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4.9.2 研究領域の活動概要
Ⅲ.地域水利用システム計画研究領域
教授 小尻利治、助教授 友杉邦雄
①領域の研究対象
地球規模から流域･都市および水利用単位までの水資源システムの計画、管理手順の作成を行う。
②現在の主な研究テーマ
1)地球水資源ダイナミックスの構築(小尻)
2)流域環境評価手法の開発(小尻)
3)総合流域管理計画の策定(小尻)
4)AIによる水資源システム管理支援(小尻)
5)降水パターンの時空間解析手法の開発と渇水リスクの評価(友杉)
③各研究テーマ
(1)地球水資源ダイナミックスの構築 (小尻)
地球上の水循環は気象、水文学的な要素だけでなく、地域的な水利用形態、地域･社会活動にも依存している。すなわち、人口変動、社会活動、農業生産性などの社会的･産業的活動と水文循環の相互作用を組み入れたダイナミックスモデルである。その結果、人間活動や気候変動による水資源分布の推移が推定され、持続可能な社会や健全な水循環系の構築が可能となろう。
(2)流域環境評価手法の開発 (小尻)
多層メッシュ分布型流出モデルを構築し、流域内の水量、水質、生態系など環境評価を行うものである。空間的には大気、地表、地下の3次元を、時間的には洪水から低水までを対象に、要素としては、水温、汚濁物質、化学物質、濁度などを取り上げ、流域変化、気候変動が及ぼす影響を定量的に把握するものである。Hydro-BEAMと名付けてモデル化している。
(3)総合流域管理計画の策定 (小尻)
流域には上流、中流、下流域で、それぞれの流出特性、利用特性に応じた管理形態がある。まず、部分流域(単位メッシュ)を洪水、低水、流量変動、水質、植生、親水性、景観、アクセス性、等で評価すると共に、地域特性を入れてその評価を行う。ついで、全メッシュでの評価を統合し流域評価をする。最後に、最適化理論を結合して、低評価地点の改良策を模索するものである。
(4)AIによる水資源システム管理支援 (小尻)
水資源の実時間管理には、データベースからの情報抽出と適切な対処法の提案が必要である。知識ベースの作成にはファジイ理論とパターン分類化手法を適用する。流量への変換には、物理モデルやニューラルネットワークを用いる。予め算定した対策より、ファジイ推論により適切な方法を推薦すると共にその信頼性を表示し、管理者が利用やすい情報を与える。いわゆる、半自動ロボットの作成である。
(5)降水パターンの時空間解析手法の開発と渇水リスクの評価 (友杉)
地域水利用システムの計画･管理にとって、様々なスケールの時間的･空間的降水パターンの特性は基本的に重要な情報であり、特に少雨現象のものは渇水リスクの評価の基礎情報となる。
まず、地域気象観測システム(AMeDAS)の降水量データをもとに、渇水災害生起ポテンシャルの１つの指標として、年降水量の平均値と変動係数を用いた全国的評価を行い、経験的事実とおおむね矛盾しないことを確認した。また、少雨の時空間分布特性を明らかにするため、従来は豪雨の解析に用いられてきたDAD解析手法を少雨に適用すること、及び地点年降水量間の全国的相関分析を試み、それぞれ時空間スケールの統計的関係について定量的な評価式を得た。
AMeDASの降水量データは空間密度は比較的高いが、その統計年数は25年程度であるので、特定の現象の生起確率の評価にとって十分ではない。一方、気象庁の地上気象観測データは過去100年前後にわたるが、その空間密度はAMeDASの1/10に満たない。そこで主要な地上気象観測データ(日本全国46地点)を合わせて用いて以下のような解析･検討を行った。
1) 46地点の地上気象観測データと有効な約840地点のAMeDASデータの各地点の1ヶ月～1年のタイムスケールでの積算降水量の相関関係を求め、相関係数と距離の関係を調べた結果、地上気象観測データは半径50ｋｍ以内で地域代表性を有していることがわかった。そこで、京都、多度津、福岡の3地点を対象に、地形や気候特性を考慮して、地域代表性を詳しく調べたところ、地形が降水量の分布に大きく影響していること、季節やタイムスケールにより、降水量の相関や強度の分布が異なることなどがわかった。
2) 46地点のデータを用いて、30年移動平均降水量と、30年移動標準偏差の年時系列を略式のパターン分類法で分類し、異常少雨の起こる可能性の高くなってきている地域を指摘した。
なお、今後は降水量だけでなく、夏季の気温や日照時間など、渇水の原因となるその他の気象要素についても解析の対象とすることを考えている。
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