V 流域における総合的な水循環モデルに関する研究
研究期間：平成13年度～17年度
プロジェクトリーダー：水工研究グループ長 永山 功
研究担当グループ：水循環研究グループ（河川生態）、水工研究グループ（水理水文）
1. 研究の必要性
都市への人口集中や流域の土地利用の変化に伴い、降雨の流出形態の変化、水利用の形態の変化、水質汚染や水辺の生態系の変化など、水循環に関するさまざまな問題が生じている。これらの問題を解決するためには、治水・利水安全度の向上および水環境保全という国土管理上の課題を流域という視点でとらえて評価していくことが必要である。また、そのためのツールとして総合的な水循環モデルの開発が求められている。
2. 研究の範囲と達成目標
本重点プロジェクト研究では、流域で生じている水循環の機構や水循環の中で営まれる生態系の変化などの実態を把握し、流域における人間活動が水循環、水環境へ及ぼす影響を評価することができる水循環モデルを開発すること、また、既存のモデルを含めた各種水循環モデルの選定、組み合わせによる統合水循環モデルの構築手法を提案することを研究の範囲とし、以下の達成目標を設定している。
(1) 流域で生じている水循環の変化を把握するための水循環・水環境モニタリング手法およびデータベース構築手法の開発
(2) 流域や河川の形態の変化が水循環、水環境へ及ぼす影響の解明
(3) 流域で生じている水循環の機構を表現できる水循環モデルの開発
(4) 統合水循環モデル構築手法の提案
3. 個別課題の構成
本重点プロジェクト研究では、上記の目標を達成するため、以下に示す研究課題を設定している。
(1) 総合的な水循環モデルに関する研究（平成13～17年度）
(2) 都市河川流域における水・物質循環に関する研究（平成11～16年度）
(3) 低水管理支援システム開発に関する研究（平成12～15年度）
(4) 流域や河川の形態の変化が水環境へ及ぼす影響の解明に関する研究（平成14～17年度）
なお、平成14年度は、これらすべての課題を実施している。
4. 研究の成果
(1) 流域で生じている水循環の変化を把握するための水循環・水環境モニタリング手法およびデータベース構築手法の開発
「都市河川流域における水・物質循環に関する研究」においては、13年度までに、首都圏を対象として水循環解析や物質循環解析に必要となる地形、地質、土地利用、植生、人口、農業、畜産、気象などに関する情報を収集し、GISプラットホーム上にデータベースを作成した。なお、14年度は、本個別課題では、達成目標(2)、(3)に関わる研究を実施した。
「総合的な水循環モデルに関する研究」においては、13年度までに、各種モデルを比較評価するための検証用水文データベースの基本概念を設計し、多摩川水系大栗川流域のデータを用いて具体的な検証用水文データベースを構築した。14年度は、さらに全国のダム流域の水文データを収集し、13年度に構築した検証用水文データベースに追加した。
今後は、これらの成果をさらに発展させ、流域で生じている水循環の変化を把握するためのモニタリング手法およびデータベース構築手法の開発に結びつける予定である。
(2) 流域や河川の形態の変化が水循環、水環境へ及ぼす影響の解明
「都市河川流域における水・物質循環に関する研究」においては、13年度までに、谷田川流域を事例として地下水位および地下水質の実態分析を行った。14年度は、谷田川流域を対象とした通年の水質調査によって平常時と洪水時の河川水質の特性を明らかにしたほか、流域へ流入する負荷量の推定に基づいて物質収支の定量化を行った。
「低水管理支援システム開発に関する研究」においては、13年度までに、滋賀県野洲川流域を事例として、農地に係わる水問題を解決するため、検討すべき項目を抽出、整理した。また、森林の変化と河川流況の関係を把握するため、渡良瀬川草木ダム流域を対象として、関連する水文資料を分析した。14年度は、野洲川流域において、流域水循環解析に必要となるGIS資料を収集・整理するとともに、そのデータを基礎として水利用形態の変化が水循環に及ぼす影響を分析した。
「流域や河川の形態の変化が水環境へ及ぼす影響の解明に関する研究」は今年度から開始した研究課題である。14年度は、流域条件が河川水質に及ぼす影響に着目し、千曲川上流域において水質変化の再現計算を行った。その結果、千曲川上流域では、畑に施肥を行わない冬季においても土中に蓄積された窒素の流出が続いていることが明らかになった。
今後は、これらの成果をさらに発展させ、流域や河川の形態の変化が水循環、水環境へ及ぼす影響について明らかにしていく予定である。
(3) 流域で生じている水循環の機構を表現できる水循環モデルの開発
「総合的な水循環モデルに関する研究」においては、13年度に、既往の水循環モデルをリストアップし、その水文学的特徴とモデルの内容を整理し、このうち代表6モデルについて、多摩川水系大栗川流域のデータより構築した検証用水文データベースを用いて洪水流出計算を実施し、その適用範囲を明らかにした。14年度は、種々の用途に着目して、既往の水循環モデルを分類したほか、既往モデルについて山地域の流域への適用性を検討した。
「都市河川流域における水・物質循環に関する研究」においては、13年度までに、既往のモデルである分布物理型水循環解析プログラム（WEPモデル）の雨水流出計算・追跡機能を改良して、分布型汚濁負荷流出モデルを構築した。さらに、千葉県海老川流域を対象として本モデルの検証を行い、平常時における河川水中のBODとT－Nの濃度の変動の再現性を確認した。14年度は、水田域の水循環を表現できる水田モデルを構築し、これまでに開発してきた分布物理型水循環モデルに組み込んだ。また、これに対し、実測データを用いて精度検証を行った。
「低水管理支援システム開発に関する研究」においては、13年度までに、土木研究所で開発した水配分・水質統合解析シミュレーターを含めて内外4つのツールを比較し、今後のモデル開発にあたっての方向性を検討した。14年度は、低水管理支援システムの基盤となる水系水量管理モデルとして、米国開拓局のRiverwareの導入を図るため、予備的検討を行った。
今後は、パラメーターおよび計算諸条件の設定・調整方法について詳細な検討を加え、流域で生じている水循環の機構をさらに精度よく表現できるような水循環モデルの開発を目指していく予定である。
(4) 統合水循環モデル構築手法の提案
本達成目標は、上記の目標に対する成果を受けて、統合水循環モデルの構築手法を提案するものであり、本重点プロジェクト研究の後半にその実施を予定している。
5.1 総合的な水循環モデルに関する研究
研究予算：運営費交付金（一般勘定）
研究期間：平13～平17
担当チーム：水工研究グループ（水理水文）
研究担当者：吉谷 純一、深見 和彦、松浦 直
【要旨】
流域の特徴や問題等に応じて、適切な水循環モデルを組み合わせて総合的なモデルを構築する手法の提案に向けて、14年度は、用途に着目した既往水循環モデルの調査分類と、既往モデルの山地流域への適用性の評価検討を行った。あわせて全国のダム流域の水文情報を収集し、13年度に設計し都市河川流域のデータを既に入力した各種水循環モデルを評価するための検証用水文データベースに追加した。
キーワード：総合的な水循環モデル、評価分類手法、ガイドライン、山地流域、データベース
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平11～平16
担当チーム：水工研究グループ（水理水文）
研究担当者：吉谷純一、木内豪、賈仰文
【要旨】
都市河川流域における健全な水循環系の保全と再生を図るためには、流域スケールで自然系と人工系における水と汚濁物質の移動、循環の実態を明らかにするとともに、汎用的・実用的な予測モデルと各種情報のデータベースを構築し、効果的な対策を提示する必要がある。本研究では、茨城県谷田川、千葉県海老川をフィールドとして水・物質循環の実態を明らかにするとともに、流域水・物質循環を定量化できるシミュレーションモデルの確立を目指す。平成14年度は、谷田川流域を対象とした通年の水質調査によって平常時と洪水時の河川水質の特性を明らかにするとともに、流域への流入負荷量の推定に基づく物質収支の定量化を行った。また、水田域の水循環を表現できる水田モデルを構築し，これまで開発してきた分布物理型水循環モデルに組み込んで実測データでの検証を行った．
キーワード：都市河川流域、水循環、物質循環、WEPモデル
研究予算：運営費交付金（一般勘定）
研究期間：平12～平15
担当チーム：水工研究グループ（水理水文）
研究担当者：吉谷純一、深見和彦、王 義成
【要旨】
流域水循環系再生計画の目標のひとつである平常時の流量を確保のため、水の有効利用、再配分、利用ルールの変更等の低水マネジメント代替案の河川流況への影響を解析するツールが必要とされている。本研究は、農地における水利用形態変化の実態をケーススタディを通して解明し、この結果を受けて農地を中心とした水利用形態変化による河川流況変化の解析技術の開発を行うことを目的として実施するものである。本年度は、野洲川流域において、流域水循環解析に必要となるGIS資料の収集・整理を行うとともに、そのデータを基礎として水利用形態の変化の経緯を整理し、それが水循環に与えた影響を分析した。また、一方、低水管理支援システムの基盤となる水系水量管理モデルとしての米国開拓局Riverwareの導入試験を図るための予備検討を実施した。
キーワード：低水管理、農地水収支、地下水、流域水循環解析
研究予算：運営交付金（治水勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：水循環研究グループ（河川生態）
研究担当者：尾澤卓思、伊藤弘之
【要旨】
土地利用、水利用や人間活動等流域の条件の変化による河川の水量、水質の変化や河川工事等による河川地形の変化が、河川の水環境や生態系に及ぼす影響を解明するため、平成14年度は、特に流域条件が河川水質に及ぼす影響に着目し、千曲川上流域において水質調査、流域GISデータの作成及び水質縦断変化の再現計算を行った。その結果、（1）千曲川上流域の畑では、施肥等を行わない冬季においても土中に蓄積された窒素の流出が続いていることが明らかとなった。また、（2）流域条件と、河川水質を結びつけるモデルを作成し、河川水質の再現計算を行ったところ、下流側の水質の変化傾向は概ね再現できたが、上流側については再現性が十分でなかった。
キーワード：千曲川上流域、土地利用、N,P、畑、水質モデル
