気候変動による降水量変化に対する河川流量の応答に関する考察
国土技術政策総合研究所○土屋修一

国土技術政策総合研究所

服部敦

１．はじめに：IPCC 第 4 次評価報告書 1)によると、今後、無降雨日

20月平均比流量 Q [mm/day]

数の増加、積雪量の減少、融雪時期の早期化などの気候変動の影響は不可避であり、高まる渇水リスクへの適応策が必要不可欠であることが報告されている。個別流域での具体的な適応策の検討に先だって、まず全国的に流域ごとに渇水リスクを評価する必要がある。

その他（６，１０〜２月）
出水期（７〜９月）
融雪期（３〜５月）

181614Q =0.23 R + 1.34

12Q =（R - 4.5) + 2.37

108642

それには、気候変動の影響を考慮して現状から変化させた降水量お00

よび気温を入力として流量を推定するために、流出モデルを用いる。

5101520

月平均降水量 R [mm/day]

図-１ K ダム流域の降水量と比流量の関係
月平均融雪比流量 Q ｍ [mm /day]

その際、各流域の流出特性の差異が流量の推定に適切に反映されるように、既往の観測データに基づいて客観的にモデル係数が設定できることが望まれる。本研究では、渇水が数ヶ月以上に及ぶ現象であることを考慮して、月単位の流出計算法として、降水量、流量、気温の実測データの相関関係を用いた流出モデルを提案した。さらに、積雪・融雪の有無で異なる 2 流域において気候変動に伴う流量変化を試算し、降水量の変化率（=(将来値)／(現在値)）の大きさと9Qm =0.293 （Td – 15.7)

876543210-1050

100150200
250
０℃以上の日の積算気温 Td [℃・day]

300

同等の流量変化が生じない理由について、提案したモデルで表現さ 図-２ K ダム流域の積算気温と融雪比流量の関係れる流出特性に基づいて考察した結果を示す。

20観測値
計算値ける月平均の降水量とダム流入比流量の関係を図−1 に示す。融雪期(3〜5 月)を除いて、図中に実線で示したように線形近似することが可能である。日平均気温 0℃以上の積算気温と融雪比流量(＝(実測比月平均比流量[mm/day]

18２．流出モデルの概要：積雪・融雪地域に位置する K ダム流域にお161412108642096/1流量)−(図−1 の実線から算定した比流量)）の関係を図−2 に示す。

97/198/199/100/101/102/103/1

積算気温は融雪比流量とほぼ線形関係にあることがわかる。図−1、2 に示した関係式を用いて K ダム流入量の再現計算を行った結果を図05/114現在(計算値）
将来(計算値)

12月平均比流量 [mm/day]−3 に示す。簡易なモデルであるが、十分に低水流量を再現することが可能である。
３．気候変動による積雪地域における流量変化：K ダムの将来の降水量と気温は、気象庁気象研究所が開発した気候モデル GCM20(シナリ10

積雪の減少による顕著な融雪流量の低下

気温上昇による融雪の早期化

86

雪から雨に変わったことによる流量増加

雪から雨に変わったことによる流量増加

4オ:A1B)の計算結果に基づいて設定した。すなわち、降水量について2は計算結果から現在と将来の月別降水量の 20 年平均値を算定し、各変化率 0(将来/現在)

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

降水量 1.00 1.00 0.88 0.95 0.95 1.00 0.86 1.12 0.98
流量 1.38 1.48 1.77 0.89 0.37 1.00 0.82 1.15 0.97

月の降水量変化率を実測の月別降水量に乗じることにより設定した。
同様に気温は月別平均気温の 20 年平均値を算定し、各月ごとの将来

04/1

図-３ 1996〜2005 年の月平均比流量の再現計算結果（K ダム流域）

10月

11月

12月

0.87 0.93 1.06
0.87 0.97 1.86

図-４ 現在と将来の月別平均比流量の比較（K ダム流域）と現在の差分を実測の日平均気温に加えることにより設定した。将来の気温と降水量の変化を考慮した K ダム流域の月別平均比流量と現在との比較を図−4 に示す。積雪期(12 月〜2 月)は気温上昇により降雪が降雨に変わるた
め流量が増加する反面、融雪期(3 月〜5 月)は積雪量の減少及び融雪の早期化のため流量が減少する傾向となった。
降水量と流量の変化率を比較すると、積雪期の降水量はほぼ変わらないが、流量は大幅に増加している。また、融雪期の前半の 3 月は気温上昇に伴う融雪の早期化のため降水量が 1 割程度減少するにも係わらず流量は大きく増加している。それに対して、後半の 4、5 月は降水量の減少以上に流量は減少している。積雪・融雪期以外では、

8

降水量変化と流量変化はほぼ同値である。の A 流量観測点上流域を対象として、流域を３分割して図−１と同様に降雨-流量関係を求めた。その一つ S ダム流域について図−5 に示す．ここで降水量が 5mm/day 以下の範囲に着目すると、6〜9 月の月平均比流量 Q [mm/day]

４．気候変動による非積雪地域における流量変化：降雪がない水系

10〜5月のQの算定においては、6〜9月の総降水量により以下の式を使い分けた。
出水期： ◆

Q = 0.3149･R + 1.64 2000mm<R6-9
Q = 0.3149･R + 1.19 1000mm<R6-9<2000mm
Q = 0.3149･R + 0.545
R6-9<1000mm

642

総降雨量に応じて、比流量が異なる傾向が認められた。この傾向は、0分割した残りの 2 流域においても確認された。下限と中間のライン0における正常流量(出水期 6〜10 月：37m /s，非出水期 10〜6 月：

45678500
計算
実測45020m3/s)と比較して、低水管理の上で決して小さな差違ではない。こ400
月平均流量[m^3/s]

響がその後 10〜5 月に渡って現れるためであると推察される。各流

3

図-５ 現在と将来の月別平均比流量の比較（S ダム流域）3に相当する 6〜9 月の降雨量によって流域の保水量が変化し、その影

2

月平均降水量 R [mm/day](赤と青)の差を流量に換算すると約 1.3m3/s であり、A 流量観測地点のような差違が生じるのは、年スケールの流出現象として、出水期

1正常流量
出水期6〜10月
37m^3/s
非出水期10〜6月
20m^3/s

350
300
250200150

1994年渇水

100

域の降雨-流量関係を用いた A 流量観測地点における流量の再現計算

50093/1

結果について、図−6 に示す。図−5 に示したように 6〜9 月の総降94/195/196/197/198/1

99/100/101/102/1

図-６ 1993〜2003 年の月平均比流量の再現計算結果（A 流量観測点:ダム操作なし）

雨量に応じて降雨-流量関係式を使い分けることで、1994 年の大渇水時の流量についても精度よく再現することができた。前記と同様に

450

現在(計算値）
将来(計算値）

400

GCM20 の計算結果を用いて、A 流量観測地点の将来の月別平均流量を350推定し、現在と比較した結果を図−7 に示す。3〜9 月までの比較的月平均流量[m^3/s]

300

流量が多い時期は、降水量変化率とほぼ同値の流量変化率を示した。
10〜2 月の流量が少ない時期では、降水量の変化率に比べて流量の変250
200

150
100

化率が１に近い値、すなわち変化幅が小さくなる傾向が見られた。

気温上昇による積雪量の減少、融雪期の早期化の影響を受け、積雪変化率 0(将来/現在)

1月2月

3月4月5月

6月

7月8月9月10月11月12月

降水量 1.22
流量 1.121.141.06

1.06
1.05

1.08
1.090.980.98

1.111.16

1.35
1.400.87
0.890.74
0.77

0.79
0.930.85
0.96

1.171.08

図-７ 現在と将来の月別平均流量の比較（A 流量観測点：ダム操作なし）

期から融雪期の河川流量が大きく変化する 2)。そのため、気温と積雪、しており、この関係を把握し、適切な融雪計算をする事が重要となる。また、非積雪地域では、降水量が少ない部分と多い部分とで降雨-流量関係の勾配が異なるため、図−8 に示すように同じ降水量変化に対しても降水量が少ない範囲では流量の変化は小さくなる。つ1606
月平均比流量[mm/day]する事は難しい。図−2 が示す関係は、気温に対する融雪の応答を示

1807

融雪の応答関係を踏まえなければ、気候変動による流量変化を評価

61405432月平均流量[m^3/s]

５．まとめと考察：積雪・融雪地域では、降水量の増減のみならず、

50流量３割の変化

120
100

流量１割の変化

80043602降水量２割の変化

4015同じ降水量変化

2000012345678910月平均降水量[mm/day]

まり非出水期(10〜5 月)は出水期(6〜9 月)と比較して、降雨量の変

図-８ 降雨-流量関係と降水量変化の関係化に対して流量は安定しており、気候変動の影響が現れにくい事を示している。ただし、図−5 のように出水期の降水量により、その後の非出水期の降雨-流量関係が異なる場合には、非出水期にも大きな変化が現れる可能性がある。この場合、出水期の降雨量の増減が、年間を通じた低水流量の多寡に影響を及ぼすことになり、出水期の降雨量変化の把握が重要となる。

以上より、積算気温-流量関係及び降雨-流量関係を整理する事が気候変動による河川流量の変化を推定する上で重要であると言える。今後は、全国の流域に対してこの関係を整理し、気候変動によって渇水リスクが高まる地域を明らかにする。
参考文献：1)環境省：IPCC 第 4 次評価報告書第 2 作業部会，2007. 2)川崎将生：気候変動が水資源に与える影響
評価研究調査，水文・水資源学会，pp.64, 2004.
キーワード：気候変動、渇水、低水流量