土木学会第68回年次学術講演会(平成25年9月)

Ⅱ‑123

GCM 出力データを用いた九州全流域の河川流量の再現計算

1

はじめに

京都大学大学院工学研究科

学生員

京都大学大学院工学研究科

正員

京都大学大学院工学研究科

正員

京都大学防災研究所

正員

京都大学大学院工学研究科

正員

地球温暖化による気候変化が進行し、

2.3

流れのモデル

°小泉有輔
立川康人
萬 和明
Kim Sunmin
椎葉充晴

全国分布型流出モデルでは、全水 災 害 の 発 生 や 水 資 源 の 変 化 が 懸 念 さ れ る 。そ の よ

グリッドに kinematic wave モデルを適用しており、以う な 変 化 の 可 能 性 の あ る 地 域 を 検 出 し て 、河 川 流 量

下の 2 つの基礎式を連立させて河道流量を計算する。の変化を予測し適応策を立てることが重要である

1)∂A ∂Q+= qL , Q = αAm∂t∂x。

本 研 究 で は 、1km 格 子 の 全 国 分 布 型 流 出 モ デ ル 1K2)

デル MRI-AGCM3.1S, 3.2S による出力データを用いて、

ここで，Q: 流量，A: 流積 (通水断面積)，α: パラメー√
タ (α = (1/B)m−1 sin θ/n，θ: 勾配、n: 等価粗度)，B:九州地方の現在気候の河川流量の再現計算を行う。

河道幅，m: 定数 (=5/3)，qL : 単位長さ当たりの側方FRMを用い、気象庁気象研究所の全球 20km 格子モ流入量である．また、斜面流出過程を表現するため集2

全国分布型流出モデル 1K-FRM の構築

全国分

水面積の閾値 A0 を定め、その値により異なる等価粗布型流出モデル 1K-FRM を構築する手順を以下に説明

度を設定する。閾値を 250 とし、集水グリッドが 250 未する

2.12)

。

満の時 n を 11.0、250 以上の時 n を 0.03 とする。

地形データの設定

地形データ作成プログラム

hydroshed2topo を用いて流出計算用の地形データを作成する。入力データには HydroSHED を用いる

2.2

1 時間単位流出発生量データの作成

3)

。

3

MRI-AGCM3.1S, 3.2S の デ ー タ を もとに九州全域を対象とした 25 年間および 30 年間の連続流出シミュレーションを行った。MRI-AGCM3.1S を

MRI-

AGCM3.1S, および 3.2S 出力データを 1K-FRM へ入力する際には、洪水のピーク流量を再現できるように時間単位の流出発生量を作成する。MRI-AGCM3.1S では

1 時間単位降雨量、日単位表面流出量、日単位基底流出量データを用いる。まず日単位表面流出量を 1 時間単位降雨量と同じ比率で分解し、時間単位表面流出量を算出する。次に 1 時間単位表面流出量と日単位基底流出量を足し合わせて入力値とする。MRI-AGCM3.2S
では 1 時間単位降雨量、3 時間単位流出発生量、日単位表面流出量データを用いる。まず 3 時間単位流出発生量、日単位表面流出量データから日単位基底流出量

入力値とした計算結果、3.2S を入力値とした計算結果、観測値 50 年分 (1954〜2003)とする。次に 3 時間単位流出発生量から 3 時間単位基底流出量を引き、3 時間単位表面流出量を求める。これを 1 時間単位降雨量と同じ比率で分解し、1 時間単位表面流出量を求める。最後に 1 時間単位表面流出量と 日 単 位 基 底 流 出 量 を 24 で 除 し た 1 時 間 単 位 基 底 流4)をもとに、筑後川瀬ノ下地点における流況曲線を比較した（図 1）。流況曲線の作 成 法 で あ る が 、MRI-AGCM3.1S, 3.2S、観 測 値 デ ータをそれぞれの全日流量を大きい順に並び替える。そして 3.1S では 1〜25 番目のように連続する 25 個ごと、3.2S では 30 個ごと、観測値では 50 個ごとの平均値をとってそれを 1 日分とし、365 個のデータを作成した。
またこの図から最大流量、豊水流量、平水流量、低水流量、渇水流量を比較した（図 2）。次に年ごとの流況曲線を用いて 10%タイル値、中央値、90%タイル値を比較した（図 3, 図 4）。

データを作成する。そしてこれを 8 で除し 3 時間単位出量を足し合わせて入力値とする。

結果と考察

MRI-AGCM3.1S による計算結果は、最大流量では観測値と近い値であるが、豊水流量、平水流量、低水流量、渇水流量とも観測値を大きく下回っている。また

10%タ イ ル 値 、中 央 値 、90%タ イ ル 値 の グ ラ フ で も 観測値と重なる部分はごくわずかで、計算値の再現性は
あ ま り 高 い と 言 え な い 。一 方 で MRI-AGCM3.2S に よる計算結果は、最大流量では観測値が大きく上回ってキーワード

地球温暖化，流量変化，MRI-AGCM3.1S,3.2S，1K-FRM，筑後川

連絡先〒 615-8540 京都市西京区京都大学桂 C クラスター C1 棟，電話: 075-383-3363‑245‑

土木学会第68回年次学術講演会(平成25年9月)

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図2

観測値と計算値による最大流量、豊水流量、平水流量、低水流量、渇水流量の比較（筑後川瀬瀬ノ下地点）（青:観測値 緑:3.1S 赤:3.2S）

ノ下地点）（青:観測値 緑:3.1S 赤:3.2S）
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図3଩਷૴୤ ঩361

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観測値と計算値 (3.1S) による流況曲線のパーセ

図4

観測値と計算値 (3.2S) による流況曲線のパーセ

ンタイル値の比較（筑後川瀬ノ下地点）（青:90%ンタイル値の比較（筑後川瀬ノ下地点）（青:90%タ イ ル 値 赤:中 央 値 緑:10%タ イ ル 値 ）実 線 が 観

タ イ ル 値 赤:中 央 値 緑:10%タ イ ル 値 ）実 線 が 観

測値，点線が計算値を表す．

測値，点線が計算値を表す．

いるものの、上位 20 日以降は計算値と観測値との差はわずかである。また、図 4 では、90%タイル値、中央値

表1

は年上位 40 日、10%タイル値は年上位 20 日頃までの

MRI-AGCM3.1S, 3.2S の 現 在 気 候 実 験 で の 平 均
年流出発生量と年降水量の内訳（筑後川瀬ノ下地点）

モデル
3.1S
3.2S

再現性は低いが、それ以降は観測値とほぼ同じ値となり、計算値の再現性は高い。以上より MRI-AGCM3.2S

流出発生量
1067(mm)
1257(mm)

表面流出量1026(mm)
103(mm)

基底流出量41(mm)
1154(mm)

年降水量
2006(mm)
2094(mm)の値は、MRI-AGCM3.1S と比較して高水部以外での河最大流量の再現精度が高く、MRI-AGCM3.2S による計川流量の再現性は高いことが分かった。

MRI-AGCM3.1S と 3.2S と で 流 況 曲 線 が 大 き く 異 な

算結果は流況全体の再現精度が高いことが分かった。

るのは、表 1 に示すように 1K-FRM 入力値である 1 時

謝辞本研究で用いた GCM データは気象庁気象研究所

間単位流出発生量のうち、3.1S では時間変化による変から提供されました。ここに謝意を示します。

動が大きい表面流出量が大部分を占め、3.2S では時間

参考文献

変化による変動が小さい基底流出量が大部分を占めて

1) 立川康人, 滝野晶平, 藤岡優子, 萬和明, キムスンミン, 椎いるためと考えられる。これは、3.2S は 3.1S よりも地

葉充晴: 気候変化が日本の河川流量に及ぼす影響の予測,
土木学会論文集 B1（水工学）, Vol. 67, No. 1, 1-15, 2011.

表面から地中への浸透量を大きくしていて、基底流出量が大きく、表面流出量を小さくするような設定がな

2) Y.Tachikawa, Duong Duc Toan: User Manual for Distributed flow routing model: 1K‐FRM Version 1.32, May

されているためである。

9, 2012, http://hywr.kuciv.kyoto-u.ac.jp/products/1KDHM/1KFRM-ver132.pdf

4

まとめ

本研究では、1K-FRM を用いて九州地方

3) ア メ リ カ 地 質 研 究 所：USGS

HydroSHEDS,を対象とした河川流量の再現計算を行い、流況曲線をhttp://hydrosheds.cr.usgs.gov/datasets.php比較した。その結果 MRI-AGCM3.1S による計算結果は

4) 日本河川協会: 雨量・流量年表データベース‑246‑