超高解像度分布型水文モデルによる日本全域の小水力発電ポテンシャルの詳細評価

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25870282
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 馬籠 純 山梨大学, 医学工学総合研究部, 助教 (70377597)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 水資源工学 / 再生可能エネルギー / 水工学 / 持続可能システム / 小水力発電 / 分布型水文モデル

Research Abstract

未活用の小規模な落差・流量を利用した地域生産・消費型の小水力発電の導入において、地方から流域スケールでの検討にも活用可能な高解像度・高精度の小水力発電ポテンシャル推計が必要不可欠である。本課題における当該年度の研究成果は次のとおりである。
1. 基礎情報の収集：国土地理院による基盤地図情報数値標高モデル(空間解像度5m、10m)を日本全国で入手するとともに、富士川流域における河川周辺域の航空機レーザー測量成果（国土交通省）を整備した。全国の落水線網作成・落差算定に用いる基礎データの収集を完了し、標高値の評価の実施体制が整った。同様に長期気象・水文データを整備した。日本全域で気象庁データ(気象データベースアメダス)や国土交通省の雨量年表データを入手し、富士川流域については、山梨県管理の気象観測所データ(2003年～)とレーダー・アメダス解析雨量データ(気象業務支援センター)を入手し、詳細な雨量分布を評価可能にした。
2. 超高解像度の落水線網の構築：入手した高解像度地形モデルを用いて日本全国の落水線網の構築を実施した。低平地における実際の河川との不一致の問題に対処するために、従来法であるFill法に加え、実河川情報を反映可能なStream-Burning法を用いる分布型水文モデル(YHyM/BTOP)に新たに統合した。追加した手法の確認・調整のため当該年度では全国の落水線網を約100mメッシュで構築を実施した。得られた落水線網は従来法に比べて実河川位置を正確に反映できており、新規追加手法の適用性・有用性が確認された。
3. 任意地点の落差の算定と評価：構築した高解像度落水線網を用いて日本全国で落差の算定を実施した。詳細解析対象流域の富士川流域で航空機レーザー測量成果と比較した結果、従来よりも高精度で落差を算定できる可能性を有することが確認された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当該年度の主要3課題（1.基礎データ収集 2.超高解像度の落水線網の構築 3.任意地点の落差の算定と評価）において概ね順調に進展していると思われる。一部、2.超高解像度落水線網の構築において、空間解像度5mおよび10mでの全国整備完了までは至っていないものの、富士川流域では既に完了していること、現在、作業の全国展開を推進中である。なお、100m解像度での構築時には新規追加のStream-Burning法の適用性・有用性が確認されていることから、現時点ではこのように達成度を評価している。

Strategy for Future Research Activity

現在推進中の超高解像度（空間解像度5mないし10m）落水線網の構築を速やかに完了させ、順次、次のように研究を推進する方針である。
1.超高解像度分布型水文モデルの構築と長期流量再現（日本全域）:A.分布型水文モデルの高解像度化と関連システムの統合：高解像度の水力発電ポテンシャル推定の核となる分布型流出モデルに高解像度擬落水網を統合することで既存の分布型水文モデルの高度化をはかる。降雨量サブシステム、土地利用・地質サブシステム、水利用サブシステム（ダム、小型発電所、取水堰、用水路のモデル化）についても統合を実施する。B.長期の流量再現計算（日単位、長期35年）：全国の1級河川107水系を対象として、入力水文データソースであるアメダスの観測期間約35年間の長期流量再現計算を実施する。推定精度については、国土交通省の流量観測地点において実測流量と比較により評価を行う。加えて、流況曲線を作成（維持流量・利用可能流量の算出）し、発電利用可能水量を推定するとともに、年々変動・季節変動についても評価する。
2.富士川流域における長期流量再現の詳細精度評価（流域スケール）：推定精度に関して不確実性の幅を定量的に評価することは重要である。そこで降水量を最も大きな影響を及ぼす入力データとして着目し、不確実性について評価を実施する。現時点では、次の3ケース（A.気象庁アメダスデータのみの降水量、B.国土交通省雨量観測値を結合した降水量、C.県観測の観測地も結合した降水量を入力した場合）の降水量利用を想定した場合の、観測地の密度・空間分布の、出力される流量値への影響度合いを評価する方針である。検証地点は国土交通省の流量観測地点（20地点）を基本とするが、山間部については山梨県県土整備部管理の水位データ観測地点で実施を予定している。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

H25年度の予算額に対しての繰り越し申請が必要になったため次年度使用額が発生した。この繰り越しが必要となった主たる理由としては、全国の落水線網の構築に際して必要であった、Stream-Burning法の適用性の確認に予想よりも時間を要してしまい、多量の計算量を必要とする超高解像度（空間解像度5mないし10m）での全国整備に著手が順次遅れたことにより導入に著手できなかったことが挙げられる。なお、上記の手法の確認には100m解像度で実施したことによる計算量の圧縮、これによる既存機器の活用で対応できたためH25年度に計上していた高速計算機サーバが導入できなかったものの研究の推進上で大きな支障とならなかった。
次年度使用額について、H25年度に導入を予定していた高速計算機サーバへの使用を再度検討している。これは、当初計画中において現在も推進中であるH25年度分課題の全国の超高解像度落水線網・落差算出の早期実現、さらには、H26年度より本格化し計算量の大きい全国の流域での分布型水文モデルによる河川流量シミュレーションへの利用が想定されるためである。