気候変動を考慮した
グローバルな水資源需給の将来

Future Demand and Supply of
Global Water Resources
under Climatic Change

沖 大幹1;2;3 ・安形 康2;3 ・鼎 信次郎3 ・虫明 功臣3 ・猿橋 崇央4Taikan Oki, Yasushi Agata, Shinjiro Kanae, Katumi Musiake, and Takao Saruhashi
1 総合地球環境学研究所 研究部(〒 602-0878 京都市上京区丸太町通河原町西入高島町 335)

2 科学技術振興事業団戦略的創造研究推進事業(〒 153-8505 東京都目黒区駒場 4-6-1)(株) ニュージェック 東京本社 (〒 113-0024 東京都文京区西片 1-15-15)

3 東京大学生産技術研究所 人間・社会大部門
4

要旨
現状と将来のグローバルな水資源需給に関して、陸面水文植生モデルとグローバルな河川流路網による水資源賦存量と、国別統計値から推計した総取水量とを全球 0.5 度グリッド で求め、アセスメントを行った。人口増加に伴う灌漑用水量の増加や、工業用水における水利用効率の向上も考慮して水需給の将来展望を行った結果、人口増加のみを考慮すると水資源需給比が 0.4 よりも大きく強い水ストレス下に置かれる人口は現在 (1995 年頃) に比べて 2050 年には 90%増加するという推定結果が得られた。さらに温暖化の影響も考慮した場合には、強い水ストレス下の人口は 74%の増加に留まり、温暖化が生じない場合に比べてやや需給が緩和される試算となった。

Keywords: World Water Resources Assessment, Climatic Change, Global Water Balance
等に水資源需給の基礎資料を提供している Shiklomanov[1]1 はじめにでは、水資源供給 (自然) 側の変化として考えられる気候

多くの地球環境問題の根元には、しばらくは加速するで変動に関しては不確実性が大きく、地球温暖化の影響が顕あろう世界的な人口増加に伴う食糧とエネルギー消費の在化するのも 21 世紀後半以降であろうからという理由で、増大を現代文明が支えられるかどうか、という問題が横た

自然の水循環は変化しないものとして将来に関する世界わっている。この食糧とエネルギー消費の両者に関わって水資源アセスメントがなされている。

これに対し、Vorosmarty 等[2] では、カナダの気候モデいるのが水資源である。現在でも水不足による貧困、不衛ルによる推定値に基づき、1985 年に対する 2025 年の降水生状態、病気等に悩む地域があり、さらに 人口の増加 生活レベルの向上
 都市化の進展

量と気温の変化を利用して水収支モデルから河川流量変化を推定し、需給バランスの変化が調べられている。その結果によると、気候変動のみを考慮した場合、グローバル等により今後しばらくは特に発展途上国に於いて水需給平均での水資源需給比 (需要量/水資源賦存量) は 4%増大の更なる悪化が懸念される。人口の増加は食糧となる穀物してより逼迫する、という結果になるのに対し、人口増加の需要を増大させ、生活レベルの向上に伴う飼料用穀物等と経済成長に伴う需要増大のみを考慮すると水資源需給比は 50%の増大、両者を考慮すると 61%の増大という結の間接消費の増加がさらに穀物需要の増加をもたらす。こうしたグローバルな水問題の将来を考える際には需要と果が示されている。すなわち、2025 年を想定すると気候供給の両者の変化を本来考慮すべきであるが、供給側の変変動よりも人口増大や経済成長がグローバルな水需給に化が語られることは少なかった。例えば世界水フォーラム及ぼす影響の方が大きい、ということになる。

1

TRIP Annual River Discharge

Annual Total Freshwater Withdrawal[106 m3/year/0.5ogrid]

Irrigation-area base. [106 m3/year/0.5ogrid](Average of 1987 and 1988)

210˚240˚270˚300˚330˚0˚30˚60˚90˚120˚150˚180˚210˚60˚240˚270˚300˚330˚0.51.02.00˚30˚60˚90˚

1995

120˚150˚

50.0

100.0

180˚60˚

30˚

30˚0˚0˚-30˚-30˚-60˚-60˚
010

図-1

100200500

1000

2000

5000

10000

20000

50000

0.0

陸面水文植生モデルとグローバル河道流下網によって推定された現状の年河川流量分布。

0.1

図-2

6 3

(10 m /y/0.5

しかしながら、人口増加や経済成長に伴う将来の水需給の逼迫は現在すでに水ストレスが生じている主に発展途

5.0

10.0

20.0

500.0

各国の取水量統計値と人口分布 、灌漑農地面積分布とから 、グ ローバルな地理情報システムを用 い て 推 定 し た 1995 年 の 年 間 総 取 水 量 分 布

20.5 grid box)

こうして得られた全球流出量データは、観測河川流量デ上国で深刻であるのに対し、地球温暖化等の気候変動は先ータと比較すると、

 LSM に与えられる \外力" としての降水量データが、進国・途上国を問わず水資源需給に影響を及ぼす可能性があり、世界平均で考えて気候変動による水需給変動が相対疎らな雨量計密度に基づいて推定されている流域で的に小さいからといって看過することはできない。また、

は年流量の推定精度が悪い、気候変動に関する政府間パネル (IPCC; Intergovernmen- 高緯度でどの LSM も流出量を過小評価する傾向に

tal Panel on Climate Change) による将来予測が複数のある等が明らかとなっていて[6] 、全球からの流出量も約 30,000km3

気候モデルの結果に基づいて議論された様に、グローバルな水資源需給の将来予測には、複数の研究グループが推定とやや少な目の推定値となっている。このため、ここで示値を提出し、それらの結果の吟味を行うことが不確実性のす結果はやや水ストレスが多目に推定されている可能性

見積もりや、信頼性の担保のためには不可欠であると考えがあるが、現状に対する推定結果を比較した結果によると既存の他の研究と概ね合致していることがわかっている[7] 。

られる。

そこで、本稿では、緯度経度 0.5 度の格子ごとに世界中

LSM によって推定された流出量を、グローバルな河道の国々に関してグローバルな水資源需給の現状と 2050 年

網 TRIP を用いて河川流量に変換し、年総量を算出した

結果が図-1 である。基本的には雨量の多い熱帯域や大陸における将来展望を推定し、逼迫度や変化を調査した結果を報告する[3] 。

東岸、アジアモンスーン域等で流量も多いという推定値になっているが、上流からの流下により、例えばエジプトで2 グローバルな水資源賦存量の現状はナイル川に沿って利用可能な水が多い様子が示されている。

現状の水資源賦存量に関しては、全球土壌水分プロジェ

クト (GSWP; Global Soil Wetness Project)[4] に於いて

3

世界の水資源取水量分布の現状

1987-88 年に対し全球 1 度グリッドで陸面水文植生モデル(LSM; Land Surface Model) によって推定された流出量を、グローバルな河道網 (TRIP; Total Runo Integrating Pathways)[5] により河川流量に変換し、水資源賦存量だと見做した。日本では、全水資源取水量の 10%以上を地あたっては、生活用水、工業用水に関しては国ごとに人口下水に依存しており、世界的にも特に都市域の生活用水や地面積あたりの原単位を国ごとに求め、灌漑農地面積分布工業用水に関しては地下水への依存度が大きい。これに対に従って国別総取水量を分布させた。

水資源取水量 (withdrawal) のグローバルな分布推定に当たりの原単位を求め、人口分布に従って国別総取水量を各国内に分布させた。農業用水に関しても同様に、灌漑農し、LSM によって推定される流出量は、蒸発散せずに系も最終的には河道に流出するものとして以下で算定した

国別の年間総取水量に関しては、国連や FAO(Food andAgriculture Organization) 等の機関が取りまとめた統計値に基づいたが、統計年次が異なるため、Shiklomanov[8]に倣い、過去 40 年の大陸別総取水量評価結果に基づき、大陸ごとに 1970 年から 1995 年への取水量の変化は同様で年河川流量が最大利用可能な水資源であると仮定した。

あったと仮定し、外へ移動する水量、すなわち年単位の水収支で考えると降0

水量 蒸発散量に相当するので、潜在的水資源賦存量とみなして良いものと考えられる。すなわち、地下水経由の水2

Annual Withdrawal to Availability Ratio(W-S)/Q210˚240˚270˚300˚330˚0˚30˚Annual Water Demand per capita( W - S ) / population [m3 / year / person]

1995
60˚90˚120˚150˚180˚210˚60˚60˚30˚30˚0˚0˚-30˚-30˚-60˚240˚

270˚

300˚

330˚0˚30˚60˚90˚120˚

1995
150˚

180˚-60˚0.000

図-30.001

0.010

0.100

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

0

淡水化によって賄われている分を差し引いた正味の年取水量の、年水資源賦存量に対する割合で定義された渇水指標 ws の 1995 年に対するグローバル分布。

500

図-4

R

1000

1700

10000

100000W 0 S )=C m /y/人
3

人口一人当たりの年取水量 (の分布。

年水資源賦存量を Q として1995 年の値に揃えた。これは総取水量に対して適用したRws

ため、生活用水、工業用水、農業用水の各部門間の構成比は統計が示された年次と変化していないと仮定したこと= W Q0 S(1)と定義される。Rws の分布を図-3 に示す。Rws に対してはになる。

国境に関しては ESRI(Environmental Systems ResearchInstitute) が作成した DCW(Digital Chart of the World)に基いて 0.5 度グリッド上のテンプレートを作成し、そのRws < 0.1< Rws < 0.2
0.2 <Rws < 0.4
0.4 <
Rws
0.1

no water stress
low water stressmoderate water stresshigh water stress

後の国際情勢の変化を反映させるよう修正を加えた。と判断される。アメリカ西部、中近東、インド -パキスタン

Earth Science Information Network) により作成された2.5 分グリッドデータを 0.5 度グリッドに集約して利用した。この際、0.5 度グリッドでは海洋と判断される領域に、実際には全世界で 2〜3 億人の人口が存在していたので、国境付近、インド北部チベット南縁、中国北部黄河流域〜

人口分布に関しては、CIESIN(Center for International

それらは近隣のグリッド に振り分けることを行った。

oll 等[9]により推定され灌漑農地面積分布に関しては D

華北平原付近が 0.4< Rws となっていて、利用可能な水資源量に対して実際に利用している水量が多く、変動に対して脆弱で水ストレスがかかっている状態であるとされることになる。
ここでは従来の研究と同様、上流からの河川水はすべて下流で利用可能であると見做しているが、た 1995 年に対するグリッドごとの灌漑農地面積データを

 上流での取水 上流での水質劣化
 その地点での取水施設の未整備利用した。これは FAO の国別データならびに FAOSTATデータベースから算出されていて、世界の灌漑農地面積の47%を占めるインド、中国、米国に関しては国単位ではな等の要因により、自然流量としては利用可能であると算定

く州、あるいは郡単位の統計データに基づいて面積分布がされても、実際には上流からの流下河川水は利用できない推定されている。
こうして各種処理をして得られたデータに基づき、各国・各部門ごとに原単位を求めて算出された年総取水量分布状況も考えられる。仮に実際に利用可能な水資源量 Qreal
を、その地点 (格子内) からの流出量 Rに加えて、上流からの流下量の和6Dup のうち係数 分だけ利用可能であるが図-2 である。アメリカ西海岸、東欧を含むヨーロッパ全として、域から西アジア、インド北部、中国、日本等で大量に取水Qされていることがわかる。

real= R + 6Dup(2)と置いて考えると、後に示す取水量比 (water withdrawal

4 グローバルな水資源需給分布の現状 ratio) が 0.4 以下で、深刻な水ストレス下にはない、とみなせる人口が、 = 1:0 の場合と前節までで得られたグローバル分布を用いて、現状の水資源需給を評価した。ひとつの指標は、Falkenmark[10] が= 0:0 の場合とでは、前者では約 40 億人なのに対し、後者では約 30 億人と、大きく異なってくる。したがって、今後の水資源賦存量の算定提案した渇水指標 Rws (water scarcity index) で、年取水

では、自然系の水循環予測のみならず、人間社会系の条件量を W 、淡水化等によって賄われている年水資源量を S 、3等も加味して考慮することが必須であると考えられる。

Change of Annual River Discharge
Double CO2 - current [106 m3/year/0.5ogrid]210˚

240˚270˚

300˚330˚0˚

30˚60˚90˚120˚2060 - 1990
150˚180˚60˚

30˚0˚-30˚-60˚-5000
図-5-100

100

5000

2

温暖化を考慮した 2050 年頃に於ける年河川流出量と現状との差 (106 m3 /y/0.5 0.5 grid box) 。

もうひとつの水資源需給指標として、一人当たり年利用可能水資源量、すなわち人口を C として Q=C を算出した

結果も、図-3 と概ね同様のグローバル分布となっていた。

発している大気大循環モデル (GCM) による二酸化炭素倍増時の数値実験結果を利用した。これはほぼ 2050 年頃の状況に対応すると考えられる。気候予測結果を水資源賦存

0S )=Q 量推定に応用する方法としては、と Q=C とで同様に抽出されるということは、(W 0S )=C 、(i) GCM の河川流出量予測値をそのまま利用する
水ストレスが高いと判断される領域が Rws = (Wすなわち一人当たりの取水量がほぼグローバルに一様で(ii) GCM の降水量や気温等の予測値を陸面水文植生モデルなどに与えて、水 (+エネルギー) 収支を算定しあるという事を示唆するが、実際には図-4 の様になっていた。すなわち、北アメリカ、特にアメリカ合衆国西部におて利用するいてこの一人当たり取水量が特に突出して多く、他の地域(iii) GCM の河川流出量算定値に関して現状に対するシではほぼ同程度であることがわかった。特に多い地域では年間一人当たり 1,000m3 以上の取水量となっており、これミュレーションと将来に対するシミュレーションのは、生活用水や工業用水、あるいは自分達で消費する農業変化を、現状に対する信頼のおける河川流出量算定用水のみならず、他地域へ出荷する農業生産物用であると値に対して勘案して利用する考えられ、ある意味では、図-411] の起源を示(iv) 同様に GCM 内の将来に対する変化量を現状の降水は、仮想水[しているとも言える。ただし、中国西部に関しては、農業量や気温に対して勘案し、オフラインシミュレーシ用水の取水量分布を求める際に、穀物種類や農業様式の差ョンによって将来の河川流出量を算定して利用する異を考慮せずに各国内では一様に灌漑地面積当たりの取等が考えられる。現状では、GCM による現在の気候条件水量を決定した影響が現れている可能性があり、今後のさに対するシミュレーションが降水量の絶対値に関しては必らなる検討が必要である。

ずしも完全ではないので、ここでは (iii) に従い、GCM における河川流出量の現状シミュレーションと将来予測の差

5 グローバルな水資源需給の将来推定 を、観測値に基づいて算定した河川流出量に上乗せすることによって将来の河川流出量とし、TRIP を利用して将来グローバルな水資源需給の将来展望を考える場合には、

 長期的な気候の変動に伴う水供給量の変化
 人口の増減や社会経済的変化による取水量の変化の河川流量を求めた。
温暖化時における年間水資源賦存量の現状との差を示したのが図-5 である。白黒のため増減だけを濃淡で示しの両方を考える必要がある。ているが、この温暖化シミュレーション結果では、中国北自然系の水資源賦存量の将来推定に関しては、東京大学気候システム研究センターならびに国立環境研究所が開部、インド、インド -パキスタン国境付近〜アラル海方面にかけて流量が増加する傾向にあり、水資源需給的には緩4和が期待できる結果となっている。一方、ヨーロッパから量は増加しており、流量も増加して水需給を緩和させる結

ロシア東部の穀倉地帯では全面的に減少傾向にあり、農作果となっている。

IPCC の第 3 次レポート[14] によると、21 世紀の間に全物への影響が懸念される。
一方で、需要側に関しては、次の様なシナリオを設定し

球平均降水量は増加するだろうとされており、おそらくはた。まず、人口に関しては国連の中位推計にしたがって増全体としてみると地球温暖化の影響で水資源需給は緩和加すること、また、農業用水取水量は人口増加に比例してされる方向にあると思われるが、個々の水問題は地域的で増加するとした。これは、過去 1960 年頃から 1990 年にかあり、例えば中国でも、平均して降水量が増加しても、そけての灌漑面積と人口増加がほぼ対応していることに依れが北部の黄河流域であるのか、南部地域であるのかで水拠していて、今後さらにきめ細かく推計する必要がある点需給に及ぼす影響は大きく異なってくる。したがって、そである。また、単位灌漑面積当たりの灌漑取水量も変化しうしたきめ細かい空間的な違いをきちんと表現できるよないと仮定した。

うな数値モデルの解像度で、将来の水循環がどう変化する

生活用水、工業用水の水需要原単位の増加については、Raskin 等[12] に基づき高橋等[13] にまとめられた将来推計を利用した。工業用水に関しては高橋等[13] の水使用効率改善係数に加えて、GDP の増加に伴い工業用水取水量がのかを的確に推計できる様にすることが極めて重要であると考えられる。

6伸びることを考慮した。
こうして得られた将来推計に関して、前節と同様に渇水指標などを求めたが、得られたグローバル分布は図-3 とおわりに全球 0.5 度の格子ごとに現状と将来の水資源賦存量と取水量を算定、推計し、水資源需給に関するアセスメントを大きく異なることはなかった。それは、基本的に現在水ス行った。将来の水需給に関しては、人口増加の影響がもっトレスがかかっている地域で、将来的により深刻な状況がとも支配的で、現状でも水ストレスが高い地域、ならびに想定される、ということではあるが、基本的には過去のトレンドに基づいて将来推計を行った本研究の限界でもある。

途上国で深刻であり、本研究で利用した温暖化時の水循環予測結果によると、地球温暖化によって全体としては水循

表-1Rws

人口増加のみ、気候変動を考慮した場合、さらに人口当たりの取水量原単位の増加を考慮した場合の、2050 年の世界における渇水指標ごとの推計人
口 (単位: 百万人) 。

{ 0.10.1 { 0.20.2 { 0.30.3 { 0.40.4 {

人口増加

4,3039435323762,663

環が活発となり、水需給が緩和されるという推計結果となった。しかし、温暖化による水循環の変化は、年降水量や年河川水量等で考えてプラスとなっても、極値の増大や降+気候変動 +原単位増加
4,354
4,194
963
1,004506559
420
412
2,4342,510

水頻度の変化などを通じて必ずしも水資源管理にとっては望ましい変化であるとは限らず、今後は月単位、週単位といったより細かい時間スケールで水需給を検討していく必要があると考えられる。また、人口増加や都市への集中による水不足が主に途上国で懸念されるのに対し、気候変動の影響は先進国にも等しく及ぶため、よりきめの細かい予測が不可欠であると考えられる。また、ここでは量にのみ

しかしながら、2050 年の世界人口のうちの何人がどの程度の Rws クラスに分類される地域に住むことになるか、を、人口増加のみを考慮した場合、気候変動も考慮した場着目したが、水質劣化による利用可能な水資源量の不足を今後は考慮することが必要であるし、また、灌漑取水や貯水池操作等人為的影響も考慮した形で水資源賦存量を推合、さらに取水量原単位の増加も考慮した場合を比べてみると (表-1) 、Rws > 0:4 の高い水ストレスにさらされる人定していくことも必須であると考えられる。そうした研究

みを考慮すると 2050 年には 90%増加するのに対し、気候様になりたいと考えている。

で成果をあげ、国際的な場で日本からも情報発信ができる

口は、現状に対する推定値 14 億人に対して、人口増加の変動を考慮すると現状に比べて 74%の増加に留まると推定される。さらに取水量原単位の増加も考慮すると、79%

謝辞の増加となり、将来の水需給の逼迫を考える場合には第一

貴重なデータを提供して下さった各国際機関、Kassel 大

義的にはやはり人口増加が問題であることがわかる。

Vorosmarty 等[2] も人口増加が主要因であるという結学、東京大学気候システム研究センターに感謝いたします。

論的には同様であるが、彼らの結果では気候変動はグロー

また、本研究は、科学技術振興事業団戦略的創造研究推進事業『人間活動を考慮した世界水循環水資源モデル』(代バルな水需給をより逼迫させているのに対し、本研究で用表: 沖大幹) 、科学技術振興調整費先導的研究等の推進『 21いた温暖化時の水循環予測結果では、現状で水需給が逼迫

世紀のアジアの水資源変動予測』(代表: 鬼頭昭雄、気象庁

している領域で降水量が増加し、グローバルに見ても降水5気象研究所) 、ならびに総合地球環境学研究所平成 14 年度

Global assessment of current water resources using the total runo integrating pathways. Hydrol. Sci. J., 46:1159{1171, 2001.
[8] I. A. Shiklomanov. World Water Resources:

プロジェクト『地球環境情報ライブラリと世界モデルとを統合した水危機管理システムの構築』(代表: 沖大幹) の成果の一部である。ここに記して感謝の意を表します。

Modern Assessment and Outlook for the 21stCentury. IHP/UNESCO, Paris, France, 2000.

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[7] Taikan Oki, Yasushi Agata, Shinjiro Kanae,
Takao Saruhashi, Dawen Yang, and K. Musiake.

Abstract
Current and future world water resources are assessed using land surface models associatedwith Total Runo Integrating Pathways (TRIP) and country-base statistics in 0.5 degree
by 0.5 degree longitude/latitude resolution. With the increase of population only, future
population under strong water scarcity, with water scarcity index is larger than 0.4, will
increase by 90% in 2050 compared to the current situation in 1995. Consideration of theclimatic change due to the global warming will relax this situation, and only 74% will be
under the strong water scarcity according to the future projection used in this study.
(第 6 回水資源に関するシンポジウム論文集、2002 年 8 月)

6