【研究分野】水工学

【研究領域課題番号】17K06571 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

紫外可視分光光度計 / 河川水質 / 栄養塩 / 有機物 / 浮遊物質 / 吸光度スペクトル / 統計回帰モデル / ANNモデル / モニタリング / 水工水理学 / 水資源

【研究成果の概要】

河川等における有機物や栄養塩等の水質計測・モニタリングには定期的採水に基づく室内分析や現場設置型の自動分析装置が用いられているが、前者は多大な労力を要するにもかかわらず現象の動的変動特性が十分に把握できず、また、後者は装置の設置・維持に多大な費用がかかるため多項目の総合的計測が困難である。本研究では、小型化が進み現場利用も可能な分光測定装置を活用して、高時間解像度で精度よく河川水中の有機物、リン、窒素等の濃度をモニタリングする新たな水質計測・定量化手法の確立を目指す。
2021年度は、これまで本研究において室内型紫外可視分光光度計を用いて計測した吸光度スペクトルデータを再整理し、このデータと有機物・リン・窒素・浮遊物質濃度との関係を分析した。また、これらのデータを用いて、主成分回帰法（PCR）、部分最小二乗法（PLSR）、ANN法に基づく化学的酸素要求量(COD)、総窒素(TN)、硝酸態窒素(NO3-N)、総リン(TP)及び総浮遊物質(TSS)の推定モデルを構築した。
推定モデル間の精度の違いは小さいものの、水質項目に応じて推定手法や入力データを使い分けた方がより良い精度で推定できることを示した。CODとTPは全波長帯の吸光度を用いてPCAにより推定した方が精度が良く、TNとSSは選択された波長帯の吸光度を用いてPLSRにより推定した方が精度が良かった。NO3-Nは濁質の影響を受けることから、PLSRに基づき、紫外域の差分値を入力に用いる方が優れていた。これらの推定モデルを現場携帯型紫外可視分光光度計で測定した吸光度スペクトルデータに適用したところ、モデルの修正や推定結果の補正をしなくても比較的高い精度で各水質項目を推定できることが示された。よって、現地での直接計測データが限られていても室内分析データがある程度あれば、現場に移植可能な推定モデルが構築できることが示された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】食料循環研究

【研究領域課題番号】16KT0026 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

河川氾濫 / 費用便益分析 / 治水計画 / 農地開発 / GP-GPU / 大河川 / 防災 / 水資源 / 農業経済学 / 水工水理学 / 国際貢献

【研究成果の概要】

大陸大河川は、沿川農業を支える水資源として貴重だが、反面、頻発する氾濫で農地開発が遅れている。そのため治水事業が期待されるが、現状の事業経済性評価基準では、直接的な浸水損害軽減のみ勘定され、農地開拓による食料自給力改善など間接的経済効果が評価されず、事業実施に至らない。本研究ではセネガル川を対象とし、新たな治水事業実施のネックとなる費用便益分析手法の見直しを、以下の2点に着目してそれぞれ成果を得た。(1)広大な対象領域の氾濫を高速高精度で再現可能な氾濫シミュレーションモデルを構築し、計算効率を大幅に改善した。(2)国内のコメ生産・需要分析分析により自給率向上がもたらす経済効果を定量的に示した。

【研究の社会的意義】

本研究は大陸河川流域の治水・利水機能の改善をもって、グローバルな食料供給力の改善をはかろうとするものである。農地治水の便益評価のありかたに問題提議し、そのプロセスとしての氾濫計算技術の高度化と、社会経済構造の高解像度かつ俯瞰的な解析を並行して行う実践的かつ学際的取組みである。
また、本研究で目指す氾濫制御による農業生産力の向上は、例えばアフリカ稲作振興のための共同体(CARD イニシアティブ)が目指すコメの増産に向けた具体的な行動の一つ、水源確保による稲作地域開発モデルに向けた開発スタンダードの一つともなり、アフリカにいまだ残される約2000 万ha の未開発水田適地への転用・適用も期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-07-19 - 2019-03-31

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】水工水理学

【研究領域課題番号】16206050 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ダウンスケーリング / 水文水資源情報 / 観測不足流域 / 不確定性 / IAHS / PUB / 水文モデル / 水文予測 / 水資源 / 水工水理学 / 水循環 / 自然現象観測・予測 / 水圏現象

【研究成果の概要】

本研究は、地球規模観測情報を小流域規模での水文水資源情報へ変換するダウンスケーリング技術の深化、開発を目的とするものである。具体的には、ダウンスケーリングに関する現状技術の相互比較を中心に、その可能性と限界の明確化、改善を行い、それに基づいて、総合技術として、新たなダウンスケーリング技術を提示する。これまでに、以下のような研究課題に取り組むとともに、国内・国際学会等において企画した特別セッションPUBセッション)を通じて、得られた研究成果を広く水研究者コミュニティーにアピールした。
・無観測地域への流量確率分布の移送手法の開発
・地形指標に着目した分布型物理水文モデルの移送可能性の検討
・メソ数値予報モデルGPVを利用した準リアルタイム流量予測
・人工影響を考慮できる地球規模水文モデルの開発
・アジア地域における観測流域を対象としたブラインドテスト
最終的に、個別研究で取り組んできた「予測不確実性の軽減」に関する研究成果をミャンマーのイラワジ河流域に適用し、水文予測と現地調査に基づく検証の結果から、現時点での予測不確実性のレベル、過去2年間での技術的進展(精度向上)の評価を行った。また、ミャンマーの水研究トレーニングセンター及び農業潅漑省と共同でMyanmar-Japan Bilateral Workshop on "Predictions of Ungauged Basins (PUB) for lmproved River Basin Management"を開催し、PUB-jpの研究成果を紹介するとともに、流域管理へのPUB研究成果の応用について意見交換を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】34,970千円 (直接経費: 26,900千円、間接経費: 8,070千円)