気候変動と人間活動を考慮した総合地下水シミュレーションシステムの開発

考虑气候变化和人类活动的地下水综合模拟系统开发

• 批准号: 07F07117
• 负责人: 沖 大幹
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07F07117/
• 关键词: 陸面水文植生モデル; 河川流路網および流化モデル; 窒素循環; 河川流路網及び流下モデル

以下に、本研究の実施状況とその成果について詳細に記す。(1)広域平野部で観測された水文・気象データに基づいて地下水変動および水収支を検討し、水循環を解析した。広域平野内での地下水流動や水利用のみならず、同平野の気象特性、背後地河川の流出・流況特性を解析して、流域全体としての水循環および水収支特性を総合的に明らかにした。さらに、農業・工業・上水道用揚水ポンプの稼働実績、渇水時における取水制限実態、あるいは河川水利用の実態など、解析に必要な様々なデータを収集した。そして、収集・推計された河川からの流入量、平野内での地下水位、農業・工業・上水道用水の利用量および気象データを基に、平野内の地表水・地下水を含む水循環モデル、背後地流域の流出モデルを包含した総合的モデルを構築し、降雨・地表水・地下水の合理的な利用計画を提案した。(2)中国内蒙古自治区黄河流域の河套潅区における高度な水利用・管理を実現するための基礎として、河套潅区の潅漑畑地の蒸発散量を測定し、空気力学式に基づいて構築した蒸発散モデルをSPACモデルに組み込み、衛星データを利用して河套潅区における蒸発散量の分布を推定した。これらの研究成果は、これまで定性的に評価されてきた潅漑畑地の公益的機能を、現地での実測データに基づいて明らかにし、その定量的な評価の方向性を見出して、地球温暖化等に伴う異常気象、都市化や森林伐採等による土地利用の変化などによる洪水災害や渇水災害などが懸念される中で、地域規模さらには地球規模での環境管理施策を確立するためにも、極めて有用な情報を提供した。(3)東アジアを対象に、窒素負荷に関する水質プロセスとその影響を把握するために、農業・畜産・自然・生活排水・工業排水を負荷源として個別に負荷量を推定した。20世紀におけるグローバルな陸面エネルギー水循環データセットを陸面水文植生モデルであるMATSIROと全球河川流路網及び流下モデルであるTRIPの外力として利用し、大陸スケールの陸面窒素循環シミュレーションを行った。データ整備については、東アジアを対象に精度の高いデータベースを作成することを主用な目的とし、窒素モデル研究を行う上で、最も重要な作業であるインプットデータの整備を行った。特に、人口・土地・社会統計などは、フォーマットが統一されないことが多いため、インプットデータとして整備するのに多大な時間と労力を必要とした。本研究で整備した総合データベースは、今後、ほかの研究者が容易に使用することが可能である。モデル開発については、研究代表者沖大幹グループがこれまで使用しているTRIPのコンポーネントを、水質に関する可能な部分について移植した。これらにより、東アジアの窒素負荷分布と日単位の窒素変動のシミュレーションを示し、また、それぞれの負荷が、各地域でどの程度のインパクトを持っているのかを明らかにした。

现将本研究的实施情况及结果详述如下。 （1）根据大面积平原水文、气象观测资料，研究地下水波动和水平衡，分析水循环。不仅分析了广域平原内的地下水流量和用水情况，还分析了平原的气象特征和腹地河流的出流量特征，全面明确了整个流域的水循环和水平衡特征。此外，我们还收集了分析所需的各种数据，如农业、工业和水泵的运行性能，干旱期间取水限制的实际情况，以及河流用水的实际情况。根据收集和估算的河流入水量、平原地下水位、农业、工业和供水使用情况以及气象数据，我们创建了包括地表水和地下水的平原水循环模型，并开发了平原水循环模型。构建了包括流域径流模型在内的综合模型，提出了降雨、地表水和地下水的合理利用方案。 （2）作为内蒙古自治区黄河流域河图图区实现水资源先进利用和管理的基础，我们测量了河图图区灌田的蒸散量，并构建了基于空气动力学的蒸发分析。将离散模型纳入SPAC模型中，利用卫星数据估算了河团地区蒸散量的分布。这些研究成果明确了水浇地的公共利益功能，根据实地实测数据进行了定性评估，并为定量评估找到了方向，旨在解决全球变暖等问题。人们对异常天气引起的洪水和干旱灾害以及城市化和森林砍伐导致的土地利用变化的担忧，为在区域乃至全球范围内制定环境管理措施提供了有用的信息。 (3) 以东亚为对象，为了了解与氮负荷相关的水质过程及其影响，分别估算了农业、畜牧业、自然、生活和工业废水源的负荷。我们利用20世纪全球陆地表面能量水循环数据集作为外力，以陆地表面水文植被模型MATSIRO和全球河道网络和流量模型TRIP为外力，进行了大陆尺度的陆地表面氮循环模拟。在数据准备方面，主要目的是为东亚建立一个高精度的数据库，我们准备输入数据，这是进行氮模型研究时最重要的任务。特别是人口、土地和社会统计等数据往往没有标准化的格式，因此需要花费大量的时间和精力来准备它们作为输入数据。本研究开发的综合数据库将来可以很容易地被其他研究人员使用。在模型开发方面，主要研究者Daiki Oki小组移植了迄今为止使用的TRIP组件，尽可能考虑到水质。利用这些结果，我们模拟了东亚地区的氮负荷分布和每日氮波动，并阐明了每种负荷对每个地区的影响程度。

项目成果

Pumping decisions for sustainable developmeht of groundwaterresources in areas of grassland degradation

草地退化地区地下水资源可持续开发的抽水决策

• 发表时间: 2008
• 期刊: Hydrogeology Journal(Springer) (掲載確定)
• 作者: B.Chaolun. B.He;R.Gao;L.Wang
• 通讯作者: L.Wang

Estimation of Hourly Evapotranspiration in Arid Regions by a Simple Parameterization of Canopy Resistance

• DOI: 10.14877/agrmet2.isam08.0.94.0
• 发表时间: 2009
• 期刊: Journal of Agricultural Meteorology
• 影响因子: 1.3
• 作者: B. He;H. Oue;T. Oki