矢作川上・中流域における礫の移動

愛知工業大学研究報告

第38号 B平成 15年 127

矢作)

1

1上@中流域における磯の移動

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中 村 剛

T， 内 田 臣 ー 什

Takeshi NAKAMURA

，

Shigekazu UCHIDA

Abstract: Amounts of the gravel transport during a flood in September 2000 were estimated in the upper and middle reaches ofthe Yahagi River， central Honshu， Japan，企omthe change of sediment deposition in 5 reservoirs on the main stem， 叩dfrom the observation ofparticle size ofthe sediments. The estimated amounts at influxes into the reservoirs are 17

，

000

，

3，200，41，000，400， and 460，000 m3 respectively企omlower to upper reservoirs， and each amount deposited probably all in the reservoir. The tr叩sportbelow the lowest reservoir was also estimated at 5，000 m3 by the change of riverbed cross sections. These amounts of gravel transport tend to be negatively correlated to仕lebiomass of benthic invertebrates and the richness of riparian vegetation aft日rthe flood; i.e.， a mass of gravel仕 組sportabove the uppermost reservoir greatly destroyed the riparian vegetation and the benthic invertebrates

，

especially net-spinning caddis larvae

，

whereas both were well preserved even a食erthe flood in the middle reaches. The amounts are positively correlated to the sediment yield in the tributari邑sestimated by previous studies. It suggests that the gravel transport in the main stem ofth邑YahagiRiver depends on the sediments企omtributaries because the transport through the main stem is interrupted by the reservoirs. 1. はじめに 1.1 研究の背景 近年、河川の治水。利水・環境に多面的に配慮して、 河道・流域を管理するための技術を開発する必要性が叫 ばれ、そのための基礎資料として流域での土砂の挙動を 把握することの重要性が指摘されている1，2)。 土砂移動の把彊・管理を行なうことは、洪水流下能力 の管理、河川構造物の基礎高決定など、治水・利水上重 要であることは古くから指摘されてきた。しかし、治水・ 利水の観点、からは、土砂移動の結果としての河床の高さ が最も重要であり、土砂移動そのものに焦点をあてて研 究されることはほとんどなかった。ところが、河川環境 の観点からは、たとえ河床の高さ・形状が同一であって も、河床材料となる土砂が頻繁に移動している場合と、 長期にわたって安定している場合とでは、河床で生活す る生物群集に大きな違いが現れる 3)など、土砂移動その ものが極めて重要である。 土砂動態を把彊するための数少ない研究としては、国 土技術政策総合研究所 (1日土木研究所)河川研究室を中 心とした研究グループによるもの4，5，6)があり、土砂動態 十 愛 知 工 業 大 学 大 学 院 建 設 シ ス テ ム 工 学 専 攻 十T 愛 知 工 業 大 学 工 学 部 土 木 工 学 科 ( 豊 田 市 ) を把握する手法の検討が行なわれ、全国から代表的な河 川を選び調査、研究が進められつつある。 1.2 対象涜域 矢作川は長野県南部の大川入山を源とし、長野・岐阜・ 愛知の 3県を流れ下って三河湾に注ぐ、幹川流路延長 117 km、流域面積1，830km2_{の河川である。流域の地形は、} 源流部から愛知県豊岡市付近までの山地@丘陵地と、豊 岡市付近以南の平野部に大別できる。流域の地質は、山 地。丘陵地に花筒岩と変成岩が広く分布し、平野部の沖積 低地には砂、砂磯や粘土、シノレトなどの堆積物が厚く堆 積している。流域の年平均降雨量は下流で1，400mm、上 流山間部2

，

200mm、流域平均は 1

，

900mmである。過去 に洪水による大規模な災害が発生している(1932年 7月、 1959年 9月、 1972年 7月、 2000年 9月)。 矢作川では流域の開発とともに、工業用水・農業用水・ 水道用水の需要が増加し、用水に加え発電。治水用を目 的としたダムや堰が1897年から 1980年までに建設され た7)。これらのダムや堰による土砂の貯留と出水の頻度・ 規模の低下 8)、さらに中流域での砂利採取により、中・ 下流域では土砂の移動が低下したと考えられる。この土 砂移動の低下は、さらに下流での砂利採取とともに、そ こでの河床低下の一因とされる。また、中流において近 年問題となっている河床のアーマ化と、それが引き起こ

128 愛知工業大学研究報告，第38号B，平成15年，VoI.38-B，Mar，2003 すカワシオグサの異常繁茂@アユの不漁、も、この土砂移 動の低下が一因であると考えられている 9)。すなわち、 河川の生態系にとっては、適度の土砂移動があることが 望ましい、ということが指摘されている 10)。 ところが、矢作川においては土砂移動についての実証 的な研究がほとんどなく、移動量の桁すら分かつていな い。この資料の欠如は、アユの不漁対策としてすでに実 施されている河川への砂利投入にあたって、投入量の算 出や投入効果の制面を著しく困難にしている 11)。したが って、たとえ概数であっても土砂移動量を推定すること は、矢作川の河川環境問題に取り組む上で、極めて重要 である。 /

4

8 2 0 K盟 園 1 矢作

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涜域園 1.3研費の重点 河川を流下する土砂には、粘土・砂@礁などさまざま な粒径のものが含まれるが、カワシオグサの異常繁茂と、 それに伴うアユの不漁が問題となっている矢作川中流域 においては、これらのうち「磯(粒径2mm以上)Jの挙 動が、河川の生物群集に特に大きな影響を及ぼすと考え られる。そこで本研究では矢作川の上・中流域を対象地 域とし、土砂移動の中でも特に礁に着目して、主に2000 年 9月東海豪雨の際の土砂の挙動を調べた。 2. 土砂動態把握方法 2.1土砂動態推定手法の選定 粘土や砂では採水観測や流砂量式などにより移動量を 推定する方法が多く行なわれているが、醸の移動はほと んどすべて洪水時に起こると考えられるので、直接移動 を観測することは極めて難しく、計算手法も確立されて いない。そこで、以下のような複数の推定手法を考え、 それらを総合して土砂移動を把握することを試みた。 (1)東海豪雨後に河床の植生(主にヨシ、ヤナギ)の 破壊状況について現地調査を行い、その結果から移 動の規模を推定した。 (2)大形糸状藻類(カワシオグサなどト造網型トピケ ラ類など、礁の移動を嫌う底生生物の生息状況の調 査から移動の規模を推定した。 (3) ダム等の貯水池について、貯水池内の貯水池の横 断測量データ及び堆積物調査結果から供給量(ある いは排出量)を推定した。 (4)河川の横断測量データにより河床高の変化を算出 し、土砂移動量を推定した。 (5)砂防ダム堆砂量により生産土砂量を推定した。 2.2植生の破壊状j見調査による推定 出水による礁の移動により、ヨシやヤナギなど河畔の 植生が破壊されることがある。礁の移動規模の大小が、 その破壊の規模に関係しており、破壊が大きい地点ほど 出水による磯の移動規模も大きかったと考えられる。そ こで、東海豪雨後に植生の破壊状況について調査を行い、 礁の移動の規模を推定した。 2.3轄の移動を嫌う底生生物の調査による推定 磯の移動を嫌う底生生物として、造網型トピケラ類と 大型糸状藻類により磯の移動を推定した。 造網型トピケラ類は喋聞に固着性の巣と捕獲網をっく り、ろ過摂食しているため、磯の移動が起こると巣と網 が破壊され、現存量が減少する。また、カワシオグサな どの大型糸状藻類は磯に付着して生息するため、礁の移 動により発生が抑えられるといわれている。このことか ら、磯の移動規模が大きいほど、造網型トピケラ類の現 存量は減少し、大型糸状藻類の被度も減少すると考えら れる。そこで、これらの関係を利用して醸の移動規模を 推定した。 造網型トピケラ類の現存量については、東海豪雨後の 2000年10月から 12月のデータ 12)を、大型糸状藻類に ついては、 2000年10月から2001年4月のデータ 13)を 用いた。 2.4ダム堆砂鞠調査車び横断測量資料解析による推定 矢作川にある 5つのダム(上流から矢作ダム、矢作第 2 ダム、百月ダム、阿摺ダム、越戸ダム)について、貯 水池の堆砂状況を調べた。図2...6に対象ダム貯水池の平 面図を示す。また、表1に対象としたダムの諸元を示す。 矢作第 2ダムと百月ダムの間に笹戸ダム(堰堤)が存

矢作川上・中流域における磯の移動 在するが、堤高が低く (6.5m)、貯水量も少ないので、 土砂をほとんど止めていないと考え、対象としなかった。 堆砂量については、毎年行なわれている貯水池の横断 測量のデータをもとに区間ごとの堆砂量を算出した。さ らに堆砂物に含まれる礁の割合を推定し、礁の堆砂量を 求めた。礁の割合は、矢作ダムにおいては、 1998"""'1999 年に行なわれた堆積物のボーリング調査 14)と現地調査 をもとに、他のダムにおいては現地調査及び愛知工業大 学河川・環境研究室により実施された粒径調査 15)をも とに推定した。 なお、表2に示す横断測量の結果には測線のずれなど、 本来の河床変動ではないものが含まれるため、それを排 除して堆砂量を算出した。

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1倒lOm 圏 4 百周ダム貯水池平面園(測量位置 :No.1...16) 129 表 t 研究対象ダム(堰場)諸元 貯水池名 建設年 総貯水量 堤高 H.W.L LW.L河の(口k箆mか磁) ら (問、 (m) (m) (m) 矢作ダム 1970 (545) 80，000.000 1

∞

o 298.0 261.0 約80 矢作鍍2ダム 1971 (546) 4.354.000 38.0 209.0 206.5 約75 百月ダム{寝堤) 1926 (51) 972.000 14.4 116.0 114.8 約63 関摺ダム(纏寝) 1934 (59) 2.046，000 13.4 84.9 83町3 約55 越戸ダム 1929 (54) 2.876.000 22.8 58.4 57.1 約46 表

2

横断測量結果に含まれる異常なデータ 5岨 1ωOm 圏 3 矢作第 2ダム貯水池平面園(測量;位置:1'10.1-28)

4

9 5加 問 団 四 圏 5 岡摺ダム静水池平面圏(調，11量位置 :No.1-26)

130 愛知工業大学研究報告，第38号B，平成15年，Vo.138晴B，Mar，2003 N 4 4 1 0 5凹 tO曲m 鎧戸ダム 国 6 越戸ダム貯水池平面菌(測量盤置:No.1...34) 越戸ダム、阿摺ダム、百月ダムでは、 1955年ころから ダム湖内での砂利採取が行なわれていた。しかし、越戸・ 阿摺ダム湖の砂利採取業者は1995年に撤退、百月ダム湖 の業者は 1999年度末に撤退した 16)。現在、矢作川の砂 利採取は矢作ダム湖内(矢作ダム堤体から上流 3.6km~ 4.0kmの両岸)において、ダムの貯水機能を維持するた めに行なわれている。 2.5河床横断測量データによる推定 越戸ダムの下流、河口から 43.8~44.2 kmの区間にお いて、この区間における東海豪雨前後の横断測量データ (豊田市矢作川研究所提供)から堆砂及び流出土砂量を 調べ、その中に含まれる礁の量を推定した。 2.6砂肪ダムの堆砂量による推定 流域内の砂防ダムは、 100基をこえ各渓流に点在して いる。砂防ダムの堆砂量から流出土砂量を推定する方法 は広く一般的に行なわれているもので、砂防ダムの堆砂 量測定値は流出土砂量と同じ量か、それに近い値を示す と考えられている 17)。このことから、砂防ダムによる流 出土砂量の調査結果を流域の支川ごとにまとめた。 3. 結果及び考察 3.1植生の破壊状況の調査による瞳定 図 7は東海豪雨後に行なった河床植生の破壊状況調査 をもとに、礁の移動規模を示した図である。 これを見ると、植生が残らないほどの破壊が見られた 上流部に比べ、中流域においては植生の破壊が小規模で あった。すなわち、上流域での磯の移動量は大きく、中 流域で小さかったと推定した。巴川合流点より下流では 再び大規模な植生の破壊が見られる。これは、供給土砂 量の多い巴川が影響していると考えられる。

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20km 菌7 河畔植生の破壊状混から推定した東海豪商での醸 の移動 3.2礁の移動を嫌う底生生物の調査による推定 東海豪雨後の 2000 年1O ~12 月に行なった造網型トピ ケラ類の調査 12)をもとに、礁の移動規模を図 8に示し た。 よ村川 N

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圏 8 造網型トピケラ類の現存量から推定した東海牽 関での醸の移動 図 Bでは、造網型トビケラ類の現存量の 3ヶ月平均値 をもとに、礁の移動量を3階級に分けた。上・下流域での

矢作川上・中流域における礁の移動 礁の移動量が大きく、中流部で小さくなっており、河床 植生の破壊状況による推定と同様の結果が得られた。 同様に、東海豪雨後の 2000 年 10 月 ~2001 年 4 月に行 なった大型糸状藻類の調査 13)をもとに、礁の移動規模 を図 9に示した。大型糸状藻類の被度(割合)の 6ヶ月 平均値をもとに、礁の移動量を4階級に分けている。一 般的には、カワシオグサなどによる大型糸状藻類の繁茂 状況が、土砂移動規模をあらわす指標とされているが、 季節による変動が大きく今回の調査結果は、適当な指標 とはならなかった可能性がある。

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2自h皿 圏 9 大型糸状藻類の繁茂状態から推定した東海豪雨 での醸の移動 3.3 ダム堆積鞠調査車 '(j.構断頭11畳資料解析による推定 図 10"-'14の上段に対象ダムにおける東海豪雨発生前 (1999) と発生後 (2000) の平均・最深河床高を示し、 下段には、横断測量結果から算出した各区間における堆 砂量を示した。 河川￨から貯水池に流入すると流速は急激に低下し、粒 径の大きいものほど流入部付近に堆積することから、貯 水池の流入部付近に堆積しているのは粒径の大きい成分 であり、堤体付近の堆積物は細粒分であると考えられる。 矢作@百月・阿摺e越戸ダムにおいては堤体付近で堆 砂量の減少が見られる。これは、堆積物のうちの細粒分 が洪水時に貯水池から流出したものと考えられる。 図 10"-'14の下段には、堆積物に含まれる醸成分の推 定量を示した。矢作ダムにおいては、 0"-'2km区間では 少量の砂・腐植物が混入したシノレトを主体とする堆積物 131 であり礁は含まれていない。また、 4"-'6km区間では、 およそ1割の礁を含む砂を主体とした堆積物である。東 海豪雨の際も、過去の洪水による堆積の場合と同様に堆 積したと仮定し、さらに6"-'ヲ.3km区間においては現地 調査を行い、堆砂物に含まれる礁の割合を推定した。下 流の夕、ムについては、表3のように堆砂物に含まれる醸 成分の割合を推定した。 表 3 堆積物に含まれる礁の割合 名 称 堤体からの距離(km) 0% 10% 50% 80% 矢作タム 0.0-4.0 4.0-5.8 5.8~8.1 8.1-9.3 矢作第2ダム 0.O~2.5 2.5-3.9 百月ダム 0.0-0.3 0.3-1.0 1.0-2.1 阿描ダム 0.0-2β 2.0-2.5 2.5~3.7 3.7-4β

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一豊里空ム 0.0-1.5 1.5-2.5 2.5-4.1 4.1-5.3 以上の結果より、各ダムへ流入した礁の推定量は矢作 ダム 460，000m3_{、矢作第 2ダム 400m}3_{、百月ダム 41，000m}3_、 阿摺ダム 3，200m3_{，越戸ダム 17，000m}3_{となった。各ダム} から下流へ流出した堆積物には礁はほとんど含まれてい ないと推測される。 310

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L.W.L ー か . .1999平均 --2000平均 一 ，ι.1999最 深 ー 輔 ー2000最 深 4 5 6 堤体からの距離(km) 250 200 n u n u n u 内 u n u R U 内 U R M 民 J M F E E S -x ) 劇怠封 -100 戸 田 町 。 z 咽 N 4

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愛知工業大学研究報告，第

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1999平均 一 恭 一20∞ 平 均 …，，--1999最 深 ー_ 2 0∞最深 95 90 .580 橿 抵 庶75 85 …← 1999平 均 一 帯 ー2000平 均 --D---1999最 深 一→←-2000最 深 220 n u n u ︽ H v n ヨ 内 4

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5 ( E ) 憧低院 210 70 180 4000 2000 3000 堤体からの距穣(m) 1000 65 0 3000 2500 1000 1500 2000 堤体からの麗磁(m) 500 170 0 口鶴成分 向 u e a ︽ U R U F E 8 2 三時愈縛-15 n u z u 内 u e a F E g o -x )_網怠弾 円 判 。 。 z

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z 由 o z 回 . 。 Z 守 O Z 司 。 z 号 向 。 Z 器 闘 - o z 嗣 -15 -20 越戸ダム、河床高(よ)、堆砂畳(下) 園 14 百月ダム、河床高(上)、堆砂畳(下) 盟

1

2

矢作川上・中流域における礁の移動 3.4河

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横時測量データによる土砂量の算出 図 15に対象とした区間の東海豪雨前後の横断形状を 示す18)。この区間においては、堆積した部分と、侵食さ れた部分が見られる。堆積した部分は 1mm未満の粒笹 であり、侵食された部分は礁であったことが分かつてい る18)。このことから、横断測量データを元に侵食された 体積を算出し、この区間での礁の流出量とした。その結 果約 5，000m3_{という値が得られた。} 48 46 44 ~ 42 糧

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50 100 150 200 250 左岸かもの距離(m) (c)44.2km 園 15 河口から43.8-44. 2

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地点の横断形状 3.5砂肪ダムの堆砂豊による土砂畳の算出 lヲ69年までの砂防ダムの堆砂量から算出された年流 出土砂量 17)をもとに、流域での各支)I[からの土砂生産 量の合計を図 16に示した(磯だけでなく細粒成分も含 む)。図 7~9 と同じ形式で矢印の太さにより、土砂生産 量の大きさを示しである。図 16を見ると、中流域の支川 は、上・下流域に比べて年流出土砂量が非常に少ない傾向 があることが分かる。 133

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0 2 0 k皿 圏 16 砂閉ダム堆砂量による土砂生産量 ダムへの流入土砂(東海豪雨)

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400m3 矢作第2ダム可噛曙盟F 事O m3 百月ダム

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3.200m3 阿摺ダム可輔調F 17，000 m3 越 戸 ダ ム 噂 雪3

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犬伏川 ! 飯野川 i 力石川 圏 17 対象流域区間での醸の移動量(左)と支

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流域 での土砂生産量(右) 3園6礁の移動量のまとめ 3.3""3.5の結果により推定した礁の移動量を図 17にま とめた。支)I[からの流入土砂量が少ない区間では、ダム へ流入する礁の量も少なく、ダムにより礁の移動が妨げ られていることが分かる。現在では砂防事業の進展によ り、生産された土砂がそのまま本流へ流出してはいない

134 愛知工業大学研究報告，第38号B，平成 15年，VoI.38-B，Mar，2003 と思われるが、この中流域支川で土砂生産が少ない傾向 は矢作)11中流域における河床のアーマ化に深く関わって いると考えられる。 百月ダムから越戸ダムの下流の区間で、アーマ化に伴 う生物の異常が問題とされ、河畔植生の破壊が少なく(図 7)、造網型トピケラ類の現存量が多い(図的が、この 区間はダム堆砂量から磯の移動量が少ないと推定される 区間とおおまかには一致している。 4. 結論 東海豪雨による矢作川の上@中流域における礁の移動 量を、生物による調査、ダムの堆砂量、河川横断測量の データなどから推定した。これらの推定により得られた 結論を以下にまとめる。 1) 生物の調査では、植生の破壊状況による調査、造網 型トピケラ類の調査による推定方法が礁の移動を示 す指標になると考えられる。 2) 対象流域の本川上に連続して存在するダムにより、 礁の移動が不連続になっていると推測される。その ため、支川での土砂生産量が少ない区間においては、 本川での磯の移動量も少ないと考えられる。 3) 礁の移動量、支川での土砂生産量の少ないと推定さ れる区聞は、アーマ化による河川生物の問題が起こ っている区間と一致している。 4) 礁の移動推定量とこれまでに行なわれた土砂投入実 験 (1

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3_{f年)を比較すると、実験の投入土砂量} は十分でなかった可能性が高い。 謝 辞 この研究をまとめるにあたっては、愛知工業大学土木 工学科河川

1

.

環境研究室の四俵正俊教授、木村勝行教授か ら指導と助言を頂いた。本研究の一部は、豊田市矢作川 研究所の河川環境復元総合調査事業(矢作川古胤プロジ ェクト，代表:古川彰，関西学院大学教授)の一環とし て行なわれたものである。豊田市矢作川研究所の方々を 始め、プロジェクトに携わった方々には、多くの助言を 頂いた。また、国土交通省中部地方整備局豊橋工事事務 所と矢作ダム管理所、中部電力株式会社からは、資料を 提供して頂いた。また、日東学術振興財団から研究費の 一部に助成を受けた。これらの方々のご好意に対して、 ここに記して、謝意を表す。 参考文献 1) 山本晃一，藤田光一:土砂の制御は可能か，科学， 69， pp.1060""' 1067， 1999. 2) 末次忠司:土砂を基軸にした新たな河道・流域管理 技術の展望，土木技術資料， 43(10)， pp.44...49， 2001. 3) 御勢久右衛門:底生生物の生態学的研究，河川の生 態学，築地書館， pp.23""' 102， 1972. 4) 藤田光一，山本晃一，赤堀安宏:勾配ー河床材料の急 変点を持つ沖積河道縦断形の形成機構と縦断形変化予 測，土木学会論文集

，

600fII圃44，pp.37...50， 1998. 5) 藤田光一，平舘治，服部敦，山内芳朗，加藤信行: 水系土砂動態マップの作成と利用，土木技術資料， 41 (7)， pp.42 ""'47， 1999.7. 6) 山本晃一:生態系基盤としての河川地形に及ぼす自 然的境舌

L

.人為的インパクトとその応答，河川整備基 金事業「自然的擾乱。人為的インパクトと河川生態系 の関係に関する研究J，河川環境管理財団，pp.41...87， 2002. 7) 天野武弘:矢作川の電源開発の歴史，新行紀一監修， 定本「矢作)I1J母なる川ーその悠久の歴史と文化，郷 土出版社， pp.l58...162， 2003. 8) 北村忠紀，田代喬p 辻本哲郎:生息場評価指標とし ての河床擾乱頻度についてヲ河川技術論文集，7，pp.297 ""'302， 2001. 9) 野崎健太郎，内田朝子:河川における糸状緑藻の大 発生，矢作川研究， 4， pp.l5ヲ...168，2000. 10)竹門康弘:日本の河川における自然環境保全・復元の ための生態学的課題，応用生態工学研究会@公開シン ポジウム公演要旨集， pp.8""' 17， 2002.1O. 11)問中蕃:砂利投入による河床構造回復の試みとその 効 果N，矢作川研究.4， pp.135""' 141， 2000. 12)小川弘子，内田臣一，白金品子:東海豪雨後の矢作 川の瀬における水生昆虫など底生動物，矢作川研究.7， 印刷中. 13)内問朝子，藤居勇，山戸孝浩:矢作川における大型糸 状緑藻の時空間変動，矢作川研究.6. pp.113""' 124， 2002. 14)建設省中部地方整備局矢作ダム管理所:平成10年度 矢作ダム地質調査報告書， 1999.2. 15)内田臣ー，大村泰章，神尾孝弘，守屋良平:矢作川 の瀬における2000年9月出水後の河床砂礁の粒径，愛 知工業大学研究報告.36B， pp.127...132. 2001. 16)小川都(編):矢作川の)JI砂利用，矢作川 100年誌資 料研究，豊田市矢作川研究所， pp.28""'29， 2002. 17)建設省中部地方整備局豊橋工事事務所:矢作川河道 計画調査報告書， 242pp.. 1969.1. 18)田代喬，北村忠紀，辻本哲郎:2000年9月出水が矢 作川古成地区周辺河道に与えたインパクト，矢作川研 究， 6， pp.151 ...158， 2002. (受理平成15年 3月19日)