2016 Fiscal Year Annual Research Report
Water resources portfolio for farmlands along the Dead Sea
| Project/Area Number |
26257415
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
宇波 耕一 京都大学, 農学研究科, 准教授 (10283649)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 水資源 / ポートフォリオ問題 / 乾燥地農業 / 非線型偏微分方程式 / 死海 / 国際研究者交流 / 国際情報交換 / ヨルダン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ヨルダン王国ムタ大学と協力し、死海沿岸地域における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。
研究開始の2014年度から2015年度までに、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池を、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、ビニールハウスを改造して撥水布を活用した除塩プラントを構築した。これらに、気象・水文自動観測装置をはじめとした各種機器を設置して、データ収集を継続している。2016年度には、付加価値の高いナツメヤシ品種の苗木を植樹し、土壌の水分と塩分を3次元的に観測する機器を新たに整備した。また、貯水池からの蒸発損失を抜本的に低減させるべく改造を行った。この灌漑スキーム全体に対する最適運用戦略を、支配方程式であるHJB方程式の数値解より導出し、実装した。一方、本研究の比較対象地域調査、ならびに、数理的側面に関連し、科研費課題が新たに2件採択され、学際的、国際的な大規模な研究グループが形成されつつある。
以上の研究実績に関しては、国際研究集会において口頭発表を行い、座長を務めた。また、国際誌に論文が掲載、もしくは掲載予定となった。一方、2016年度の大きな成果として、前述のHJB方程式に対する粘性解の一意存在性証明に成功したことが挙げられる。その内容については、現在、論文投稿中である。これは、動的計画法にもとづいて水資源ポートフォリオの最適化を行う際、問題設定の適切性や数値解析の可能性を判断するために不可欠なものであり、本研究から得られる結果の中核をなす。
|
| 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、貯水池、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、試験運用を経て本格的な稼働状態に入った。すなわち、センサーやロガーを設置してデータを取得しつつ、HJB方程式の数値解から導出された最適運用戦略を水資源管理に実装し、アイスプラントやナツメヤシのような耐塩性かつ高付加価値の作物栽培試験をすすめている。また、HJB方程式に関する数理的基礎研究についても進展がみられた。貯水池における堆砂が予想以上に多く、相応の土木工事を行う必要が生じたが、実証試験を実施するための基盤整備、ならびに、数学的根拠にもとづいた最適運用戦略の両面において、おおむね当初の計画どおりの進捗状況である。なお、年度当初に、アイスプラントと水、塩分、土壌、作物間の相互作用を明らかにすべく、ベルギー王国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試みた。
2016年度の新たな基盤整備内容としては、（１）当初貯水池の堆砂除去および再整備、（２）除塩プラント内を掘削して新貯水池を構築、（３）客土によるナツメヤシ圃場の整備、（４）付加価値の高いナツメヤシ品種の組織培養による苗木を植樹、（５）ナツメヤシ圃場への土壌水分・塩分自動観測装置の設置である。最適運用戦略の支配方程式であるHJB方程式に関しては、（１）再整備後の灌漑スキームに対する動的計画法問題の定式化、（２）比較定理の証明による粘性解の一意性と安定性の保証、（３）H１級関数から解を構成することによる粘性解の存在性証明に成功した。また、大規模灌漑スキームの最適運用戦略導出への適用可能性を探るため、マレーシアプトラ大学と共同で水文過程を単純化した離散モデルを構築した。
|
| 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り、科研費課題「偏微分方程式の粘性解にもとづく灌漑スキームの運用」が新たに採択されたので、学際的な研究グループを構築して、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引き続き行う。
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、本格的な運用を行う。研究代表者や研究協力者は、各年度のべ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。また、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、バングラデシュ、マレーシア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、理論研究を継続する。とくに、これまでの研究では考慮されていない、貯水池洪水吐の能力を超える洪水が発生する場合について解析を進める。さらに、ヨルダン高原とバディア地域を含む広義の死海沿岸地域において、本研究の成果を適用しうる事例についても調査を行い、よりよい管理戦略について提言を行う。
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。とくに、2017年10月にクロアチアで行われるSDEWES2017国際会議におけるでは特別セッションを企画し、2018年1月には京都大学数理解析研究所においてRIMS共同研究（グループ型）を実施する。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。
|
