HYDRUS-1D と MODFLOW を用いた広域地下水流動解析 - 石川県手取川扇状地の事例 Transient groundwater flow simulation using HYDRUS-1D and MODFLOW- Case study in the Tedori River Alluvial Fan 岩崎 有美 1・中村 公人 1・堀野 治彦 2・川島 茂人 1
1 京都大学大学院農学研究科・2 大阪府立大学大学院生命環境科学研究科

要旨(Abstract)
石川県手取川扇状地（面積約 140 km2 ）を対象として，不飽和浸透流解析が可能である
HYDRUS-1D 及び飽和地下水流動解析を行う MODFLOW を用いて，転作田を含む水田地帯における飽和・不飽和帯での浸透過程を考慮した非定常地下水流動解析を行った．その結果，灌漑期前後の地下水位上昇と低下といった水田灌漑を反映した地下水位の季節変動の傾向が再現された．
本計算手法が広域の水田地帯での地下水流動解析への適用可能性を示すことができた．
キーワード： 地下水，不飽和浸透流，水田，転作田，扇状地
Key words: Groundwater, Unsaturated water flow, Paddy field, Rotated paddy field, Alluvial fan
1.はじめに不飽和浸透流解析は，鉛直 1 次元の Richards

石川県手取川扇状地には豊富な地下水資源式を解いて行うこととした．解析プログラムにが存在し，この地下水資源の持続的な利用のたは，HYDRUS-1D（Šimůnek et al., 2005）をめには，地下水資源の更新速度に関わる地下水用いた．HYDRUS-1D で計算されるプロファ涵養量の推定が重要である．対象地に広く分布イル下端での水分フラックスを地下水流動モする水田は重要な涵養源と考えられるものの，デルの涵養量として入力した．水田の土壌構造

水田の現在約 26 %で転作が実施され，涵養量を考慮して，地表面から深さ 20 cm までを作の低下が懸念される．本研究では，水田面積率

土層，20～30 cm を耕盤層，30 cm 以深を心土と転作率の変化が地下水環境に与える影響をとした．プロファイルは，1993 年非灌漑期の評価するため，比較的広範囲な水田地帯を対象

地下水一斉観測結果から推定した地下水面深として，不飽和浸透流を考慮した非定常地下水さを基に，地下水位の変動を考慮して地表面か流動解析を実施した．

ら地下水面より下 5 m までの領域とした．プ

２．対象領域と解析方法

ロファイルは地下水流動モデルの各セルにつ(1) 手取川扇状地概要いて設定した．水分移動の上端境界条件は大気研究対象地は，手取川，犀川・伏見川，日本境界条件とした．金沢地方気象台での気象デー

海，白山山地で囲まれる面積 140 km2 の手取

タから Penman 式により計算された蒸発散位

川扇状地右岸域とした．扇頂標高 90 m，平均を算出し，これを水田，転作畑の LAI と植被勾配 1/140 である．水田面積率は，1991 年か率を用いて可能蒸発量，可能蒸散量に分離した．

ら 2009 年にかけて 61 %から 45 %へと経年的積雪・融雪期は degree-day 法により推定したな減少傾向にある．一方，畑地面積率は年によ融雪量を降水量として与え，灌漑期間中は，代らず 2 %である．水田面積の 13～31 %で転作かきや湛水，中干しなどの水田水管理を考慮しが実施され，ダイズ，コムギが栽培されている．て灌水量を入力値とした．根群域からの吸水を(2) HYDRUS-1D と MODFLOW による地下考慮し，Feddes のパラメータには各作物の文

水流動解析献値を与えた．下端境界条件は自由排水条件といた．解析対象領域を水平方向に，400 m×400m のグリッドにより 897 個のセルに離散化し，鉛直方向は 4 つのレイヤを用いた準 3 次元解析とした．犀川は地下水位内挿値，沿岸は平均海水面標高による定水頭境界とし，手取川は河05

地下水位 (m)（MODFLOW，Harbaugh et al., 2005）を用0.04
0.02

れるように，試行錯誤的に決定した．
地下水流動解析には，3 次元有限差分法

転作田

旬平均地下水涵養量 (m)

Genuchten 式）は，地下水位変化等が再現さ水田土地利用した．各土層の土壌水分特性パラメータ（van実測値

43
計算値

211996

2000

2004

2008

Year

図-1 扇央部観測井の地下水位の実測値と計算値
及び対応セルの土地利用，旬平均地下水涵養量

川水位と地下水位の水位差に応じて流量を与影響により若干変動するという季節変動を示

える流量境界とした．境界条件や水文パラメー

す．揚水量データの時空間的な制限のため，冬タの詳細は岩崎ら（2013）を参照されたい．

季の消雪用揚水等による局所的，短期的な地下揚水量は，年間揚水量データを基にして，2008

水位変化についての再現性には課題が残るも年の 1 km メッシュの年間揚水量分布，2005のの，飽和・不飽和帯の物理的な水移動モデル

年の月別揚水量割合を考慮して月単位で入力を用いた本計算手法によって比較的広域の地した．年間揚水量は，1993 年度に対して 2009

下水流動をおよそ再現することができた．

年度は 28 %減少した．

2008 年において本扇状地内 25 圃場で観測しHYDRUS-1D では水稲作付け水田（水田），た中干し前，中干し時の減水深から灌漑期平均転作田，畑地を計算対象とした．領域内の水田

蒸 発 散 量 を 差 し 引 い た 降 下 浸 透 量 は 10.7

面積率，畑地面積率と等しくなるように，各セmm/d（丸山ら，2012）であり，図-1 に示した

ル内の土地利用面積割合を基に，水田セル，畑同期間の涵養量はこの値の 94～106 %であり，地セル，非涵養セルを設定した．水田セルの内，涵養量の計算値は概ね妥当であると考えられ転作率に応じて転作田セルをランダムに決定る．地下水位変化が比較的小さくなる，非灌漑した．ある年のセルの土地利用の種別は，前年期かつ非積雪期の 9 月中旬～10 月下旬におい11 月から当年 10 月まで適用される．解析期間ては，降水量の 11 %が地下水涵養に寄与しては，地下水位一斉観測が行われた 1993 年 12いることがわかった．

月から 2009 年 11 月の約 17 年間である．

４．おわりにHYDRUS-1D，MODFLOW の解析は日単位で将来予測が可能なものとして本手法が利用実施したが，計算時間短縮のため，得られた涵できるように，より長期にわたる過去の地下水養量の旬平均を MODFLOW に入力した．

位の変化が再現されるかを検討したい．

３．結果と考察
図-1 に扇央部観測井での地下水位の計算値と実測値及び観測井に対応するセルにおける土地利用と HYDRUS-1D から計算された涵養量を例として示す．本地域の地下水位は，水田灌漑の影響を受けて，灌漑期初期に上昇し，灌漑期間中は高水位を維持し，灌漑期の終了とともに水位が逓減し，非灌漑期には消雪用揚水の参考文献1)Šimůnek J et al.（2005）：The HYDRUS-1D Software
Package for Simulating the One-Dimensional Movementof Water, Heat, and Multiple Series 1.
2)Harbaugh AWet al.（ 2000）： MODFLOW-2000, the U.S. GeologicalSurvey modular ground water model - User guide tomodularization concepts and the Ground-Water Flow
Process. U.S. Geological Survey Open-File Report 00-92:
121. 3) 岩崎有美ら（2013）：定常地下水流動解析に基づく
手取川扇状地における灌漑期の地下水位に影響を与える要因の評価，水文・水資源学会誌，26（2），99-113. 4）丸山利輔ら（2012）：手取川扇状地における水収支の分析，水文・水資源学会誌，25（1），20-29.