| 研究課題/領域番号 |
26257415
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
宇波 耕一 京都大学, 農学研究科, 准教授 (10283649)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 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 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、ヨルダン国立ムタ大学と協力し、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水文過程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その有効性を実証することを目的としている。
4年間の試行錯誤の末、実証試験を実施するための灌漑スキームのプロトタイプが、死海のリサン半島に位置するムタ大学試験農場に完成した。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。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。そして、付加価値の高いナツメヤシ品種の苗木を植樹して点滴灌漑水路網を設置し、2017年度より灌漑スキーム全体を本格的に稼働させた。これらの諸施設には、気象・水文自動観測装置、除塩プラントの熱力学系観測装置、土壌物理と作物成長の観測システムなどを整備して、データ収集を継続している。灌漑スキームの貯水池に関しては、最適運用戦略の支配方程式であるHJB方程式を数値的に解いて管理に実装してきているが、2017年度にはそのHJB方程式に対する粘性解が一意存在することを証明し、国際誌に論文が掲載され、京都大学の公式サイト上でも紹介された。この成果は、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。なお、除塩プラントの熱力学系に関しては、数値解析により良好な結果が得られ、論文を国際誌に投稿中である。
一方、クロアチアで開催されたSDEWES国際会議における特別セッションの企画、また、京都大学数理解析研究所共同研究の主催などを通じ、学際的、国際的な研究者のネットワークを形成している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2014年度から2017年度の4年間をかけ、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のプロトタイプが、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た。2017年度からは、受益地圃場において、観測装置などから得られる情報をフィードバックすることによって点滴灌漑水路網を合理的に制御し、耐塩性かつ高付加価値のナツメヤシを栽培している。設置した土壌水分自動観測装置に故障が頻発し、データ収集に関して遅れが生じているものの、冗長に設計された観測システムが功を奏し、点滴灌漑へのフィードバックは問題なく実施されている。それ以外の観測機器に関しては、おおむね順調にデータが取得できている。そのデータを利用して、除塩プラントの熱力学系モデルについて、パラメータ推定やモデル検証を実施した。学術上の主な進捗としては、貯水池の最適運用戦略を支配するHJB方程式に関して論文が国際誌に掲載されたことが挙げられ、灌漑スキームの全容とあわせて京都大学の公式サイトで紹介された。その内容は、（１）終端時刻における解の連続性証明、（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、（４）数値解から導出される実用的最適運用戦略の提示から構成されている。また、大規模な灌漑スキーム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モデルを構築し、気候変動下における貯水池最適運用戦略について検討した。一方、除塩プラントから得られる淡水を点滴灌漑水路系に供給する貯留タンクの最適運用戦略に関しては、数理解析が未完成な状況であり、2018年度初めの完成を目指しているところである。
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| 今後の研究の推進方策 |
2018年度も、研究代表者がヨルダンへ数次にわたり渡航し、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。しかし、最終年度となるので、残された学術的課題に対して早急に解答を得ると同時に、成果の公表に重点を移す。
まず、淡水貯留タンクの最適運用戦略については、別途採択されている科研費課題「偏微分方程式の粘性解にもとづく灌漑スキームの運用」と共通のテーマであるので、学際的な研究グループでの討議を通じて解決を急ぐ。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、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。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。貯水池洪水吐の能力を超える洪水が発生する場合の貯水池管理問題、貯水池や受益農地の土壌における水分・熱・塩分・生物の動態、チグリス・ユーフラテス流域復興への貢献など、本研究の枠組みを超える新たな課題も出てきており、しかるべき予算の獲得とあわせて取り組む予定である。
本研究の成果は、国際学術誌にて発表するほか、とくに中東地域において学術的、実際的に極めて大きな意義を有することから、トルコ共和国コンヤ市で5月に開催されるIGCC、ヨルダン王国ムタ大学で10月に開催されるESACの両国際会議に、科学委員として参加し、招待講演を行う。また、九州大学IMI共同利用として企画した研究集会が採択されており、主に時系列データのモデル化と解析について国際的、学際的な討議を行う予定である。その他の国内外での学会発表は、研究協力者が行うものも含む。
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