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回遊魚のライフサイクル持続可能性に資する農業水利システムの包括的最適化

研究課題

研究課題/領域番号 23K23721
補助金の研究課題番号 22H02456 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分41030:地域環境工学および農村計画学関連
研究機関京都大学

研究代表者

藤原 正幸  京都大学, 農学研究科, 教授 (40253322)

研究分担者 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)
吉岡 秀和  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (70752161)
長野 峻介  石川県立大学, 生物資源環境学部, 准教授 (90646978)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
2024年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワード通し回遊魚 / 農業水路 / 魚の遡上シミュレーション / 確率最適化モデル / アユ / 魚道 / バイオテレメトリー / 手取川 / 斐伊川 / 数値流体力学
研究開始時の研究の概要

農業水利システムでは環境との調和に配慮した操作や管理が求められているが,純淡水魚に配慮したものが多い一方,回遊魚については追跡の困難性が一因で研究が一向に進んでいない.本研究では,バイオテレメトリー手法を用いて追跡の困難性を克服するとともに,回遊の障害となる農業水利システムの構成要素を,どのように管理すれば魚類回遊と調和できるかという課題に取り組む.具体的には,構造物周辺での回遊魚の挙動を数値モデルで再現し,個体群レベルで記述できる確率微分方程式モデルにアップスケーリングする.これにより,農業水利システム全体における魚類の移動や産卵を含むライフサイクル全体を再現できるモデリング手法を確立する.

研究実績の概要

手取川七ヶ用水の山島用水4-2号支線の米永分水工下流区間(およそ3.5km)において,2019~2023年の調査で,23種4949個体の魚類を採集し,PITタグを挿入した魚類は14種1038個体,7種247個体の移動データを取得した.また,山島用水4-2号支線で採集した魚類の体長や湿重量から肥満度を計算した.長さ8㎜の小型PITタグを,体長50~70mmのヨシノボリ類に挿入して室内の水槽で飼育したところ,体長50mm前後の個体でPITタグが腹腔から脱落するケースがみられたが、脱落せずに6ヶ月以上成長する個体がいることが確認された(供試魚数が少ないので未公表).
手取川七ヶ用水の山島用水4-2号支線の米永分水工下流区間(およそ3.5km)におけるアユの遡上状況を再現するために,数値モデルを構築した.水路部においては,水流に応じた遊泳速度を設定し,遊泳持続曲線から遊泳持続時間を求め,遡上時間と遡上距離を計算する.落差部では落下流速に応じて,突進速度で遡上するケースと跳躍遡上をするケースに分類して,遡上が成功するまで試行を繰り返すことで遡上のシミュレーションモデルを作成した.870m離れて設置されたタグアンテナでの観測結果からその間の遡上時間が明らかとなったケースを再現できるようにパラメータを設定した.シミュレーション結果より,対象区間で一つでも起伏ゲートが起立した状態(70cmの落差)にあるとそこで遡上が止められる結果となった.
前年度と同様に島根県斐伊川中流域を研究のサブサイトとして,斐伊川漁業協同組合の協力のもと河川のアユに関する体重データを取得できた.また,手取川上流域における人と水産資源の持続的な共存にも焦点を当て,ゲーム理論に基づいた分析も行った.自己興奮型確率微分方程式系を用いたアユ遡上量予測モデルも構築し,実河川のデータからパラメータを同定できた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2019~2023年の山島用水4-2号支線のPITタグによる移動調査でアユ143個体,カマツカ43個体,ドジョウ31個体,ドンコ6個体,ウキゴリ類17個体などの魚類の移動行動が検知されている.2023年度は,海域に近いd1とd2で38個体のウグイにPITタグを挿入したが行動は検知されなかった.
アユの遡上シミュレーションモデルに関しては,対象水路内に複数設置されている起伏ゲートが起立している状態では,アユは跳躍遡上行動をとると考え,そのモデル化を組み入れた.そして水路全体(3.5km)の遡上シミュレーションを起伏ゲートの複数のパターンで実施した
研究サブサイトである島根県斐伊川について,大きな問題なくアユ成長データを取得できている.また,斐伊川漁協との研究協力体制も継続できている.魚群回遊の数理モデル化については,金融工学や保険数理の分野で構築されてきた先進的な時系列データモデル化手法が本研究に応用可能であることを独自に見出し,数値計算事例を得ることができている.

今後の研究の推進方策

手取川本川に生息するアユを漁協から購入し、天然・人工の判別,湿重量,体長の計測を行うことで,水路の天然・人工アユの個体数比や体長・湿重量と比較できないか検討する.アユ以外の魚類についても体長・湿重量・肥満度を計測して、山島用水4-2号支線と手取川本川の値を比較することを検討する.90mm未満の魚類に長さ8㎜の小型PITタグを挿入する室内飼育実験の継続を検討する。山島用水4-2号支線より上流の4-1号支線、幹線水路を含めた取水口~海域の全区間の環境DNA分析を実施することで、区間ごとの魚類相や各魚種のDNA濃度から魚類の移動状況の推定を行えないか検討する.
アユ遡上シミュレーションモデルに関しては,魚類の挙動解析モデルの改良を引き続き行い,流況解析と挙動解析の連成,挙動解析における確率モデルの改良をおこなう.また,アユ遡上については,降雨量等に依存した起伏ゲートの起伏状況が支配因子であると示唆されているため,降雨ならびに起伏ゲートの起伏のダイナミックスをモデル化することで,対象水路におけるアユ遡上について確率論的な方法論に基づいて検討していく.
また,サブサイトである島根県斐伊川中流域においてもデータ収集を継続する.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] The University of Queensland(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] The University of Queensland(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Optimal harvesting policy for biological resources with uncertain heterogeneity for application in fisheries management2024

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hidekazu
    • 雑誌名

      Natural Resource Modeling

      巻: na 号: 2

    • DOI

      10.1111/nrm.12394

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generalized Logit Dynamics Based on Rational Logit Functions2024

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hidekazu
    • 雑誌名

      Dynamic Games and Applications

      巻: na 号: 5 ページ: 1333-1358

    • DOI

      10.1007/s13235-023-00551-6

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impacts of sediment transported downstream from the 2015 deep-seated landslide in Mt. Hakusan, Japan2024

    • 著者名/発表者名
      Prakash Singh Thapa, Hiromu Daimaru, Eiji Ichion, Seiji Yanai
    • 雑誌名

      Earth Surface Processes and Landforms

      巻: 49(4) 号: 4 ページ: 1273-1288

    • DOI

      10.1002/esp.5764

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Statistical evaluation of a long‐memory process using the generalized entropic value‐at‐risk2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hidekazu、Yoshioka Yumi
    • 雑誌名

      Environmetrics

      巻: na 号: 4

    • DOI

      10.1002/env.2838

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CVaR-based optimization of environmental flow via the Markov lift of a mixed moving average process2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hidekazu、Tanaka Tomohiro、Yoshioka Yumi、Hashiguchi Ayumi、Aranishi Futoshi
    • 雑誌名

      Optimization and Engineering

      巻: 24 号: 4 ページ: 2935-2972

    • DOI

      10.1007/s11081-023-09800-4

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal Aquaculture Planning While Accounting for the Size Spectrum2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hidekazu
    • 雑誌名

      Operations Research Forum

      巻: 4 号: 3 ページ: 61-61

    • DOI

      10.1007/s43069-023-00241-4

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Orlicz risks for assessing stochastic streamflow environments: a static optimization approach2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hidekazu、Tomobe Haruka、Yoshioka Yumi
    • 雑誌名

      Stochastic Environmental Research and Risk Assessment

      巻: 38 号: 1 ページ: 233-250

    • DOI

      10.1007/s00477-023-02561-7

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stochastic optimization of a mixed moving average process for controlling non-Markovian streamflow environments2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hidekazu、Tanaka Tomohiro、Yoshioka Yumi、Hashiguchi Ayumi
    • 雑誌名

      Applied Mathematical Modelling

      巻: 116 ページ: 490-509

    • DOI

      10.1016/j.apm.2022.11.009

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 手取川扇状地のトミヨの調査2023

    • 著者名/発表者名
      一恩英二・北市仁
    • 雑誌名

      2022年度手取川環境総合調査,北國新聞創刊130年記念事業

      巻: - ページ: 155-158

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] 手取川ダム湖外来魚調査2023

    • 著者名/発表者名
      一恩英二・石山尚樹
    • 雑誌名

      2022年度手取川環境総合調査,北國新聞創刊130年記念事業

      巻: - ページ: 159-162

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] 落差工のある農業水路におけるアユの遡上シミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      渡邊佳成・藤原正幸
    • 雑誌名

      土地改良

      巻: 318 ページ: 105-107

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] 水上ドローンによる水深計測と画像解析型流速測定法を組み合わせた流量観測2022

    • 著者名/発表者名
      大谷健人・藤原洋一・長野峻介・一恩英二・中川悠希
    • 雑誌名

      農業農村工学会論文集

      巻: 315

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] オーリッチリスクの資源・環境問題への応用), ファイナンスの数理解析とその応用2023

    • 著者名/発表者名
      吉岡秀和,辻村元男
    • 学会等名
      数理解析研究所講究録2272
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 突発的な高濃度濁水が手取川扇状地の地下水環境に与えた影響2023

    • 著者名/発表者名
      藤原洋一・大谷健人・高瀬恵次・長野峻介・一恩英二
    • 学会等名
      令和5年度農業農村工学会大会講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ガウス過程回帰による手取川扇状地の地下水位変動解析と異常検知2023

    • 著者名/発表者名
      長野峻介・竹田富美・藤原洋一・一恩英二
    • 学会等名
      令和5年度農業農村工学会大会講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 大規模な斜面崩壊の後に生じた手取川扇状地の地下水位低下について2023

    • 著者名/発表者名
      藤原洋一・大谷健人・高瀬恵次・長野峻介・一恩英二
    • 学会等名
      水文・水資源学会/日本水文科学会2023年度研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 石川県能美市にある竹藪用水の湧水の起源推定-酸素・水素安定同位体比を利用して-2023

    • 著者名/発表者名
      藤原洋一・高瀬恵次・一恩英二・長野峻介・辻野一誠・伊藤優子
    • 学会等名
      応用生態工学金沢第21回北信越現地ワークショップin石川
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ドジョウ属を対象とした管水路型魚道の開発2023

    • 著者名/発表者名
      北澤駿・一恩英二・藤原洋一・長野峻介・戸山拳士朗
    • 学会等名
      応用生態工学金沢第21回北信越現地ワークショップin石川
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ドジョウ属を対象とした管水路型魚道の開発2023

    • 著者名/発表者名
      北澤駿・戸山拳士朗・長野峻介・藤原洋一・一恩英二
    • 学会等名
      第31回日本雨水資源化システム学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 魚類の移動に配慮した水路における魚類の移動状況と肥満度について2023

    • 著者名/発表者名
      戸山拳士朗・北澤駿・長野峻介・藤原洋一・一恩英二・藤原正幸
    • 学会等名
      第31回日本雨水資源化システム学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 魚類の挙動解析モデルのトミヨの遡上実験への適用2023

    • 著者名/発表者名
      泉 智揮・山下尚之・難波一真・藤原正幸・吉岡秀和・一恩英二
    • 学会等名
      第31回日本雨水資源化システム学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 低コストGNSS受信機の精度検証とその活用に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      藤原洋一・中川悠希・大谷健人・長野峻介・一恩英二
    • 学会等名
      第80回農業農村工学会京都支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 魚道型落差工のある農業水路における魚類の移動行動2023

    • 著者名/発表者名
      長岡湧郎・一恩英二・長野峻介・藤原洋一・藤原正幸
    • 学会等名
      令和5年度農業農村工学会応用水理研究部会講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 起伏ゲートの状態を考慮した農業用水路におけるアユの遡上シミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      渡邊佳成・藤原正幸・一恩英二・長野峻介・泉智揮・吉岡秀和
    • 学会等名
      令和5年度農業農村工学会応用水理研究部会講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Distributionally-Robust Optimization for Sustainable Exploitation of the Infinite-dimensional Superposition of Affine Processes with an Application to Fish Migration2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka H., Tsujimura M., Yoshioka Y
    • 学会等名
      International Conference on Computational Science (ICCS)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-singularity of the generalized logit dynamic with an application to fishing tourism2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Hidekazu
    • 学会等名
      21st International Conference of Numerical Analysis and Applied Mathe-matics (ICNAAM2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分布の不確定性に対して堅牢な確率最適化とその生態水文学への適用2022

    • 著者名/発表者名
      吉岡 秀和, 辻村 元男, 吉岡 有美
    • 学会等名
      第77回農業農村工学会中国四国支部講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Non-standard jump processes arising in environ-mental project planning (環境プロジェクト策定に関わる非標準的なジャンプ過程)2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka H. and Tsujimura M.
    • 学会等名
      ファイナンスの数理解析とその応用,数理解析研究所講究録2237, pp. 2-5.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 起伏ゲート・落差工のある農業水路におけるアユの遡上シミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      渡邊佳成・藤原正幸・一恩英二・長野峻介・泉智揮
    • 学会等名
      農業農村工学会京都支部第79回研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 魚道型落差工が設置された農業水路におけるPITタグを用いた魚類の行動調査2022

    • 著者名/発表者名
      長岡湧郎・長野峻介・藤原洋一・一恩英二・藤原正幸
    • 学会等名
      日本雨水資源化システム学会第30回研究発表会要旨集
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 魚群探知機による水深計測とSTIV法を組み合わせた流量観測の試み2022

    • 著者名/発表者名
      大谷健人・藤原洋一・長野峻介・一恩英二
    • 学会等名
      令和4年度農業農村工学会大会講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 管水路型魚道におけるタナゴ亜科魚類の遡上特性2022

    • 著者名/発表者名
      立花陸斗・藤原洋一・長野峻介・一恩英二
    • 学会等名
      第30回日本雨水資源化システム学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of river flow discharge using a combination of drone boat for bathymetric measurement and image analysis for flow velocity measurement2022

    • 著者名/発表者名
      Kento Otani, Yoichi Fujihara, Shunsuke Chono, Eiji Ichion, Yuki Nakagawa
    • 学会等名
      PAWEES2022 International Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 石川県の手取川扇状地における河川と水路及び人工アユと天然アユの肥満度の違い2022

    • 著者名/発表者名
      一恩英二・佐伯卓哉・長野峻介・藤原洋一・藤原正幸
    • 学会等名
      令和4年度応用水理研究部会講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] メダカ属を対象とした管水路オリフィス型魚道の開発2022

    • 著者名/発表者名
      佐々木崚馬・一恩英二・藤原洋一・長野峻介
    • 学会等名
      令和4年度応用水理研究部会講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 水上ドローンによる水深計測と画像解析型流速測定法を組み合わせた流量観測2022

    • 著者名/発表者名
      大谷健人・藤原洋一・長野峻介・一恩英二・中川悠希
    • 学会等名
      第79回農業農村工学会京都支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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