環境技術解説
流域管理とは、河川の流れる地域全体に対して、当該地域内での水循環を健全な状態に保つための各種技術および施策のことである。流域保全とは、森林、河川、生物等の流域の構成要素およびそれらの関係を保護または修復する各種技術および施策のことである。
これまでの都市への人口や産業の集中、都市域の拡大、都市構造の変化等に加え、近年の気象変化等を背景に、都市型水害の多発、水質汚濁の進行、平常時の河川流量の減少、自然環境の劣化等が顕著となっている。これらの問題は、雨水浸透機能の低下や地表水と地下水の連続性の阻害、人間活動による水利用量及び環境負荷の増大といった、水循環系の健全性が損なわれていることに起因しており、流域全体を視野に入れた総合的な対策が求められている。
このような状況下、1997年に改正された河川法には、従来までの"治水"、"利水"に加え、"河川環境の整備と保全"が盛り込まれた。これを受けて、全国の大規模河川の流れる都市において、水循環に関する環境管理計画やマスタープラン等が策定されている。
図は、『福岡市水循環型都市づくり基本構想』における、将来の水循環イメージである。同構想において、水循環に関する問題に対して、1)雨を貯め、しみこみやすくする、2)水を大切に使う、3)川や海をきれいにする、4)水と親しむ、5)緑を増やす、の計5つの対策が掲げられている。
図 福岡市水循環型都市づくり基本構想における、将来の水循環イメージ
出典：『福岡市水循環型都市づくり基本構想』(環境省ウェブサイト)
http://www.env.go.jp/water/junkan/case/pdf/1-2-20.pdf
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我が国の国土の大部分は山地で、古くから、人口と資産は国土の約1割の沖積平野（土砂の堆積でできた平野）部に集中していた。沖積平野では台風等の大雨による洪水等がたびたび生ずることから、河川問題は昔から取り組まれていたのである。図1は、日本最古のダム形式のため池である、狭山池ダム(大阪府)で、平安時代には清少納言が『枕草子』で興味深い池のひとつに数えている。洪水等の水害を防ぐことを、治水という。例えば、戦国時代の武将・武田信玄が築いたとされる信玄堤は、治水事業の一つである。併せて、農業用水の確保等の利水事業も実施されてきた。
その後、流域管理に求められる役割が増えていく。明治時代以降、産業の高度化に伴い、利水目的が高度化した。上水・工業用水の供給及び産業への電力供給を目的として、ダムや浄水場が各地に建設された。水利用が水系の広範囲に及ぶようになったため、従来の区間限定的な河川管理制度では対応できなくなり、水系一貫(上流から下流まで一体)の管理制度が求められるようになった。
近年になって、環境保護が一層重視されるようになった。治水及び利水事業が進むにつれ、自然環境の破壊が問題視されるようになってきた。その状況を受けて、治水及び利水について定められていた『河川法』に、"河川環境の整備と保全"が盛り込まれ、1997年に改正された。また、治水事業も、都市化に伴う諸条件・諸環境の変化により都市型水害が頻発している現在、依然として重要である。
現在、河川は治水、利水の役割を担うだけではなく、水生生物にとっての良好な水環境であることや、周辺地域の親水の場であること等、様々な機能を期待されている。また、改正河川法においては、住民参加型の河川事業を志向している。そのため、流域管理は河川の流れる地域全体を巻き込んだ、文字通りの包括的な「流域」管理となっている。
近年、これまでの都市への人口や産業の集中、都市域の拡大、産業構造の変化等の進行、近年の気象変化等を背景に、様々な水環境に関する問題が顕著となってきている。以下に、多くの都市で共通している、典型的な水環境に関する問題を挙げた。
（１）都市型水害の多発、洪水被害ポテンシャルの増大
都市型水害とは、大都市に発生する水害のことで、他の地域で問題とならない降水量でも都市特有の事情によって水害が発生したり、発生した水害の被害が大きくなったりすることを指す。表1は、「鶴見川流域水マスタープラン」で記されている水害の要因である。
| 現状の問題点 | 要因 | |
|---|---|---|
| いまだに解消されない洪水災害発生の危険性 | 流出量の増大と洪水到達時間の短縮 |
|
| 新たな都市型水害の危険性の増大 | 近年の都市域における異常な豪雨による新たな都市型水害の発生 |
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出典：国土交通省 関東地方整備局ウェブサイト「鶴見川流域水マスタープラン」
http://www.ktr.mlit.go.jp/ktr_content/content/000049526.pdf
表1の上段では、市街化に伴い都市の保水・遊水機能が変わったことを要因として挙げている。特に、降雨時に直ちに水害が発生する可能性を指摘している。表の下段は、水害発生時の被害および影響についての記述である。図2は、平成12年9月の東海豪雨災害後の様子である。
図2 名古屋市西区中小田井２丁目、丸中橋付近の浸水状況(2000/09/13)
出典：京都大学防災研究所ウェブサイト
「DPRI newsletter No.18「２０００年９月東海豪雨災害」」
http://www.dpri.kyoto-u.ac.jp/web_j/dprinews/news18/n18-2.html
（２）水質汚濁の進行
人口の増加・集中や産業活動の活発化に伴い、汚濁負荷が増大することが主な原因である。増大する汚濁負荷の種類を分けると、
また、水質汚濁の進行は、河川生態系に直接的な悪影響を与える。
（３）平常時の河川流量の減少
都市型水害が問題となる一方で、平常時の流量が都市型河川において減少しているという問題がある。一部の河川では、下水道の普及に伴い、以前であれば流下していた生活排水等が下水道を通るようになったために、流量が減少しているためである。流量の減少は、水質及び水環境の悪化だけでなく、火災・震災・災害時の水源喪失に繋がる可能性がある。そこで、国土交通省の環境共生・創造マスタープランでは、健全な水循環の構築に関する施策の一環として、「流量の減少により、水環境の悪化が問題となっている河川等については、導水や下水高度処理水の上流への還元等を行い、河川流況の回復を図る」こととしている。
また、地下水の利用による地下水位の低下と、農地等の市外化に伴う舗装面の増加による地下への雨水浸透量の減少によって、地下水から河川への湧水が減少または枯渇する問題も指摘されている。
（４）自然環境の劣化、親水機能の低下、水文化の喪失
従来、河川は、治水及び利水の観点から整備されてきた。そのため流域管理は、河川に生息する生物にとって必ずしも適切なものではなかった。また、画一的で機能重視の整備が実施された結果、河川から地域特性が失われるというケースもあった。以下に、課題を示す。
また、以前からの課題として、ゴミの不法投棄による環境悪化や、河川敷の不法耕作がある。
水に関する関係５省（環境省、国土交通省、厚生労働省、農林水産省、経済産業省）は、平成10年に、"おいしい水、きれいな水"の復権に向けた地域主体の流域づくりや問題解決の糸口を提供する目的で、「健全な水循環系構築に関する関係省庁連絡会議」を設置した。同会議は、「健全な水循環系」を、「流域を中心とした一連の水の流れの過程において、人間社会の営みと環境の保全に果たす水の機能が、適切なバランスの下に、ともに確保されている状態」と定義している。
また、平成15年に「健全な水循環系構築のための計画づくりに向けて」と題した、上記目的に資する資料をとりまとめている。
ここではまず、1．2)で触れた問題を解決するための、流域管理に関する環境技術を解説する。続いて、河川整備に伴い損なわれた生態系機能を補うための、流域保全に関する環境技術を解説する。
（１）都市型水害の多発、洪水被害ポテンシャルの増大
都市型水害の原因として、都市の保水・遊水機能の低下が挙げられる。この問題への対策として、大きく、洪水を防ぐものと、洪水時の被害を最小限に留めるものの2種類がある。
○治水工事
治水工事にも、洪水を防ぐものと、洪水時の被害を最小限に留めるもの、の２種類がある。
前者は、堤防の整備及び強化、河道掘削(川底を深くすること)・浚渫(しゅんせつ：底に溜まった汚泥等を取り除くこと)、護岸の改良である。一度に河川を流下できる水量を増やすことで、増水した分の水を海まで一気に排除してしまうという考えである。
後者は、遊水地(池)、防災調整池、放水路の設置である。遊水地(池)とは、河川からあふれた水を一時的に氾濫させておくための場所のことで、遊水地(池)より下流の市街地を守るために設けられる。防災調整池は、森林等の自然環境を宅地等に開発することで失われた保水機能を補うために設けられる、緊急時のための設備である。いずれも、浸水等の水害が発生すると被害が甚大となる地域から、水を遠ざけるという考えである。
○雨水浸透施設、雨水排除施設、雨水貯留施設
雨水浸透ます及び雨水浸透型のアスファルトによる路面整備で、雨水の河川及び下水管への流入量を減らすことができる。雨水が溜まりやすい低地部においては、雨水ポンプによる確実な排水が求められる。
また、東京都のように、1970年以前に下水道整備を進めた都市では、合流式下水道（排水と下水が同じ管を通って下水処理場に接続している型式）が多い。下水道の容量を超えた分の水は、処理されずに河川へ放流されるため、河川増水の原因となりうる。そこで、雨水貯留施設、雨水貯留管、雨水滞水池等を整備し、雨水(または、雨水を含む下水)を一時的に貯蔵する方法が採用されている。
（２）水質汚濁の進行
水質汚濁対策は、汚濁負荷を河川に流入させないものと、汚濁負荷を適切に処理するものの、2種類がある。
○河川水質の改善
河川は、地震による水供給停止時及び火災の際、重要な水源となる。そのため、平時より河川水を水源として利用できるよう、維持管理することが重要である。また、近年、身近な水環境として安全で清浄な水の流れる河川が求められている。
具体的な水質改善方法として、河川に流入する排水等の水質改善が挙げられる。近年では、下水を高度に処理した水（再生水）を河川に導水する事例が増えている。また、各種水処理装置によって、河川自体を直接浄化する方法もある。
※各種水処理についての個別技術の詳細は、水域浄化、下水処理、工業排水処理の項目を参考にされたい。
○雨水対策
合流式下水道が多い地域では、雨天時の未処理下水(合流式下水道雨天時越流水)の放流による、水域の水質悪化が問題となっている。この対策として、下水施設の処理能力増強、下水道幹線及び枝線の流下容量増強、雨水貯留施設および雨水貯留管の設置が実施されている。(詳細は、下水処理の項目を参照)。
（３）平常時の河川流量の減少
都市化に伴う河川流量の減少に対して、雨水および再生水を利用した解決策が適用されている。
○下水処理水の活用
下水処理水を環境水として再利用するために、下水処理場への高度処理の導入が進んでいる。高度処理によって得られた再生水（高度処理された下水処理水）は、支流等の住宅地を流れる小規模な川に導水されることがある。
○雨水の活用
降雨は、都市型水害及び雨天時越流水の原因の一つである。その一方で、水多利用型社会である現代の我が国では、雨水は貴重な資源でもある。雨水の用途の一つに、地下水涵養が挙げられる。雨水浸透ます及び雨水浸透型のアスファルトによる路面整備で、地下水量の確保を図るのである。これにより、護岸や川底からの地下水の浸出を促し、河川水量を増加させる狙いである。
また、貯蔵した雨水を適切な方法で処理し雑用水として利用することで、上水の使用量を削減することができる(詳細は、雨水・再生水利用の項目を参照)。図3は、雨水を利用した水循環再生のイメージである。
図3 雨水を利用した水循環再生のイメージ
出典：公益社団法人雨水貯留浸透技術協会ウェブサイト
「貯留浸透施設の必要性」
http://www.arsit.or.jp/book/ryucho%20pamphlet/H19.8/ryucho%20pamphlet%202.pdf
（４）自然環境の劣化、親水機能の低下、水文化の喪失
開発に伴い自然環境が減少する中、身近な自然環境として、河川には従来の治水・利水だけでなく生活をより豊かにする場としての役割が求められている。併せて、河川生態系の保全も期待されている。
○河川周辺および河川敷の整備
河川周辺には、水害を考慮して設けられた堤防や、河川敷の空き地及び遊水地等、多くの土地がある。それらの資源・施設を有効に活用し、水生生物にとっての良好な水環境や、周辺地域の親水の場となることが求められている。
具体的には、流域の緑地化及び、河川・護岸の環境配慮型のものへの改修工事が挙げられる。河川を利用して、地域に点在する公園等の緑地を結びつけて一つの大きな生態的ネットワークとすることも、検討されている。(詳しくは、ビオトープ、自然再生技術、多自然川づくりの解説を参照されたい。）
また、河川敷については、環境及び防災機能の維持のために、市民参加によって保全方法及び利用方法を河川区域ごとに定める必要がある。この手法を、地域（ゾーン：zone）を区分して異なる規制を課すところから、ゾーニング（zoning）という。
図4は、鶴見川水マスタープランにおける、河川空間のゾーニング例である。自然保全・回復ゾーン、自然利用ゾーン、広場利用ゾーン、半自然地ゾーンの４つに分類している。自然保全・回復ゾーンは、河川の合流部や現状で貴重な自然環境が残る区間を中心に設定され、生物の生息・繁殖環境を維持することを目的とし、広場としての利用や立ち入り人数等を制限している。自然利用ゾーンは、野草広場や緑地など、自然観察、散策等の自然指向レクリエーション活動の場として利用することが望ましい空間である広場利用ゾーンは、スポーツ・レクリエーション等の利用を想定している。半自然地ゾーンは、現状の自然環境の状態で自由に利用できるものの、施設整備を行わない場所としている。
図4 河川空間のゾーニング
出典：国土交通省 関東地方整備局ウェブサイト「鶴見川流域水マスタープラン」
http://www.ktr.mlit.go.jp/ktr_content/content/000049534.pdf
水は生物の生存基盤であることから、生態系にも配慮した、より豊かな水環境を保全することが必要である。そのための事業として、主に上流側で実施される水源林の保全、上流から下流へ適切な水質・水量を流す水系環境整備、水生生物に適した環境であると同時に地域の人々にとっての親水性も満たす浄化水路整備が挙げられる。
（１）水源林の保全
水源林とは、降水の流出速度を緩める目的で保全される樹木のことである。水源林によって、上流に降った雨は一度に下流域へ流出することなく保持されるため、洪水を防ぐことができる。また、保持された水は徐々に水源林周辺のダムや河川に流出するので、安定した河川水量の確保にも役立っている。
水源林に対しては、環境保全上健全な水循環機能の維持・回復を図るため、森林計画制度に基づき、育成複層林施業等による森林の整備を通じて保水能力の高い森林の育成に努めるなど、適切な維持管理および造成が実施されている。図5は、水源のかん養を目的とした保安林（公益目的を達成するために、伐採や開発に制限を加える森林）である。
図5 水源かん養保安林
出典：林野庁ウェブサイト「保安林制度」
http://www.rinya.maff.go.jp/j/tisan/tisan/con_2.html
（２）水系環境整備
河川の環境整備については、流域全体の視点からの整備が重要である。特に、上流にダムを有する水系では、河川の環境整備を行う際、ダムとの連携が必要となる。事業内容として、
１．ダム貯水池での水質改善と河川での水質浄化による、効果的な河川水質浄化
２．ダム（上流）から河口までの連続性の改善および、連携した河川整備
が、挙げられる。
○水質改善
ダムにおける水質改善事業は、ダム湖底の浚渫（しゅんせつ：堆積した汚泥やゴミを取り除くこと）や、窒素やリン等の栄養塩除去が実施されている（詳細は、「湖沼等の水質浄化技術」を参照のこと）。
河川における水質改善事業は、下水道整備のほか、微生物による水の浄化作用を活かした工事（浄化水路整備）や河川水質浄化施設による浄化事業も実施されている。
図６は、千葉県を流れる大柏川における河川浄化施設の整備事例である。取水方式は、川に設置された可動堰の上流側から、平常時の河川流量の全量を取水し、浄化処理後、可動堰の下流端へ放流する。主に、接触酸化法（ろ材を通過する際に生ずる接触沈殿と生物膜（微生物）による吸着、酸化分解により浄化する方法）で水質浄化を行っている。この施設での浄化方式は、(1)ヒモ状集合体懸架方式、(2)プラスチック形成体材充填方式、(3)自然循環方式（木炭・鉱石等複合体）、の３方式を並列で採用している。
図6 大柏川（おおかしわがわ）浄化施設の概要
出典：千葉県真間川改修事務所ホームページ
http://www.pref.chiba.lg.jp/mamagawa/kankyou/shisetsu.html
○無水区間の解消
河川の中には、ダムからの出水時しか流水が無い、いわゆる「無水区間」のある河川が存在する。この区間では魚類が生息できない。このような区間のある河川上流のダムに対して、事前放流用施設（小規模放流管）を増設するなどの総合的なダム機能の向上が図られている。
図7は、ダム機能向上事業のイメージである。事前放流用施設とは本来、ダムの保有する水量（利水容量）の一部を洪水の発生前に放流することで、洪水調節容量を増やして洪水被害を軽減する施設のことである。洪水後に予想通り雨が降れば、利水容量を回復できる。高度な降雨予想技術が必要であるが、事前に降雨が予想できれば継続的に事前放流分の水を無水区間のある河川に流すことができるので、無水区間を解消して本来の川の姿に近づけることができる。
図7 ダム機能向上事業のイメージ
出典：国土交通省ウェブサイト 「平成17年度河川局関係予算決定概要」
http://www.mlit.go.jp/river/basic_info/yosan/gaiyou/yosan/h17budget2/p12.html
（３）浄化水路整備
浄化水路とは、自然浄化能力を利用した水路のことで、河川改修等によりコンクリート化や暗渠（あんきょ:地上から見えない水路）化が進んだ河川・水路等に対して、れき等を利用して整備するものである。また、浄化水路は動植物の良好な生育環境となるため、河川生態系の維持・回復に役立つ。浄化水路の具体的工法については、「多自然川づくり」の解説項目を参照のこと。
流域管理には河川以外の環境要因(下水、雨水、森林等)及び地域住民、事業者、行政等、様々な要素が互いに影響しあっており、トップダウンで解決できるものではない。環境省では、「水循環計画事例集」をとりまとめており、自治体等と流域住民・ＮＰＯ等が一体となって水循環計画を策定する活動を後押ししている。
図8は、『福岡市水循環型都市づくり基本構想』における、将来の水循環イメージである。同構想において、水循環に関わる課題として『都市型水害』、『渇水被害』、『水環境の変化(水質、生態系、親水性)』、『市街地中心部のヒートアイランド』が挙げられていた。これら課題への対策として、1)雨を貯め、しみこみやすくする、2)水を大切に使う、3)川や海をきれいにする、4)水と親しむ、5)緑を増やす、の計５つを掲げている。それぞれの具体的内容は、表2に示した。
図8 福岡市水循環型都市づくり基本構想における、将来の水循環イメージ
出典：環境省ウェブサイト
「水循環計画事例集 『福岡市水循環型都市づくり基本構想』」
http://www.env.go.jp/water/junkan/case/pdf/1-2-20.pdf
| 概要 | 水環境施策の具体的内容 |
|---|---|
| 1)雨を貯め、しみこみやすくする |
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| 2)水を大切に使う |
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| 3)川や海をきれいにする |
|
| 4)水と親しむ |
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| 5)緑を増やす |
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出典：環境省ウェブサイト
「水循環計画事例集 『福岡市水循環型都市づくり基本構想』」
http://www.env.go.jp/water/junkan/case/pdf/1-2-20.pdf
国立環境研究所では、平成8年度から17年度にかけて、中国の長江を対象に『流域圏環境管理研究プロジェクト』を実施していた。ここで流域圏とは、水を中心とした物質の循環が行われる、社会の存続を左右する最小単位のことである。同プロジェクトの目的は、流域圏が持つ生態系機能とその恩恵を受ける人間との関係を調べることによって環境管理を可能にし、「持続可能な開発」への解答を見出すことである。
図9は、総合的な流域管理モデルの概念図である。モニタリングの対象は土地利用、土壌侵食、水循環など多岐にわたる生態系の機能である。これには、中国国内の代表的な生態系の中心に観測点を設置し、気象、水文、土壌水分、植生等に関する基礎データを集め、衛星からのデータと比較するという調査工程も含まれる。こうした地道な検証により、衛星モニタリングのデータが実体のあるものとなる。
一連のプロジェクトの研究成果に、流域圏における洪水制御や食糧生産に対して有効な策の提案がある。前者は、ダムの性能だけに依存せずに、流域内の生態系機能（森林の保水機能，湿地の遊水機能）を活用することによって洪水制御効果が高まることを明らかにしたというものである。後者は、華北平原の冬小麦栽培における、最小の灌漑揚水量で最大の収穫量を上げられる地下水管理モデルの作成である。
自然環境を視界に収めて開発を持続する気運は、世界中で高まっていると考えられているため、本研究の同分野における意義は大きい。
図9 総合的な流域管理モデルの概念図
出典：国立環境研究所ウェブサイト
「環境儀NO.16 『長江流域で検証する「流域圏環境管理」のあり方』」
http://www.nies.go.jp/kanko/kankyogi/16/04-09.html
