土木研究所ICHARM専門研究員／政策研究大学院大学連携准教授
渋尾欣弘
研究データ利活用協議会公開シンポジウム

平成28年11月4日 日本科学未来館

自己紹介

2

• 所属： 土木研究所水災害・リスクマネジメント国際センター（ICHARM）• ICHARM：革新的研究、情報ネットワーク、効果的能力育成の３本柱により、国家・地域レベルで水関連災害リスクにおける世界的拠点の役割• 能力育成：JICAや政策研究大学院大学と連携した学位プログラム• 研究： データベース・モデル統合システムによる意思決定支援情報の創出• 地球環境情報を活用した水災害予測

琵琶湖疎水（南禅寺）見学の様子

データ統合・解析システムDIASとは

3• 地球規模／各地域の観測で得られたデータを収集、永続的な蓄積、統合、解析するとともに、社会経済情報などとの融合を行い、地球規模の環境問題や大規模自然災害等の脅威に対する危機管理に有益な情報へ変換し、国内外に提供することにより、我が国の総合的な安全保障や国民の安全・安心の実現に資することを目的として、2006年度にスタート
第一期
2006～2010 プロトタイプの開発・実証
第二期
2011～2015 プロトタイプの高度化・拡張
第三期
2016～

長期的・安定的サービスの運用

地球環境情報統融合プログラム（２期）

4

DIASにアーカイブされたデータの一例

GCM気候出力

Some examples include
but not limited to
CMIP3: 34TB
CMIP5: 1.6PT

ひまわり８号

5

レーダ雨量

多様、超大容量データのアーカイブ
地上観測データ
投入・品質管理・メタデータ登録
デ観ー測タ
メタ
デー
タ

観測データ収集過程

データアップロード
システム

観測データ メタデータ

DIAS

メタ
デー
タ
進捗管理システム

観測者

QCシステム
メタデータ

メタ
デー
タ

QC済
観 測 データ

PDF

コ
ア
シス
テ
ム

ISO19139 XML

メタデータ
メ タデータ入力システム

ド キュメント

メ利
タ
デ用
ー
タ研を究用
いアたプ
デーリ
タケ
検索ー・シデーョタン
ダウン
ロー
ド・ドキュ
メント作
成・データ
視覚化・・・

ユー
ザ

6

市民観測データ（いきモニ）

気候変動予測モデル出力• CMIP3(34ＴＢ)• ＮＩＣＡＭ（90TB）• CMIP5(1.6PB)• 環境省適応(140TB）• ES特別推進(3PB)• ＮＩＣＡＭ２（1PB）

大規模リアルタイムデータ•

XバンドMPレーダ
14地域、39基地
1分毎、250m•

アジア水循環 アジアモンスーン年
イニシアチブプロジェクト
18流域
24プロジェクト
277ステーション
274ステーション

アフリカ水循環イニチアチブ3流域
548ステーション

XRAIN

ひまわり8号
16バンド(0.5-2km）
10分間毎に-フルディスク1回-日本域４回-機動観測域4回

地球環境研究におけるBig Data

30年間で百万倍

7DIASにより可能となったこと

大規模・大容量データアーカイブによりデータ/モデル解析が高効率化

約80%の時間がデータ処理に費やされ実質研究に使える時間は約20%とされる

8DIASによる社会課題解決に資する情報の創造へ• 課題分野の専門家（ドメイン研究者）、観測データ・プロダクト作成者（データ提供者）、情報系研究者の分野横断的協同プロジェクトを可能とする情報基盤

小池俊雄先生

喜連川優先生910

社会課題の解決に向けた研究事例：
利根川上流域洪水・水利用最適管理システムの開発
写真でみるカスリーン台風（国土交通省）

利根川流域概要

11

利根川東遷（東京湾から銚子へ瀬替）••••

江戸を水害から守る（治水）
湿地帯の新田開発（利水）
舟運の整備
東北勢力への備え

栗橋

八斗島

国土交通省関東地方整備局

利根川流域における治水・利水管理12薗原ダム（沼田）

利根大堰（行田）

国土交通省関東地方整備局

利根川上流域洪水・水利用最適管理システムの開発
直近の降雨予測がどの程度正しいかを評価して洪水予測の範囲を推定

DIASデータアーカイブ
気象地点観測テレメータ情報

レーダー・数値予測

気温

風速

降水

日照時間

レーダ雨量
(C-band)

数値気象予測モデル(GPV)

河川流量/水位

ダム放流量

ダム水位

ダム貯水量

リアルタイムシステム
モデル外力の
空間情報処理予測システム
実時間で計算された、土壌水分/河川流量の利用

C-band, GPVの空間情報処理WEB-DHM(水エネルギー収支分
布型水循環モデル）

土壌水分河川流量

アンサンブル降水予測
降水パターン1
降水パターン2
降水パターンn
アンサンブル洪水予測

統計解析
予測誤差評価
テーブル

河川流量1
河川流量2河川流量n＋ダム運用最適化

13ソフトウェア構造14

実時間統合解析システム：リアルタイムモード

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DIASデータアーカイブ

衛星・レーダリアルタイムシステム
流域保水量
河川流量

気象観測値

数値予報モデル

FRICS観測データ

流域保水状態・河川流量をリアルタイムにモデル計算
リアルタイム水文モデル

流域内保水状態の時系列変化：土壌水分モデル外力
雲量、長波放射、相対湿度
短波放射、気温、風速

河川洪水流量：H22 台風15号、前橋
観測値

モデル値

実時間統合解析システム：統計的降水アンサンブル
DIASデータアーカイブ

気象観測値

衛星・レーダ

数値予報モデル

FRICS観測データ

降水履歴の精度を統計的に評価、対象流域のアンサンブル降水を作成

リアルタイムシステム
流域保水量
河川流量

リアルタイム水文モデル

アンサンブル降水モデル

アンサンブル降水メンバー

累積降水量の比較

GPV5

GPV4

GPV3

GPV2

GPV1

観測

降水精度の統計的評価テーブル

アンサンブル降水メンバー

16

実時間統合解析システム：アンサンブル洪水予測モード 17
DIASデータアーカイブ

気象観測値

衛星・レーダFRICS観測データ

アンサンブル降水メンバーによる
アンサンブル洪水予測計算

リアルタイムシステム
流域保水量
河川流量
アンサンブル降水メンバー

数値予報モデルリアルタイム水文モデル

アンサンブル降水モデル

アンサンブル洪水予測モデル

アンサンブル洪水予測

予測累加雨量（アンサンブル平均・分散）

アンサンブル降水メンバー

アンサンブル洪水予測

観測値

実時間システムによるアンサンブル洪水予測

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気象庁から３時間ごとに配信される１５時間気象予測結果をレーダ観測により誤差評価して降雨アンサンブル予測を作成し、初期値算定済の分布型水循環モデルにより３時間ごとに洪水のアンサンブル予測を実施
2011台風12前橋

2011台風15前橋

2013 台風18号 村上

2013台風18号前橋

観測流量（水位ベース）

アンサンブル洪水予測流量

・流域内の土壌水分・河川流量情報を、WEB-DHMで計算、逐次出力・予測誤差を評価し、 50パターンのGPV雨量を用意、3時間毎計算開始

疑似ダム操作による総合的河川管理

19

疑似ダム操作による総合的河川管理（操作例）20実時間統合解析システム：ダム操作モード

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DIASデータアーカイブ

衛星・レーダ

気象観測値

数値予報モデル

FRICS観測データ

リアルタイムシステム
流域保水量
河川流量
アンサンブル
降水メンバー

仮想的ダム操作
リアルタイム水文モデル

アンサンブル降水モデル

アンサンブル洪水予測モデル

治水・利水上、最も便益性が高く予測される
アンサンブル
洪水予測
ダム操作情報をインタラクティブに提供

ユーザ選択による貯留量・洪水予測とベストスコアとの比較

藤原 109 m3/s

予測情報

ダム操作モデル相俣130 m3/s

アクション薗原818

村上 1783 m3/s

m3/s

岩本 4039 m3/s
前橋3323 m3/s

効果

22

社会課題の解決に向けた研究事例：
浸水対策設備とモデル予測を活用した都市浸水対策の高度化
2013年7月目黒区のゲリラ豪雨
Twitterより

集中豪雨の増加傾向
全国のアメダスより集計した1,000地点あたりの時間雨量50mm以上の降雨の発生回数
は、年ごとにばらつきはあるものの、10年毎に分析すると増加傾向にある。

23

治水整備の現況

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1時間50㍉を超える雨の例
H25年7月23日、午前中を中心に晴れて気温が上昇し、大気の状態が非常に不安定となり、各地で雷雲が発達。昼過ぎから雷を伴った激しい雨が降り、夕方から夜のはじめにかけ1時間に50ミリを超える非常に激しい雨が降った。
目黒区付近と世田谷区付近では1時間に約100ミリ（解析雨量）の猛烈な雨を記録

平成25年7月23日の大雨に関する東京都気象速報

2013-7-23 目黒山手通りtwitterより• これまでの中小河川の目標整備水準は1時間50㍉（50㍉までの降雨までは河川からの溢水を防ぐ）→水準引き上げが必要• 1時間50㍉に対応する治水整備状況（区部）• 河川整備による治水安全度達成率*：80%• 下水道事業による浸水解消率*：67%

これからの浸水対策

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３つの施策転換「都市における浸水対策の新たな展開」からの提言

これまで

これから

①降雨（外力）主体の目標

人（受け手）主体の目標

5年に1回の豪雨（時間雨量50㍉相当）→ 生命の保護の観点から 地下街・地下施設への浸水防止②地域全体で一律での整備

地区と期間を限定した整備（選択と集中）同じペースで全ての地区の浸水対策→ 床上浸水の常襲地区、地下空間の高度利用地区③ハード施設のみによる対策

ソフト・自助の促進による被害最小化

ハード対策を着実に進めつつ、自助促進・情報提供等のソフト対策強化

ストック活用の原則• 浸水対策施設や観測情報の情報をストックとして捉え、既設ストックを最大限活用• 事業間で連携し、限られた時間・財源の中、計画を上回る降雨に対し粘り強く大きな効果を発揮し、被害を軽減させる
施設情報：貯留管やポンプ場等の治水事業構造物
観測情報：地上雨量計の長期記録、高解像度雨量情報(XRAIN)、河川やポンプ場水位、浸水範囲・継続時間等

洪水調節施設

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ＸバンドＭＰレーダー（XRAIN）

平常時

鶴見川

洪水調節時

雨水貯留管

横浜市環境創造局

社会課題の解決に向けた研究事例：
浸水対策設備とモデル予測を活用した都市浸水対策の高度化

モデル解析を活用した都市浸水対策の高度化
降雨降雨

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降雨

内水・外水氾濫因子とサブモデル

表層土壌水分地下水

都市浸水の実時間予測に向けた河川流
シームレス結合モデル*の開発

主要ポンプ排水域

下水道システム河川洪水モデル
下水道モデル
降雨・表層土壌水分量を考慮した河川洪水モデル，ポンプ排水機能を含む下水道モデル，沿岸水理モデルを氾濫モデルを介してシームレス結合→実時間統合予測を実現*河川砂防技術研究開発「沿岸低平地における河川、下水道、海岸のシームレスモデルに基づく実時間氾濫予測システムの構築（代表：佐藤愼司教授）」

氾濫モデル
津波・高潮・高波・潮汐

沿岸水理モデルシームレス結合モデル*概要
気象データ（Cband/Xrain/GPV）

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降 雨

風、気圧

河川洪水モデルWEB-DHM
流量

流量

一次元河川流流量

シームレス結合モデル

水位
流量

下水道モデル
流量

流量

主要ポンプ排水域

水位

氾濫モデル
流量
水位

沿岸水理モデル下水道管渠情報のモデル化
全下水道管渠網を用いて詳細なシームレスモデルを構築

φ600㍉までの管渠データ
マンホール：８８２０コ
管路数：８７８６本

全管渠データ（β版）マンホール：５０９７１コ
管路数：５１０５０本

データ提供：横浜市

29シームレスモデルによる浸水再現計算

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再現対象： H26年台風18号。鶴見内アメダス観測点で総雨量360mmを記録、1時間に50mmを越える猛烈な雨が流域の広範囲で観測された
マンホール：５０９７１コ
管路数 ：５１０５０本
ポンプ場： １５か所
計算時間：約４時間(2日間)シームレスモデルによる浸水再現計算
再現対象： H26年台風18号。鶴見内アメダス観測点で総雨量360mmを記録、1時間に50mmを越える猛烈な雨が流域の広範囲で観測された

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モデル検証：下水道管渠内へのセンサ設置・水位記録
1. 既存下水道管渠水位データの取得
貯留間末流部における水位情報を入手予定
新羽末広幹線（貯留管）末流部における水位情報を入手予定

2. 雨水幹線水位情報の取得
主要雨水幹線に水位計を設置し長期的記録の開始

横浜市環境創造局

流末部水位32

リアルタイムな水災害情報の提供へ

33• データアーカイブへ実装する事で、観測値のダイレクトな受け渡し、浸水予測結果のリアルタイムな情報提供が可能• 弾力的・総合的な治水設備運用による浸水対策→意思決定支援へ
DIASデータアーカイブ
MLIT河川事務所
衛星・レーダ

気象観測値

数値予報モデル

FRICS観測データ管理者（河川、下水道、海岸）
防災部局

管理・担当者

地域住民

シームレスモデル

利根川河川洪水予測システム

提供要素• 河道水位／流量• 浸水範囲／水深• 下水道内の水位／流量• その他

まとめ34• 防災・水資源管理分野の課題解決に向けた研究
事例をご紹介• 利根川上流域洪水・水利用最適管理システムの開発• 各種データ・モデル群を統合した環境で解析し、防災・水資源管理に資する情報を、リアルタイムで提供するシステムのプロトタイプをご紹介• 確度の高い情報による意思決定支援を目指す• 浸水対策設備とモデル予測を活用した都市浸水対策の高度化• 横浜市都市部における実用化に向けた取り組み

ご清聴ありがとうございました

渋尾欣弘
shibuo@icharm.org