共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 寒冷山岳地域における分布型水文モデルの最適化に向けた研究
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 防災科学技術研究所　雪氷防災研究センター
研究代表者／職名 主任研究員
研究代表者／氏名 平島寛行

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 山口悟 防災科学技術研究所　雪氷防災研究センター 主任研究員

2

 石井吉之 北大低温研

研究目的 　寒冷な山岳域においては、積雪は融雪水の供給等により水文過程に大きく影響を及ぼす.特に積雪中の水分移動過程は降雨や融雪水の河川への流出応答に影響する.防災科学技術研究所ではこれまで積雪中の水分移動モデルの開発や、同モデルの積雪変質モデル”SNOWPACK”への導入を行ってきており、さらにそれを応用して分布型水文モデルの構築を進めている。本研究ではそのモデルを用いて、試験流域で観測された河川流出量の変化を再現するとともに、流域内における積雪調査結果等と組み合わせて流出量の再現性を向上させるためのモデルの最適化を行う事を目的とする。
　　
研究内容・成果 　寒冷な積雪地域における水文過程のモデル化にむけて、積雪変質モデルを用いた山岳域の分布型水文モデルの開発を行っている。これまでの共同研究では、水文気象グループによる母子里の試験流域における観測結果を用いて、雪氷防災研究センターが所有する積雪変質モデルの検証や改良を行ってきた。それにより、ライシメータで観測された底面流出量をほぼ正確に再現できるようになった。また、それを応用して地形の影響を考慮して気温や日射量の補正を行うことで、50mメッシュで面的な計算も行えるようになった。
　本研究では、面的な計算の際に積雪分布をより正確に計算するために下記の方法で降水量の補正を加えた。その補正には、過去に母子里で観測された融雪期が始まる直前の積雪水量の分布を用いた。まず、標高別の積雪水量の観測結果に基づき、標高と積雪水量の関係式を作成した。次に、計算対象範囲におけるすべてのグリッドにおいて、作成した式を用いて、各グリッドの標高に対する積雪水量と、気象観測地点の標高に対する積雪水量との比を計算した。モデル計算の際には、その比と観測された降水量の積を各グリッドに対して入力する降水量とした。これにより、標高の高い所で多くの降水量が与えられるように補正された。
　次に、気温、日射量、降水量の補正が加えられた気象データを入力してモデルで積雪状態の面的な計算を行い、その結果を用いて積雪深、積雪水量、底面流出量の面的分布を解析した。計算結果から、融雪期における底面流出量は昼に麓で多く、夕方や夜にかけて山頂側で増えていく傾向が見られた。
　ここで、計算結果から試験流域内の底面流出量の総和を計算し、流量観測で得られた河川流出量との比較を行った。全体的に、観測された河川流出量に比べ、計算された流域内の底面流出量は日変化が大きかった。これは、水が積雪底面から流出してから河川に流出するまでに、土壌中を通過する時間が考慮されていないためである。本研究での打ち合わせではこの改良のために、無雪期の河川流量のデータからタンクモデルのパラメータを作成し、土壌中を通過する時間を考慮したモデルを構築する課題が提案された。
　また、底面流出量の再現性をさらに改善するために、積雪内部の水の不均一移動についてのモデル化も進めている。現段階では、2次元または3次元計算により、水みちの発生等、水の不均一な浸透過程が計算できるようになっている。一方で、水文気象グループでは母子里において積雪に色水を散布して水の移動経路や底面流出量を観測する散水実験を行っている。本研究ではその散水実験の再現計算も行っている。現段階では不一致な点も多いため改良が必要であるが、打ち合わせで、異なる層における水の挙動を実験やモデルで解明して改良していく方針等を議論した。
　これらにより、積雪地域における水文過程がより正確に再現できることが期待される。
　　
成果となる論文・学会発表等 平島寛行、石井吉之、山口悟、積雪モデルを用いた寒冷積雪地域における底面流出量分布の面的予測(2) -観測データ利用による最適化にむけて-、雪氷研究大会(2013 ・北見)講演要旨集、207、2013年9月18日