ダムは、魚の遡上を妨げ、生態系を崩してしまう原因になります。
「魚道」とは、そのような魚がダムを乗り越えて上流に移動できるようにするための人工的な水路。
では、エンジニアはこのような構造物をどのように設計するのでしょうか?
魚が魚道を通ろうとするには何が必要なのでしょうか？
そこで、今回は魚道についてお話します。
魚道の仕組み
実際の仕組みは単純です。
成魚は、主に産卵のために上流に向かって泳ぎます。
そこで魚道の目的は、魚にダムがそこにあることさえ気づかれないようにすることです。
彼らはただ魚道を遡り、反対側の取水池へと出て行くだけです。
水は一方向に流れ、魚はその流れと反対方向に進みます。
しかし、魚道を設計するのは決して簡単ではありません。
ある意味、これは有人宇宙ミッションのための生命維持システムを設計するようなものです。
すべては生物学的なものを考えて設計されます。
魚道は生物学的な要素を取り入れている
魚はどのくらいの速さで、どのくらいの時間泳ぐことができるのか?
彼らはどのようにやる気を出すのか?
どれくらい高くジャンプできるのか？
どの程度の温度、溶存酸素、pH、塩分濃度に対応できるか?
そして、これらすべての要因は季節や種によってどのように変化するのか?
これらは答えるのが難しい質問であり、実際にさまざまな追跡システムで野生の魚の行動を観察すると、扱う魚種に合わせて魚道を特別に設計する必要があることも分かってきました。
サケ用の魚道は「流量」が重要
サケ科魚類は、成魚になるとそのほとんどを海で過ごしますが、繁殖のために浅い淡水の源流に戻ってくる魚類のグループです。
サケは、人為的に作られたものでも関係なく、自然の川で急流、小さな滝、さらには空腹のクマなど、さまざまな障壁のなか、上流に向かって移動する能力を持っています。
したがって、サケの魚道の目的は、コンクリートでつくられた急勾配に限らず、遅れやストレスや怪我のないように自然条件を模倣して、サケに川の一部を単に遡上しているだけだと思わせることです。
その秘訣の一部は流量にあります。
実際、魚道を通る水の流れは、設計の最も重要な部分の1つです。
そして、あらゆるエンジニアリング上の決定と同様に、それはバランスの問題でもあります。
魚道を流れる水はすべて水力発電や水道には使用できません。
しかし、水の流れは魚にとって明らかに重要です。
流速が速すぎると、魚はそれに逆らって泳ぐのに苦労します。
水位が低すぎると、泳ぐのに十分な水量がない可能性があります。
流量だけではなく、ナビゲーションにも影響が出ます。
魚道を通る水の流れが弱すぎると、魚は方向感覚を失って上流の方向を見つけられなくなります。
それは特にダムの入り口に当てはまります。
ダムは水路の幅いっぱいに広がっており、そこから魚は、魚道の入り口を見つけなければなりません。
それには、魚を入り口まで引き寄せる何らかの方法が必要です。
ここでアトラクションフローの出番です。
サケは流水の音と乱流を利用してどの方向に泳ぐべきかを知るので、魚道の設計の大部分は、水の流れを強めて中の魚を促しています。
実際、魚道を通る水の流れ自体が誘引力として十分でないことも多いため、それを補うために巨大なバルブや導管などの補助的な給水システムによって、魚にとって常に理想的な状態を再現できるように制御しています。
魚はダムの高さをどうやって上るのか？
しかし、魚が魚道の入り口に入ると、ここから新たな課題「ダムの高さ」が出てきます。
魚は、私たちのようにはしごや階段を登ることができません。
したがって、ほとんどの魚道の全体的な水力設計は、魚が自分のペースで移動できるように管理しやすい「仕切り」で標高を分割することになっています。
魚が水平方向に進みながら、上に向かって進んでいき、ダムを越える必要があるためです。
急勾配の水路が短くなると、水の流れが速すぎる可能性があり、距離を長くして流れを遅くすると、必要な水位まで到達するためのコストと複雑さが増します。
そのため、少なくともサケに関しては、中間の勾配（通常は 10 ～ 15% の傾斜）が採用されました。
プールと堰（せき）
水をせき止めて水位を調整する考え方は、魚がエネルギーを使って速い流れの堰（せき）を遡り、その上のプールで休むことができるという考えからできました。
魚は堰をこえて、再び準備ができたら、次のプールまで泳いでいきます。
しかし、すべての種が高速の水流を何度も遡上するという課題に対処できるわけではありません。
実のところ、プールと堰の設計は、最終的にそこを通過できる魚の種類と適応度を制限する可能性があるため、一般的にあまり効果的ではない設計の1つと考えられています。
欠点を考えた魚道のデザイン
新しい魚道の多くは、その欠点を解消するために、より洗練された形状を採用しています
堰を2つの部分に分け、中央にオーバーフローしない部分を設け、各バッフルにオリフィスと呼ばれる水中の穴を設けることで、このコンセプトを少し変更しています。
この設計により、より多様な流れの条件が実現し、より多くの種類の魚が水面まで到達できるようになります。
実際、ほとんどのサケは、水面を飛び越えるよりも、この水中の開口部を利用することを好みます。
しかし、これらはダムの上流の水位に左右されるという大きな制限があります。水力学により、それが梯子を通過する流量を大きく変える可能性があるのです。
これを制御するために使用できるすばらしいゲートもいくつかありますが、それが常に実行可能であるとも限りません。
下の垂直スロット魚道は、水中の開口部の代わりに、全高に沿った縦長の隙間を使用します。
これにより、さまざまな流れの条件下で魚が上流へ移動することが可能になります。
水流は、隙間の上から下までほぼ一定なので、水量に関係なく魚が通過する十分な機会が与えられるのです。
上流側の面の突起により、魚が必要なときに休むことができる穏やかなエリアも作られています。
コロンビア川とスネーク川沿いの魚道は、驚くほどサケにとって適しています。
ある研究によると、ダム放水路に入ったキングサーモン、ベニザケ、ニジマスの 97% が梯子を登って取水池までたどり着いたことが分かりました。
ダムの建設は環境に驚くべき変化をもたらしますが、どんな変化でも同様、勝者と敗者が生まれます。
農業用の灌漑、人口密集地域への安定した水供給などにより、勝者となるのは通常、私たち人間です。
しかし、ダム建設が始まった当初から、生息地の断片化によって多くの魚類（特に回遊魚）が被害を受けることは、私たちがずっと以前から知っていたことです。
1890年にはすでに、米国のワシントン州で、ダムを建設する際に魚類を考慮することを義務付ける法律が制定されていました。
そして、単なる考慮ではなく、魚がいわゆる「遡上（そじょう）する傾向がある」場合にダムによって川の通り道を遮断さた魚が上流に移動できるような具体的なインフラも必要です。
私たちは常に革新を続けています。
過去には、飛行機で魚を移動させたり、大砲のように魚を飛ばしたり、さまざまな試みがされてきました。
魚道が本当に有効なのかも考えなければなりません。
魚道を通った魚の数や種類を数え、データに記録し、年ごとに追跡を行う必要もあります。
魚が、ダムに遮られることなく、従来のように上流への旅を続けられるように、さらには、地球上で共存する他のすべての生命と調和して生きることの意味については、人それぞれ異なる視点を持っています。
それらのアイデアや取り組みが、工学を通じて現実の世界に浸透していく過程は、非常に興味深いものです。
魚道がなぜ有効なのかについては以下の動画で見ることができます。