地域特性を生かした水環境総合評価システムの構築
統合型水循環系シミュレーションシステムによるフィールド情報の総合化
西岡（株式会社哲

地圏環境テクノロジー代表取締役）

摘要
昨今「流域における健全な水循環系の確保」の重要性が指摘され、関係省庁において健全な水循環系の構築に向けて動き出している。本報告は、広域で起こる複雑な水循環系を理解するうえで水循環系数理モデル１）の果たす役割について考察を加えたものである。
これまで、さまざまな場面で河川流出解析や地下水流動解析が行われて来ている。
しかしながら利便性等から、流出解析では地下地質情報までを詳細に考慮することなく、浸透流解析では地表面の情報（地形や地表の流れ）を取り入れてきていないのが実情である。解析の目的によりこのような対応でも問題のない場合もあるが、環境問題を取り扱う「流域における健全な水循環系の確保」を目的とした解析においては、さまざまなフィールド情報を統合的に取り扱える水循環モデルの構築が必要となる。
さらに自然現象や人間の開発行為などによる水循環プロセスを再現できる統合型水循環系モデルは、これまでの水環境を制御するダムや堤防といったハードな社会基盤に対し、水循環の現象を再現し将来予測するソフトな社会基盤としての役割を果たすものと期待できる。
以上の観点から、本報告は、社会基盤としての統合型水循環系モデル構築の必要性を説明し、フィールド情報を統合化した水循環シミュレーションシステムの考え方を紹介した。また、地域特性を生かした水環境総合評価システムは、自然と同じように動くコンピューター上に構築された広域の流域における水循環系モデルであり、流域管理における環境実態把握・監視システムとの統合例について示した。最終章では、釧路湿原の現状把握と保全のために統合化モデルの構築を提案した。
キーワード：環境、湿原、数値解析、水循環系、流域

１.

はじめに「流域における健全な水循環系の確保」を実現していくためには、 21 世紀の環境問題をあらゆる角度から捉え、①水を大切に使う循環型社会、②量的確保と質の向上、③自然環境との共生、④行
政と地域住民との協力、といった視点を軸に人と水との係わり方や水の持つ文化的な機能にまで考慮した水循環系の創造が求められる。
水循環系といった場合、水資源とは何かを考えてみる必要がある。
地球は水の惑星といわれ、気候は気圏と水圏と地圏を循環する水により維持され、同じように地球上のほとんどの生命は、水循環の中でその存在を持続させている。人間活動に伴う利水は、水を消費してしまうことでなく、水を利用することにより水を汚し、排出することであり、生物が体内に取り込んだ水も老廃物を対外に流す機能を担っている。このように見ると水循環は、マクロからミクロな現象にいたるまで地球の生命維持装置として機能していると見ることができる。
地 球 上 の 水 量 は 、 お よ そ 1 4 億 k m 3で あ り 、97.5％は海水であり、淡水は2.5％に過ぎない。しかもそのうちの 80 ％近くは氷であり、約 20 ％は地下水である。最も人間が利用している河川水は1,200 km3であり、淡水のうちの0.004％に過ぎない。この0.004％の河川水は、全世界の人口を62億人とすると一人当たり約 200 トンに過ぎない。このように膨大でもない水資源を人類が営々と利用してきても枯渇しないのは、石油などの他の資源と違い、水は、蒸発、降雨、地表流出、地下浸透という系を通して 10 〜 15 日に１回程度の頻度で循環しているからである。
水循環系の中でとかく見過ごされがちなのは、

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地下水の存在である。降雨や、河川水、湖沼水、海水は、人間が直接見ることが可能なため、現象を理解するのは直感的でわかりやすいが、地下水の流動情況は直接見ることができない。
健全な水循環の創造のためには、雨が降り、降った雨は地面にしみこみ、一部は河川に湧出し、降雨の有無にあまりかかわりなく絶えず豊かな水量を維持し、かつ年間を通じて清浄かつ恒温で豊富な地下水の循環系を維持することにある。
もし、この水循環系をコンピューター上で動くモデルとして見ることができたらどうであろう。
科学的な法則にのっとって動く水循環のバーチャルワールドは、健全な水循環系構築のために大いに役立つものと思われる。

２.

社会基盤としての統合型水循環系モデル

これまで社会基盤と言った場合、大規模な施設であるトンネル、橋梁、ダム、堤防などの建設といったハードな技術や、古くからの伝統技術によるものが主であり、これらのさまざまな技術を重層包括的に駆使し社会基盤を整備し、また維持管理してきている。
社会基盤ということを水環境から見たらどうであろうか？
わが国はアジアモンスーン地帯の高温多湿で明快な四季の変化、広葉樹林や豊富な水、流れの早い川を特徴とする風土の中で、さまざまな技術を駆使し国土を整備し、工業社会、農耕社会といった環境を作り上げてきたといえる。しかしながら、 20 世紀の急速な技術革新がもたらした巨大で高度な技術は、大規模な自然改造をも可能にし、実際に数多くのプロジェクトが実施され、自然環境に対し多大な影響を与え一部では環境破壊を引き起こしてきている。これは、 20 世紀の人間の英知は、人間活動によるさまざまな開発が、将来どのような環境変化を引き起こすかについてまで十分に予測することができなかったことによる。
地域特性を生かした水環境総合評価システムでは、自然と同じように動くコンピューター上に構築される広域の流域における水循環系モデルの構築が鍵となる。
この水循環モデルとは、広域の流域に対して３次元のジオメトリーをもった流域モデルであり、このモデルをプラットフォームとして河川流量、地下水位、植生、土地利用等のさまざまなデータを空間と時間における属性データとして過去から現在までの情報を集約できるようにする。こ14のモデルに水理地質パラメータなどの計算条件を与え、水循環シミュレーションを行い河川流量、地下水位などの時系列の観測値とマッチングするようにモデルを構築していく。新たにモニタリングされたデータと予測結果との相違が生じた場合は、モデルを見直して現象を再現できるようにし、予測の再計算を行う。
このようにして水理現象を再現可能なモデルを成長させていくことにより、このモデルは水資源予測、洪水予測、地下水汚染問題、土地利用の変更による水理現象の変化の予測などを説明できる社会基盤へと成長していくことになる。
このようにして構築された流域における水循環モデルは、ハードな技術によりつくられた社会基盤に対し、ソフトな技術による社会基盤である。
そしてハードとソフトが両輪となって運用していくことにより健全な水環境が将来にわたり維持されていくものと考え得る。

３．フィールド情報を統合化した水循環シミュレーションシステム
流域管理においては、人間活動が拡大し、大規模な地表・地下利用や多様な汚染物質の排出などが増大した結果、それらのインパクトによる陸水環境変化を的確に再現・予測する水理解析技術が求められている。
これまでは地下水解析、地下物質移行解析、河川流出・洪水解析などは、個々の水理分野の枠組みの中で行われて、例えば、従来から２次元断面モデルによる地下水定常解析が構造物設計段階の安全性評価などに使われてきているが、現象を再現できるほどのモデル化には至っていない。また、地表水､地下水を個別にとり扱っている河川流出解析では、流域の水循環をモデル化することは出来ない。
土壌汚染､水質汚染の問題では、水のみではなく揮発性物質や汚染物資等を含むより複雑な流体系を相手としなければならず、対象領域の水理現象全体をできるだけ忠実にモデル化し、目に見える形で提示することが強く望まれている。
今日、自然界を対象とした水理解析への要求も複雑化、巨大化しつつあり、以下に示したような問題において、環境への影響評価可能な予測手法による検討が求められている。
（１）河川流域における水循環の評価（２）土地利用の変化による河川流出、地下水流動への影響予測（３）ダム建設に伴う河川・地下水環境（水位、地球環境 Vol.８ No.１，13−24（2003）

図１

地圏水循環系における諸水理現象.

水量、水温）の変化予測（４）農薬、有機塩素系溶剤、石油などによる地下水汚染域の評価・対策立案、また、海岸部の揚水に伴う地下水塩水化の問題（５）河川改修等による地下水の影響予測（６）トンネルなど地下構造物の建設に際しての周辺水理環境の変化予測（７）大規模地下利用施設（石油、圧縮空気、液化ガス等の貯蔵）周辺の地表・地下水流れの把握・制御・予測、および貯蔵物質の漏洩安全性の評価（８）地層処分に際しての非常に長期の地下水環境、物資移行の予測、海水準変動構造運動に伴う長期的流体環境の変化予測等
今後、環境影響評価においては、総合化のために必要となるフィールド観測情報を地表、気象、地質・水理、人工物に分類し、その特性や情報を反映させ、フィールド情報を総合的に考慮した広域かつ長期の陸水挙動のモデリングが求められる。そこで、統合型陸水シミュレーションシステ
ムにより、統合化を進める上での地域の属性データや、時系列情報のプラットフォームを構築していくことが有効な方法となる。

４．観測情報の総合化
従来、各分野ごとの水理解析というのは、自然の１断面を切り取ったような形でモデルを設定し、それに伴って、様々な自然情報・観測情報を切り捨てたり無視することで簡素化してきた。
例えば、地下水挙動を解析しようとする場合、２次元であれ３次元であれ地表面の情報（地形や地表の流れ）を正確にモデル化することを考えることはなかったし、洪水流出解析では地下の地質情報を詳しく考えることもなかったと思われる。
目的次第では切り捨てや無視できる情報があることは当然で、余計な計算負荷は望ましくない。
しかし、水環境問題において将来的問題に対処するためには、利用できる情報を"なるべくそのまま"取り入れることが望ましい。
流域の水環境を理解し、政策等における意思決定に耐えられる様なモデルを構築していくためには、図１の地圏における諸水理現象の概念図に示したように、多種・多量の情報をシミュレーションに反映出来る統合型水循環系シミュレーションシステムが必要となる。総合的水理モデリングに必要となる観測情報は、その性格から便宜的に以下の４つに分類できる。
４.１ 地表情報
地下水解析では、降雨以外の地表条件というのは多くの場合考慮されてこなかった。しかし、地表は地下と密接に連動した場として、陸水系挙動解析上非常に重要な意味を持っている。
地表情報の内、地形、植生分布、地表人工物は水などの流れを支配する大きな要素でありモデルの中に適切に反映される必要がある。これらは地形図（あるいはデジタル情報）、空中写真、衛星写

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真などにより取得できる。また、道路などの地表人工物は、アスファルト・家屋などの被覆の割合が多い都会域を含む解析において、地表流出・地下浸透の配分上重要なファクターとなる。
４.２ 気象情報
気象情報としては、降水量（実降雨量）、気温といった測候所などの記録による情報である。
一般的な地下水解析では、地下浸透量を外系からの入力とすることが多いが、これは本来見積りの難しい量である。本来は、実降雨量を入力とし、地表付近の気象条件（温度、湿度、日射、風速等）から蒸発散量を求め、地下浸透量と地表流出量は計算結果として出てくる量と考えた方がよい。しかし、領域各点の蒸発散量は見積もりが極めて難しく、かつ領域全体の平均的な観測は不可能である。蒸発散については観測方法とモデル化方法の検討が今後の課題である。また、河川流出挙動などを主目的とする解析では実降雨データの適切さが非常に重要となるが、対象領域が狭いと局地性降雨の影響が強く現れる可能性もあり、測候所記録だけでは対応できないことにもなり、独自観測の必要性が生じる。
４.３ 地質・水理情報
地質情報として挙げたものは、多くの場合局地的で疎な観測値を内挿・外挿して使うものである。
従来から、地下水解析では地下の地質情報をなるべく反映することが命題であり、流出解析では地下地質はともかく河川流量が再現できることが必要であった。
地表と地下が連動して動くことを前提とする
陸水系解析では、地下地質情報も地表水理情報もなるべく取り込まない限り解析モデルの信頼性を高めることは難しくなる。地質・岩石物性の情報はポーリング孔でのコアリング、透水試験、物理検層などにより得られるが、空間的には非常に疎であるため、空間全体としての信頼性は著しく悪いのが普通である。しかし、継時的な水理情報（地下水位、河川流量など）を十分活用したパーフォーマンスマッチングを行えば、不明の地質・物性分布が少しづつ逆推定できる可能性がある。
この意味でも、時間軸に沿う水理情報は重要なものである。
４.４ 人工物情報
人工物情報として挙げたのは主に大規模な構造物（ダム、トンネル、地下空洞）に関するものである。
従来から、構造物設計時にその完成時の定常状態を予測計算する場合が多いが、大規模な構造16物は地表・地下に連動した水理的影響を引き起こし、まさに両者を連結した解析を必要とする。
この種の情報は、特に規模の大きな構造物ではその調査・設計段階から計画的かつ綿密に収集されることが多い。
非定常解析を前提とすれば、系の内部状況を変えるトンネル・空洞開削などでは、地下工事進展の様子（切り羽位置、壁面湧水状況、止水措置）がすべて時間に沿った情報として取り込まれる必要がある。それらは、系内部からの既知刺激であり、解析の中で水理情報（地下水位や河川流量の継時情報）とのマッチングをする上で重要な基本入力となる。

５．解析技術の統合化
解析技術として図１中の全現象を取り扱えるよ
うにするためには以下の点を考慮した物理的・数学的表現が必要である。
（１）降水、蒸発散、地表流、地下浸透、地下水流動の統合（２）複雑な流体系（水のみではなく多成分の２相、３相流れ）の包含（３）熱移動現象、化学反応系などの包含（４）３次元地形、地質、水理物性の表現（５）ダイナミックな境界条件や状態量の変更（６）大規模な３次元非定常解析の高速処理統合型水循環系シミュレーションシステムにおいては、①多成分・多相系を考慮した非定常浸透
流−物質移動連成解析と②河川などの非定常開水路として扱われる地表流と地下水の挙動との統合解析の、大別して２つの機能が求められる。

６．水循環モデルの統合化
６.１ 全体構想
流域管理などのように広域における環境実態の把握･監視においては、自然と同じように挙動する広域のシミュレーションモデルを構築し、自然災害や、人為的行為が及ぼす影響を事前に予測し、環境影響予測を迅速に行い、対策を講じ環境に対する影響を最小限に抑えることが可能な統合型総合システムの構築が求められる。
そこで、広域環境シミュレーションモデルをコンピューター上に構築し、各地点で計測されている環境計測値からモデル自身が成長しかつ、環境影響予測などの情報を発信できる情報発信型デー
タベースとなるシステムの提案を以下に述べる。
図２に情報発信型データベースをプラット

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フォームとした環境予測、評価システムの概略イメージを示した。本システムでは環境監視デー
タとシミュレーションが統合化されたシステムとすることにより、観測値が事前に設定した閾値を超えた場合、直ちに広域環境モデル解析が実行でき、影響予測し、対応策を立案できるシステムとする。
６.２ 構築すべきシステムの目標
環境モニタリングにより得られた観測データと予測シミュレーションモデルとをシームレスに連携させ、科学的論拠に基づいた迅速な政策決定・情報開示に資する総合プラットフォーム（基盤ソフトウェア）を構築する。さらに、国内外の事例や過去の観測データ（トレンド）から予想される環境負荷シナリオを同定することにより、環境予報の発令や具体的な対策立案に向けた意思決定プロセスを強力にサポートすべく知的支援環境を構築する。
６.３ システムの概要（主なシステム構成）①データベースサブシステム
モニタリングや他機関の既存データベースなど様々な情報ソースから集約される観測データや空間データ（地形、標高、地質構造など）、事例データを一元管理するサブシステムである。総合可視図２化サブシステムにおける観測データ（例えば、地下水位や地下水中の汚染物質濃度）と空間データとの融合や数値シミュレーションとの連携を効率的に行うための標準化されたデータモデルを構築する。
②予測・評価サブシステム
水循環・汚染評価モデルを用いた数値シミュレーションを行うサブシステムである。地域の特性やシミュレーションの目的に応じて外部のシミュレータを適宜搭載できる枠組み（プラグイン）を構築する。モデルに使用する各種データ（モデルパラメータ、ジオメトリなど）はデータベースサブシステムとの連携により効率的に行う。
③知識ベースサブシステム
データベースサブシステムと連携し、国内外の事例データや過去の観測データから想定される環境負荷シナリオを提示するサブシステムである。
シナリオの提示に際しては、既存情報に基づく推論アルゴリズムを備えたエンジン、データマイニング、テキストマイニング手法などの適用を検討する。
④仮想環境実態サブシステム
環境影響評価に要する全ての情報を計算機上のデジタルデータとして統合化し、仮想的な環境実環境予測・評価システムの概略イメージ.

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西岡：地域特性を生かした水環境総合評価システムの構築

図３

自然環境情報と水循環モデルの統合化.

態を創り出すサブシステムである。併せて、観測データに基づく環境診断、シミュレーション、事例検索などの様々な作業フェーズにおいて、エンドユーザに分かり易い情報を提示する。上記の各サブシステムと連携し、個々の断片的な情報からでは得られない新しい情報を、複数の情報ソースの融合により獲得するデータフュージョン技法を適用する。
６.４ 環境影響評価との統合「環境基本法」において、環境影響評価（環境アセスメント）の推進が位置づけられている。環境省が平成10年度から設置している「生物の多様性分野の環境影響評価技術検討会」において、事業対象区域及びその周辺での生態系の概要を把握する方法として、既存の地形図、植生図等を用い、これをオーバーレイすることにより環境類型図を作成し、生態系の把握、予測することの重要性が示されている。
環境影響評価では過去からの生態系の変化と現況を把握し、将来の変化を予測ということが重要な作業となる。生態系を形成している大きな要素として水循環系が挙げられる。したがって、環境影響評価においては、生態系と地表水、地下水の流況との関連を捉えることも重要である。
生態系への影響の予測評価において、領域の環境を地形、土壌、植生、地表流、地下流動の観点から類型化し、それぞれを生物多様性の単位として扱いその類型への影響・評価することが有効である。
広域環境類型区分（エコトープ）は、地形分類

18図、土壌分類図、植生図、水位コンター図等を地理情報システム（GIS）で利用できるデジタルデータに変換し作成する。水循環モデルによるシミュレーションは、広域の水循環の不足する観測データを補完するだけでなく、水循環の将来予測データを提供することにより、より正確な環境の将来予測が可能となる。図３に、自然環境情報と水循環モデルの統合先の概念を示した。

７．釧路湿原における統合化モデル構築の提案
釧路平野２）は、一級河川釧路川の河口に広がるデルタ性低湿地帯で、全国でも有数の泥炭性低地である。釧路平野を流れる釧路川は、屈斜路湖を源として、流域面積は、2,510 km、幹線流路延長は、154 kmである。
釧路湿原は釧路川の下流に位置し貴重な自然環境を有しているが、近年流域環境の急速な変化に伴い、その面積の減少とともに、周辺からの栄養塩の流入や、土砂の流入などによる乾燥化によりハンノキの侵入などの植生の変化が急速に進んでいる（図４）。
この変化の主な要因として流域からの流入土砂が増大し、堆積していることがあげられており、近年の流域の開発、経済・社会活動に伴う河畔林等の緩衡部分の消失や河川の直線化などによるものと推測されている。
現在釧路湿原では、平成９年 12 月に河川法が改正され、従来の治水・利水に加えて環境が重要テーマとなり、河川空間のもつ多様な自然環境を地球環境 Vol.８ No.１，13−24（2003）

保全し、優れた自然環境を有する国立公園｢釧路湿原｣の現状維持（現状の湿原面積・状態を総量として維持）することを当面の目標として「自然再生事業」が進められている。
ここでは、これまで述べてきた統合型水循環系シミュレーションシステムによるフィールド情報の統合化の実施手順について、ワークショップで調査した釧路湿原を例に取り上げ、釧路川流域における水循環系モデルを構築し、「自然再生事業」への展開を検討する。

７.１ 釧路湿原の現況
釧路湿原の消失・劣化の原因については、環境省の釧路湿原｢自然再生事業｣の基本方針の中で図５のようにまとめられている。
釧路湿原広里地区では、農地造成跡地を 1960年代後半の湿原に再生することを目標に、湿原の現状及び再生すべき湿原の構造を把握し、環境変化を予測する手法の検討が進められている。そのための詳細環境調査として、以下の調査項目が挙げられている。

農地を強調した衛星画像
ハンノキを強調した衛星画像
図４ 釧路湿原の衛星画像（出典：環境省ホームページ）.

図５

釧路湿原の消失・劣化（出典：環境省 釧路湿原「自然再生事業」の基本方針）.

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西岡：地域特性を生かした水環境総合評価システムの構築（１）植生詳細解析調査（２）地下水動態解析調査（３）野生生物等詳細調査（４）詳細地形図作成調査（５）自然再生事業の具体的内容・モニタリング
手法の検討
これらの調査項目のデータと、水循環系モデルとを統合されたシステムが構築できれば、地域特性を生かした水環境総合評価システム構築への第一歩となる。
７.２ 水循環モデル構築の目的
釧路湿原の周辺環境の変化に伴う湿地生態系の保全を目的とし、以下に示す項目を重点課題とし、水循環モデルを構築。シミュレーションを行う。
①本流域における水循環メカニズムの把握②周辺の環境変化による本流域への影響把握③保全対策の検討と効果の確認
図６に事業対象領域を示す。
統合モデルの構築においては、釧路湿原の河川流量、地下水位、湧水量等の生態系保全に必要な諸データの整備ならびに環境影響評価におけるエコトープ（生態系を類型化し、その広がりを視覚的に地図化した概念としての生態系）等へ活用へと展開させる。
釧路湿原の消失・劣化の原因を解明するためには、水循環モデルを構築して湿地生態系を成立

図６20させている水環境要因を把握する必要がある。そのためには釧路川流域における地表水・地下水流動系を正確に捉えることが可能なモデルが必要となる。従来の流動シミュレーションの多くは、地表水と地下水を個別にモデル化し、相互の影響は考えないか流量等の一部のデータを反映するに過ぎない。本来、降水起源の地下水は地表流としての流れ易さや地上における蒸発散能と密接に関係し、これら結果として地下への浸透量が定まる。
したがって、地表水と地下水を分離することなく、フィールドをより自然らしく構築するためには、これらを統合した解析手法（地表水・地下水統合解析）が必要となる。
また、周辺環境の変化に伴う流域への諸影響を把握するためには、井戸等による場水や季節変動による影響等と併せて議論することが重要であり、土地開発等の事業プロセスによる動的変遷を含めて、地表水・地下水流動系への影響を非定常過程として捉える必要がある（井戸オペレーション、季節変動、土地利用形態の変化を考慮した非定常解析）。
これらの解析を統合して行うことができるシステムとして統合型水循環シミュレーションシステ
ムGETFLOWS３）がある。GETFLOWSは東京大学大学院工学系研科究地球システム工学専攻、登坂博行助教授の開発によるもので、地表水・地下水

釧路湿原における水循環モデル構築の対象領域.

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統合解析のみならず、水循環システムを構成する諸要因を集約した統合型シミュレーションシステムである。
GETFLOWSでは、一般的な水循環系における地形・地質・流動（蒸発散、河川・地下水）の完全３次元の物理表現に加え、農薬などの水溶性汚染物質、NAPLなどの汚染物質の多相流動・分散・吸着・揮発プロセス、塩水侵入などの密度流の図７

表現、公共事業など人間活動（地表や地下における河川改修、堤防、道路、トンネル、土地造成など人工改変）のダイナミック入力、自然境界変動（地形変化、海水準変動、地殻変動など）のダイナミックな表現、流体移動と熱移動を含めたモデルも徐々に整備され成功を続けている。
以下に、GETFLOEWEによる水循環シミュレーションの手順の例を示す（図７）。

本調査の実施方法.

21西岡：地域特性を生かした水環境総合評価システムの構築

表１
区

収集データリスト例（水循環モデル構築のためのデータ）.
分項

目

内
容
・国土数値情報
・地形図
・地質分布・透水係数･空隙率
・表層土壌の厚さと透水性データの活用先
・３次元格子システムの構築→陸域空間データ
・水理地質構造モデルの構築→モデルパラメータの設定

既往取水試験結果

・揚水量
・水位・電気伝導度など

地下水位・自記水位計データ

・水理地質構造モデルの構築→井戸オペレーション情報
・現況再現シミュレーション
・予測シミュレーション→ヒストリーマッチング
・水理地質構造モデルの構築→降雨涵養負荷の設定
・現況再現シミュレーション
・予測シミュレーション→ヒストリーマッチング
・水理地質構造モデルの構築→モデルパラメータの設定

地形ボーリング
柱状図
水文地質資料降水量
水文・気象資料 蒸発散量

・連続観測データ

日射量・透水係数・間隙率
透水性水理パラメータ・圧縮率・毛管圧力曲線
不飽和水分・相対浸透率曲線
特性
土地利用・植生 ・粗度係数
・蒸発散量
地表情報
・湧水量
湧水・位置

７.３ 既往データの収集と解釈
本検討で利用可能な諸情報（観測データ、既往資料）の収集・整理を行い、当流域における水循環メカニズムの解釈を行う。表１に収集データとシミュレーション検討への活用例を示す。
ここでは、とくに湿地生態系保全と直結する不飽和領域や地下水面の形成について、降水量、土地利用・植生等の重要事象との関連を踏まえた解釈を行う。
７.４ ３次元水理地質構造モデル（初期領域モデル）の構築（１）概念モデリング
上記で収集した既往データとそれらの解釈に基づき、本検討で重要となる地表水・地下水の循環メカニズムを想定した概念モデルを作成する。
ここでは、水循環の観点から釧路川流域における湿地帯の形成要因に着目した検討を行う。
（２）３次元格子システムの構築
上記の検討結果を踏まえ、本シミュレーションで用いる３次元格子システムを構築する。
・土地利用状況の変化に伴う地表水・地下水流動場への影響把握

22・現況再現シミュレーション
・予測シミュレーション→ヒストリーマッチング・湿原周辺の畜産、農薬散布等による影響範囲の把握
また、深度方向の格子分割についても、湿地帯における地下水位や湧水量を正確に捉えるため、表層付近を十分小さく設定する。
なお、必要に応じて２次元断面モデルや領域の異なる検討用の格子システムを作成し、感度解析や試計算等の定性的検討において活用する。
（３）水理パラメータの検討
本流域における水理定数、水文学的負荷等のパラメータ（レファレンスデータ）を決定する。この段階でパラメータの不確実さを見積もることができる根拠がある場合は、併せてパラメータの幅（上下限値など）についても検討する。
７.５ 現況再現シミュレーション
上述の３次元水理地質構造を反映した領域初期モデルを用い、現地で実測された流量、地下水位に基づく現況再現シミュレーションを実施する。
現況の地表水・地下水流動系を最も適切に表現する１組のパラメータセットを以下の手順で決定する。

地球環境 Vol.８ No.１，13−24（2003）

所与の境界条件に対し、水位を地表面においた完全飽和状態を初期条件とし、地形・地質構造、境界条件および水文学的負荷とバランスする初期平衡状態を再現する。

図８

初期平衡計算の方法.

■ステップ１；初期平衡計算
地表面ないし任意の標高に地下水位を初期セットし、連続一定降雨条件における地表水・地下水統合シミュレーションを行う。降雨条件
は当流域における年間平均降水量を用いる。
境界条件については、極力釧路川流域の分水嶺を解析領域とし閉境界とし、釧路川は海への流出境界とするのが自然である。
これらの諸条件のもとで非定常解析を行う。
初期状態からの時間の経過とともに、地形、地質および降雨条件とバランスする地表水・地下水流動系が形成される（図８参照）。この平衡状態において、フィールドで確認されている地表水分布や地下水位、基底湧水量等を再現できるよう降雨条件、水理パラメータ等を修正する。
■ステップ２；ヒストリーマッチング
引き続き、揚水試験データや変動降雨データを用いたヒストリーマッチングを行う。実測された地下水位や湧水量の動的な応答を再現できるまで諸条件の修正を行う。
なお、不確実性の高いパラメータについては、 2 . 2（ ２）項で作成した２次元断面モデルや部分領域に着目した切出しモデル等を用い、解析結果に対するそれらの感度を体系的に抑えておく。
７.６ 事業活動による影響評価・将来予測
釧路川流域の地表水・地下水流動系を概ね再現することができる３次元水理地質構造モデルを用い、「自然再生事業」に伴う湿地生態系の保全を目的とした環境影響評価と将来予測を実施する。
また、上記と同様に、不確実性の高いパラメータについては解析結果に対する感度を体系的に抑えておく。
７.７ 総合評価
これらの検討成果を、最終的な環境影響対策に係わる様々な意思決定において活用するため、以下に示す作業フェーズへの展開を試みる。
作業フェーズ１で構築した水理地質構造モデル（＝数値水循環モデル）による将来予測が正しく行われたか否かを確認するため、段階的に蓄積される新しい現地データを用いた検証シミュレーションを行う。
ここで生じる実測値とシミュレーション結果との相違は、作業フェーズ１で検討した概念モデリングの過不足を修正したり、予測の精度を向上させるための重要な情報であり、このルーチンを繰り返すことにより数値水循環モデルを成長させていくことができ、事業活動へより的確な情報を与えることができるようになる。
さらに、水環境に係わる諸情報を環境影響評価におけるエコトープマップ等へ反映し、本流域における湿地生態系の保全活動に反映する。

８．まとめ
本報告では、統合型水循環系シミュレーションシステムにより地域特性を生かし、社会基盤として水環境評価システムを構築していくことの重要性を示し、釧路湿原を例に、具体的な構築案を示した。
「陸域の自然環境の基盤をなす水循環を維持管理していくことは、自然に対し多大な働きかけをし、経済活動を続けている人類の責務である。」と考えることに、異論を唱える人はないと思う。
21 世紀は水の世紀といわれて、水環境を維持していくための具体的な方策を実行に移すときに来ている。
今後さまざまな水環境問題のフィールドにおいて、社会基盤として水環境評価システムの構築が進むことを期待したい。

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西岡：地域特性を生かした水環境総合評価システムの構築

参考文献
１）登坂博行（1998）フィールド情報を総合化した陸３）環境省（2002）第１回環境省釧路湿原自然再生事
業に関する実務会合，資料．

水挙動解析への試み．地質情報第９巻第３号，181-190．
２）（株）地圏環境テクノロジー編（2002）統合型水循環シミュレーションシステムGETFLOWSユーザーマニュアル．

24（受付2003年９月11日、受理2003年９月18日）