2020 Fiscal Year Annual Research Report
水域ネットワークにおける魚類回遊のマルチスケール一貫数理モデル
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19H03073
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤原 正幸 京都大学, 農学研究科, 教授 (40253322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
一恩 英二 石川県立大学, 生物資源環境学部, 教授 (10320912)
泉 智揮 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (40574372)
泉 完 弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (60132007)
吉岡 秀和 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 助教 (70752161)
長野 峻介 石川県立大学, 生物資源環境学部, 講師 (90646978)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 魚類移動 / 水域ネットワーク / 数値流体力学 / 魚道 / 落差工 / 手取川 / 斐伊川 / バイオテレメトリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水域(河川・水路)ネットワークについての生態学的な観点からの機能評価では，横断構造物が魚類の遊泳行動に与える影響の定量化が最重要項目のひとつである．これまでは，構造物に設置された魚道における流れと魚類行動の解析などのように魚道に着目した研究と，魚道を明示的に考えないネットワークスケールでの研究が別個になされてきた．本研究では，魚道の内部および近傍における水の流れと魚類の遊泳行動というミクロな情報を，水域ネットワークスケールのマクロな情報と融合する接近手法に基づき，合理的かつ効率的に魚類の回遊をシミュレートできる新しい数理モデルを構築することを目的としている．
2019年度より，水域ネットワークスケールの研究対象地として，石川県の手取川七ヶ用水の一部である山島用水を選定し，魚類の移動に与える落差工の影響を明らかにするため，採取した魚にPITタグを取り付け，水路内に設置したタグアンテナによって移動状況を調査した．また，実験水路を用いた魚類の遡上能力に関する基礎的な実験の結果をとりまとめるとともに，天然アユと人工アユの側線上方横列鱗数が異なることを利用して，手取川と七カ用水の各水域の人工アユの個体数比率を算定して，アユ個体群の移動・分散状況の推定を行った．
魚道周辺を対象としたミクロスケールモデルに関しては，格子法及び粒子法の手法を用いて，階段式魚道，バーティカルスロット式魚道等複数の魚道形式の流れのモデル化および魚類の遊泳行動のモデル化を行った．
水域ネットワーク全体を対象とするマクロスケールモデルについては，島根県斐伊川におけるアユの実測データに基づいて魚類成長をあらわす非線形確率微分方程式系を見出し，変分法的な制御理論に依拠して河川の異なる地点間における水産資源としての魚類の輸送・放流問題を考究した．
漁業協同組合の広報雑誌や高大連携事業においてアウトリーチ活動も着実に進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ミクロスケールモデルについては，格子法において階段式魚道，バーティカルスロット式魚道，粗石付き斜路式魚道について，粒子法において階段式魚道とバーティカルスロット式魚道について，2次元の魚の遊泳行動を表現するモデルを構築し，粗石付き斜路式魚道について水平2次元の水の流れを再現するモデルを構築した．モデルの検証は過去に行われた水理模型実験や現地調査のデータにより実施した．
マクロスケールモデルについては，島根県斐伊川を具体的な研究対象地のひとつとして設定したうえで，「斐伊川のアユ」という巨視的な個体群について，夏から秋にかけての成長データを得た．得られたデータを用い，Wright-Fisher型確率微分方程式を含む非線形確率微分方程式系によりアユ成長の個体差を簡潔かつ統計的に精度よく記述できることを見出した．また，水産資源としてのアユを水域ネットワーク上で管理していくための方法論を確立するために，上述した確率微分方程式系を入力とする変分法の流れをくむ最適制御問題を定式化した．さらに高解像度有限差分法を用いたその数値シミュレーションも行った．
実験水路を用いて魚類の遡上能力に関する基礎的な実験として，降下回遊魚であるシラスウナギの遡上能力を調べ，土木学会論文集Gに発表した．また，水域ネットワークスケールの研究対象地として，石川県の手取川七ヶ用水の一部である山島用水の魚類（アユ，カマツカ，ドンコ，ドジョウ，ウキゴリ類など）の移動状況をPITタグを用いたバイオテレメトリー手法により調査し，その結果は農業農村工学会の京都支部研究発表会および応用水理研究部会で発表した．その移動状況を水路部と落差工部をそれぞれモデル化して合成した水路モデルを提案した．さらに，アユの側線上方横列鱗数を用いたアユ個体群の移動・分散の推定は，日本雨水資源化システム学会大会研究発表会で発表し，優秀発表賞を受賞した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ミクロスケールモデルについては，格子法および粒子法において，階段式魚道，バーティカルスロット式魚道，粗石付き斜路式魚道について，3次元の魚の遊泳行動を表現するモデルを構築する．従来研究や現地調査結果をもとに，まず，一個体の遊泳モデルを構築し，次に，魚類個体間に作用する引力と反発力を考慮できる遊泳モデルについて検討する．
マクロスケールモデルについては，魚類の成長と遊泳能力を関連付けたうえでネットワーク上での移動分散現象をさらに深く考究していくとともに，水産資源管理の問題と関連付けながら応用事例への適用も行うことを検討する．
石川県の手取川七ヶ用水の一部である山島用水において，PITタグをさらに多くの魚類に取り付けることにより，魚類の移動データを蓄積する．また，魚類の移動に関係する水温，水深および起伏ゲートの高さの変化を水位・水温ロガーとインターバルカメラを増設して，より詳細に調査する．．また，アユに関しては，白山手取川漁協から天然アユと人工アユの提供をして頂き，これまでより多数のサンプルおよび広範囲な水域で人工アユの個体数比率を調査することで，アユの移動・分散状況をより詳細かつ広範囲に明らかにする予定である．また，これまでに収集したアユのヒレ標本のDNA分析を行うことで，人工アユの産地を特定し，その放流地点からより詳細なアユの移動状況を明らかにする予定である．ウグイやオオヨシノボリのヒレ標本については，これまでほとんど採取することができなかった．最終年度もこれらの魚類の採集に努めるが，得られなかった場合はアユに資源を集中する予定とする．
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Research Products
(18 results)
