DIAS水課題アプリケーション開発
進捗報告

小野寺勝
日本工営

中央研究所

水課題とDIAS利用

水課題とは？
(1)計画面
治水計画、利水計画、水資源開発計
画、流総計画、土砂管理計画・・・・(2)管理面
高水管理（洪水）、低水管理（渇水）、水質管理、空間管理、施設管理・・・・(3)防災面
水災害、土砂災害、津波、高潮・・・・（リアルタイム観測、予測、防災対応）⇒観測データ、予測、運用ルール

ダムにおける水課題（DIASの高精度流出モデルと予測降雨が重要）①洪水対策⇒短期的な流入量予測が必要②水資源の有効活用⇒洪水期初期の事前放流量と長期的な流入量予測が必要
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高度な貯水池操作に向けて貯水池操作
ダム
ダム水位
放流量

流入量

降雨/降雪

貯水池

p 貯水池操作は、ダムのゲートを操作して流出を制御することです。
p すべてのタイミングで最適な流出を調べるには、流入量と貯水池の水位とその予測が必要です。
p 最適な流出は、貯水池の運営方針によって異なります。たとえば、洪水制
御貯水池の場合は洪水時に流出を最小限に抑え、水力発電ダムの貯水池の貯水を最大化します。
p 最適な操作は、単一の貯水池のみならず、複数の貯水池群で操作されます。
July ３１, 20173

高度な貯水池操作に向けて水力発電ダムの最適運用

ダム水位

設計水位
流入量

Time

p 降雨前に、水力発電ダムの多くは一度下流の水害を軽減する設計水位に貯水池水位を低下します。
p 降雨後、元の水位レベルまで回復することが求められます。
p 降水量と流入の正確な予測が必要です。
July ３１, 2017

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DIAS水課題アプリケーション開発

DIASを用いた発電ダムの最適運用による利水・治水安全度の向上を目指して予測降雨を用いたダム事前放流の最適化により洪水に対する下流の保安と水資源の有効利用を実現
降積雪・融雪過程のシミュレーションの高度化により長期ダム運用の最適化と発電効率の改善
代表機関：国立大学法人東京大学
分担機関：国立研究開発法人土木研究所、日本工営株式会社
協力機関：東京電力株式会社、中部電力株式会社
July ３１, 20175

発電ダムの放流操作技術の研究開発
大学、研究所、民間企業による研究開発体制を構築し、治水施設の計画規模を超える降雨発生時の洪水被害軽減のために、治水の義務がない発電ダムが洪水調節を行った場合の被害軽減に関する社会的な便益を定量的に提示。
AMSR-E,
AMSR2

電力会社による事前放流の判断を支援するためのダム集水域の高精度降雨分布予測手法の開発→気象庁の2倍の計算量による確率降雨予測＋衛星と大気モデルの雲同化システムによる雨域の特定（億円）

250"
150"

発電ダムの事前放流ケーススタディ→ 降雨予測の的中率を考慮→ 大井川想定最大規模降雨の場合、約220億円の洪水被害を防げる可能性を示した。

社会的便益   

200"
100"
50"

産学連携体制を構築

0"
0"

20"

40"

60"

発電ダムの事前放流量（%）

80"

100"

6

DIAS水課題アプリケーション開発
システム(品質)要求・試験実装と運用・長期計画
協力機関
東電

協力機関
中電

リアルタイム利用のためのデータ品質管理

氾濫
土砂水温

洪水期における下流洪水流量低減と発電効率の向上のためのダム操作

融雪流出を考慮した年間を通した発電効率の向上のためのダム操作

降雨および洪水のアンサンブル予測

降雪・積雪・融雪・流出シミュレーション

積雪・融雪モデル作成
基本モデル拡張参画機関
ICHARM

1．平常時の水循環シミュレーション
主管機関
東大

品質管理システム構築
システムのカスタマイズ
参画機関
日本工営

研究の総括・３課題への対応・GISによるモデル作成支援

基本モデル拡張によるユーザ開拓
July
３１, 2017

リアルタイム高解像度日本域洪水予測システムの導入によるユーザ開拓

地球表層監視予測7

１．平常時の水循環シミュレーション
陸域水循環モデルの高度化と汎用化
WEB-DHM： 水収支とエネルギー収支を物理的に計算することで、流域内の土壌水分量分布と河川流量を推定する分布型水文モデル

既存モデルと比べて優れている点*%+!
・ 様々な水循環過程とモデル結合（大気過程、植生成長、作物生産、 "&+#. !
積雪・氷河・凍土等）
!
・ 初期値設定、パラメータ調整のほと*%+!
んどない自立的計算（洪水、渇水の予測、気候の変化の影響評価が可能）
・ 様々な水文・気象条件下で適用（グローバルデータセット利用、同化による初期値・パラメータ・大気強制力推定）
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*%+!
• 社会の意思決定に有益な情報提供（水資源管理システムとの結合）

-

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データ入力支援システムやユーザインターフェースの共同開発による汎用化
気候変動や洪水・渇水に関するODA案件などへの利用推進

July ３１, 2017

8

DIAS水課題アプリケーション開発
システム(品質)要求・試験実装と運用・長期計画
協力機関
東電

協力機関
中電

リアルタイム利用のためのデータ品質管理

氾濫
土砂
水温

洪水期における下流洪水
流量低減と発電効率の向上のためのダム操作

融雪流出を考慮した年間を通した発電効率の向上のためのダム操作

２．降雨および洪水のアンサンブル予測

降雪・積雪・融雪・流出シミュレーション

積雪・融雪モデル作成
基本モデル拡張参画機関
ICHARM

平常時の水循環シミュレーション
主管機関
東大

品質管理システム構築
システムのカスタマイズ
参画機関
工営研究の総括・３課題への対応・GISによるモデル作成支援

基本モデル拡張によるユーザ開拓
July３１, 2017

リアルタイム高解像度日本域洪水予測システムの導入によるユーザ開拓

地球表層
監視予測

9２．降雨および洪水のアンサンブル予測の開発進捗状況
アンサンブルカルマンフィ
ルタによるデータ同化＋摂動生成により初期値を作成し、領域アンサンブ
ル予報を行う。
LETKF（データ同化＋アンサンブル摂動生成）：
33メンバー
同化データはPREPBUFR毎時

Aug.29 Sep.06
12 15 1
UTC

Sep.07

Sep.0803 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 00 03 06

観測15km LETKF

7,00Z start
7,06Z start
7,12Z start

降雨予測事例●：観測－：アンサンブル平均

July ３１, 2017

Sep.09

土木研究所ICHARM 牛山朋來

観測アンサンブル予報

EnKF解析

流出予測事例●：観測－：アンサンブル平均10DIAS水課題アプリケーション開発
システム(品質)要求・試験実装と運用・長期計画
協力機関
東電

協力機関
中電

リアルタイム利用のためのデータ品質管理

氾濫
土砂
水温

３．洪水期における下流洪水流量低減と発電効率の向上のためのダム操作

融雪流出を考慮した年間を通した発電効率の向上のためのダム操作

降雨および洪水のアンサンブル予測

降雪・積雪・融雪・流出シミュレーション

積雪・融雪モデル作成
基本モデル拡張参画機関
ICHARM

平常時の水循環シミュレーション
主管機関
東大

品質管理システム構築
システムのカスタマイズ
参画機関
工営

研究の総括・３課題への対応・GISによるモデル作成支援

基本モデル拡張によるユーザ開拓
July
３１, 2017

リアルタイム高解像度日本域洪水予測システムの導入によるユーザ開拓

地球表層
監視予測

11

３．洪水期における下流洪水流量低減と発電効率の向上のためのダム操作
具体的な評価の手順
降雨量, DEM, 土地利用, 横断面図

新規性！

水位, 流量, 浸水深, 浸水域
治水経済調査(国交省)

事前放流量(x[㎥])×
事前放流によるコスト

f(x)= 洪水被害額 ＋α×

事前放流による損失＝RRI(土木研究所)• argmin{f(x)}={max(x)}であることを示す•α = 1/降雨予測の的中率
July ３１, 2017

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DIAS水課題アプリケーション開発
システム(品質)要求・試験実装と運用・長期計画
協力機関
東電

協力機関
中電

４．リアルタイム利用のためのデータ品質管理

氾濫
土砂
水温

洪水期における下流洪水
流量低減と発電効率の向上のためのダム操作

融雪流出を考慮した年間を通した発電効率の向上のためのダム操作

降雨および洪水のアンサンブル予測

降雪・積雪・融雪・流出シミュレーション

積雪・融雪モデル作成
基本モデル拡張参画機関
ICHARM

平常時の水循環シミュレーション
主管機関
東大

品質管理システム構築
システムのカスタマイズ
参画機関
工営

研究の総括・３課題への対応・GISによるモデル作成支援

基本モデル拡張によるユーザ開拓
July
３１, 2017

リアルタイム高解像度日本域洪水予測システムの導入によるユーザ開拓

地球表層監視予測13

４．リアルタイム利用のためのデータ品質管理（例）ダム諸量時系列データの補正

移動平均の算出期間移動平均補正値

流量（m3/s）

リアルタイムシステムによりダム流入量予測を行う際には、ダム流入量データの実測値によるフィードバックが必要となる。ダム流入量データは、時に振動を生じてフィードバックに誤差を混入させる恐れがあることから、振動する時系列を補正する手法を検討した。その結果、移動平均ではなく線形回帰による方法が優れていることが分かった。
300

赤石ダム流入量250

補正流量（前3時間移動平均）

200
150
10050

観測値

0
2011/5/8

2011/5/9

2011/5/10 2011/5/11 2011/5/12 2011/5/13 2011/5/14 2011/5/15

現時刻

内挿式
観測値

補正値

300

赤石ダム流入量250

補正流量（線形回帰による補正）

200
150
10050

現時刻

July ３１, 2017

流量（m3/s）

内挿式の算出期間0
2011/5/8

2011/5/9

2011/5/10 2011/5/11 2011/5/12 2011/5/13 2011/5/14 2011/5/15

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５．リアルタイムシステム：新WEB-DHMへの移行
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

July ３１, 2017

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
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６．新WEB-DHMによるリアルタイム予測のための準備
1）データをリアルタイムにDIASコアに取得– 観測情報（気象）•気温、風向風速、日照時間、気圧、湿度•Cバンドレーダ、国交省テレメータ雨量計– 観測情報（水文）•ダム貯水位、放流量– 数値気象予測（MSM-GPV）

２）前処理（データ欠損補てんとデータチェック）
３）アンサンブル降雨予測、河川流出予測、ダム操作最適化システムなどの同期したデータ管理（→リアルタイムシステム）

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