2015 Fiscal Year Annual Research Report
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26257415
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宇波 耕一 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (10283649)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水資源 / ポートフォリオ問題 / 乾燥地農業 / 水利施設 / 死海 / 国際研究者交流 / 国際情報交換 / ヨルダン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、死海沿岸地域、とくにヨルダンに帰属するリサン半島を対象とし、再生可能水資源の新規開発手法を提示した上で既存水資源と併せて動態の数理モデル化を行い、最適水資源ポートフォリオを導出して有効性を実証することを目的としている。
初年度である2014年度に、実証試験を実施するための施設を、リサン半島に位置するムタ大学試験農場に構築した。すなわち、荒野から流出する洪水を収集する底部取水型取水工ならびに貯水工を、数値実験と水理模型実験にもとづいて設計、施工した。また、この取水施設上に、気象・水文自動観測装置を設置，運用中である。2015年度には、この施設において収集される塩分濃度の高い水から淡水を得るため、除塩プラントを構築した。この除塩プラントは、ビニールハウスを改造し、撥水布を活用した新規的なものであり、改良を加えながら運用している。なお、この除塩プラントに関する詳細な研究は、日本学術振興会「外国人招へい研究者（長期）」事業において行った。
このように、再生可能水資源の新規開発手法を実際に構築するところまでが2015年度に達成された。よって、「貯水工の塩水と除塩プラントの淡水、さらには既存の地下水資源を灌漑目的に利用する場合、どのような水資源ポートフォリオが最適となるか？」という本研究の主課題が定式化された。そこで、その実証を行うため、塩分に対して特殊な応答を示すMesembryanthemum crystallinum（アイスプラント）を用いた実際の作物栽培試験に着手した。また、水、塩分、土壌、作物間の相互作用に関する理解とモデル化を深化させるため、ベルギー王国リエジュ大学の協力のもと、精密な実験と解析に着手した。
以上の研究実績に関しては、国際研究集会における口頭発表とポスター発表を行った。また、国際誌に論文が掲載、もしくは掲載予定となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
底部取水型取水工、貯水工、除塩プラント、受益地圃場からなる灌漑スキームが、死海リサン半島に位置するヨルダン国ムタ大学試験農場に完成し、試験的な運用を開始した。センサーやロガーを設置してデータを取得しつつ、M. crystallinumを中心とした作物栽培試験をすすめている。とくに、酷暑期における地域環境の実態把握、とくに貯水工における蒸発量の定量的評価に成功し、年間の栽培・灌漑計画の大枠を定めることができた。すなわち、構築した灌漑スキームと、冷涼な高地に位置し深層地下水を水源とするムタ大学農学部ラッバ農場との間で作物を輸送することにより、播種、育苗から採種に至るまでの栽培サイクルを年2回実施することが可能となることが判明した。このように、実証試験を実施するための基盤整備の面からは、当初の計画以上の進捗状況である。
最適水資源ポートフォリオを導出するための数理モデル、とくに支配方程式であるHJB方程式に関しても、おおむね順調な進展がみられた。具体的には、（１）得られた観測データからモデルパラメータ推定を行う手法の確立、（２）水源枯渇時にも作物栽培を継続する場合に対するモデルの拡張、（３）その場合に対応した数値計算スキームの開発に成功した。さらに、HJB方程式に対する粘性解の概念を用いることによって、解の一意存在性証明や数値解による近似に関する議論を厳密に行えることが明らかになってきた。単純な場合に関して研究協力者の大学院生が口頭発表を行い、日本雨水資源化システム学会優秀発表賞を受賞した。
一方、水、塩分、土壌、作物間の相互作用に関しては、主に実験的手法による研究をすすめてきた。とくに、リエジュ大学の協力を仰ぎ、電気比抵抗トモグラフィ（ERT）装置を用いた土壌水分時空間分布計測を開始し、土中の水分と塩分がM. crystallinumとどのような相互作用を行うかを調べている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最適水資源ポートフォリオの理論的基盤として、非線型偏微分方程式の粘性解に関する知見が不可欠であることが明らかとなってきたので、京都大学数理解析研究所の研究者とも協力関係を築き、基礎研究をすすめる。また、スーパーコンピューターを利用した大規模数値計算も行う。
ヨルダンにおいては、実証試験のための施設、人的資源、運用の根拠とすべき理論が整備されてきたので、今後は本格的な運用を目指す。現地においては、M. crystallinumの栽培実績が乏しいので、他の作物を同時に栽培することでリスクヘッジを行っている。研究代表者は、各年度3回のヨルダンへの渡航を予定しており、諸施設や観測装置の維持管理、作物栽培試験を、現地研究協力者との意見交換を行いつつ実施する。さらに、死海沿岸農地における在来型水資源ポートフォリオである、不圧地下水、ならびに長大用水路を含む広域水利システムに関しても調査を行い、よりよい管理戦略について提言を行う。
一方、大学院学生が研究協力者としてリエジュ大学や京都大学総合農業水利実験場における実験を継続する。それらにより、M. crystallinumの栽培ノウハウの確立も試みるほか、土中の水分と塩分の挙動に関する新しい数理モデルを構築して粘性解の視点から解析を行う。
理論の普遍性を検証するため、まったく異なった気象条件下にある日本やバングラデシュに対照サイトを設けている。研究員を時間雇用し、大学院学生の協力も得ながら、それらの運用とデータ収集を継続する。
得られた結果については、国際学術誌にて発表するとともに、国内外で学会発表を行う。なお、学会発表は、研究協力者が行うものも含む。研究の進捗状況は、機密性の保持に留意しつつ、研究室フェイスブックなどを通じ可能な範囲で発信する。
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Research Products
(22 results)
