算法の計算行程 水面形状を計算するための不等流計算法は下記のように進める： １： 下流の断面から開始して、水面高(WSL1)は、ユーザ提供の値を使用するか、又はマ

ニングの方程式を使用して、ユーザ提供のエネルギー勾配から計算する。 ２： 断面１(Se1)に対するエネルギー勾配は、水面高が与えられる場合にはマニングの方程

式を使用して計算することができ、エネルギー勾配が与えられている場合には、直接

使用することができる。（A, R, 及び V の値は水路形状、WSL、及び流量から決定す

る。） ３： 次の断面(WSL2)の水面高は、上流 Sei を２つの断面間全体にあてはめることによって

予測する。 ４： 断面２(Se2)のエネルギー勾配はマニングの方程式を使用して計算する。

Se = function（Se1 , Se2） (17) ５： ２つの断面の流量とエネルギーバランスは下記を使用して得る。

Q2 = Q1 (18) そして対象区間の平均勾配の計算は

H2 = H1 + SeL + (他の損失) (19) を使用して行う。ここで、

Q1 = Q2 = 両断面での一定の流量

50

H1, H2 = 両断面での総エネルギー SeL = 距離 L の範囲でのエネルギー損失

拡張及び渦損失などの他の損失は、プログラム内で計算する。

６： ２番目の断面の水面高は、発生する総エネルギー水頭から速度水頭を差し引いて計算

する。

WSL2 = H2 – V22 / 2g (20)

７： 段階３及び６で得た WSL2 の値を比較し、数理手法を用いて予測した WSL2 値を調節す

る。 ８： 水面高の予測値と計算値が 大限接近するまで、段階３から８までを繰り返す。 ９： 全ての断面が完了するまで、断面２と３、３と４、等々に対して全ての段階を繰り返

す。 WSP 内部の計算では、計算水面高と測定水面高の誤差が も小さくなったと判定された場

合でも、現地で測定した水面高と計算した水面高が一致しない場合があることを注意する

必要がある。このような場合、ユーザはキャリブレーションを実施している特定の断面の

マニングの n 値を変更して、エネルギーのバランスが得られた水面高が、観測した水面高

と一致するまで、プログラムの実行を繰り返す。この初期キャリブレーションが完了した

後、追加のキャリブレーションデータを使用して、次の項で説明するようにモデルで使用

するための、図２２に示す粗度と流量の間の関係を経験を基にして得る。 出力ファイルのエラーメッセージをチェックして、データに矛盾がないかどうか見直すこ

とを忘れてはならない。note や他の文章形式でエラーメッセージが出力ファイルに書き込ま

れる場合がある。WSP モデルからの出力は、選択したオプションによって大幅に変化する。 WSP IOC オプション WSP プログラム実行の段階で、ユーザは各種の計算及び報告レベルを選択することができ

る。WSL モデリング・ウィザードの一部として も一般的に使用されるオプションについ

ては、関連のユーザズマニュアルで説明されており、ここではオプションについては説明

をしない。 WSP キャリブレーションに対する考え方の概要 縦断方向水面形のキャリブレーション WSP の 初のキャリブレーションの段階は、単一の流量での水面高の観測値と予測値の誤

差を 小限にする各断面の適切なマニングの n 値の推定である。すなわち、初期キャリブ

レーション流量において全ての断面の観測された水面高縦断形状を再現するような各断面

のマニング n 値をユーザは選択する。通常粗度係数が大きくなると、予測水面高は上昇し、

51

マニング n 値が減少すると予測水面高は低下する。キャリブレーションを も下流の断面

から開始し、１度に１つの断面ずつ上流に向かって進めていく。すなわち、まず２番目の

断面の水面高の観測値とシミュレーション結果が適切に一致するまで２番目の断面のマニ

ングの n 値を変更し、それが終わった段階で３番目の断面のキャリブレーションに進む。

下流断面の水面高はモデルに与えられた任意の入力値であり、従って 初の断面に対す

る水面高のキャリブレーションは必要ない。対象とする全ての流量に対する 下流断面の

水面高をユーザが測定していない場合には、IFG4 又は MANSQ モデル（あるいは他の適切

な手法）を使用して、下流断面の水面高を知らなくてはならない。 下流断面のマニング n 値の選択は、キャリブレーションにあたって残りの断面のマニン

グ n 値の大きさに影響を与える。観測した水路形状と底質特性から得たハンドブックの値

（例えば、表１）に基づいてマニング n 値の初期値を定めることができるが、下記の手法

を使用して現場測定流量に対する実際の動的抵抗全てを反映したマニング n 値の初期予測

を行ってもよい。 下流断面で観測した WSL 及びマニング n 値の初期予測値を使用して、WSP モデルを作動さ

せる。そして結果の出力をチェックし、 下流断面の計算勾配の値を記録する（上記(16)式及び(17)式参照）。 現場測定から得られた 下流の勾配の実測値と共に、テスト値として WSP から得られるマ

ニング n 値の初期予測値と計算で得られた勾配を使用して、下記の方程式で 下流断面の

正確なマニング n 値の予測ができる。

2121

measuredtrial

computedneeded S

nS

n ×= (21)

初の断面に対する初期テストマニングｎ値にこの値を代入して、断面２、３、等々の水

面高のキャリブレーションに進むことができる。 粗度修正子(RMODs)を使用した縦断方向水面形に対する WSP キャリブレーション 次のキャリブレーション段階は、変更した新しい粗度（すなわち、プログラム実行時に使

用する計算したマニングｎ値）によって残りのキャリブレーション流量における縦断方向

の水面形状の観測と予測の間の誤差が少なくなるように、初期のキャリブレーションマニ

ングｎ値を変更する適切な粗度修正子を決定することである。第二段階のキャリブレーシ

ョンの意味は、図２２に示すように開水路で観測した流量と粗度の間の関係を経験的に導

き出すことである。粗度は流量の関数として変動するので、流量変化に伴う粗度の変化を

考慮に入れて他のキャリブレーション流量における水面縦断形状を再現するために、キャ

リブレーションの 初の段階で得たマニングのｎ値を適切に修正しなくてはならないこと

は明らかである。この修正のために使用するのは、図２２に示すように粗度と流量の関係

を経験的に再現するために、マニングのｎ値に乗ずる粗度修正子(RMODs)である。

52

このキャリブレーション段階を達成するために、WSP に 下流断面の残りのキャリブレー

ション流量及び初期水面高（又は勾配）を与える。次にユーザは試行錯誤で、各々の新し

いキャリブレーション流量の全ての断面に対する水面高の予測値と観察値の間の誤差を小

さくする適切な粗度修正子を選択する。マニングｎ値のキャリブレーションの 初の構成

流量の下流断面に対する RMOD 値が 1.0 であり、全てのシミュレーションでその値は変わ

らないことに注目する必要がある！十分に考えて下さい。経験が示すように、他のキャリ

ブレーション流量と関連する適切な粗度修正子を一旦決定すると、図２２に示す関係に基

づいて粗度修正子は変化する。その関係は下記のべき方程式で表される。

RMOD = aQb (22) この方程式が意味しているのは、係数とべき指数は RMODs の対数と関連キャリブレーショ

ン流量の対数の線型回帰から求めることができることである。この回帰方程式は

PHABWin-2002 内で自動的に、WSP モデルでシミュレーションする全ての対象流量につい

て適切な RMODs を計算する。 RMOD の計算で残りのキャリブレーション流量に対する全ての断面の観察した全ての WSLの値が「完全」に合致する結果となり、そしてある特定のキャリブレーション流量に対す

る特定の RMOD 値が、特定のキャリブレーション流量の全ての断面の WSL の予測と観測

の誤差を小さくするとユーザは期待してはならない。例えば多くの場合、重要なトランセ

クトでの良好な適合性を守るために、一部の断面（すなわち、重要ではない生息場）での

適合性を「犠牲」にする。そのためには、個別の研究の必要性の観点からモデル作成者は

合理的基準に基づいた一定のレベルの判断を必ず行う必要がある。 キャリブレーションした WSP モデルに対する 初の水面高の決定 シミュレーションのためキャリブレーションを行った WSP モデルのための 後の必要な段

階は、下流断面の 初の水面高を決定することである。 も一般的な手法は、水位－流量

回帰(IFG4)又は、マニングの式(MANSQ)のどちらかを使用することである。ほとんどの場

合、 下流断面を支配断面に置くので、MANSQ モデルを使用して、支配断面に対する WSL値を確定することが多い。WSL ウイザードを使用すると、WSP を使用する場合の下流断面

に対するモデルの１つを選択するよう自動的にユーザに促し、キャリブレーションを行う。

更にこのウイザードを使用して、外部から得た WSL 値をこの段階でプログラムに導入する

こともできる。 WSP モデルのキャリブレーションと使用の実際的な側面 １つの河川の部分をどの程度キャリブレーションできるかは勿論、その河川の水理学的特

性と、現場データの内容によって違ってくる。急勾配で巨礫が多い河川は多くの場合、流

速と水面高が大きな変動を示し、キャリブレーションが難しい場合がある。観測及びシミ

ュレーション結果の水面高の一般的に目標とする誤差は、各キャリブレーション流量での

断面形状について+／－0.1 フィートである。しかしながら、場合によってはこの基準をさ

らにゆるく、または厳しく設定することが必要となる場合があることを、調査員は認識し

53

なくてはならない。例えば調査員によっては、低流量の範囲が考慮対象種の河道内流量予

測の観点から も重要であると判断し、中及び低キャリブレーション流量での一致度をよ

くするために、高キャリブレーション流量での一致基準を多少ゆるくすることがある。 文献のマニングｎ値を基準値として使用することが可能ではあるが、この値は多くの場合

堤防満水状態の高流量に対してもっとも適合し、図２２に示すように低い流量の状態では

小さ過ぎる可能性があることに注意する必要がある。すなわち、実際にキャリブレーショ

ンを行ったマニングｎ値が、水理学ハンドブックの値の範囲と一致しなくても驚いてはな

らない。求めた値に物理的に合理的な意味を見出すことができる限り、心配する必要はな

い。モデルがどの位よく観測データを再現できるかが も重要な要素であるべきである。

勿論データ収集及び入力の明白な間違いを十分に除去してあることが前提条件となる。 支配断面 可能なら、トランセクトは支配断面で始まり、終わるべきである。トランセクトが支配断

面で始まりそして終わる場合には、キャリブレーションの諸問題は大幅に減少する。WSPキャリブレーションでの支配断面の影響は大きい。下流の支配断面の粗度を修正するだけ

で、区間全体の水面形状を変えることが、多くの場合可能である。WSP モデルの 重要原

理は、 下流のトランセクトは支配断面上になくてはならず、その区間内の他の全ての支

配断面がトランセクトとして定義されるべきであることである。また、例えば淵などの特

定の生息場の特徴と関連した支配断面を含めるべきである。 分流 流れが２つ以上の水路に分割されている場合には、WSP モデルのキャリブレーションが困

難となる場合がある。分流によって作り出される一般的問題には、２つの種類がある。第

一の、そして も一般的な問題は、分割された流れの両方で水面高が計算上は同じになっ

てしまうことである。この問題の も共通の原因は、本来屈曲したトランセクトを使用す

れば水面高が合わせられる場面で、直線トランセクトを使用してしまったことである（図

２３参照）。本来の性質から護岸に沿った同じ距離の地点で河床高や水面高が同じになるこ

とは中州がある場合にはほとんどない。理想的には中州の両側で同じ水面形状を得るため

に、屈曲したトランセクトを設定すべきである。網目状水路では、このルールがむしろ基

本である。 トランセクト間の河床高の差と比較して水面高の差が小さい場合には、その２つの高さを

平均してもよい。この場合どの位を小さい差とするかは、判断の問題である。しかし、水

面高の差が大きい場合には、小さい方の水路の河床高を上げたり、断面を水面高の差が同

じになるまで下流に移したりしてもよい。ユーザにとってどちらの方法も認め難い場合に

は、水路毎に流量を分割して、各水路を別の河川と仮定してキャリブレーションを行う。 中州の片側の水路が反対側の水路よりもはるかに長い場合には、流量を分割することは必

要である。１つの水路の長さが他の水路の長さより概略 1.5 倍以上長い場合は、流量を分割

することを考慮すべきである。流量分割では、対象河川の総流量を水路毎の流量に分割す

る作業を必要とする。別の河川であるかの如く、分割した各流量の各水路に対して、プロ

54

グラムをキャリブレーションする。 各流量に分割するために必要な全ての情報は現場調査記録に含まれているので、キャリブ

レーションに使用する流量を分割するのは、比較的容易である。モデルでシミュレートし

た流量を分割する際に問題が発生する。キャリブレーション流量以外の流量ではどちらの

水路も流れる流量の割合は総流量の関数として変化する。流量の分割は多くの場合、非常

に困難である。この種の分析を試みる場合には、経験豊富な水理エンジニアに相談するこ

とが望ましい。基本的に問題になるのは、未観測流量の範囲で流量分割表が作成できるよ

うな分割流量を決定することである。その決定は、測定結果に従って分割水路のキャリブ

レーションを 初に実施し、次に一部の未観測の総流量について、各側の水路に対する流

量を、推定によって分割し、モデルによって個々に流すことによって行う。２つの水路間

のエネルギー損失は、中州の先頭部分で水面高が同じになるようでなくてはならない。両

方の水路のエネルギー損失で同じで、かつ合計流量が水路の総流量と同じである場合、そ

の流量は正しい分割流量ということになる。このことは理解し難く、難しい内容であるよ

うに見えるが、その通りである！計算の代わりに、調査対象流量範囲の幾つかの流量で水

面高と流量データの両方を収集することによって、流量分割表を経験的に作成することが

できる。

Figure 23. Example of different representations of cross section profiles through an island based on field collection technique.

55

PHABSIM における流速モデリングの適用 PHABSIM 内の水理モデリングの２番目の主要な段階は、対象河川内の断面毎の流速図の作

成である。PHABSIM では、単一断面の流速をモデルの基準として使用し、従って、WSL値を得るために使用するモデルに関係なく、その断面を個別に独立したものとして処理す

る。ほとんどの場合、いずれの具体的な流量調査でも現場作業を行うための資源には制限

があり、従って流速の測定が行われなかった流量での流速分布を推定するために、限られ

た数の流速測定結果を使用する。PHABSIM では、システムの生息場モデリングオプション

の中で後に使用される全ての流速予測について、基本的に IFG4 モデルを使用する。 流速予測は水位予測に使用された技術と類似の技術を使用する。しかしいかなる流量に対

しても、場所毎、断面毎に流速は異なるが、１つの断面には１つの水位が存在するだけで

ある。図２４に示すのは、１つの断面で測定した流速と、IFG4 モデルで見た計算セルの間

の関係である。

基本的には、１つの断面の各計算セルは、その深さ、底質、及び平均流速それぞれ違った

値を持つ。IFG4 プログラムでは、水深平均流速と、流速を観測又はシミュレーションした

Ｘ座標とに一対一の対応がある。流速が得られるのは、座標プログラムで定義されたＸ座

標点上のみである。この方式で１つの断面の流速分布を定義するために、 高２５０の区

分（すわわち、セル）を使用することができる。断面当たりの計算セルが多くなればなる

ほど、流速分布を詳細に定義することができるのは、明白である。図２４で示すように２

つの隣接する垂直軸の中間点を境界として、IFG4 プログラムはセルを定義する。 流速のキャリブレーションとシミュレーション 下記の項で、１つの断面の流速分布を予測する手法について説明を行う。 初に、キャリ

ブレーションするために流速の測定を行っていない場合のマニングの方程式の使用方法に

ついて説明する。２番目には、単一流量に対して測定した流速によるマニングの方程式の

Figure 24. Computational cell for velocities within IFG4

56

使用について説明し、３番目に、複数流量について測定した流速を使用する方法について

説明を行う。 測定流速なしの場合の IFG4 流速の測定を行っていなくても、IFG4 プログラムを使用して、１つの断面の流速をシミュ

レーションすることが可能である。その方法は、マニング式の径深のかわりにセルの水深

を、粗度係数の代わりにセル流量を使用する。

vi = [1.48*Se1/2*di

2/3]／qi (23) この手法は、断面のセルで予測した流速の大きさを直接水深に関連付けており、従って流

速分布は図２５に示すように、水路形状とそっくり同じになる。IFG4 では特定の垂直軸の

マニングｎ値をユーザが指定すると、IFG4 プログラムは流速の計算でそのマニングｎの値

を使用することに注目しなくてはならない。ユーザはこの種のシミュレーションの現実性

を必ずチェックすべきである。経験によると、ある状況ではこの手法で得た結果は満足で

きるが、一方他の状況では満足できる結果とはならない。満足できる結果であるかどうか

は、調査員の判断と、モデリングの目的によって決まる。

57

単一流速データセットによる IFG4 流速データを１組使用して IFG４プログラムをキャリブレーションする場合、１つの断面の

垂直軸毎のマニングのｎ値を予測するためのマニングの方程式の 初の解に基づいて、先

述とは異なった手法を使用する。キャリブレーションデータとして勾配、水面、観測流速

を与えるので、各垂直軸の ni を未知数としてマニングの方程式は次のように書くことがで

きる。 ni = [1.486*Se

1/2*di2/3]/vi (24)

ここで、

ni = 垂直軸 i の予測マニングｎ値 Se = トランセクトに対するエネルギー勾配 di = 垂直軸 i の水深 vi = 垂直軸 i の観測流速

上記の方程式で、垂直軸の水深 di が径深に代入され、垂直軸の水面高と河床高の差から di

が計算されることに注目しなくてはならない。各垂直軸で測定した流速（vi）は入力データ

から求める。勾配データが与えられていない場合（すなわち、XSEC 入力データ行で指定し

ていない場合）には、勾配のデフォールト値(規定値)の 0.025 を使用する。下記に示すよう

に、使用する勾配の値は、この手法を使用する場合の流速の計算には重要ではない。各垂

直軸の個別のマニングのｎ値を求めたら、流速に対するマニングの方程式を解いて、下記

の式によって設定されるキャリブレーション流速から得た 初のマニングのｎ値を使用し

て、違う流量についてもその流量の個々のセル流速を計算することができる。

vi = [1.486/ni]*di2/3]*Se

1/2 (25) 上述したように、ある特定の垂直軸でのマニングｎ値をユーザが指定した場合、キャリブ

レーション流速が与えられている場合でも、IFG4 プログラムはユーザが指定したマニング

のｎ値を使用して流速計算を行う。図２６に示すのは、観測した単一の流速キャリブレー

ションとキャリブレーション流量での関連する流速予測値である。一般的に、水面高のシ

ミュレーションでは、断面で測定された流量ではなく 良の予測値が使われることが多く、

そして IFG4 はその流量に対して物質収支をとるので、そのキャリブレーション流量でシミ

ュレーションを行った流速は、観測した流速と合致しない。 マニングｎ値の推定のための流速が得られない、又はマニングｎ値が与えられていないセ

ルの水面高を IFG4 がシミュレーションする場合、プログラムは隣接するセルから n 値を得

ようとする。与えられたキャリブレーション流速から得た、又はこの項の 後で更に詳細

に説明する予測から得たマニングｎ値の予測時に、IFG4 の制御のための幾つかのオプショ

ンがある。

58

流速データが複数組ある場合の IFG4 経験に基づいたべき乗則 １つの断面に対して１組以上の流速－流量データが得られる場合、各垂直軸の流量と流速

の一般的な関係のモデルを作成するために、IFG4 プログラムは下記の経験に基づく方程式

を使用することができる。

Vi = ci Qidi (26)

対数をとってこの方程式を線型の関係に変え、下記の式を導き出すことができる。

log(Vi)= log(ci) + di * Log(Qi) (27) 複数の流速測定を行った断面では、この方程式を解くことによって垂直軸毎の ci 値と di 値

を得ることができる。IFG4 プログラムは次に各垂直軸でこの回帰方程式を使用して、種々

の流量に対する各垂直軸の流速を予測する。全てのモデリング技術と同じように、この手

法には固有の偏りがある。基本的には、１つの垂直軸の流速と流量の関係は対数線型関係

に従うと仮定する。この関係は全体的な断面平均水路流速について認められてはいるが、

個別の計算セルに必ずしも適用できるとは限らない。調査員はここでも、計算の観点での

この手法と他のモデリング手法を比較して、特定のプロジェクトの目的と制約の条件下で

59

どちらが も適切かを決定すべきである。図２７に示すのは、IFG4 で方程式２７を使用し

て求めた３つの流量レベルに対する流速キャリブレーションデータと予測流速データの一

例である。

単一流速近似値 解析用に複数の流速を測定した場合でも、上記の方法では解析の要求事項を十分に満たし

てはいないと判断することもあるだろう。もう一つの方法として、モデリングの目的に対

して複数の流速キャリブレーションデータをそれぞれ独立したデータとして取り扱うとい

う方法がある。この手法は、基本的に観察した も高い流速データを使用して、それより

流量が多い場合だけでなく、それより流量が少なくなるある程度の範囲についてもシミュ

レーションを行う。例えば、対応する各水位に於いて水路形状が大幅に異なる場合、高い

流量の流速データ、中程度の流量の流速データ、低い流量の流速データの分布が全く異な

る場合がある。このような場合、全ての流量範囲で単一のキャリブレーションデータを使

用すると、各流量で観察された流速変化を正確に反映しないことは明らかである。１つの

方法としては、水路形状の推移点で、使用するキャリブレーションデータを「切り替える」

方法がある。調査員に必要なのは、水路形状の推移点が発生する水面高を判定し、次に水

面モデリング結果を使ってその流量を決定することだけである。単一の断面だけを考えて

いるという点で、この方法はいくぶん理想的すぎることは明らかである。実際には、モデ

ルの対象区間内の全ての断面を考慮の対象とすることが必要であり、従って恐らく対象の

モデル区間の中で流速キャリブレーションデータが切り替えられる各断面に共通した「妥

協流量」を見つけることが必要であろう。

60

IFG4 計算方法と物質収支の意味 IFG4 プログラム内の流速シミュレーションの残りの計算方法について更に完全に理解する

ために、個々のセルの流速を間接的に計算することを考慮した場合に要求されるシミュレ

ーション流量と計算流量の物質収支を IFG4 プログラムが維持するための支配方程式と方法

を、下記の項で説明する。 セルの面積は下記の方程式で計算する。

Ai = 1/2 * [(di+d(i-1)) * (Xi-X(i-1)) * 1/2]+1/2*[(d(i-1)+di) * (X(i-1)- Xi) * 1/2] (28) ここで、

Ai = セル i の面積 Xi = 点 i までのトランセクトに沿った横方向距離 di = 垂直軸 i の水深

対象のトランセクトに対して計算すべきシミュレーション流量に対して、選択した流速シ

ミュレーション方法で得た計算セルに対する流速予測を使用して、トランセクト全体の各

計算セル内の個別の流量を合計することによって「trial」流量を決定する。

∑=

×=ncell

iiitrial vAQ

1 (29)

この「trial」流量は、計算したいシミュレーション流量と必ずしも同じではない。図２２を

参照すると、流量と粗度の関係が判り、単一の流量の１組の流速キャリブレーションデー

タから得られた特定のマニングｎ値は、高い又は低い流量のマニングｎ値とは「一致」し

ないことを示している筈である。このことは上記の WSP プログラムのキャリブレーション

で説明した RMOD と基本的に同じ考え方である。要求されたシミュレーション流量と流速

シミュレーションから得た計算流量の間の違いの指標は、流速調節係数又は VAF と呼ばれ、

下記の式によって計算する。

VAF = Qrequested simulation / Q calculated velocity simulations (30) 次にこの比率を使用して、対象の断面に対する計算した流量がシミュレーション流量と同

じになるように、個々のセル流速 Vi から得られる計算セル流量を調節する。個々のシミュ

レーション流量の調節は VAF を使用して、下記の方程式で個々の計算セル流速を調節する

ことによって行う。

ｖnew(新)＝ｖinitial( 初) * VAF (31) IFG4 プログラムで VAF を使用するのは、WSP プログラムにおける RMOD の役割に似た働

きをさせるための経験的手法である。図２２に示す関係は、流速キャリブレーション流量

より低いシミュレーション流量では、流速キャリブレーション流量から得たマニングｎ値

61

は低過ぎる場合があることを示している。流速を予測するために使用する粗度（マニング

ｎ値）が低過ぎると、各垂直軸の予測流速は高くなり過ぎる（マニングの方程式参照）。そ

の結果、断面に対して計算した「trial」流量は要求されたシミュレーション流量よりも大き

くなり、結果として VAF は 1.0 以下となる（式(31)参照）。逆に、流速キャリブレーション

流量よりもシミュレーション流量が大きい場合、マニングｎ値は高くなり、結果として個々

の計算セル流速は低くなる。その結果、要求シミュレーション流量よりも低い計算「trial」流量となり、そして VAF は 1.0 よりも大きくなる。この事実が示唆するのは、ほとんどの

場合、流量と VAF の関係は図２２に示す関係と逆になり、図２８の例と同様に見えるとい

うことである。この傾向はほとんどの断面で成立するが、側面護岸材料が中間の流量での

複合粗度を増加する場合などでは、VAF と流量の関係がこの一般的傾向に従わない場合が

ある。

又、キャリブレーション流量に対する VAF が必ずしも 1.0 になるとは限らないことにも注

意すべきである。例えば、モデリング中に、計算流量の測定変動が 15～20 パーセントにな

るような幾つかの断面に対する 良の予測流量をユーザが選択した可能性がある。ある断

面で 良の予測流量と正確に同じではない流量下で測定されたキャリブレーション流速を

基にした計算流量がある場合、VAF は 1.0 から逸脱し、逸脱の大きさは勿論 良予測流量と

キャリブレーション流速計算流量の間の逸脱の程度によって決まる。 類似の断面形状なら VAF と流量の関係も似たものになり、VAF と流量の関係の変動は断面

形状の変動の程度に直接関連すると考えることができる。VAF に関して 後に述べるべき

62

ことは、水理シミュレーションの「有効性」又は正しさを VAF 計算値の範囲を基準にして

判断する合理的根拠はないことである。VAF は、基本的に、キャリブレーション流速で使

用されるキャリブレーション流量に対する、図２２の関係に従うシミュレーション流量の

相対的なずれの指標に過ぎない。 流速シミュレーションのための IFG4 における初期勾配とマニングｎ値の重要性 IFG4 プログラムで流速と物質収支の計算に関する上記の４つの方程式には、勾配が含まれ

ておらず、マニングｎ値の初期の計算に使用する勾配は流速の 終的計算には影響を与え

ないことに注目しなくてはならない。勾配が重要であるのは、断面間、あるいは河川間で

マニングｎ値を比較する場合のみである。しかしキャリブレーション流速から粗度を計算

するために妥当な予測勾配を使用する場合には、流速シミュレーション制御のために１組

のデータを追加するためのマニングｎ値の選択は簡単である。この点において、IFG4 プロ

グラム内のマニングｎ値は実際に、流速分配係数を意味し、個別セルのマニングｎ値が特

定の底質特性を持つ断面に対して水理学粗度表に記載されている予想範囲内に入らなくて

も、ユーザは驚いてはならない。これらのハンドブックの値は水路全体の条件に基づいて

予測されたものであり、１つの断面内の１つの特定の垂直軸に対して予測したものではな

いことを忘れてはならない。 IFG4 の中のマニングｎの値は流速分配係数の役割を持っており、そして生息場モデルの結

果に影響を及ぼす可能性があるので、その役割は重要である。一般的に流速は水のない断

面では測定されないので、プログラムを使用して予測をするか、又はユーザが提供（すな

わち予測）しなくてはならない。マニングのｎを流速から計算するか、IFG4 プログラムを

使用してセルに対して予測するか、又はユーザが提供するかの如何に関わらず、マニング

のｎ値は全てのシミュレーション流量において流速を計算するために使用される。１組の

流速キャリブレーションデータからシミュレーションを行う場合、キャリブレーション流

量より小さな流量に関しては、プログラムは全ての垂直軸の既存の流速からマニングｎ値

を計算するので大丈夫なのだが、キャリブレーション流量より高い流量をシミュレーショ

ンする場合には大きな問題となる。キャリブレーション流量より高い流量のシミュレーシ

ョンでは、外縁部のセルについては流速測定がなされていない。こうした乾燥セルに対す

るマニングの ni 値をユーザが提供しない場合には、プログラムは隣接セルに与えられた、

あるいは計算された ni値がないか探すか、又は値が見つからない場合には値を 0.06 と仮定

する。このような場合に、物質収支を達成するためにマニング予測ｎ値と VAF の適用を組

み合わせるので、河川縁部で非現実的な高い流速（例えば+20 フィート/秒）を IFG4 プログ

ラムが予測する場合がある。調査対象の水生生物種のある成長段階にとってこれらの区域

は非常に重要である可能性があるので、IFG4 の計算結果のこれらの「人為的な状態」は IFG4キャリブレーションの段階で注意深く調べるべきである。このような場合やその他の理由

で必要がある場合には、乾燥セル（又は湿潤セルでも）に対する ni 値はユーザが設定する

ことができる。 吻端流速 利用可能生息場の予測における PHABSIM の適用に関して、平均流速と吻端流速（焦点流速

63

とも呼ばれる）のどちらが良いかという議論が長らく行われてきた。IFG4 水理モデルでは、

吻端流速の計算に関してユーザに様々なモデリングの選択を与えている。河床粒径の分布、

平均及び吻端流速に基づく回帰方程式、1/7 乗則に基づく経験的関係などがそれである。し

かしこれらの技術の適用は、吻端流速生息場適性曲線が得られ、そしてこれらの水理モデ

リングオプションの使用を支援するために十分な現場データが収集されているような場合

に限られる。これらのオプションの使用に関しては、以降の章の生息場シミュレーション

プログラムの項で説明する。 水理モデリングの有効性評価 これまでに水面高と流速のキャリブレーションとシミュレーションを行うための基本的理

論と方法について述べてきた。この項では、水理モデリングの有効性評価の更に基本的な

問題を一部取り上げる。水面高の評価について 初に説明し、続いて流速について説明す

る。 水面モデリングの評価 キャリブレーション流量における水面高の予測値と観測値 水面高モデリングの有効性を診断する も基本的な目的は、キャリブレーション流量での

水面高の予測値と観測値の精度を見出すことであろう。そこで出てくる疑問は、どの程度

の精度を必要とするのか？と言うことである。残念ながら、即座に出せる教義的な回答は

ない。一般的に水面高の予測結果と観測結果を誤差なく一致させる努力はすべきではある

が、水理モデリングを現場に適用する場面で簡単に達成できることではない。別の流量に

対する適合性を向上させるために、ユーザは多くの場合測定したキャリブレーション流量

の１組についての精度を犠牲にする必要性に遭遇する。例えば、 も低い流量でキャリブ

レートした WSP を使用すれば、低流量時には水面高縦断形状を再現することはできるかも

しれないが、高いキャリブレーション流量に対する水面の形状を正確に一致させるための

RMOD を見つけることができない場合がある。高い流量に対する WSP モデルを代わりに再

度キャリブレーションすれば、高流量では縦断形状を再現できるかもしれないが、今度は

低い流量の形状を十分に再現する RMOD を見つけることができなくなる。このような場合、

プロジェクトで も議論の対象となる可能性が大きな流量の範囲で精度が も良くなる

WSP モデルをユーザが使用する可能性が高い。一般的な手引きとして、ほとんどの場合 0.1～0.2 フィートの誤差の範囲で水面キャリブレーションの予測結果と観測結果を一致させる

ことが通常可能である。しかし、水路形状特性、変化度、水面高の左右岸の違い(全てのモ

デルに対して単一の平均値が使用されることを思い出してほしい)、又は現場データ収集時

に支配断面を見逃したり、流量変動につれ支配断面の位置が移動したりする、といった理

由で、いくつかの断面での誤差が大きくなる（例えば、0.3～0.5 フィート）ことは珍しいこ

とではない。しかし各々のモデルの使用又は性能を評価し、調査時に「 高」のキャリブ

レーションとモデルの組み合わせを実際に使用していることを実証することは可能である。

新しいデータや追加のデータを収集することによってもモデル性能の悪さを解決できない

かもしれないが、そのような場合には性能の不確実の程度を明確に記録し、調査結果の評

価においてはその事実を常に重要視しなくてはならない。

64

水面高の縦断形状 水面高モデリングの有効性を調べる２番目の方法は、シミュレーション流量の範囲にわた

って水面高の縦断形状を調べることである。もちろん、この検証が可能なように現場デー

タを収集しておく必要がある。すなわち、対象断面を全て共通の調査基準面に基づいて測

定する。これらの測定結果の曲線図を調べて、結果に矛盾がない（すなわち流量は低い方

に流れる）ような流量範囲ではこのモデルを使用することができるし、「高い方に流れる」

ような縦断図となる流量では使用することはできないことになる。多くの場合、測定した

キャリブレーション流量の範囲内では、１つ又は複数のモデル（例えば、IFG4 及び MANSQ）

を正しく機能させることは可能であるが、キャリブレーション流量外まで外挿したシミュ

レーション流量については、限られた範囲だけが有効となる。これらの高い流量範囲でも、

WSP モデルなら十分に適切である可能性がある。ユーザは WSP を流量の全範囲で使用して

も良いし、他のモデルでは適切でない高い流量に対してのみ WSP でシミュレーションを行

うこともできる。 シミュレーションを行った流量の有効範囲 シミュレーション流量の有効性のある程度の基準として、シミュレーションを行った流量

の絶対範囲、すなわち 高キャリブレーション流量よりどの位高いか、及び 低キャリブ

レーション流量よりどの位低いか、という範囲を利用する人もある。「受け入れられる」シ

ミュレーションの範囲は 低キャリブレーション流量の 0.4 倍から 高キャリブレーショ

ン流量の 2.5 倍と、初期の PHABSIM マニュアルに記載されている。また、別の場所では

低の 0.2 倍から 高の 1.5 倍と報告されている。機能的にも、アルゴリズム的にも、数学的

にも、IFG4, MANSQ, WSP のいずれのモデルも、水理学的観点からは「受け入れられる」

シミュレーション流量の制限は受けない。ある使用例では、モデルの性能上、非常に限定

された範囲でしか利用できない場合もあるが、一方他の使用例では、モデル性能上は、非

常に広い範囲（例えば、 低の 0.1 倍から 高の 10 倍）で利用可能なこともある。明白な

問題点（たとえば、「高い方に流れる」ような）がない場合のシミュレーション流量の有効

な範囲を決めるためには、専門的な判断を必要とする。現時点では、特定の種類の水路及

び特定の場所的条件の水理モデルを使用して、研究者相互のシミュレーションの限界評価

の徹底した見直しが行われていない。シミュレーション流量の限界は、任意の経験則では

なく、モデルの性能が根拠になる点に注意すべきである。 流速モデリングの評価 流速の評価は、水理シミュレーション評価で も困難な部分の１つである。キャリブレー

ション流速データが得られない場合、河川水際部に計算上発生する高流速などの明白なエ

ラーを人為的に修正する必要性などが生じ、シミュレーションの有効性はすべて専門的な

判断事項となる。シミュレーションでもう１つ問題の指標となり得るものとして、断面の

VAF の挙動が物理的に合理的な根拠がない全くおかしなものとなる、というものもある。 １組のキャリブレーション流速がシミュレーションに使用されたような場合、その流速測

65

定値の誤差がシミュレーションの有効性にどう影響しているかもまた専門的な判断の対象

となる。しかし、対象の断面に対する水路特性の見直しにおいて、ある「閾値」水面高を

境に水路形状の大きな変化が生じていると判定した場合、その水路形状の変化が流速分布

の変化に合理的な説明を与えているかどうか、流速シミュレーションを注意深く調べる必

要がある。このような状況は、大きな「氾濫原」状地形が存在している所で、低流量もし

くは高流量のみに対して流速データを収集した場合にしばしば発生する。水路形状にその

ような大きな変化のある場所では、単一のキャリブレーション流速を適用した場合にその

形状変化の影響が流速計算に反映される可能性は少ない（但し不可能ではない）。プロジェ

クトの制約のために流速キャリブレーションデータの追加収集ができない場合には、専門

的判断に基づく流速シミュレーションの修正が唯一の実際的なオプションである。 多数の流速データが収集されたような場合、予測流速を別のキャリブレーション流速デー

タと比較することによって、流速シミュレーションの有効性をチェックすることは容易で

ある。予測流速と観測流速を比較して受け入れ可能な範囲に入らない場合には、別のキャ

リブレーション流速データもあわせて使用すべきである。このような場合、水路形状の変

化が生じる水面高を基準にしてどの流速データの組み合わせを使うかを判断することがで

きる。再度述べるが、VAF の機能的関係が「予想した」関係から逸脱しているかどうかを

調べることによって、物理的な正当性を確認することができる。

66

第 4 章 生息場適性曲線

目的

本章では、PHABSIM で使用される生息場適性曲線に関する基本的な用語やフォー

マット、形式を紹介し、生息場適性曲線の評価、検査、検証に関する個別の問題

を示す。 演習内容

ユーザズマニュアルでは、PHABWin-2002 で使用される曲線データの入力、インポ

ート、操作の方法を紹介する。 序文 河道内流量漸変法（IFIM）は、生物の生息環境に基づくツールで、水や土地の人為的利用

がその環境に及ぼした結果を評価する。そのため、対象種が好む生息場の条件と好まない

生息場の条件を認識することが、この方法論をよく理解する上で必要である。IFIM、なか

んずく PHABSIM では、この情報は対象種に特有な行動特性を定量的に表す生息場適性基準

として定義され、意志決定プロセスにおける比較基準として確立されている。生息場を基

礎とする評価方法に必要なのは、生息場を形成する条件と形成しない条件についての情報

である。川の中で、魚類と大型無脊椎動物は異なった生息場を占有すると言えば、野生動

物を観測したことのある人にはわかりやすいだろう。しかしながら、これを理解している

ことと、生物が選ぶマイクロ生息場の特性を定量化することの間には違いがある。これら

の特性の定量化こそが、文章による記述とマイクロ生息場適性曲線の作成の大きな違いで

ある。 本章は、生息場適性曲線の作成に使用するテクニックを深く掘り下げて扱うものではない。

しかしながら、その背景を多少説明することは、PHABSIM が分析した 終結果を理解する

上で必要である。Information Paper No. 21『河道内流量漸変法（IFIM）で使用される生息場

適性基準の開発と評価』（”Development and Evaluation of Habitat Suitability Criteria for use in the Instream Flow Incremental Methodology” ）Ken Bovee 著(1986)を参照いただきたい。Boveeは、データ収集、測定器具の限界、標本抽出の偏り、そしてデータ分析技術について論じ、

生息場適性データセットの妥当性確認とその検証に関していくつかの課題に取り組んでい

る。本章では、これらの課題のいくつかに触れ、PHABSIM で使用される適性曲線の理解の

一助とする。次節では、用語の解説と数式表現に基づく SI 曲線のタイプ別分類に取り組む。

種選択と生息場適性曲線の評価、検査、検証に関する課題を扱う資料も合わせて提示する。 生息場適性曲線と専門用語 文献を何気なく読むだけでも、生息場適性指数曲線は標準的専門用語のどのタイプも当て

はまらない様々な名称で呼ばれていることがおわかりになるかと思う。このような混乱が

67

起きるのは、評価法の生物学的位置付けが絡んでいるためで、特定種の選好という見地か

IFIM／PHABSIM 適用上の選好という見地か、それとも下記に論じる利用曲線の見地かによ

って、意味が違ってくるからである。 どの応用分野においても、ユーザが曲線の表すことを理解しているかどうか、そしてそれ

が研究論文にきちんと反映されているかどうかが非常に重要である。適性曲線に使用され

る比較的一般的な用語を以下に挙げる。

１： 生息場適性基準（Habitat Suitability Criteria）（Criteria Curves；基準曲線） ２： 適性指数曲線（Suitability Index Curves）( SI Curves；SI 曲線） ３： 生息場適性指数曲線（Habitat Suitability Index Curves）(HSI Curves；HSI 曲線） ４： 利用率（Proportion of Use）（誤用で「Probability of Use；利用確率」とも呼ばれる） ５： 選好曲線（preference Curve）(生息場利用率を利用可能性で補正したもの） ６： 選択曲線（Selectivity Curves）

このリストは決して完全なものではないが、いくつかの重要な課題を説明するために示し

た。第１に、研究者は注意深く文献を読み、論じている SI 曲線が正確にはどのタイプに当

たるのかを判断すべきである。そして第２に、その文献の中ですら用語の使用法が一貫し

ていない場合があることを認識すべきである。例えば、「選好曲線」は一般的な意味では全

てのタイプの SI 曲線に対して使用できるが、より厳密に言えば、ある程度数学的技術を使

って得られた生息場の利用可能性データにより、生息場の実使用データを補正して得られ

た SI 曲線のことを指すのが本当である。これら２つの例においては、選好（preference）と

いう用語の使用法にはかなり違いがある。 基礎レベルでは、ある適性曲線をどのように呼ぼうがどのように導こうが、独立変数（水

深、流速、河道指標など）と、独立変数の値に対する種／成長段階の反応の関数関係を 0.0(低)～1.0( 高)の範囲で表現すればよい。どのようにしてそこにたどり着くかは、データの

利用価値やデータ分析技術、そして専門的な判断に頼ることとなる。その適性曲線に達す

るのにどのようなルートをたどったかは、その適性曲線が対象種／成長段階の生物学的な

実態を反映している限り、程度の差はあるにせよ、あまり問題とならない。「利用可能性

(usability)」か「選好(preference)」か「バイナリ(binary)」か、といった文献中の議論は、あ

る程度「アカデミック」なもので、「生物学的な妥当性」、常識、そして PHABSIM での適性

曲線の実質的・合理的な応用を考えた場合、多くの場合実質的メリットはない。 終的に

得られた関数関係が対象種／成長段階の生態を反映していることが実証されていることが

重要なのであって、特定の曲線の作成技術の有効性に関する哲学的な議論は問題ではない。 適性曲線のカテゴリー 河道内流量評価法の文献にちょっと手を出しただけで、読者は適性曲線がもつ問題点に敏

感になるであろう。しかしながら本資料においては、さまざまな適性曲線が表すものをシ

ンプルに紹介するに止め、自分の目的に適切なものもしくは利用可能なものを見分けるの

は、読者に委ねることとする。以下の適性曲線の「分類」は、「標準的」に実際使われてい

る一般的な分類から取り上げたものである。

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PHABSIM における適性曲線は、おおむね「曲線のタイプ」により分類されている。以下に、

その分類を示す。 カテゴリーⅠの曲線 これは学術論文に発表された生活史的研究結果や専門的な経験と判断から得られる曲線タ

イプである。地域的に広い範囲に適用できる汎用型で、主に適性曲線を作成する以外の目

的で収集されたフィールド観察の情報に基づいている。一部の研究者には否定的な目で見

られてきたが、対象生物種の専門家達を集めれば、研究に用いることのできる曲線が作成

できることが経験的に立証されてきている。カテゴリーⅠの曲線は、広範囲の観測結果を

利用するため、得られた適性水深や適性流速は、特定の河川の観察から得られたものより

も広い範囲となる傾向がある。 カテゴリーⅡの曲線 これは、ある環境条件のマイクロ生息場を利用する対象生物の数のフィールドデータを基

に、カーブフィッティングなどの頻度分析手法を用いて作成した曲線である。これらの曲

線は「利用関数(utilization functions)」と呼ばれるが、概して広範囲の流量を対象として、観

測が行われたとき利用されていた条件を表現するものである。利用関数は、その種の生理

的もしくは行動的選好を必ずしも表現するとは限らない。なぜなら、本当に選好される条

件は、データが収集された河川において不足していたかもしれないからである。 カテゴリーⅢの曲線 このタイプの曲線は、生息場利用可能性（habitat availability）の偏りを、生息場の選択が制

限されている影響を取り除くように補正するため、「選好関数(preference functions)」と呼ば

れる。そのため、水深、流速、河道指標（底質や隠れ場所）の偏りに対して、種や成長段

階に対する不偏の推定値を与えるものである。このようにする目的は、実際に曲線が作成

される場所とは異なる河川（もしくは条件）に対する曲線の汎用性を増すことである。 生息場適性曲線のフォーマット マイクロ生息場適性曲線の形式により、初歩的な理論的分類を行うことができる。PHABSIMの応用分野では、おおむね３つの基本形式がある。バイナリ形式, 一変量曲線、多変量応答

曲線の３つである。3 番目の曲線タイプは PHABSIM で実行できるが、実行させるには現在

いくつかのプログラムの再コンパイルが必要で、ユーザがサブルーチンを書く必要がある。

そのため、本書では取り上げない。 バイナリ形式 (Binary Format) 適性曲線のバイナリ形式では、対象の成長段階ごとに各変数の適性範囲が設定され、階段

関数としてグラフィックに表現される（図２９）。その変数が定められた適性範囲に収まる

69

なら、関数値は 1.0 である。変数が適性範囲外なら、関数は 0.0 の値となる。この場合、他

の変数に対する適性曲線の値に関係なく、その計算セルは対象生物にとって利用不可にな

る。従って、すべての変数がそれぞれの適性範囲に収まってさえいれば、その計算セルは

適性生息場とみなされる。通常は、利用可能とみなされる変数値の範囲はかなり広範囲と

することが多く、個体の 80～95％が生息できるという基準で定めることもしばしばある。

反対に対象種が危険な状態に置かれているかどうかを調べたいときは、利用可能な変数値

の範囲を極めて狭くとる。バイナリ曲線を作成するのに、専門的な判断と同時にいくつも

の数学的技術が使用されている。本章であとに論じるような特殊なタイプの分析を行うた

めに、ユーザは１つの変数に対しても、またはすべての変数に対しても、バイナリ曲線を

作成できるし、さまざまな種と成長段階に対する変数を希望通りに組み合わせることもで

きる。

Figure 29. Example of a binary suitability curve format utilized in PHABSIM

一変量形式 (Univariate Format) 一変量形式（もしくは連続値曲線形式）では、変数に対して、適性値が 0.0 の利用不可能範

囲と適性値が 1.0 となる 適範囲を考え、その間を中間的な適性値を表す線で結んだもので

ある。一変量曲線形式の例を、図３０に示す。適性値を 0.0～1.0 の範囲で扱うという概念

は Waters(1976)が提案したもので、彼は 0.0～1.0 の間の重み係数を使用し、魚の生息場適性

を定義した。彼は、適しているとみなされる条件の範囲内でも、魚が 適として選ぶ範囲

はもっと狭いと主張した。この形式は、バイナリ曲線で使用されるブロック関数や階段関

数より、動物の行動特性をひと続きの一変量曲線として表現したものである。曲線のピー

クは も適している、 も利用されている、 も好まれる範囲を示しており、それはユー

ザがどのようにデータを表現したいかに左右される。曲線の末端は、各変数の適性の限界

を示している。

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Figure 30. Example of a univariate or continuous suitability curve format utilized in PHABSIM.

多変量形式 (Multivariate Format) 多変量関数は、いくつかの変数に対する適性を同時に計算するのに使用される。しばしば 3次元図で表現され、z 軸に適性値、x－y 平面に２つの独立変数が置かれる。n 次元形式の多

変量関数を作成することも可能だが、データのビジュアル化が難しくなる。実際には、

PHABSIM や PHABWin－2002 では多変量形式はサポートされていない。使用するには、ソ

ース・コードを修正するか、オフラインで膨大な再処理を行わなければならないので、実

際には使用しない方がいいだろう。 条件曲線 (Conditional Curves) 条件曲線は、ひとつの離散変数の各カテゴリーに別々の基準を適用する。条件基準の一般

例としては、稚魚、幼魚、成魚期ではそれぞれ異なったタイプの生息場を使用する（例え

ば初期の成長段階だと、流れのゆるい浅瀬）のが一般的であるため、それぞれ別に曲線を

割り当てるするというのが挙げられる。条件基準は、底質と隠れ場所に関する行動上の相

互作用を表現するのに特に有用である。多くの種は、隠れ場所を条件として重視する行動

をとり、頭上のカバーがあるなら浅瀬、巨石があるなら急流、頭上のカバーがないなら深

い場所を利用する。条件基準はそれ自身がひとつの階級のようなものといえる。恐らく、

バイナリ、一編量形式、多変量形式のどの形式でも表現できるだろう。適性曲線作成の初

期段階で高度なデータ階層化が必要なため曲線作成のコストが高くなるのと、PHABSIM で

条件基準を実行するのは計算上困難なこともあり、条件曲線は PHABSIM では殆ど用いない

のが通例である。

71

PHABSIM での適性曲線の利用 PHABSIM で実際に適性曲線を利用する際には、どの種のどの成長段階を調査の対象とする

か、分別をもってあらかじめ決定しておく必要がある。また、既存の適性曲線のデータセ

ットを利用するのか、場を特定した曲線や地域的曲線を新たに作成するのかを決定するこ

とも重要である。管理計画期間中いくつかの川を考慮しつつ流域全体に長期的な管理を行

うような場面では、新たに適性曲線を作成する必要もあろう。次節では、適性曲線の作成

と検定に関する課題の背景を紹介する。ただしそれは、紹介だけに留めるつもりである。

前述した通り、適性曲線の作成と抽出方法のさらなる詳細については、Bovee(1986)を当た

ってほしい。下記に示す曲線と検査に関する資料の殆どは、彼の著作物から抜粋したもの

である。 生息場適性曲線作成の 終目的 曲線の作成において も大切なことの１つに、研究の 終目的を見据えた研究プランを明

確に定めておくことが挙げられる。結果を計画的に扱い、抽出方法や手段、エラーや偏り

のでそうな個所をあらかじめ予想することで、結果は研究のニーズに見合うものとなるで

あろう。研究の 終目的にかかわらず、研究プランには以下が含まれていなくてはならな

い。

1: 目標・目的に関する記述 2: 対象種とその選択基準 3: データ階層化手順の明細 4: 測定・記述すべき変数のリスト。またそれらがどのように表現されるか。 5: データ収集を行う河川の場所 6: 抽出方法の確認 7: 標本数の必須条件の見積り 8: 必要な器具、装備のリスト

目標・目的を記述することにより、研究の位置付けが確立される。限られた利用目的で曲

線を作成する研究は、広い汎用性をもつ目的で作成されたものとは全く違った目標をもつ

であろうし、地域に絞ったもの、河川の環境タイプに絞った曲線とも全く違った目標をも

つであろう。 対象種の選択 河川内流量に関するいかなる研究においても、その初期段階で、どの種のどの成長段階を

考慮するのか明示しなくてはならない。必ずしも河川に存在するすべての種／成長段階で

なくてもよいし、現在は存在しない種であってもよい。対象種の選択は通常河川管理の目

的に影響を受けるが、ある程度は、既に適性曲線が存在しているかどうか、あるいは適性

曲線が作成しやすいかどうか、といった要素にも影響を受ける。特定の河川内流量に限定

し、特に重要な１つか２つの種に集中する研究もあるし、多くの種や種の群を含み、でき

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るだけ生物学的データベースを拡大しようとする研究もある。多くの種を研究するのか、

もしくは 2～3 種のみに留めるのかはっきりさせるのが重要である。一般的にいくつかの種

に対し同時にデータを収集するのがより効率的だが、ある程度制限を設けないと、その努

力はメリットの少ない方の種で希釈されてしまう可能性もある。研究者が対象種を選択す

る際は、各々の種の生物学的妥当性を考慮すべきである。様々な要因があるが、これを決

定する要因の中で特に重要なのは、その種を管理することの重要度と河川環境への適合性、

特定地域もしくは河川タイプに有益な情報であるか否か、そしてその種／成長段階に対す

る SI 曲線の開発コストなどである。 種／成長段階が決定されると、その生物にとって重要な時期に調査を集中するため、種／

成長段階の生活史表を作成しなくてはならない。代表的な生活史表の例を、表２に示す。

表２では、特定種や成長段階の存在／不在に基づいて 1 年間をいくつかの期間に分割して

いる。流量や気候の経年変動により区分けの位置が前後に移動することもあるところから、

ある種／成長段階に対する「×」印をつける期間をやや広めにとる場合が多いということ

も覚えておいてほしい。種／成長段階を季節や期間で組み合わせたこの独特な表は、「生物

学的重要期間」（Biologically Significant Periods=BSP）と呼ばれる。

Table 2 種／成長段階の生活史表の例 秋 冬 春 夏 対象種／成長段階 S O N D J F M A M J J A ブラウントラウトの成魚 × × × × × × × × × × × × ブラウントラウトの幼魚 × × × × × ブラウントラウトの稚魚 × × × × 産卵期のブラウントラウト × × × × 産卵期のサケ × × × ×

ある種にとって、成長段階の周期性は広義の地理的範囲や高度、勾配によって変化しがち

であり、同じ流域であっても雪解け水が著しい河川とそうでない河川では異なることがあ

るのは明らかである。表２に示したような生活史表を作成すれば、研究者が PHABSIM モデ

ルの結果を、その種／成長段階は特定の期間のみ存在するということを考慮しながら解釈

する一助となる。 データ階層化、サンプリング規約、研究設計 データ階層化は、対象種の曲線を細別して、マイクロ生息場の使用パターンにおける空間

的、時間的変化を反映して行われる。一般的な分類には、サイズ等級や年齢グループ、生

息場使用が日周期的か季節周期的か、行動パターン別、耐水理条件の変化などが挙げられ、

隠れ場所や底質との関数として表現される。データ階層化が不足している場合、過度にピ

ークの広い曲線やピークが２つある曲線など、問題が生じることがある。サンプリング規

約は、測定もしくは記述されるべき変数を公式化し、データの測定、記述、記録に関する

手順を記載したものである。サンプリング規約を定めるのは、一貫性を高め、曖昧さを減

らすためである。多くの研究者は符号法か省略形を用い、種、サイズ等級、活動、底質、

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隠れ場所などを記録する。そしてこれらの記号に対する文書による定義を作成しておかな

ければならない。サンプリング規約では、変数がどのように測定されるべきなのか（各ロ

ケーションで平均流速と吻端流速どちらを測るのか等）も定義される。 カテゴリーⅡとⅢの曲線の設計で も重要な要素の１つに、適切な調査区間の選択がある。

汎用性のある SI 曲線が目的なら、生息場利用に基づくカテゴリー２の曲線は、その後のエ

ラーの根源となる。理想的なのは、すべてのマイクロ生息場条件を、考えられる組み合わ

せで等しく含んでいる調査地点である。このような河川で観察された魚は、すべてのマイ

クロ生息場条件に自由に等しくアクセスできるので、その種本来の選好と回避を示す。こ

のような理想的な状況を自然界で実際に発見するのは不可能であるが、研究する河川がこ

の条件に近づけば近づくほど、結果の曲線に偏りは少なくなる。よりどころとなる河川の

選択において考えるべき点としては他に、対象種のマイクロ生息場の選択を変化させるよ

うな要因（水質、水温、競争者・捕食者の有無等）が挙げられる。 首尾一貫したサンプリング計画は、不適切なサンプリングによる偏りを防ぐために必要で

ある。観察の質よりも量を重視する研究者は、魚（もしくは大型無脊椎動物）を見つけら

れそうな個所をより集中的に抽出する傾向がある。そのため、結局曲線は自己満足的なも

のになってしまう。この偏りを発見するのは殆ど不可能なため、特に深刻な問題である。

サンプリング計画の中には、特定の採取装置もしくはデータ収集技術とのみ適合するもの

もあるため、サンプリング計画の選択はサンプリング方法次第となる。 適切なサンプリング規模は、曲線の正確さを保つだめだけでなく、観測された頻度分布に

関数をたやすく適合させるためにも必要である。適性曲線を作成するにあたって、なめら

かなヒストグラムを作成するにはだいたい 150～200 の観測が必要である。この場合のひと

つの観測とは、発見された魚の数に関係なく、マイクロ生息場が使用されていることが観

測された場所をひとつとして数える。実際のサンプリングでは、サンプリングの分散に合

わせて調整が必要であろう。しかしながら 150 以下のサンプリング規模だと、その調査河

川でのマイクロ生息場利用が限られた状態になっていることを示しているのかもしれない。

それは、その調査は別の区間で行うべきだということを示唆する。しかし多くの場合、各

種／成長段階のサンプリング規模が 150～200 というのは時間と金銭的制限により全く実現

されておらず、研究者は曲線の作成にあたって専門的な判断を必要とされる。15～20 の観

察規模で曲線の作成にあたるのは珍しいことではない。もし既存の適性曲線データが利用

できるのであれば、これらの観測を利用して既存の曲線データに調整を加えたり、もしく

はできあがった曲線を他の研究者が行った類似の水系における同種・同成長段階の結果と

比較してみたりすることをお奨めする。 代替の作成方法 生息場適性曲線は、いつも野外観測から作成されるとは限らない。カテゴリーⅠの曲線の

作成では、多くは出所を文献や専門家の判断に基づいている。文献を情報源とするなら、

生活史や分布や発生量といった一般的なものよりも、以前に行われた曲線開発研究の報告

書のほうがはるかに有益である。前者の記述は曲線を公式化するには充分定量的でないこ

とが多い。

74

より高いカテゴリーの曲線を作成するだけのデータがないときは、専門的な判断によりカ

テゴリーⅠの曲線を改良するのが一般的な解決法となる。3 つのテクニックにより、曲線を

改良することができる。討論会、デルファイ技法、生息場現地確認がそれである。討論会

では、グループごとの参加者が差し向かいで格式ばらない議論を行う。議論が成功するか

どうかは、グループの構成と司会者の統率力にかかっている。討論会方式の利点は、参加

者全員が交換する情報に等しくアクセスでき、フィードバックも即座なことである。この

アプローチの欠点は、スケジュール調整の問題、度重なる会議、少数意見を軽視しがちで

あること、パーソナリティーの強いグループが支配的になる可能性などである。 デルファイ技法は、面と向かっての議論の欠点を克服するために考案された。 も一般的

なデルファイ技法では、アンケートを使用する。このアンケートは、小人数のモニターチ

ームによって作成され、回答グループ集団に回される。アンケートの使用により、討論会

方式の主な問題のうち２つが解決される。回答者は自分の都合のいい時間に参加できるの

で、会議のために特別にスケジュールを空ける必要がない。アンケートを無記名制にする

ことにより、パーソナリティーの強いグループの影響を受けることも防げる。しかし討論

会ではフィードバックが瞬時に行われるのに対して、デルファイ法ではそれが遅れる。一

般的に、モニターチームには専門用語の定義や質問の意味をしっかりと理解しなくてはな

らない責任がかかる。本筋から脱線する内容が入ってくるのを防ぐのも困難であろう。こ

の問題は、討論会方式でも同様に発生する。 生息場現地確認は、専門家が利用可能な生息場と不可能な生息場を定量化できるとは限ら

ないが、生息場を見たときには利用可能か不可能かわかるという前提のもとに成り立って

いる。この方法には、フィールドデータ収集も含まれているが、得られたデータそのもの

より専門家の意見に頼るところが大きい。各参加者は河川の特定の場所において、特定の

対象生物がその場所を利用しそうかどうかの秘密投票権を与えられる。マイクロ生息場の

測定は、その時その場所に対して実施する。そして、投票結果からヒストグラムが組みた

てられる。Yes の投票は、１の度数を与えられ、No の投票は 0 の度数が与えられる。そし

て調査に基づくデータの解析と同じテクニックで、関数関係がヒストグラムにあてはめら

れる。 調査に基づくデータが不足しているという理由で、生物学者の多くはカテゴリーI の曲線に

批判的だ。しかしながら、時間や人的資源の都合で調査データの収集に制約があるとき、

カテゴリーI の曲線は曲線がないよりははるかにましということになる。カテゴリーI の曲

線と補足的に作成されたカテゴリーII の曲線を比較する実証研究により、２つの曲線はうま

く調和していることが証明されている。ただし、カテゴリーI の曲線の方が一般的に広い範

囲が好適生息場と判定されがちである。 生息場適性曲線作成に対する分析的アプローチ 収集されたデータは、理解しやすい図にまとめる必要がある。データに一変量か多変量曲

線、もしくは関数をあてはめる。生息場利用データや選好データを処理するには３つの基

本的方法がある。ヒストグラム分析、ノンパラメトリック許容限界、関数フィッティング

75

がこれにあたる。 ヒストグラム分析の概念はシンプルであるが、利用・利用可能性ヒストグラムが本質的に

不連続であるという性質のため、他のテクニックより使用が難しくなっているのが現実か

もしれない。 初にまず目視で曲線をヒストグラムに適合させる。複数の研究者が違った

曲線を描くため、かなり不正確である。間隔をグループ化して大きくとることでヒストグ

ラムをなめらかにし、精度を増すという方法もあるが、結果として正確度が低くなる可能

性がある。パッケージの統計ソフトを使用して各曲線の誤差の自乗の合計を計算し、その

統計値が 小となる曲線を使用する方法もある。 ノンパラメトリック許容限界を使う方法では、個体数の一定パーセンテージが納まる独立

変数の範囲を決定する。ある区間での適性は、以下により計算される。

SI=2(1－P) (34)

P はその範囲に含まれる個体数の比率である。中央値 50％が、1.0 の適性値を与えられるの

に対して、中央 90％を含む範囲は 0.2 の適性値を与えられる。この方法は、たくさんの望

ましい特性を含んでいる。使いやすいし、小さいサンプリング規模でも使用できるし、度

数分布の不整さにも影響されず、特定の分布形や曲線形などの推定も必要としない。しか

しながら結果として生じる適性曲線は累積度数を示すため、選好関数を計算するためには

相対度数分布を見積らなくてはならない。 曲線を描くのに数学方程式を使用することを除いては、曲線回帰テクニックにはヒストグ

ラム分析と同じような概念が多い。いったん適切な関数が選択されると一連の試行がなさ

れ、誤差の自乗和が 小になる方程式の係数が決定される。曲線回帰プログラムの多くに、

方程式の根を解くアルゴリズムが含まれている。曲線回帰テクニックは、一変量曲線か多

変量確率密度関数のいずれかを適合させるために使用される。一般に多変量分析には指数

多項式が使用され、その他にはロジスティック曲線が代案として挙げられる。 多変量関数を使用する主な利点は、生息場適性計算において、独立変数同士の間に相互作

用的な関係を組み入れることができるということだ。一変量曲線は、ある環境条件の選択

が変数の相互作用によって著しく影響を受けないという仮定に基づいて使用される。相互

作用には生物学的なものとそうでないものがあるため、この仮定は混乱や誤解の大きな源

だった。変数の相互作用がないのに相互作用があるように生物学的な意味づけをしてしま

うことは、相互作用があるのに独立であると仮定してしまうのと同じくらい問題である。

生物学的に重要な相互作用で も一般的ものは、流れと隠れ場所のタイプに関連する。例

えば魚は頭上にカバーがあれば浅瀬を、頭上にカバーがなければ浅瀬ではなく深い場所を

利用する。このタイプの相互作用行動は、条件基準を作成するとうまく表現される。水深

と流速の相互作用は生物学的に重要と推定されているが、通常はサンプリング環境による

人為的な誤差であり、利用可能性で修正すれば除外される場合が多い。曲線の作成者は、

曲線に関連するデータの相互作用を検定し、そのような相互作用は生物学的に推論された

ものなのか、それとも環境によるただの人為的な産物なのかを決定すべきである。PHABSIMにおいては、一変量曲線の方が多変量関数よりもはるかにフレキシブルで使いやすい。多

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くの場合、一変量曲線の方が多変量関数よりも正確だ。しかしその相互作用関係が生物学

的に重要なものならば、多変量関数形式を使う必要がある場合も出てくるだろう。 生息場適性曲線の評価、検査、検証 適性曲線を作成するには時間と費用がかかるため、既存の研究中で評価されている対象河

川以外の河川で作成された SI 曲線を利用することが頻繁にある。さらに、調査対象河川は、

曲線作成対象としての流量の 低基準すら満たせていない場合もある。規格外の曲線が研

究に使用されているときは、その曲線が研究のニーズに妥当であるかを考慮した上で評価

しなくてはならない。この評価プロセスには、専門的な判断から、より徹底的なフィール

ド検定などまで様々なものがあるが、評価の種類は研究のニーズと目的によって決定され

る。

低でも、作成した曲線が研究に必要なだけの内容を備えているかどうか検査しなくては

ならない。このプロセスにより、特定の成長段階、活動、季節などの曲線が欠けているな

どといった情報不足が発見される。検査は、特定の対象河川に関して曲線が妥当かどうか

を判断するのにも有益である。特に、吻端流速と水深平均流速のどちらが測定されている

のか、そしてその流速の選好曲線は対象河川にふさわしいものであるかどうかを判断する

のが重要である。底質の粒度分布と隠れ場所タイプ別の曲線の階層化も、基準の妥当性を

判断する重要な材料である。多くの場合、既存の曲線で十分だと判定されるであろうが、

決定的な情報が欠けている場合も多い。追加の曲線が必要となるかもしれないし、既存の

情報で補足する必要もあるかもしれない。 正確度・精度の評価では、２つの互いに相容れない進路を取ることができる。 も簡単だ

が も信頼度に欠けるのは、研究計画と手段のスクリーニング検査であろう。時間とお金

が許すなら、より厳密な検査と検証が可能だ。ほとんどの場合、フィールド実証研究を実

行しなくてはならない。時間とお金がかかるが、その曲線を受容するか却下するかについ

て確固たる原理に基づく結果が得られる。しかしこのような努力の結果、決定的な答えが

得られるという保証はどこにもないということを心してほしい。スクリーニング検査で考

慮されるべき項目には、データを収集した河川の多様性、サンプリング設計における潜在

的偏り、データ収集のエラーなどがある。多様性に富む河川から多様性の低い河川へと曲

線が転用されるのが一般ルールであるが、いつもそうであるとは限らない。 研究者はまた、特定の曲線研究のサンプリング計画に固有な潜在的偏りを評価すべきであ

る。あるサンプリング計画が、特にそのデータがいくつかのソースから集められたもので

あるなら、他のものより理論的に優れているかもしれない。しかしながら、基準検査の観

点からすると、サンプリングを行った研究者が偏りの重要性を認識した上でサンプリング

計画を立てているのかどうかが重要である。多くの場合、フィールド班が魚が見つかりそ

うな場所に偏ってサンプリングを行わなかったかどうか知ることの方が、 善の戦略がと

られたかどうかということよりも重要なのだ。 データ収集に関連するエラーのタイプには、精度、撹乱、装置の偏りなどがある。精度エ

ラーは、例えば魚の計数手法が魚の位置を決定する能力に関係している。事前に電極や爆

77

薬をセットしておく方法の精度エラーも低いが、一般的には直接観察法の精度エラーが

も小さい。エリアサンプラーは、それ自体は小さいものではあるが、かなりの量の精度エ

ラーを呈するのが一般的である。水中カメラや無線追跡装置は中間で、エラー数は操作者

のスキルに影響される。もちろん、濁水が多い水系であれば、サケ科の魚用に開発され検

定された手法の多くは修正が必要であるし、新しい手法を考えなくてはならないかもしれ

ない。いかなるサンプリング計画や測定器も偏り・精度エラー・撹乱要因を持っていると

いうことを、曲線作成とアプリケーション・プロセスにおいて研究者は考慮する必要があ

るということを認識すべきである。 検査と評価段階を経て、いくつかの曲線や関数は、対象河川に当てはめる前に修正が必要

だということが明らかになる。 も一般的な修正方法は、既存の曲線の適用範囲を外挿す

ることである。データがない部分を専門的な判断で引き継いでもらうということである。 曲線を修正する正当な理由として、以下が挙げられる。

1: 元のデータや曲線には含まれていない情報の追加 2: 2 つあるいはそれ以上の曲線の違いを分離するため 3: 終的にできあがった曲線に専門家の意見を取り入れるため 4: 混合タイプの曲線（バイナリ－と連続、等）を公式化するため

これらの変更は、PHABSIM におけるマイクロ生息場予測の正確さを改善するために行われ

るべきである。ただ単に PHABSIM の結果を変えるためだけに曲線を変更するのは論理的で

はない。そのような行為は、先入観のある結果を正当化するような故意の操作につながり、

その結果、モデルやユーザ自身の信頼性を損なうことになってしまう。 SI 曲線の汎用性 PHABSIM の応用において論争を巻き起こす可能性のある課題の１つとして、研究で使用さ

れる SI 曲線の正当化が挙げられる。場を特定した適性曲線は、比較的コストや時間がかか

ること、対象河川の「適性」（生息場の環境変化、魚の数が少ない）などの理由により、作

成されないことが多い。そのため多くの応用分野では、文献から得た SI 曲線が利用される

ことがほとんどだ。そのため、文献に基づく SI 曲線の「汎用性検定」や妥当性の検査を慎

重に検討しなくてはならない。演習ノートの第 4 章に論じる通り、生物種の専門家による

検査から、統計学に基づくたくさんの検定手順まで何段階かの検査が利用できる。 生息場適性曲線の汎用性検定方法の１つに、数学的収束(mathematical convergence)がある。

つまり、異なった地域で作業する何人かの研究者が同じ関数関係を導くのだ。これには同

じ種、同じデータ階層別、同じサンプリング規約を使った反復的な研究が実行されなくて

はならない。少しでも違いがあれば、結果の曲線は違ってくる。どの調査も同じ手順で行

われないならば、再現性を期待するのは不合理である。これらの研究の 終目的は、特定

の地理的範囲における特定種に応用できる曲線を作成することである。しかしながら適用

できる地域は、収束の基本に基づいて決定されるべきで、任意の境界を割り当てるべきで

はない。このような曲線ができあがるまで、研究者は切磋琢磨して総合的で正確かつ汎用

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性のある曲線を開発しなくてはならないし、ユーザはそれらを分析ニーズや研究目的に照

らし合わせて評価し検定し続けなくてはならない。 適性曲線の汎用性を検定するための観測による妥当性検証方法がいくつか公表されている

（例えば、Thomas & Bovee, 1993; Groshens & Orth, 1994）が、これらの手法はまだ広く利用

されていないし、一般的に認証されてもいない。適性曲線の汎用性を自分が対象とする河

川に対して正式に実証したいと望む研究者は、生物統計学者、水産生物学者、その他専門

家のアドバイスを求めて注意深く進めるべきである。しかしながら完璧を期すため、また

その複雑さと課題を説明するため、次の節でも Thomas と Bovee(1993)の手順を再び登場さ

せる。この手順が「 善」であると独善的な判断を下すつもりはないが、汎用性の課題に

取り組む人たちに、その出発点とフレームワークを提供できればと思っている。 汎用性研究の一般概念（Thomas と Bovee(1993)以後） 汎用性研究とは、対象河川外で作成された曲線の正確度と再現性の実験データを用いた統

計的検定である。この研究には対象河川におけるデータ収集が必要だ。汎用性研究に努力

が費やされれば費やされるほど、それだけその結果に置かれる信頼度が増す。生息場適性

曲線における他の評価のどれよりも厳格さが要求される分野である。曲線が 終的な評価

対象河川において対象種の行動を適切に予測しているかどうか判断するのが目的である。 手順

１：検定すべき全ての生息場適性曲線を用意する。 ２：曲線を適用したい河川で 低３つの研究サイトを選択・用意する。研究サイトは、

曲線のデータを取った河川に存在する中(meso)生息場タイプとまったく同じでは

ないにしろ可能な限り似通ったものでなくてはならない。曲線を適用したい河川

における研究サイトは、可能な限り物理的に異なっているべきだ（例：浅くて速

い早瀬、深くて遅い淵、中間的だが水深と流速が重複しないエリア）。研究サイト

は全てほぼ同じサイズにすべきで、そうすることによりサンプリングを行う一番

小さい中生息場タイプが他の全ての研究サイトのサンプリング単位となる。 ３：各研究サイトでほぼ等しいサイズのセルのグリッド（格子線）を作成する。セル

はまた、研究サイト全てで同じサイズでなくてはならない。このようにして各サ

イトを調査すれば、尺度が互換の地図で描くことができる。 ４：中間的流量（流量累加曲線の 30～70％超過範囲）に対する各セルのマイクロ生息

場変数を、直接測定するかあるいは PHABSIM データから収集する。 ５：各研究サイトでサンプリング調査を実施し、ステップ４で使用した流量における

対象種の位置を決定する。状況が許すなら、ダイバーがドロップラインシステム

を使って観測するのが望ましい。あるセルにおけるサンプリングが近隣のセルの

サンプリングに影響しないならば、電極を使った電撃漁法でも構わない。

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６：観測された魚の位置を番号タグでマークし、 低でも種、寸法、行動、できれば

その時の水深、流速、河道指標、その他重要事項を記録する。 ７：平面図作成に用いたのと同じ位置参照方法を使用して、タグの位置を測量する。 ８：曲線データをとった河川の生息場適性曲線と、直接測定もしくは曲線を適用した

い河川に対する PHABSIM シミュレーションを用いて、各セルの適性カテゴリー

（例：unsuitable(不適)、marginal(必要 低レベル)、optimal( 適)）を決定する。 ９：平面図と魚の観測された位置を用いて、対象生物が存在している（占有）セルと

存在していない（非占有）セルを決定する。 仮説

１：不適性 vs. 適性の検定

a: p1 = 無作為に選択されたセルが適(marginal 以上)で、かつ占有である確率 p2 = 無作為に選択されたセルが適で、かつ非占有である確率

b: H0: p1#p2 H1: p1> p2

c: 対立仮説（H1）は、適性度の高いセルほど占有セルである確率が高いという

ことを表す。

２：optimal vs. marginal の検定 a: q1= 無作為に選択されたセルが optimal( 適)で、かつ占有である確率 q2= 無作為に選択されたセルが optimal で、かつ非占有である確率

b: H0: q1#q2 H1: q1>q2

c: 対立仮説は、optimal セルの方が marginal セルよりも多く占有されていると

いうことを表す。

仮説の検定

a: 占有／非占有セル、unsuitable／marginal／optimal セルの数をカウントするた

めに、全ての研究サイトからのデータを合計する。 b: カウントは２×２分割表（片側は適性／不適正検定用、もう片方は optimal

／marginal 検定用）のクロス分類で行う。 c: 確率の差に片側カイ二乗検定を適用する。(Conover 1971)

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検定統計量 t（通常のカイ二乗統計量の正の平方根）は、標準正規分布表の項目と比較され

る。２×２分割表の t 統計量を計算して 1.6449 より大きかったなら、帰無仮説は 0.05 レベ

ルの有意水準で棄却される。研究目的に照らして適切な有意水準を決定するのは、研究者

におまかせしたい。 Thomas と Bovee (1993)による作業例 この検定データは、1996 年 7 月と 9 月にローガン川 0.5km の河川区間範囲をシュノーケリ

ングして得られたもので、マウンテンホワイトフィッシュ（米国西部およびカナダの谷川

や湖に生息するコクチマス科の淡水魚の一種）の成魚の位置を示したものである。魚が観

測された全ての位置で、水深と流速が測定された。さらに、魚が占有しない位置を無作為

に 150 選んで、水深と流速を測定した。7 月には合計 42 匹が計数され、9 月には 17 匹が観

測された。この検定の SI 曲線はユタ州で公表され河道内流量に一般的に利用される SI 曲線

から取られた。図３１と図３２に、このマウンテンホワイトフィッシュの成魚と水深・流

速の SI 曲線を示す。 この特定の検定手順において、研究者は適性曲線データセットを SI 曲線の範囲（ 適か利

用可能か、適か不適か）で「区分け」しなくてはならない。Thomas と Bovee は、 適の条

件は SI 値が 0.85～1.0、利用可能の条件は SI 値が 0.2～0.85 と提唱している。一方、適はゼ

ロ以外のすべての SI 値、不適は SI 値 0.0 で表現されるとした。図３３と図３４に、マウン

テンホワイトフィッシュの成魚と水深・流速の関係を示した SI 曲線を 4 つのカテゴリーに

分けた図を示す。SI 値を適切なカテゴリーに区分けしたら、次の手順に進むことができる。

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終目的はデータを組織化することで、そうすることで検定統計量 t を用いて片側カイ二乗

検定を計算できる。T は以下の式により求められる。

( )( )( )( )( )DBCADCBA

BCADNT++++

−=

（35） ここに、

A= 水深と流速の SI 値＞0.0 の場所で発見された魚の数 B= 水深と流速のどちらかもしくは両方の SI 値＝0.0 の場所で発見された魚の数 C= 無作為な観測位置のうち、水深と流速両方の SI 値＞0.0 の場所での数 D= 無作為な観測位置のうち、水深と流速両方の SI 値＝0.0 の場所での数 N= 合計の魚数＋無作為な観測ロケーションの数

上記方程式のアルファベット記号は、表３に示す２×２分割表のセル位置に対応する。

Table 3． 上記方程式に基づく適／不適条件に対応する２×２分割表の例

適 不適 合計 占有 A B A+B 非占有 C D C+D 合計 A+C B+D N

表３のセルを入力するには、フィールド内で抽出した魚の適－不適の観測および無作為に

選択したポイントにおける適－不適の観測に基づいて SI 値の範囲を区分けする必要がある。

適－不適の SI 値にこのようなカテゴリーを与えた上で、魚が観測された各々の場所で水深

と流速を測り、カテゴリーA とカテゴリーB に当てはまる数をカウントした。それから７月

82

に測定を行った無作為に観測した水深・流速のペア 150 組それぞれに対し、カテゴリーC と

カテゴリーD に当てはまる数をカウントした。この結果を、下記の２×２分割表に示す。

Table 4． 表３のデータ形式に基づく適／不適条件の２×２分割表の 終結果

適 不適 合計

占有 36 6 42 不占有 62 86 148 合計 98 92 190

帰無仮説は、Ho=「適の場所が不適な場所と同じような比率で占有されている」で、この仮

説を 0.05 の有意水準で棄却するのが 終目的である。前述の方程式で計算された T 統計量

が>1.6449 ならば、Ho を棄却できる。上記２×２分割表に含まれるデータを利用して計算

した T の値は 5.016 となり、この帰無仮説を棄却できるということになる。 SI 曲線の妥当性評価の第 2 段階では、２×２分割表方法と片側カイ二乗検定法を同様に使

用するが、 適と利用可能のカテゴリーで区分けしたデータを利用している。以下の総称

的な２×２分割表で説明する。 Table 5． 上記（35）の方程式に基づき 適と利用可能の条件に対応させた２×２分割表の例

適 利用可能 合計

占有 A B A+B非占有 C D C+D合計 A+C B+D N

再度 7 月に抽出した魚の発見位置を、上記に示された SI 値の定義に従って 適と利用可能

にカウントしなおし、上記の表の A と B を導き出した。次に同じ定義を使って 7 月のサン

プリングで無作為に測定した水深と流速の 150 組に関して C と D を導いた。その結果を次

の２×２分割表に示す。

Table 6． 表５の 適性と利用可能の条件に基づいた２×２分割表の 終結果 （訳者注：本来この表には具体的な値が記入されているべきだと思いますが、原文がそう

なっていません。） 適 利用可能 合計

占有 A B A+B不占有 C D C+D合計 A+C B+D N

この例では、「 適な場所が利用可能な場所と同じような比率で占有されている」というの

が帰無仮説であった。繰り返すが、SI 曲線を汎用できるようにしたいならば、この仮説を

棄却することが 終目標となる。この検定のため前述の方程式を使い同じ T 統計量を計算

83

し、もし T が>1.6449 ならば、この帰無仮説を棄却できる。検定統計量 T の方程式を使って、

0.21 の値が得られたので、帰無仮説は棄却されない。Thomas と Bovee の手法によれば、こ

の SI 曲線が汎用可能と主張するためには、両方の仮説が棄却されなくてはならない。この

例（7 月のデータ）では、SI 曲線は汎用可能ではないという結論に達せざるを得ない。 以上の説明は、この特定の検定手順をデモンストレーションするためである。しかしなが

ら、研究者にはこの種の汎用性検定をかなりの常識と注意をもって使用することを薦める。

この独特の検定手順を書いた著者は、使用したデータにタイプ II のエラーを冒す確率は約

20％、タイプ I のエラーは 5％以下という見積りを出した。この独特の（もしくは他のどの）

SI 曲線の汎用性検定も、広範囲の対象河川や適性曲線タイプに広くは利用されていない。

であるから、研究者は研究結果を注意して評価するよう奨励する。この検定手順において

もし研究者がバイナリ－SI 曲線を利用した場合、適－不適の条件だけが可能となるので、

検定規約は１つの仮説に縮小されるということを注記しておく。 この検定手順もしくは選択・開発したその他のどんな方法も、その妥当性を決定するのは

ユーザ自身の責任だということを強く述べておきたい。検定の失敗は必ずしも、その SI 曲線が実際に汎用可能ではないことを意味するのではない。フィールドデータ収集手順、魚

観測のサンプリング方式の代表性、曲線作成データを取得する河川における対象種／成長

段階の密度の微妙な差異を十分考慮せずに、そのような判断は下せない。例えば、観測や

捕獲の難しい種／成長段階が検定に失敗するのは全くあり得ることであるし、少し環境の

劣る水系ならこの種の検定を行うには対象種の数が不足しているというのもあり得ること

である。このタイプの検定手順の応用は、河川で絶滅した種を復元する目的で評価すると

きにはむろん何かと問題となる。 生息場適性曲線の情報源 CURVLIB（生息場適性指数曲線ライブラリー、Riverine and Wetlands Ecosystems Branch（河

川および湿地生態系研究部）による）は、河道内流量斬変法（IFIM）やその他河川流量評

価法を使用する研究者に、水生生物の生息条件と SI 曲線を提供する目的で設置されている。

1992 年 4 月現在、CURBVLIB には、特定の場に対する SI 曲線を 1900 以上含む 404 の記録

が納められている。これらの曲線は、流速、水深、底質、隠れ場所、水温を基準に、約 124種の魚類、20 種の大型無脊椎動物に対し作成されたもので、河川におけるレクリエーショ

ン活動の 5 つの型も納められている。 各記録には、曲線を作成するのに使えそうな１種かそれ以上の種に対する SI 曲線が記載さ

れた科学文献や公開報告、生息場情報がまとめられている。各記録の説明部分には、デー

タ収集とデータ分析に利用した研究サイト、提示条件、仮定、制約条件、技術などが記載

されている。この説明部分を読めば、研究者は CURVLIB から取った曲線が自分の流量評価

プロジェクトや研究分野に適切かどうか評価できる。 利用できる SI 曲線／特定種の情報リストを完全なものにするため、ここに加えたいと思う

水生動物の適性データが手元にあったら、以下にご連絡下さい。National Ecology Research Center, U.S. Fish and Wildlife Service, 4512 McMurry Avenue, Fort Collins, Colorado 80525-3400,

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電話：(970)226-9391 (Habitat Evaluation Notes and Instream Flow Chronicle (1992 年 4 月)のRobert Hufziger 氏の記事から抜粋) 表にまとめられたものついては、”Availability of suitability index curves for IFIM analysis (1991年 12 月)”を照会してほしい。産卵、孵化、仔魚(larva)もしくは稚魚(fry)、幼魚(juvenile)、成

魚(adult)…などの成長段階と上記 5 つのパラメータ（流速、水深、底質、隠れ場所、水温）

がクロス参照できる。またこの表には、以下のどの種類の曲線が利用可能かも記載されて

いる。 カテゴリーI の SI 曲線――文献もしくは専門家の意見に基づく カテゴリーII の使用 SI 曲線――野外観測に基づく。規模や複雑さが似通った河川に応用す

るため カテゴリーIII の（選好）SI 曲線――野外観測に基づく。環境的偏差を除去したもの。他の

河川への汎用性がより高くなっている。 生息場適性曲線の情報源はどうであれ、なぜ選んだ関係が生物学的に も重要な説明を与

えるのかを常に記載するようにすべきである。この問いに答えていない論文は、読み手に

深い疑念を抱かせる可能性があるし、またそのような論文は疑いを持って読むべきである。

85

第５章 生息場モデリング

目的

本章では、PHABSIM の生息場モデリングの基本概念を紹介し、PHABSIM で生息

場モデルを活用するために重要となる計算上の仕組みを解説する。 演習内容

ユーザズマニュアルでは、HABTAE の詳細と PHABWin-2002 システムで効率的に

生息場モデリングを行う構成要素を紹介する。 序文 ここでは、適切な水理モデルを適用し、河川の特性を水深と流速に関連づけられた流量の

関数として定量化する。この情報を適性曲線と統合すれば、利用可能生息場を流量の関数

として表すことができる。 PHABSIM の生息場モデリングプログラムを支える基礎理論は、「水生動物種は、水理的環

境の変化に反応する」という仮定に基づいている。この環境の変化は、対象河川区間のセ

ル各々に対しシミュレートされる。河川区間のシミュレーションは、図３５に示すような

多次元のマトリックス形態をとる。河川の表面積は水理条件（水深、流速、水路指漂）の

組み合わせから計算される。流量を変化させた水理シミュレーションにより水深と流速の

計算値が変化し、それによって利用可能生息場の質と量も変化する。生息場モデリングに

よって、 終的には図３６に示すように、生息場面積が流量の関数として表現される。 この「生息場－流量」の関係は、分析を進める上での基礎となるもので、これを分析する

ことにより、漁業やレクリエーション管理に関する意思決定を行うことができる。「生息場

－流量」の関係を対象河川のハイドログラフとリンクさせると、第 6 章で示す「生息場－

季節」の関係を作成することができる。この情報は、所定の成長段階にとって重要な季節

（成長段階ごとの生息場利用が物理的な環境収容力により制限されたり、様々な種にとっ

て生息場利用が制限されたりするような期間）を認識する際に役立つ。この方法は、河川

区間の水理的特性が変化したために種の構成に起こりうる変化を評価するのに特に有益で

ある。

86

87

この章の残りの部分では、生息場モデルが水理シミュレーションプログラムから引き渡さ

れた情報に基づいてどのように流れを見るのか、生息場シミュレーションモデルがどのよ

うに区間長や上流重み係数（upstream weighting factor）を使うのか、さらにそれらをどのよ

うに生息場マッピングあるいは代表区間に関連づけて面積（あるいは体積）の値に換算す

るのか、そして、生息場の量と質の基本的な計量値を導くために水理学と適性曲線データ

を統合した生息場モデルの一般的な考え方や分析手法について述べる。本章では

PHABWin-2002 における生息場モデリングを詳細に記載する。第 6 章では、生息場モデルの

結果を解釈するにはいくつかの方法があること、そして広義な意味で、モデルの結果が生

態学的に受入可能な流況の評価にどのように適合するのかを説明する。 水理モデルと生息場モデルの計算セルの関係 図３５は、河川のセグメントを一連の横断面で総合的に表現したものである。格子状の生

息場セルごとに水深、流速、河道指標（底質か隠れ場所か）の属性が定義されている。こ

れらの生息場セルは、生息場モデルが利用可能生息場に関する指標を導出するためのベー

スとなる計算セルを表現している。第 2 章、第 3 章で述べた通り、この情報は水理シミュ

レーションモデルの結果から得たものである。HABTAE プログラムでは、生息場の計算セ

ルは、水理計算における２つの隣接する垂線に挟まれた区間となる。（図３７参照）。これ

が PHABWin-2002 で実装された生息場モデルである。

生息場計算セルの面積／体積の導き方 IFG4 データファイル形式の説明（第 2 章参照）で、ひとつ前の横断面からの距離と XSECデータラインにおける上流への重み係数について説明した。ひとつ前の横断面からの距離

は上流への重み係数と組み合わせて生息場モデルで使用され、生息場の計算セルをそれぞ

れの横断面に対して縦断方向に「延長」する。これにより表面積が各セルに分配される。

河床高もすでにわかっているので、個々のセルの体積と河床面積を導くためにいくつかの

モデルも利用され、利用可能生息場の計算に使用することができる。これは図３５に示し

88

てあり、河川区間長と河川区間の重み係数の関係をしっかりと理解しておくことが、生息

場モデリング結果を正しく理解し使用する上で必要である。 代表河川区間 図３８は河川セグメントの略図で、３つの横断面がこの「代表」河川区間を特徴づけるた

めに設定されている。図に示される通り、横断面はそれぞれ特徴ある生息環境に置かれて

いる。図３８には、各横断面の左右の河岸のヘッドピンの間を測定した河川区間の長さが

示されている。河川区間の長さは、下流の横断面に始まり、上流方向に移動していく。下

流での河川区間の長さはほとんどの場合、0 と定義される。その前に横断面がないからであ

る。ご覧の通り、残りの２つの横断面での実際の河川区間の長さは、隣接する横断面のヘ

ッドピン間を用いて測定した左岸と右岸の距離の平均を取る。第 2 章で説明した通り

PHABWin-2002 では、ユーザは左岸と右岸両方の距離を入力できる。この例では、河川区間

内の横断面の物理的空間を「曲がり」のない長方形の平面図として定義していることにな

る。 河川区間長重み係数（上流重み係数; upstream weighting factors）は、生息場モデルで使用さ

れる値で、各々の横断面のセルの縦断距離を導出するために河川区間長さと共に用いられ

る。図３８は、代表的な河川区間測定方法が取られている例である。現在の横断面の属性

（つまり、生息場の特徴）が、次の横断面に向かって上流方向に延長される距離を定義し

ている。 例えば、 も下流の横断面の平瀬(run)生息場は、早瀬(riffle)に引かれた 2 番目の横断面まで

の平均距離の約 80％まで広がっているとする。同様に、早瀬に引かれた 2 番目の横断面は

淵(pool)に位置する横断面までの距離の約 20％だけ上流に向かって広がっているとする。こ

の場合、 も下流の横断面での上流への重み係数は 0.80、2 番目の横断面では 0.20、そして

淵（pool）に位置する 後の横断面ではそれ以上上流に横断面が存在しないので 0.0～1.0 間

の任意の値ということになる。それゆえ、 も下流の横断面におけるセルの縦断方向距離

は、図３８に示すように、横断面１における河川区間長重み係数（0.80）×横断面２におけ

る河川区間の長さ（36.0）(つまり、0.80×36.0)＝28.8 フィートとなる。これは暗黙のうちに、

2 番目の横断面のセルの縦断長が下流方向に向かって 7.2 フィート（36.0‐28.8）であると

定義していることになる。横断面２で上流方向に向かう残りの縦断長は、横断面２の上流

への重み係数（0.20）と横断面３のところに記入されている河川区間の長さ（29.5 フィート）

を掛け算し、上流への縦断距離 5.9 フィートが求められる。さらに、横断面２における全て

のセルの縦断長合計はこの 2 つを合計した 13.1 となる。当然、横断面３における全てのセ

ルの縦断長は、横断面３の河川区間の長さから横断面２の上流への距離（5.9 フィート）を

引いて導かれる。ここでは、29.5‐5.9=23.6 となる。 後の横断面は上流方向に向かう部分

をもてないということ、そして 初の横断面は下流方向に向かう部分はもてないというこ

とに注意してほしい。図３９は、図３８を 終的な生息場の計算セルに置き換えた内部表

現である。

89

以上より、横断面２の上流への重み係数を 1.0 と指定すれば、生息場モデルでは横断面３は

長さを持たないことになり、利用生息場の計算には含まれないことになることがわかる。

同様に、横断面１における上流への重み係数を 1.0、そして横断面２における上流への重み

係数を 0.0 に設定したならば、横断面２は生息場モデルでの計算から除外されてしまうこと

になる。河川区間の長さや上流への重み係数を使えば、例えば水理計算のためだけに設定

90

した支配断面などを生息場計算では「除外」する、といったことにも応用できる。また、

上流重み係数を変えて特定タイプの生息場の全体の利用可能生息場に対する相対的貢献度

を調整する、といった使用もできる。河川区間長と上流重み係数を使って、長い河川区間

全体の生息場特性を特定タイプの生息場の存在比率を調節することで表現する手法につい

ては、次節で解説する。が抽出された河川のセグメントを表現する方法は、次章で説明す

る。 生息場マッピングと理想化による河川区間の表現方法 例として、生息場マッピングを行った結果、河川のセグメントは性質の異なる４つのタイ

プに分類できたとしよう。これら４つの生息場は、縦断長の測定値に基づき以下の比率で

発生することが発見されたとする。

20％ pool（淵） 60％ run（平瀬） 10％ riffle（早瀬） 10％ glide（瀞） 調査者は無作為に各生息場タイプから 2 つを選択し、その 4 つの生息場タイプにつき 2 つ

ずつからデータを収集、そして 8 つの横断面で水理的モデルを作成する（４生息場タイプ

×１つの生息場タイプにつき２横断面）。これら 8 つの横断面データを用いて、各横断面の

重みが上記の生息場マッピングで測定された寄与率を反映するように、生息場モデリング

を行いたい。そのためには、pool 部分では 2 つの横断面の合計が 20％、run 部分では 2 つの

横断面の合計が計 60％、riffle 部分では 2 つの横断面の合計が計 10％、glide 部分では 2 つの

横断面の合計が計 10％となることが望まれる。無作為階層化サンプリング法が使われたた

め、8 横断面全てが独立してデータ収集され、しかもこれらの横断面は河川上で 20 マイル

にも渡って点在しているとする。この場合、前節で述べたような代表的河川区間法は選択

できない。ここでは、生息場マッピングの結果を再現するための一つの方法として、上流

重み係数と河川区間長を組み合わせて各横断面の相対的寄与に重みをかけるための方法を

示す。 まず、上記 8 つの横断面で構成されたセルが理想化された河川区間長の 100％を占めると考

える。あるいは、100 フィートの長さの理想化河川を考えてもよい。この手法の基本的な考

え方は、例えば、pool の 2 横断面で生息場計算セル長の合計が 20 フィート（もしくは 20％）、

run では 60 フィート、riffle では 10 フィート、glide では 10 フィートになるように、IFG4データファイルの XSEC 行上で河川区間長と上流重み係数を指定するのである。IFG4 プロ

グラムは生息場プログラムと同様に各々の横断面を独立して分析するので、ユーザは IFG4データセットを横断面の順番は気にしないで組み立ててよい。この例では調査者はデータ

を上記の表に示した生息場の順番通りの生息場のタイプごとに入力すると決めているとし

よう。あとは、各々の横断面において適切な河川区間長と上流重み係数を指定するだけで

ある。これは、表７に示したような結果となる。 この例の「解」は、様々な方法で導くことができるが、すべて同じ結果を生むということ

に注意してほしい。生息場モデルは、利用可能生息場の指数（WUA）を、河川 1000 フィー

トあたりの平方フィートの単位で出力するということを思い出してほしい。そのため、理

想河川区間の長さに 1000 や 10000 を使ったとしても、この解析結果に 10 なり 100 なりの

91

倍数を掛けるだけで WUA が得られることになる。もちろん、実際の河川区間長は空間的に

依存しているので、代表河川区間法を使って得られた数値と理想河川法で得られた数値は

異なる。しかし、河川区間長と重み係数の相対的組み合わせが、抽出された特定生息場・

タイプの相対的寄与率とほぼ同じであるならば、生息場と流量の関数関係はどちらの方法

を使ってもほぼ同じと言えるだろう。 Table 7． 対象河川区間内の生息場・タイプを複製するための、河川区間の長さと上流への

重みに基づく横断面重みづけの解(例)

横断面 No. 生息場タイプ 河川区間の長さ 重み 生息場の％ 1 Pool 0 1.0 10 2 Pool 10 1.0 10 3 Run 10 1.0 30 4 Run 30 1.0 30 5 Riffle 30 1.0 5 6 Riffle 5 1.0 5 7 Glide 5 0.5 5 8 Glide 10 0.0 5

IFG4 を使った水理的シミュレーションでこのような作業を行うと、図３５に示したような

河道のセルの行列が 終的に得られる。これらのセルは、シミュレートされた流量ごとの

それぞれの横断面の状況を表現している。生息場プログラムで使用されるのは、これらの

セルの「行列」とこれらのセルに対応する属性（水深、流速、河道指標）である。次節で

は、各セルにおけるこれらの属性と関連面積／体積／河床面積と適性曲線座標データを利

用して、利用生息場の総合指数を作成する方法を論じる。 生息場適性曲線と計算セルの属性の統合 生息場モデルは、魚やその他の水生生物種（時にはレクリエーション活動まで含む）の生

息場必要条件を水理学や水路の特性と関連付けた適性曲線に依存している。これらの適性

曲線は、各生息場計算セルの水深、流速、河道指標の条件を様々に組み合わせてその適性

を描写するのに使用され、表面積、河床面積、体積などで生息場の量や質を見積もる。こ

れらの評価値は、包括的な意味で、重みつき利用可能面積（WUA）と呼ばれ、河川長の 1000フィート（幅は関係ない）当たりの平方フィートの単位で示される。特定の流量における

河川区間内の WUA は、以下の方程式により計算される。

feet) s0'Length(100Reach 1∑=

×=

n

iii CA

WUA （36）

ここに Ai＝セル i の表面積

92

Ci＝セル i の合成適性値（水深、流速、河道指標別の適性の複合） セルの合成適性値は、各セル（図３５参照）の構成要素の属性から導かれる。各属性の種

や成長段階ごとの生息場適性曲線に対してこれらの構成要素を評価し、図４０に示すよう

な構成要素毎の適性値を導き出す。個々の構成要素の適性値が決まると、１つのセルに対

してこれら構成要素の適性値を１つの合成適性値に統合する方法がいくつかあるので、ど

れを選ぶかユーザに選択権が与えられる。まず、乗法による統合法を示す。

Ci =Vi*Di*Si （37） ここに、

Ci = セル i の合成適性値 Vi = セル i の流速に関する適性値 Di = セル i の水深に関する適性値 Si = セル i の河道指標に関する適性値。河道指標は使用されないことも多い。

次に、構成要素の適性値間に補償効果をもつ相乗平均を紹介する。３つの独立した合成適

性値のうち２つが 適値範囲内にあり、残り１つの値が非常に小さいならば、３番目の適

性値は、合成適性値の計算にあまり影響を与えない。相乗平均は以下の方程式で計算され

る。

Ci =(Vi*Di*Si )1/3 （38） 3 つ目に、各々の適性係数を制限要因の概念を使ってまとめる。制限係数は、各々のセル係

数の 小値でそのセルの合成適性値を表すことによって得られる。計算式を以下に示す。

Ci = Min(Vi,Di,Si) （39） 合成適性値 Ciが決定されたら、その特定の流量下でのセルの重みつき利用可能面積（WUA）

を、以下の方程式で導くことができる。

∑=

×=n

iii CAWUA

1

（40）

ここに、

WUA ＝ 河川における特定の流量での重みつき利用可能面積 Ci ＝ セルｉの合成適性 Ai ＝ セルｉの面積（河床面積か体積）

このプロセスは、シミュレートした流量すべてに対して繰り返され、 終的に図３６に示

すような生息場－流量の関数関係が得られる。個々の生息場モデルの項で論じられるが、

条件つき流速(conditional velocities)などの隣接セルの属性や、２つの流量に対するセル属性

93

の差などによって WUA を調整するような手段も提供されている。

生息場モデリングの仮定が明白でない場合の基本的考え方 生息場プログラムは一般的に以下の基本的な仮定に基づいている。

１： 定常流下で、個体は も望ましい条件を選択するが、場が込み合ってきたと

きはあまり好ましくないエリアを使用する。 ２： 望ましい条件は生息場適性曲線で表現される。 ３： 各々のセルは独立して評価される。 ４： 各セルにおける利用可能生息場の重みつき合計面積は、一定の流量での生息

場状況の合計を示している。この重みつき利用可能面積は、一定の流量にお

ける全てのセルの重みつき面積の合計である。 ５： （水質や他の要素ではなく）物理生息場が個体数を制限している。

94

PHABSIM で計算されるのは水中マイクロ生息場の物理的性質（流速、水深、河道指標）の

変化に基づく生息場量（つまり WUA）であり、決して、生物の現存量の変化を直接予想す

るものではないということを強調しておく。PHABSIM の結果が水質、水温、餌状況、漁獲

による死亡率などその他の要因を考慮せずに採用され解釈されたとき、この事実は文献で

かなり批評を巻き起こしてきた。しかしながら、PHABSIM から得られた結果と観測された

魚の分布の間には正の相関があるということが、多くの研究（例：Jowett, 1992; Railsback 他, 1995; Bovee 他, 1994; Nehring and Anderson, 1993）によって示されている。 図３６に示した生息場－流量の関係の典型的な例は、PHABSIM の生息場モデルの基本出力

データを示したものである。一方生息場時系列（time series）や関連するプロジェクト影響

評価手法の 終目標は、ユーザがこの情報を現況流量や事業実施後に予想される流量に関

するデータと統合し、起こりうる影響を評価することである。図３６に示した生息場－流

量の基本的関係は、制限要因の理解を深め、全生息場の質の特性を吟味するという見地か

らは、PHABSIM の唯一の分析機能ではないということを付け加えておかなくてはならない。

次節では、各生息場プログラム特有の計算機能に焦点を当てるが、この点に関してもある

程度取り上げている。また、次章では PHABSIM の解釈と評価の仕組みについて述べるが、

ここでもある程度この点に言及している。 PHABSIM における生息場モデリングオプション この節では、生息場モデリングの主要目的、計算オプション、基本事項を説明する。 HABTAE プログラム HABTAE（ハブティーエーイー）プログラムは、１つの河川区間全体もしくは各々の横断面

に対し、重みつき利用可能面積（水面か河床）や重みつき利用可能体積（WUV）を計算す

る。計算を制御するオプション設定に応じて、以下の内容が出力される。 (1) 重みつき利用可能（表）面積（WUA） (2) 利用可能表面積（UA）（ユーザは合成適性値に 小値を設定できる） (3) 重みつき利用可能河床面積（WUBA）。面積は、重みつき潤辺×河川区間長で計算さ

れる。 (4) 重みつき利用可能体積（WUV）。重みつき利用可能面積×水深。

HABTAE のセル境界は、図３７に示したように定義されていることを思い出してほしい。

HABTAE 河道指標値をそのセルの上流に向かって右側の X 座標垂線から取るので、ユーザ

がデータを入力するときは心にとめてほしい。 PhabWin2002 で実行される HABTAE の計算オプションは、HABTAE の演習で説明する。 HABEF プログラム HABEF（ハブイーエフ）プログラムは、2 つの河川流量や 2 つの魚の成長段階／種を考慮

しながら物理生息場を計算する。このプログラムは HABTAE プログラムが作成したデータ

95

（各セルに対する合成適性情報）を使用する。HABTAE が使用する基本方程式では、セル

の利用可能性は次の方程式により求められる。

WUAi = Ai * CSi （45） ここに、

WUAi ＝ 計算セル i の重みつき利用可能面積 CSi ＝ 計算セル i の合成適性値 A i ＝ 計算セル i の面積

HABTAE から得られた情報は、物理生息場シミュレーションで使用する各セルに対する Ai, CSiで構成される。HABEF で用いる重みつき利用可能面積（WUA）は、HABTAE プログラ

ムで計算されたものと基本的に同じで、次の方程式で求められる。

∑=

=ncell

iii ACSWUA

1

(46)

利用可能面積（UA）も以下により計算される。

∑=

=ncell

iii ACSUA

1

0.0 then 001.0 if0.1 then 001.0 if

=<=≥

ii

ii

CSCSCSCS

(47)

ユーザは、有効生息場を計算するのに、これらのオプションのどちらかを選ぶことができ

る。有効生息場モデリング・ウィザードを使って適切なオプションを選択してほしい。 さらに、PHABWin2002 で実行される HABEF プログラムは、自動的に多くの分析を実行す

る。これらの分析では、種の組み合わせ、成長段階の組み合わせ、１種で流量の違う組み

合わせのどれかに対し、空間的に明確な基準に基づいて利用生息場の比較が行われる。 HABEF プログラムの基本計算の結果リストを以下に示す。 成長段階１と成長段階２の和集合 UNION OF LIFE STAGE 1 WITH LIFE STAGE 2

競争分析 COMPETITION ANALYSIS

河川流量変化分析（WUA 小値） STREAM FLOW VARIATION ANALYSIS (MINIMUM WUA)

成長段階１と成長段階２の 小値 MINIMUM OF LIFE STAGE 1 AND LIFE STAGE 2

成長段階１と成長段階２の 大値 MAXIMUM OF LIFE STAGE 2 AND LIFE STAGE 2

河川流量変化分析（WUA 大値）STREAM FLOW VARIATION ANALYSIS (MAXIMUM WUA)

有効産卵分析 EFFECTIVE SPAWNING ANALYSIS

座礁指数分析 STRANDING INDEX ANALYSIS

96

和集合分析 HABEF におけるこのオプションは、２つの成長段階もしくは２つの種の和集合を評価する。

１つの種の２つの成長段階（例：稚魚と幼魚）の和集合もしくは 2 つの種（例：レインボ

ーフィッシュとブラウントラウト）の和集合のどちらかとなる。和集合分析では、特定の

河川流量に対する物理生息場値は２つの面積のうちの大きい方の面積よりも大きくなるが、

２つを足した面積よりは小さくなる。 競争分析 かなり興味をそそるのは、２つの成長段階もしくは２つの種が同じ空間を取り合うことで

ある。いくつかの生息場では２つの種が競合し、他の場所では一方が生息場を独占してい

るといった状況が も起こりやすい。競争が起こっている生息場では、一方の種／成長段

階が他方よりもうまく適合している場所、またその逆の状況になっている場所がある。こ

の分析は、これらについての情報を与える。さらに、１方の種だけに利用される占有 WUA (dominant WUA)や、一方の種が他方の種より優位な状況にある（すなわち、計算セル内で

より高い合成適性因子をもつ）面積が計算される。このオプションは、同じ流量という前

提で生息場分析の結果を比較する。

大値／ 小値分析 １つの条件（流れ、種など）下における特定セルの状況と、この同じ特定セルでのもう１

つ別の状況を比較するのが、これらの分析の目的である。比較には基本的に２つの方法が

ある。まず、 小値分析に使用される方法は、各計算セルに対する 小 WUA 値を定める方

法である。この 小 WUA 値は、各計算セルに対し 2 つの流量を比較して得られる。

( )2,1,

,min==

=qiqii cellcellcell WUAWUAWUA （48）

ここに、

icellWUA = 計算セル i の重みつき利用可能面積

1, =qicellWUA = 第 1 の流量での計算セル i の重みつき利用可能面積

2, =qicellWUA = 第２の流量での計算セル i の重みつき利用可能面積

2 番目の 大値分析では、生息場間で１つの計算セルに対し 2 種類の流量を用いて同じ比較

がなされ、 大値が返される。 河川流量変化分析 河川流量変化分析の目的は、利用生息場を２つの流量段階（しかもそのそれぞれが一定の

変動範囲を持つ）で見ることである。この分析は、 大値／ 小値分析に似ているが、少

し違うのは、結果がシミュレートした流量変動範囲の n×n 行列となることである。また、

97

有効産卵分析も行うことができる。有効産卵分析では、産卵に使用できる生息場エリアは、

孵化期間を通して適した条件が存在し続けるときのみ、生息場と判断される。 プログラムは、座礁指数（Stranding Index, SI；流量減少時に魚が陸上に取り残される指数）

も計算する。この指数を適性指数曲線（SI 曲線）と混同しないでほしい。基本的に、計算

セルにおける利用 WUA は、次の方程式で決定される。

0.1000.1Index Stranding1

×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=∑∑

=q

effective

WUAWUA

(50)

ここに、 WUAeffective = 有効 WUA WUAq=1 = 初の流量に対する全計算セルの合計 WUA

98

第６章 PHABSIM 解釈と評価のフレームワーク

目的

本章では、河川内流量評価の観点から、PHABSIM の出力データを解釈しその結果

を利用する一般的な方法を示す。 序文 プロジェクトの影響評価と河川内流量解析の観点から PHABSIM モデルを正しく理解しそ

の出力データを利用するのは、PHABSIM の応用上 も難しい局面の１つである。PHABSIMの生息場モデリングから得られる WUA－流量の基本的な関係が、基礎レベルではただ単に

生息場と流量の理論的関係を表現するに過ぎないということ、そして対象区間における流

況（flow regime）に対する理解なしに解釈すべきではないということを強調しておく。また、

WUA 合計によって表現される WUA と流量の基本的な関係だけでは、区間全体に合成適性

値が小さなセルばかりが存在するのか、一部に高い合成適性値を示すセルが存在するのか

を区別することはできないということも強調しておく。例えば、一定の流量で表面積合計

が 100 ft2の河川があるとしよう。面積の等しい 10 個のセルで構成されており（つまり、各

セルは 10 ft2）、各セルの合成適性値はそれぞれ 0.1 だとする。WUA 合計の計算は 10 個全て

のセル（0.1 の合成適性値をもつ）各々から導かれることになっているので、(0.1)×(10 ft2)×(10 セル)＝10 ft2 の WUA となる。別のケースとして、9 個の生息場・セルの合成適性値

が 0.0 で、残りの 1 個の合成適性値は 1.0 の場合は、[(0.0)×(10ft2)×(9 セル)+(1.0)×(10 ft2)×(1 セル)]= 10 ft2 WUA となる。幸運なことに PHABSIM では、以下に述べるように調査者

がこの類いの決定を行えるようになっている。この章では、流量と対象種／成長段階の生

息場の関係をより良く理解するためには PHABSIM の出力データをどのように利用したら

いいのか、様々な評価のフレームワークから説明する。 WUA 曲線のピークを採用する WUA－流量関数を「機械的に」評価してしまうところに、PHABSIM ユーザの落とし穴が

ある。この流量は、河川内流量を WUA が 大値をとる流量となるように設定したものであ

る。これは、以下の例に示すように様々な理由から、問題を引き起こす可能性がある。あ

る研究で、調査者はたくさんの対象種と成長段階に対して PHABSIM 分析を完了したとする。

生息場－流量関係の構成要素を検査した後、調査者は もデリケートな種と成長段階（つ

まり、 も供給が不足している生息場）を毎月の調査対象に選んだとする。そして、WUA曲線のピークの流量を各月の流況に推奨したとしよう。これは、その時は賢明で批判に耐

える方法に思えるであろう。しかし、後になってその調査場所で月ごとの流量を計測する

と、先の推奨流量を超過する流量は月間 10‐15％しかない月が多いということが発覚した。

つまり、くだんの研究者はほとんどの月で洪水による流量以外のすべての流量が 小環境

許容流量の維持に不可欠と主張していたことになる。残念ながら、この研究者は推奨流況

に対する主張を裏付けるための論理的で生物学的な判断を全く提供できなかった。この例

は、許容流量の評価において対象河川の流況をきちんと把握していなければ、問題が発生

99

する可能性が高いこと示している。WUA 曲線のピークから推測される流量より多い／少な

い流量でも受け入れ可能な合理性があると説明がつく場合も多々あり、モデルの出力デー

タを解釈する上では、このような合理性に基づいた判断がなにより重要となる。 例えば、上記の研究者は毎月のハイドログラフを調べ、毎月の流量の中央値（つまり、50％超過流量）もしくはその他の超過流量レベルなどとあわせて、対象種と成長段階の 適生

息場条件の流量がどこにあるのか考えることができた。もし流量の中央値について検討し、

それが 適生息場条件の流量よりも多ければ、この研究者はある程度の流量を水利目的に

回して削減することで生息場が 適になる流量となるように考えることもできた。月ごと

の中央値の流量が 適生息場条件の流量より少なければ、この研究者は生息場減少の程度

を調査し、さらに流量を減らせばどの程度の生息場悪化が生じるかを判断することもでき

た。多くの場合推奨されるのは、1 つあるいはそれ以上の超過流量に対して生息場の量や質

の視点から流況を論じる手法である。この方法では、PHABSIM から導かれた生息場－流量

の関係をそのまま反映していないこともある生活史のニーズを考慮できる余地がでてくる。 最もデリケートな種と成長段階の使用 多くの河川流量研究において、プロジェクトの初期の段階（つまり、スコーピング：評価

の計画を立てること）では PHABSIM 評価の対象として多くの種と成長段階が考慮に入れら

れる。例えば、ある河川にはサケ、ブラウントラウト、北極カワヒメマス（arctic grayling）、デース（dace）が生息している。各々の対象種と成長段階の適性指数曲線作成するための大

変な努力の末に、図４１に示すような多数の WUA－流量の関係が得られたとする。年間の

多くの季節でこれらの種と成長段階の多くが対象河川に存在しているとすれば、研究者は

難しい仕事に立ち向かわなくてはならない。一貫したやり方で、これらの曲線を全て統合

化し、生態学的に許容される流況を設定しなくてはならないのだ。 複数の WUA を統合する方法のひとつとして、年間を生活史上の重要な期間に分割し、その

期間ごとに流量変化に も敏感な種と成長段階を１つ選ぶ方法がある。また別な方法とし

て、河川管理の観点から特定の種と成長段階を も重要とみなす方法が挙げられる。野生

ブラウントラウト群生の自立が管理目標の水系において産卵期のブラウントラウトを管理

するといった場合がこのケースに当てはまる。この場合、この１つの特定種と成長段階に

とって も良く、一方でその他の種と成長段階については悪影響が 小限となるような流

況が選択されることになる。状況によっては、 も主要な対象種と成長段階の生息場の量

や質をある程度減少させてでも、他の種と成長段階の生息場利用を妥当な範囲に収める場

合もあり得る。しかしながら、事業の中にはデリケートな種だけに対象を絞るわけにはい

けないもの（例えば、どうしても全種を保護しなければならない）場合もあろう。このよ

うな場合には、次節の後分析群化(post analysis guilding)が適用できることがある。

100

後分析群化 プロジェクトと管理目的によっては後分析群化手法のいくつかを使うことができる。これ

までに利用されてきた１つの方法は、群集(community)レベルでの生息場－流量曲線の作成

である。群集生息場曲線は、オリジナルの生息場－流量関数もしくは一組の正規化生息場

－流量関数を使って作成することができる。正規化生息場関数の使用にあたって 初にす

べきことは、図４２に示すように、それぞれ独立した種と成長段階の WUA－流量曲線を

各々の種と成長段階の WUA 大値で正規化することである（つまり、各曲線は 大生息場

か 適生息場の割合として再測定される）。それから研究者は、重みつき平均を使ってこれ

らの曲線を合体させ、図４３に示すような１つの曲線を作成できる。水系の管理目的に応

じてそれぞれの種と成長段階の重要期間の相対重み係数を選択すればよい。これらの定義

は、プロジェクトのスコーピング段階でなされなくてはならない。 研究者は群集曲線を、前に示した種の成長段階表に基づいて、特定の期間ごとに別々の種

の組み合わせで群集曲線を作成することもできる。また、群集曲線を作成するのに使用し

た相対重み係数を季節ごとに変えて、特定時期の間特定種と成長段階の相対重要度やデリ

ケートさを反映させることも可能である。例えば、絶滅の危機に瀕した種の重みが 2.0 で、

その他全部の種と成長段階が 1.0 の重み、もしくは産卵期間は産卵期の魚が稚魚より重みが

大きいなどである。群集曲線は、時系列や生息場持続分析などの評価でも利用できる。種

と成長段階の関係をそれぞれチェックして、選択した流況が一貫した結果をもたらすよう

確認するよう強く奨める。 また別な方法として、研究者は図４２で示すような結果を「冗長な」WUA－流量の関係を

取り除くことで簡略化し、図４４に示すようにしてもよい。この方法では、基本的に同じ

ような大きさと関数関係をもつ曲線を除外してもいいし、平均などで合わせて１つの曲線

（生息場－流量の関係が基本的に似ている種と成長段階を群化するというのが本質）にし

てもよい。正規化生息場関数を使用してこの合成もしくは群化を行う例もある。その場合、

101

応用分野が生息場の相対的変化に焦点を当てているものが殆どなので、生息場の実際の大

きさの変化に焦点を当てる必要はないからである。様々な種と成長段階の間で、生息場－

流量の関数関係が似通っているのは実際に珍しくないし、ある意味では予測されることで

ある。例えば、サケ科の魚の稚魚と幼魚曲線の多くは、実際非常に似通っている。これは、

初期の成長段階でそのような生息場に生息することが必要だからである。また、異なった

種の異なった成長段階が似たような生息場を使用するのも珍しいことではなく、これらの

生息場は同じような適性曲線と同じような生息場－流量の関係に反映される。

終的な群化生息場関数は、上記に示したような群集レベルでの曲線を作成するのに使用

できるし、重要期間内で もデリケートな群を選んでさらなる分析を行ってもよい。前に

述べた通り、研究者がこうした手法を流況の選択に利用した場合には、かならず各々の種

と成長段階の生息場曲線と選択した流況との関係を再チェックする必要がある。

102

量と質について 図４１に示す通り、生息場－流量の基本関係は、ある流量、ある種のある成長段階ごとの

構成セル WUA 値の集合体として表現できる。従って、図４１に示す結果では、すべてのセ

ルの低い適性値が合計されたのか、一部のセルの大きな適性値が合計されたのかを知るこ

とはできない。前章で、HABTAE プログラムでユーザが合成適性値の閾値に関連づけた構

成エリアを決定できるようにする計算テクニックを説明した。これは、図４５で説明され

ており、成魚のブラウントラウトで合成適性値が 0.75 より大きいものが例にとられている。

ご覧の通り、合計 WUA 曲線の頂点が、適性度の高い生息場条件の頂点に対応するとは限ら

ない。研究者は、合計 WUA を 大化する流量を選ぶことと、質の高い生息場面積を 大化

する流量を選ぶことを代案として考慮することの生物学的な影響を注意深く考えるべきで

ある。上に記したすべてのテクニックは、合計 WUA 曲線を用いるのと同じやり方で、質の

高い生息場－流量の関数にも使うことができることを心にとめてほしい。

103

中(meso)生息場特有の条件の評価 HATBAE は横断面ベースのプログラムなので、１つの横断面もしくは淵と早瀬生息場だけ

のような横断面のグループに対するデータを出力するのに使用することができる。そのた

め、研究者は図４６に示すように、中生息場を基本として特定種と成長段階の生息場－流

量の関数を展開できる。このタイプの分析では、研究者は特定の生息場・タイプに特に敏

感な種と成長段階に焦点を当てることができる。これは、1 年のうちで決定的に重要な期間

に必要なことかもしれない。例えばこの方法を使って、産卵シーズンの間はその他のあま

り敏感でない成長段階や中生息場は無視して、早瀬タイプの生息場に分析を集中すること

もあり得る。生息場・タイプの比率が流量の関数として変化するとき、もしくは生息場改

善作業を総体的に評価したいときは、このタイプの分析を行い「中生息場－流量関数」を

総合して「複合 WUA－流量関係」を作成できる。

適性曲線の評価 多くの研究において、研究者は河川において産卵床が観測される場所に横断面を選んでい

るかもしれない。このような場合、図４７に示すように、研究者は横断面における合成適

性の空間分布を調査することにより、適性曲線が産卵床のロケーションでの適性生息場条

件を正しく反映しているかどうかを判断することができる。産卵床ロケーションでの合成

適性値が低ければ注意が必要で、水理シミュレーション（まずは、流速と河道指標）をさ

らに詳しく評価し、適性曲線を再評価しなくてはならない。

104

単一パラメータ適性の分解 特定の適性要素が合計 WUA の計算に貢献するような評価方法が重要だということに気づ

いている研究者もいるかと思う。そのためには、例えば流速のような単一パラメータだけ

を保持するため水深と河道指標など他の全ての値を 1.0 に設定し、適性曲線を訂正すればよ

い。図４８に示すように、ある流量範囲において水深、流速、河道指標のどれが抑制因子

となるかということがこの種の分析で明らかとなる。さらに、中生息場に特定した評価の

分析と結びついたとき、絶滅の危機に瀕した成長段階にとって生息場特有の流量に対する

敏感さを物理的に考える余地が出てくる。

105

空間的ニッチの分析 気付かれることは少ないが、PHABSIM は河川の空間的ニッチ（生態的地位）と流量の関係

を調べるのにも利用できる。この場合、水深、流速との関係主に検討されるが、まれには

河道指標も扱われる。研究者は、すぐに利用できる適性指数曲線がないとわかる場合もあ

るし、全体研究の一部として空間的ニッチが流量に依存する性質を調べたいと思っている

だけの場合もある。この種の方法では、表 8 に示すように、魚の群集は種と成長段階ごと

にシンプルな空間マトリックスに分割され、生息場の使用は水深・流速の等級に従って表

現される。このタイプの分析では、群集レベルの生息場（つまり、空間的ニッチ）区分の

みが利用されているため、種と成長段階の SI 曲線は必要ないということを心にとめてほし

い。水深と流速の組み合わせで利用可能生息場を 1.0 と定義する適性曲線を作成すれば、空

間的ニッチに関連する面積を各々の流量に対して計算するのに用いることができる。図４

９に示すように、このような関係を集計すれば累積面積と流量の関係を構成することがで

きる。この図において、各線は表８の空間的ニッチ区分それぞれが河川の表面積に占める

面積と流量の関係を示す。 Table 8． 推定的空間的ニッチ。構成要素による生息場区分が、居住者である種と成長段階

ごと行われている。

水深等級(m)

0－0.5 0.5－1.0 ≥1.0

0－0.5 ブラウントラウト稚魚

サケ稚魚

カワヒメマス稚魚

デース(dace)稚魚

ブラウントラウト幼魚

サケ幼魚

デース(dace)幼魚

デース成魚

デース成魚

ブラウントラウト成魚（冬）

サケ幼魚（冬）

0.5－1.0 デース幼魚

デース成魚

カワヒメマス幼魚

ブラウントラウト成魚

サケ幼魚

カワヒメマス成魚

ブラウントラウト成魚

サケ成魚

流速

等級

(m/s)

≥1.0 デース成魚 サケ産卵期 ブラウントラウト成魚

サケ産卵期

これらの結果は、多様性指数のような様々な生物学的指数を計算するのにも利用できる。

利用可能生息場面積を用いて多様性指数を計算し、生息場多様度と流量の関係を作成でき

る。これらの関係は、個々の生息場ニッチや全体的な生息場多様度で表現される表面積の

量と対応する流量を照らし合わせることで調べられる。このようにして、研究者は特定の

群集の空間的ニッチを 大化するような、あるいは利用生息場の多様性を大きくするよう

な流量もしくは流量の範囲を選ぶことができる。

106

生息場時系列 もし他の要素が全て同じならば、現在の魚の個体数がそれに先立つ利用可能生息場の履歴

に左右されるという仮定は理に適っている。また、未来の個体数レベルも利用可能生息場

の時間変化に影響を受けるという仮説も論理的である。多くの例において、 終的に特定

の成長段階を制限し魚の個体数を制御するのは、生息場時系列の時間に従属する特性であ

る。このことは、しばしば制限成長段階もしくは個体数ボトルネックとして言及されてき

た。PHABSIM に基づく河道内流量評価は、生息場時系列解析を通じてこれらの特定種と成

長段階の潜在的制約条件を捜すのに用いることができる。このように PHABSIM の基本結果

を生息場の時間的な予測に拡張して利用するのは、生息場利用が魚と大型無脊椎動物の個

体数に長期的に与える影響を調査するカギとなる。 生息場時系列解析を行うには、対象種と成長段階の生息場－流量の基本関係を導いておく

と同時に、調査河川での流量の時系列を入手しておく必要がある。生息場は流量の関数で、

河川流量は時間とともに変化する、というのが生息場時系列解析の大前提である。生息場

時系列の基本的計算手順は図５０で説明されており、各時間ステップごとに生息場－流量

関数と流量を照合し、各時間ステップごとの生息場利用度を導く。これを用いて、水理分

析における流量持続曲線と同様の生息場持続曲線が導かれる。図５０にその例を示し、以

下に説明する。 見た目は様々であるが、時系列解析は流況変化の影響を評価するのに非常に役立つ方法で

107

ある。図５１に示すように、調査場所において自然状況下と人為的影響下の生息場時系列

データを生成する方法が も一般的である。様々なレベルの人為作用の影響を示すために

生息場時系列を作成するのもいいだろう。これらのデータ分析は様々な形で行われる。以

下にその中でも一般的な方法を取り上げる。

１： 生息場時系列データを２つ（もしくはそれ以上）単純に比較すれば、人為的

作用が大きい時期、小さい時期を認識できる。 ２： 上記データを使って、生息場の縮小率を計算する。これも、影響が大きな時

期、小さな時期の認識に役立つ。 ３： より総括的な生息場変化パターンを調査するため、月間平均生息場レベルと

月間平均生息場損失率を計算する。月間でなくても、その他の時間周期で計

算して構わない。 ４： 不都合に働く可能性のある影響が 小化され、特定の時期もしくは成長段階

の生息場が改善されて管理目的が達成されるような代案の流況を見つけるた

め、これらの分析を組み合わせて使用できる。

108

生息場時系列がいったん計算されれば、日単位の間隔を月間、四季、年などの望みの時間

間隔に集計することもできる。生息場時系列で一般的に使用される統計指標としては、以

下のようなものがある。

生息場平均値 生息場中央値 生息場 小値 生息場 大値／ 適値 指数 A：超過範囲が 50～90％の生息場全ての平均値（つまり低流量時の代表的状況） 指数 B：超過範囲が 10～90％の生息場全ての平均値 超過統計 例えば 90％、あるいは 95％値の生息場 生息場量の閾値を下回る日数、もしくは閾値の不足合計

生息場持続曲線(Habitat Duration Curves) 河川流量分析のために開発された様々なテクニックを応用すると、生息場時系列がさらに

分析できる。この 初の例は、生息場持続曲線である（図５２）。流量・生息場・その他の

河道内流量に関わる変数と、超過した時間のパーセンテージ関係を表示するのが持続曲線

である。持続曲線はデータ（流量の時系列もしくは生息場値）を高い方から低い方へ並び

替えて作成され、各データポイントを値の合計数のパーセンテージで表現する。この方法

は、別の流況が対象種のそれぞれの成長段階が利用する生息場にどのような影響を与える

かを分析するときに特に用いられる。

109

持続曲線は、代替の流況による影響を流量の全範囲に渡って評価するのに特に有用である。

図５３には、「historical」（取水により縮小された生息場）と「naturalized」（自然状態での生

息場）両方の持続曲線が示してある。持続曲線はまた、その種と成長段階にとって重要と

判断された期間について、あるいは図５３に示すような季節ベースで、人為的な作用によ

る生息場変化を調査するのに有益である。図５３は、夏（4 月～9 月）と冬（10 月～3 月）

の間、対象種の取水による影響の差を示したものである。上記の手順で得られた生息場持

続曲線は、特定の大きさを越える生息場が存在する時間の量を表現するという解釈に留め

ておくべきということを注記しておく。以下に述べる別の分析は、生息場がある閾値を連

続して下回る時間の量を決定したいときに使用するものである。言い替えると、月間生息

場持続曲線は、例えば時間の 90％はある面積以上の生息場が存在したということは読み取

れるが、残り 10％の利用可能生息場が 5 日毎に１日存在したのか 5 日連続して存在したの

かは判断できない。生物学的な観点からすると、これら２つのケースを区別できるかどう

110

かは、生息場制限条件が慢性的なものか急性的なものかを理解する上でのカギとなる。 生息場持続閾値分析 このテクニックは、ある生息場閾値を下回る流れの期間の特性を把握するために使用され

ている。PHABSIM 研究では、ユーザは低生息場発生数だけでなく、低生息場発生時間の長

さも知ることができる。例えば、生息場が 1 年のうち 20 日断続的にある閾値を下回る場合

もあれば、1 年のうち連続して 20 日間その閾値を下回る場合もある。これら２つのシナリ

オは、持続曲線にすると同じに表現されるが、当該の種と成長段階にとっては違った意味

をもつ。PHABSIM の研究におけるこの種の分析では、生息場閾値レベルは調査者が設定し

なくてはならないので、当該対象種と成長段階に関する知識を用いて、生息場がこの閾値

以下におかれた数と長さの両方が相対的に重要なのだと理解しなくてはならない。この例

は、生息場持続閾値分析の使用説明と共に、Capra 他（1995）に示されている。 流量時系列の選択とベースライン条件 PHABSIM を用いた IFIM 研究の計画初期段階では、利用できる流量データがどのように得

られたかを考慮することが重要だ。流況変化を考慮すべきとき、歴史的物理生息場が、代

替のシナリオ（過去の同じ期間、「自然的」状況も含めた実際とは違う状況下に置かれたと

想定）と比較されるのが一般的だ。そうした実際とは違う条件下の河川の流況を推測する

際には、モデルへの展開が必要であり、それ自体が研究の主柱とも成り得る。生息場時系

列解析に使う流量データを選ぶ際の主な基準を以下に挙げる。 ・ 流量データが当該課題と対象種／成長段階に適切な時期のものであるか（例：水力発電

計画の影響分析には 15 分流量値が基本） ・ 流量時系列がしっかりとした季節別生息場持続曲線を作るのに十分な長さかどうか ・ 想定した流量シナリオが人為的作用や自然的状況などその他の要因もきちんと捉えて

いるかどうか 記録期間に関しては特にガイドラインはないので、各研究によりケース・バイ・ケースで

考慮してほしい。しかし、日流量が利用できる場合でも、 低 10 年の流量データを使用す

ることを推奨する。月間流量データが研究に用いられていたとしたら、15 年以上が必要で

あろう。しかしながら、データの利用可能性と研究の目的によっては、これより短い期間

でも長い期間でも適切とみなされることもある。 時系列分析と持続曲線分析における重要な要素 生息場持続曲線は、生息場の値に対する超過率を高いほうから低い方へ並べて提示する。

これは、ただ単に流量超過率を対応する生息場値にマッピングしたことを意味するのでは

ない。対象種と成長段階に対する流量と生息場の関係が一般的に単調増加ではないという

ことを注意しておくことも重要である。ある流量までは生息場増加して 大値に達し、そ

れ以上に流量が増えると生息場値は減少していく方が普通である。そのため、生息場持続

曲線のある生息場量は、高い流量状態と低い流量状態の両方で存在する生息場レベルの合

111

計になっていることになる。流量持続曲線では流量が大きくなると常に超過値は小さくな

り、生息場持続曲線とは性質が異なる。つまり、利用可能生息場の低さは、いつも低流量

によってもたらされるとは限らないので、生息場持続曲線を解釈する際には、注意が必要

である。 代替流況の影響評価における生息場持続曲線の利用方法から注意がそれないうちに、その

解釈における注意点を挙げておく。生息場持続曲線のわきにその生息場超過レベルをもた

らす流量値をプロットしておけば、先述の問題が克服できる。また、分析期間を 1 年のう

ちで流量が も低いある時期に制限してもいいし、単に WUA－流量曲線の頂点を上回る流

量に対しては生息場超過比率を計算しないという方法で分析時期を制限してもいい。持続

曲線は低流量や低生息場事象の時間的分布についての情報は与えないということも心にと

めておくべきである。つまり、連続的に発生するのかそれとも断続的に発生するのかとい

う情報を与えないのである。先に説明したように、生息場と流量の閾値分析のような他の

テクニックを利用する際は、このことに関する考慮が必要だ。 水路維持と土砂流送の統合 生物学的に受け入れ可能な流況のさらに重要な局面の１つとして、河川や河川コリドーが

長期間に渡り生物学的に機能するには、水路を形成し保持する物理的プロセスが保護され

なくてはならないということが挙げられる。ダムの下では、土砂流送が部分的に少なくな

っていたり、集中的に採掘されたり火事があったりした流域では土砂流送がかなり増加し

ていたりという例がたくさんある。このような場合、水路は懸濁物質の変化に反応し、水

路の縦断勾配に沿って床位を下げたり（侵食）、上げたり（堆積）する。その結果、行き先

を限定された河川水路が極度に網状に交錯する場合もあるし、まったく逆の現象が見られ

たりもする。流況の変化（季節的に低い流量が保持されたり、貯水目的で高流量時に取水

されたり）が、流量と懸濁物質の運搬の力学的釣合に変化をもたらすことになるので、こ

の問題は懸濁物質の供給変化だけに留まらない。次第に水路構造や生息場構成、さらには

河岸や河岸の植生のダイナミクスに変化がもたらされる結果となる。 水路と隣接する氾濫源のつながりを保持する物理的・生物学的プロセスの重要性が、生態

学的に受け入れ可能な流量の決定的に重要な要素として焦点が当てられるようになったの

は、ついここ 10 年間のことである。残念なことに、生態学的に受け入れ可能な流況の３大

要素（漁場流量、水路維持流量、河岸維持流量）として何を扱うべきなのかに関する一貫

した方法は今だ提唱されていない。これらの流況は図５４に示してある。基本的に重要な

のは、後ろの２つの流量が、ある程度の時間的広がりにわたって、水路が懸濁物質を運搬

し、河川水路とこれに依存する河岸の植生の間に水理的に適切なつながりを与える能力に

関連しているということを理解することである。

112

私たちは本質的に既に PHABSIM を生態学的に受け入れ可能な漁場流量の構成要素を決定

する道具として扱っている。PHABSIM の分析は、生息場のモザイクが比較的固定している

場所（つまり、水路か河岸流量に関連する物理的かつ生物学的プロセスが終わった後の状

態）の流量範囲で物理生息場の変化を調べるのにとても適している。PHABSIM は一般的に

生態学的な流量ニーズを部分的に表現するだけであって、流量の多い時期にはこの期間に

適切な流量を決めるのに別な方法（つまり、IFIM フレームワーク）に救いを求めなくては

いけないということを認識してほしい。要するに、私たちはマイクロ生息場の観点とは別

に、短いが流量が非常に多い期間中にも魚に必要なマイクロ生息場が形成され維持される

よう、物理的な観点から水路の特性を維持するための分析を行う必要があるということで

ある。 河川変化過程（Stream processes）の基礎 生態学的に機能する水系を保持するにはどんな流況が必要とされるのかを調べるには、流

れる水（時期、持続期間、規模）は土砂を侵食・運搬・堆積し、植生種の種類と成長パタ

ーンを調整するということを認識する必要がある。流量の規模と持続期間の時間分布は、

固有の地質学的特徴・地形・植生と相互に反応し合い、 終的には魚や他の水生生物が居

住空間を依存する生息域内の中規模(meso)・小規模(micro)の生息場の分布を決定する。河川

における洪水時の流況により、水路側面の生息場が失われ、 終的に河岸種とその分布が

変化し、早瀬（riffle）と淵（pool）の比率も変化する結果となる。それゆえ、どのような流

況変化の分析においてもこれらの要因を注意深く考慮しなくてはならないし、それは高流

量に限ったことではない。一時的に流量を人為的に低く押さえると、細かい沈殿物が蓄積

し、多くの種の産卵・孵化に害を及ぼす結果となる。

113

河川とその生態系の保持は、河川内で生物学的プロセスに影響を与える物理プロセスを保

全するような流況の決定にかかっている。そのため、流量の特定要素（漁場、水路維持、

河岸維持）をターゲットとする複合的流況という概念を取らなければならない。 水路維持流量(Channel Maintenance Flows) 水路維持流量（もしくは、魚の生息場維持流量）は、水路で植生が成長するのを防ぎ、沈

殿物を除去するに十分な高さのハイドログラフの部分を示す。「活性水路(active channel)」は

満水時の水面上昇で特徴付けられ、一般的には水際と多年生の植物の生息域の間の堆積物

のある平坦なエリアとに隔たり部分で示される。この空間は、河川や河川コリドーでかな

りはっきりとした境界を形成する。様々な水系において満水となる流量には大きな違いが

あるが、満水流量が発生する間隔は平均約 1.5 年と確認されている。ある研究では、１年程

度の時間スケールで移動するような堆積物の輸送は中間的な流量で発生するが、長期的に

蓄積されるような堆積物の輸送は満水流量で発生しているという結論が下された。満水時

の流量は堆積により形成される水路の形状とその中の中生息場を保持するのに必要な流量

に関連しており、水理上重要な基準となるということをこれらの研究は示唆している。 場所を特定して河岸の標高と懸濁物質の堆積エリアを観測し、満水時の流量を直接測定も

しくはモデル化して測定する研究は、PHABSIM 研究の統合的な部分として容易に取り入れ

られる。満水時の流量の大きさがいったん定められると、その他の情報と合わせて生態学

的に受け入れ可能な流況の要素を決定するのに利用できる。この流量より高い流量を考慮

するのは、高流量を抑制するタイミングがあるプロジェクトによってどのように影響され

るかを考える必要があるときである。例えば、高流量を急激に抑制すると土手の静水圧が

急速に失われ土手が崩壊して河川に流れる懸濁物質が増えるという結果が観測されている。

ある河川内流量の研究では、二次的影響を 小限に押さえるため、人為的な高流量の抑制

は前日のピーク水量より 10％以下に制限されている。これらの流量抑制基準は厳密な分析

方法により開発されたわけではないが、似たタイプの様々な河川で長期的なハイドログラ

フ（日毎）を調査して導かれたものである。自然的なプロセスで観測された上限で流量抑

制を行う範囲を選んでいる。自然な高流量はたいがいこの「急激さ」を手加減せず、さら

に過酷な状態も発生する。実際、ピーク流量の持続期間を減らすと、水路の形成力を弱め、

河岸の植物の植種と成長力（流量の加減パターンに結びついている）に影響が出る可能性

がある。流量の抑制方式を河岸の植生のニーズに照らして考えるだけでなく、魚が取り残

されるのを 小限に押さえるためにも、よく調査する必要があるのは明らかだ。PHABSIMの横断面平面図形と水位モデルを利用すれば、一定の流量範囲で適切な流量抑制を行うた

めの洞察が得られるであろう。 河岸維持流量(Riparian Maintenance Flows) 流入量においてもっとも概念的な流量なので、今までのところ、河岸生息場や氾濫原を維

持するのに必要な流量や流量持続期間を決める一般に認められた方法はない。このことを

踏まえた上で私たちは、活性水路にじかに隣接する水辺の植物だけにではなく、側水路、

三日月湖、湖沼、湿地、池などにも必要なものとして河岸維持流量を取り上げる。この種

114

の生息場は、ある季節に限って主水路に接続されるだけであるが、言い換えると多くの魚

類にとって大事な繁殖あるいは保育エリアとなっており、ライフサイクルをまっとうする

ために事実上不可欠なのである。さらに、生態学全体の多様性や河川コリドーの機能から

見ても、これらのタイプの生息場は総体的に重要だといっても過言ではない。

も簡単なレベルでいうと、現在存在する方法は、水位が氾濫原上に及んでいる流量だけ

をモデリングしている。水路維持流量と同様に、このように場を特定した問題と特徴は、

適切な横断面の形状寸法を、水位に敏感な特徴を捉えるのに必要なものとして拡張すれば、

PHABSIM のスコーピング・現地調査・分析の段階で認識できる。研究者はこれら流量の季

節的な側面や持続期間の解決にまだ煩わされている状況なので、これらのタイプの問題が

重要と思われる研究分野では、水辺生物や陸生野生動物生物学者の協力を得ることを強く

推奨する。 中間～低流量での土砂流送の基本的課題

後になるが、全体的な流量評価の一部として土砂流送の基本的方法を応用することを研

究者に強く薦める。対象河川の様々な堆積物の粒度分布で特徴づければ、単純な流れの計

算でも様々な粒度分布をもつ懸濁物質の輸送を簡単に扱うことができる。これにより研究

者は例えば、中～低流量での堆積物の大半が砂かシルトだという河川でこれから行おうと

している流量抑制が、ある場所の粒子がもはや輸送されないという状態を作り出せるかど

うかを判断することができる。これは、河川区間の流れがもっとゆるやかなエリアでこれ

らの物質が堆積するということを意味するので、研究者は水路底質の特性の変化により孵

化や大型無脊椎動物の群集構造にもたらされる変化の可能性を評価できる。

115

付録１ 専門用語集

以下の用語と定義は、PHABSIM で開水路の水理学、適性曲線、生息場モデルを記述するの

に用いられる専門用語のいくつかで、読者の理解を助けるために記載するものである。 AREA, CONVEYANCE【通水面積】：河川を流れに直角に交わるように切った横断面積 AREA, CROSS-SECTIONAL【流水断面積、流積】：横断面の流水部分を、流れの方向に対し

て直角に交わるように切った面の面積（単位：平方フィート、平方メートル） AREA, USABLE【利用可能面積】：水生生物が使用できる流水の表面積（単位：平方フィー

ト、平方メートル） AREA, WEIGHTED USABLE (WUA)【重みつき利用可能面積】：水生生物に対する適性で重

みづけした表面積（単位：平方フィート、平方メートル） AREA, WEIGHTED USABLE bed (WUBA)【重みつき利用可能河床面積】：水生生物に対する

適性で重みづけした河床面積（単位：平方フィート、平方メートル） BACKWATER【背水】：主水路にその水位が左右されるほとんど流れのない部分のこと。 BANKFUL WIDTH【満水幅】：「WIDH, BANKFUL」を参照のこと BETA COEFFICIENT【ベータ係数】： 1) 流量や径深の変化に対するマニング粗度の変化を

表現する係数 2）河床物質の抵抗力と河床の摩擦力の比率（シールズ係数） CELL【セル】：PHABSIM で使用する際は、相対的な重要度としての長さで重みづけして面

積値とした河川水路幅の単位。VERTICAL【垂線】も参照のこと。 CELL FACTORS【セル係数】： 「FACTORS, CELL」を参照のこと CHANNEL INDEX【河道指標】：水路の特性（通常は底質か隠れ場所）に対する適性指数。 CHANNEL ROUGHNESS【水路粗度】： 流れへの抵抗を示す係数。微粒子や植物群の摩擦、

湾曲・収縮などといった水路の特性により引き起こされる CHANNEL WIDTH【水路幅】：「WIDTH, CHANNEL」を参照のこと COMPOSITE SUITABILITY OF USE FACTOR【使用係数による合成適性】：「FACTORS, CELL」を参照のこと

CONVEYANCE, FACTOR【通水能】： 「FACTOR, CONVEYANCE」を参照のこと

116

COVER【隠れ場所、カバー】：河川水路において水生生物が捕食者から身を守る隠れ場所で、

流量が弱まり視覚的にも隔離されるため休憩したりエネルギーを温存できる場所で

もある。例えば、水溜まり、えぐられた土手、巨石、水深、水表面の乱流などがこれ

に当たる。 CRITICAL FLOW【限界流】：「FLOW, SUB-CRITICAL and SUPER-CRITICAL」を参照のこと CROSS SECTION【横断面】：河川水路を流れの方向に対し直角に交わるように切った 1 区

画。’transect’とも呼ばれる。 CURVES, PREFERENCE【選好曲線】：あるエリアが特定の水生生物に価値があるかどうか

に関して、そのエリアに重みづけするために使用する基準。生物はある種の条件を選

好する。 CURVES, SUITABILITY-OF-USE (SI)【利用適性曲線】：特定の生物にとっての条件の適性に

重点が置かれる以外は、選好曲線と同じである CURVES, USABILITY【利用可能曲線】：特定の生物にとっての条件の使用という概念に重

点が置かれる以外は、選好曲線と同じである DATUM【データ／基準面】：他の数量にとっての基準かベースの役目を果たす数学的ある

いは幾何学的数量、もしくはそのような数量の組。あるいは不動剛性構造物上の永久

基準点によって示される公認の基準点か高度面。その基準点／高度から測定されたり、

その高度まで測定される。 DEPTH【水深】：河床のある 1 点から水表面までを垂直に測った距離 DEPTH, HYDRAULIC【水理学的水深】：平均水深と同じ意味 DEPTH, MEAN【平均水深】：横断面の面積を水表面幅で割ったもの DEPTH, THALWEG【谷線水深】：水路の横断面の も低いポイントから水面までを垂直に

測った距離。すなわち、横断面における 大水深。 DISCHARGE【流量】：流れの率、もしくは定められた河川の定められた場所で定められた

期間流れる水の体積。慣習単位（English 単位）では、1 秒当たりの立方フィート(cfs)で表現される

FACTOR, CELL【セル係数】：合成適性係数とも呼ばれる。生息場としての価値を河川の面

積に重みづけするために使用される流速(v)、水深(d)、河道指標(CI)の関数。この用語

は、第 5 章の具体的な生息場モデルの文脈の中で定義される。 FACTOR, CONVEYANCE【通水能】：等速定流の状態において、水を輸送するのに利用でき

117

る面積は、Q に正比例する。通水能係数(K)は、水路と流れの特性の関係である。慣習

単位での式は以下の通り。

3249.1 ARn

K =

K を用いると流量は以下のように表される。

SKQ =

ここに A=面積 B=径深 n=マニング粗度係数 Q=流量 K=通水係数 S=勾配

FLOW【流れ／流量】：水やその他の可動物質の動き；discharge: 流量；流れに運搬される合

計量 FLOW, STEADY and UNSTEADY【定常流、非定常流】：開水路における流れは、指定の時間

間隔の間、その流れの水深が変化しないなら定常と言えるし、一定であると仮定でき

る。 FLOW, SUB-CRITICAL and SUPER-CRITICAL【常流、射流】：動いている水の本体において

は、慣性力と引力が水本体に影響を及ぼしている。引力が流れの状態に及ぼす影響は、

慢性力と引力の割合で表現される。すなわち、フルード数である。 フルード数が１より低ければ引力が優勢となるので、その流れは低流速で、静流

(tranquil)もしくは小川(streaming)と記述される。フルード数が 1 より大きければ、慣性

力が働き、その流れは高流速で、射流(shooting)、急流(rapid)、激流(torrential)などと記

述される。フルード数が１の時は、限界流と定義される。河道内流れの研究は、主と

して流れのうちの常流に取り組んでいるものがほとんどである。むろん、ある種のレ

クリエーション行動を水理的にシミュレーションしようとすれば射流状態を扱うこ

とになるが、モデリングは難しい。 FLOW, UNIFORM and VARIED【等流と不等流】：等流とは、流れの深さがその水路のどの部

分でも同じということを意味する。そのため、水理、エネルギー、底面勾配は平行で

ある。流れが不等流なら、流れの深さはその水路の長さに沿って変化する。不等流は

水深の変化が起こる距離により「急変」と「漸変」に分類される。急変流は、水深の

突然な変化や、跳水や落差、それに似たような現象が起こるので、一目瞭然である。

等流か不等流かの基準は、空間における水深の変化である。 FROUDE NUMBER【フルード数】：水理的構造において、流れのタイプを特徴づける指数

118

として用いる無次元数。慣性の抵抗力とともに引力（動きを生み出している唯一の力）

を持つ。この報告書で用いるフルード数は、次の通り。

gdVFR =

ここに FR= フルード数 V= 水深平均流速 g= 重力加流速 d= 水深

GRADIENT【勾配】：長さ 1 単位当たりの特性の変化率。「SLOPE」を参照のこと。 HEAD PIN【ヘッドピン】：横断図における端点を指す。通常何か（「ピン」など）を地面に

打ち込んでマーキングされる。慣例により、 初のヘッドピンは上流に向かって左側

の土手に打ち込む。 HEIGHT OF INSTRUMENT【器械高】： レベル（水準器）から見た観測面の高度。レベル測

定は、この平面から下方向に測定される。 HYDRAULIC GEOMETRY【水理特性値】：ある流れの特徴の寸法で、水路の水のある部分

とない部分両方を対象とする。 HYDRAULIC RADIUS【径深】： 潤辺に対する横断面積の割合。R=A/P。比較的広くて浅い

水路では、R は水理的水深にほぼ等しい。 LIFE STAGE【成長段階】：生物の齢をいくつかの段階にわけた任意の分類。個体の形態学

と生殖の可能性に関連する。例えば、人間なら「中年」、魚なら「稚魚」など。 MACROHABITAT【マクロ生息場】：河川の区間において水生生物の縦断分布を統制する生

息場条件。 MANNING EQUATION【マニング方程式】：水路における流量の計算に用いる実験式。慣習

単位（English 単位）の方程式を以下に挙げる。

213249.1 SRn

V =

MANNING’S ROUGHNESS or MANNING’S n【マニング粗度もしくはマニングの n】： 水路

における平均流速を計算する際の係数で、底質の粗度が流水のエネルギー損失に及ぼ

す影響を示す。「n」もしくは粗度係数とも言われる。 MICROHABITAT【マイクロ生息場】：河川において特定のロケーションや行動圏を統制する

119

生息場の小区域（セル） MEAN DEPTH【平均水深】：「DEPTH, MEAN」を参照のこと PHABSIM（発音はピーハブシム）（the Physical Habitat Simulation System【物理生息場シミュ

レーションシステム】の略）：河川流と物理生息場の関係を、様々な成長段階の水生

生物やレクリエーション行動について計算する。 PHYSICAL HABITAT【物理生息場】：個体群が生活する場所とその周辺部のことで、生命体

と非生命体の両方、つまり食べ物や隠れ場所など生きていく上で不可欠なものも含む。 PROFILE【側面図】：開水路の水理において、水路の縦断距離や河床高に対して水位をプロ

ットしたもの。 PROFILE, LONGITUDINAL【縦断面図】：河川流下方向に沿った河床高ライン。通常谷線

(Thalweg)に沿ったもの。通常、水位も同時に描かれる。 PROFILE, TRANSVERSE【横断面図】：横断面と同義 RATING CURVE【変換曲線】：一般に相互に依存しあう量の関係をグラフィックに表現した

曲線だが、本書では基準高度（もしくは水位）と河川の流量の関係を示す曲線（水位

流量曲線）を示す。 REACH【河川区間】：河川、水路、岸の比較的短い区間。実際の長さは、研究目的に応じて

定義される。 REACH LENGTH【河川区間長】：河川の 1 区画もしくは１部分の長さ REYNOLDS’ NUMBER-FLUID【流体レイノルズ数】：水の流力が粘性力に与える力に関する

無次元数

νVdRe =

ここに Re： レイノルズ数 ν ： 水の動粘性係数 V： 平均流量 d： 水深

REYNOLDS’S NUMBER-GRAIN(R*)【砂粒レイノルズ数】：流体における粘性力よりも、河

床のアクティブな影響（慣性力など）の方が相対的に重要であるということを示す指

数として使用される無次元数。以下の方程式で求められる。

120

νμ dRe

*=

ここに

*μ ： 摩擦速度

D： 特性粒子径 ν ： 水の動粘性係数

RIFFLE【平瀬】：開水路において、流れの浅くて速いところ。完全か部分的に水没した障害

物によって水面が波立っている。 ROUGHNESS COEFFICIENT【粗度係数】：「MANNING’S ROUGHNESS」を参照のこと SEGMENT【セグメント】：河川の比較的に同質のものから成る区域。2 つ以上の河川区間

(Reach)から形成される SHEAR STRESS, BED【河床せん断応力】：流れる水によって河床に引き起こる圧力 SHIELD’S PARAMETER(B)【シールズ数】：河床の摩擦力と河床材質の抵抗力の比率

( ) ( )DS

RS

Ss 1−=

−=

γγτβ

ここに： τ =河床の摩擦力

Sγ =河床材質の単位重量

γ =水の単位重量

D=河床材質の寸法 SS=河床材質の比重 R=径深 S=勾配 ‘K’ もシールズパラメータを意味する。D は表層の粒子の平均サイズを意味する。D65

というのは、累積粒度分布 65％かそれ以下の粒径を意味する。 SLOPE【勾配】：線か面の水平状態からの傾きもしくは勾配。傾きの程度は、1：25（水平

距離 25 単位あたり 1 単位の上昇率を意味する）のように比率で表現され、長さ 1 単

位あたり 0.04 の長さの上昇とも表現できる。1 マイル当たりのフィート数で表現され

ることもある。 SLOPE, BOTTOM【河床勾配】：2 つの横断面間における河床の平均高度の変化。変化値を

間の距離で割り算して求められる。

121

SLOPE, ENERGY【エネルギー勾配】：ある点におけるエネルギー総量（位置・運動）の変

化。通常は、横断面の間の変動値で概算される。変動値を横断面間の距離で割って求

められる。 SLOPE, HYDRAULIC【動水勾配】：２つの横断面間の水位の変化。変動値を２つの横断面間

の距離で割り算して求められる。 SLOPE, THALWEG【谷線勾配】：河床位の変化。河川の 大水深点で計測され、高度差を横

断面間の距離で割って求められる。 SLOPE, WATER SURFACE【水面勾配】：あるポイントでの水面の勾配で、通常 2 つの地点

の水位差で概算される。この水位差を２つの地点間の流路に沿った距離で割って求め

られる。 STAGE【ステージ】：基準面（所定の平面か任意の高度）から測った水面高度あるいは水面

までの距離 STAGE OF ZERO FLOW (SZF)【ゼロ流量のステージ（SZF）】：横断面において流れがゼロの

時の水位。全く流れていないとき、この水位は河床の も低い位置か水たまりの水位

のどちらか（つまり、下流の河床の 下点が、水たまりの水位に影響をあたえるとい

うこと）となる。 STEADY FLOW【定常流】：「FLOW,STEADY and UNSTEADY」を参照のこと STREAMBED【河床】：流水路における底部。水中部と水上部を含む。 STREAM WIDTH【流路幅】：「WIDTH, STREAM」を参照のこと SUB-CRITICAL FLOW【常流】：「FLOW, SUB-CRITICAL and SUPER-CRITICAL」を参照の

こと SUBSTRATE【底質】：河川水路における床面物質。例えば、岩、植物などがこれに当たる。 SUPER-CRITICAL FLOW【射流】：「FLOW, SUB-CRITICAL and SUPER-CRITICAL」を参照

のこと THALWEG【谷線／凹線】：河床の も低い高度の点を河川のコースに沿って結んだ水平の

ライン TOE WIDTH【台形水路の底面幅】：「WIDTH, TOE」を参照のこと TOP WIDTH【水面幅】：「WIDTH, TOP」を参照のこと

122

TRANSECT【横断面】：横断面（cross section）に同じ UNIFORM FLOW【等流】：「FLOW, UNIFORM and VARIED」を参照のこと UNSTEADY FLOW【不定流、非定常流】：「FLOW, STEADY and UNSTEADY」を参照のこと USABLE AREA【利用可能面積】：「AREA, USABLE」を参照のこと VARIED FLOW【不等流】：「FLOW, UNIFORM and VARIED」を参照のこと VELOCITY【流速】：動きの時間率。移動した距離を、その距離を移動するのにかかった時

間で割って求められる。 VELOCITY, ADJACENT【隣接流速】：考察中のセルに近い別なセルでの流速 VELOCITY, MEAN【平均流速】：平均流速は、セルか横断面で表現される。次のように計算

する。 Ｖ=Ｑ/Ａ ここに、 Q=その横断面もしくはセルの流量 A=その横断面もしくはセルの面積

VELOCITY, MEAN COLUMN【水深平均流速】：河川の水面から河床までで平均した流速。

通常、6/10 の深さで測定されるか、もしくは以下の式で求められる。

∫=d

vdyd

V0

1

ここに、

V =水深平均流速

v =そのポイントでの流速 dy=深さの微小変化量（厚さ） d=総水深

VELOCITY, NOSE【吻端流速】：魚の吻端における流速。生物の視点から表現されたポイン

ト流速である。 VELOCITY, POINT【ポイント流速】：河川のある深さのところでの流速 VELOCITY, SHEAR【摩擦速度】：河床の摩擦力を水密度で割った平方根で、長さ／時間の

単位を持つ

τρμ =*

123

ここに

*μ =摩擦流速

τ =河床の摩擦力

ρ =水密度

VELOCITY ADJUSTMENT FACTOR (VAF)【流速調整係数】：シミュレーションが行われて

いるセルの流速×セル面積の合計に対する、流速のシミュレーションされている流量

の割合

∑=

= n

iii

simulated

av

QVAF

1

ここに、 Q=対象流量 Vi=セル流速 Ai=セル面積 n=水のあるセルの数

VELOCITY CALIBRATION ERROR (VCE)【流速補正エラー】： V=aQbの関係を求める計算

で生じるエラー。また、以下でも計算できる。

∑=

−=

n

i vvvVCE

1

ここに、 v =推定流速 v =測定流速 n=係数 a, b を決定するのに用いた流速－流量の組数

VERTICAL【垂線】：PHABSIM で使用するときは、横断面における測点の位置を意味する。 WATER SURFACE ELEVATION (WSL)【水面高／水位】：ある任意の基準面から見た水面の

高度 WATER TRANSPORT PARAMETER (WPT)【水塊輸送係数】：PHABSIM で使用する際は、水

輸送パラメータは以下の方程式（English 単位）で表現される。

Sn

WTP 49.1=

S=エネルギー勾配 n=マニング粗度

124

WEIGHTED USABLE AREA (WUA)【重みつき利用可能面積】：「AREA, WEIGHTED USABLE」を参照のこと

WEIGHTED USABLE BED AREA (WUBA)【重みつき利用可能河床面積】：「AREA,

WEIGHTED USABLE BED」を参照のこと WEIGHTED USABLE VOLUME (WUV)【重みつき利用可能体積】：生息場としての価値で重

みづけした河川の体積 WEIGHTING FACTOR【重み係数】：水表面積もしくは体積部分に生息場としての価値で重

みづけする際の値 WETTED PERIMETER【潤辺】：水路横断面で水に接した部分の底面と側面に沿うように測

った距離。おおまかに言って、幅＋2×平均水深に等しい。 WETTED WIDTH【潤幅】：「WIDTH, WETTED」を参照のこと WIDTH【幅】：水面において水路を横断するように流れに垂直に測定した距離 WIDTH, BANKFUL【幅、満水】：水路を越水する直前の河川の幅 WIDTH, CHANNEL【水路幅】：観察者が水路とみなした部分の任意の幅 WIDTH, STREAM【河川幅】：水路幅、河川の潤幅に等しい WIDTH, TOE【台形水路の底面幅】：台形水路の底幅 WIDTH, TOP【流水幅】：流れの水のあるエリアの幅で、河川水路を横断して採寸する WIDTH, WETTED【潤幅】：河川の幅で、水のある部分が対象となる

125

付録２ 参考文献

American Society of Agricultural Engineers. 1982. Hydrologic modeling of small watersheds. St. Joseph, Michigan.

Bovee, K.D. (編)(1995). A comprehensive overview of the Insream Flow Incremental Methodology. National Biological Service, Fort Collins, Colorado.

Bovee, K.D., T.J. Newcomb, and T.G. Coon. (1994). Relations between habitat variability and population dynamics of bass in the Huron River, Michigan. National Biological Survey Biological Report 21. 63pp.

Bovee, K.D. 1986. Development and evaluation of habaitat suitability criteria for use in the instream flow incremental methodology. Instream Flow Information Paper No.21. U.S. Fish Wildl. Serv. Biol. Rep. 86(7). 235pp.

Capra H., Breil, H. and Souchon, Y. (1995). A new tool to interpret magnitude and duration of fish habitat variations. Regulated Rivers: Research and Management, Vol.10, 281-289.

Chow, V.T. 1959. Open channel hydraulics. McGraw-Hill Publishing Co., New York. Chow, V.T.(編)1964. Handbook of applied hydrology. McGraw-Hill Publishing Co., New York. Chow, V.T., D.R.Maidment, and L.W. Mays. 1988. Applied hydrology. McGraw-Hill Publishing

Co., New York. Crawford, N.H., and R.K. Linsley. 1966. Digital simulation in hydrology: Stanford Watershed

Model IV. Stanford University, Dept. of Engineering, Tech. Rep. No. 39. 210pp. Eagleston, P.S. 1970. Dynamic hydrology. McGraw-Hill Publishing Co., New York. Groshens, T.P., and Orth, D.J. 1993. Transferability of Habitat Suitability Criteria for Smallmouth

Bass Micropterus dolomieu. Rivers Vol. 4, No. 3, 194-212. Haan, C.T. 1982. Statistical methods in hydrology. 3rd edition. Iowa State University Press,

Ames, Iowa. Hampton, M. 1988. Development of habitat preference criteria for anadromous salmonids of the

Trinity River. U.S. Fish Wildl. Serv., Division of Ecological Services, Sacramento, California.

Homa, J., Jr., and L.J. Brandt. 1991. Habitat typing Salmon River, Oswego County, New York for development and testing of unsteady flow hydrologic and temperature models associated with storage-and-release hydro projects. Prepared for Niagra Mohawk Power Corporation and Empire State Electric Energy Research Corporation by Ichthyological Associates, Inc., Lansing, New York. 77pp.

Henderson, F. M. 1966. Open channel flow. Macmillan Publishing Co., Inc., New York. 522pp. See List of Symbols, Chapter 1: Basic Concepts of Fluid Flow, Chapter 2: the Energy Principle in Open Channel Flow, Chapter 3: the Momentum Principle in Open Channel Flow, Chapter 4: Flow Resistance, Chapter 5: Flow Resistance – Nonuniform Flow Computations, Chapter 10: Sediment Transport.

Ｐ148 Hoggan, D.H. 1989. Computer-assisted floodplain hydrology and hydraulics: featuring the U.S.

Army Corps of Engineers’ HEC-1 and HEC-2 software systems. McGraw-Hill Publishing Co., New York. 518pp. Chapter 10: Water surface profile analysis, Chapter 11: Water surface profiles program HEC-2.

126

Jowett, I.G.(1992). Models of the abundance of large brown trout in New Xealand rivers. North American Journal of Fisheries Management 12:417-432.

King, H.W., and E.F. Brater. 1963. Handbook of hydraulis. McGraw-Hill Publishing Co., New York.

Leopold, L.B., M.G. Wolman, and J.P. Miller. 1964. Fluvial processes in geomorphology. W.H. Freeman and Company, San Francisco. 522pp.

Linsley, R.K., and J.B. Franzini. 1979. Water resources engineering. 3rd edition. McGraw-Hill Publishing Co., New York.

Linsley, R.K., Jr., M.A. Kohler, and J.L.H.Paulhus. 1986. Hydrology for engineers. 3rd edition. McGraw-Hill Publishing Co., New York.

Milhous, R.T., M.A. Updike, and D.M. Schneider. 1989. Physical Habitat Simulation System Reference Manual – Version II. Instream Flow Information Paper No. 26. U.S. Fish Wildl. Serv. Biol. Rep.89(16). v.p.

Nehring, R.B. and R.M.Anderson.(1993). Determination of population-limiting critical salmonid habitats in Colorado streams using IFIM/PHABSIM. Rivers 4:1-19

Nehring, R.B. 1991. Aquatic Winter Habitat Monitoring Study and Assessment of the Interactions Between Stream Discharge, Aquatic Habitat, and the Trout Population of the Dolores River Below McPhee Dam, May 24, 1991, Colorado Div. of Wildlife, Montrose, CO, Report for U.S. Bureau of Reclamation contract Number 1-FC-40-10460, 28pp.

Richards, K. 1982. Rivers: form and process in alluvial channels. Methuen & Co., Ltd., London. 358pp.

Railsback, S.F., R.E. Blackett, and N.D. Pottinger. (1993). Evaluation of the fisheries impact assessment and monitoring program for the Terror Lake hydroelectric project. Rivers 4(4):312-327.

Raleigh, R.F., L.D. Zuckerman, and P.C.Nelson, Habitat Suitability Index Models and Instram Flow Suitability Curves: Brown trout, Rivised., U.S. Fish Wildl. Serv. Biol. Rep. 82(10.124), 1986, 65pp.

Stalnaker, C., B.L. Lamb, J. Henriksen, K. Bovee, and J. Bartholow. 1995. The Instream Flow Incremental Methodology – A Primer for IFIM. Biological Report 29, March 1995, U.S. Department of the Interior, National Biological Service, Fort Collins, Colorado.

Thomas, J.A. and K.D. Bovee. 1993. Application and testing of a procedure to evaluate transferability of habitat suitability criteria. Regulated Rivers: Research and Management. (29pp).

Viessman, W., Jr., J.W. Knapp, G.L. Lewis, and T.E.Harbaugh. 1977. Introduction to hydrology. 2nd edition. Harper & Row, New York.

Williamson, S.C., J.M.Bartholow, and C.B.Stalnaker. 1993. Conceptual model for quantifying presmolt production from flow-dependent physical habitat and water temperature. Regulated Rivers: Research & Management 8:15-28.