WO2014087521A1 - ４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム - Google Patents
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Classifications
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- G—PHYSICS
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- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/10—Services
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- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
Definitions
- the present invention is a practical, objective, and four-dimensional water cycle reproduction that can grasp, reproduce, analyze, predict, and visualize the flow of ground and underground water in a unified manner that is required for various water problems that occur on land. ⁇ It relates to an analysis, prediction, and visualization simulation system.
- Water (water vapor or fine droplets) transported from the hydrosphere to the geosphere through the atmosphere becomes freshwater land water (surface water and groundwater such as rivers and lakes) and supplies water resources indispensable to modern society. ⁇ It will also be a subject that causes sediment disasters.
- water management water management, water control
- integrated management use, maintenance, disaster prevention
- the surface water and groundwater have the advantage that the former can confirm the state with the human eye, but there is a disadvantage that requires a large-scale storage facility such as a dam because the flow speed toward the sea is fast and the time to stay on land is short.
- the latter has the disadvantages (anxiety / preservation factor) associated with uncertainties that the underground state cannot be confirmed by the human eye, but basically does not require large-scale artifacts, and the flow down to the sea is slow. Therefore, there is an advantage that the residence time on land is long and approximates to natural storage.
- weather instability is expected to increase due to future climate change, etc., surface water and groundwater will be integrated, managed and maintained, and integrated use will be possible not only in Japan but around the world. It will become an important issue in the formation of a sustainable society.
- Patent Document 1 discloses that a three-dimensional river is obtained from aerial imaging data including an area including a river to be subjected to river improvement work from the sky and known three-dimensional terrain data. Extract the extracted data as shape data, further reflect the river bed correction or renovation method to the extracted data, obtain the calculated coordinate data, apply the two-dimensional shallow water flow equation to calculate the hydraulic data, A river environment simulation apparatus configured to reproduce the surrounding environment has been proposed.
- Patent Document 1 it is configured to reproduce a river and its surrounding environment, and is practically required for various water problems (water resources, water environment, water disaster) that occur on land. It is objective, and cannot understand, reproduce, analyze, predict and visualize the flow of water on the ground and underground.
- the problems to be solved by the present invention are the practical, objective, and ground and underground water flows required for various water problems (water resources, water environment, water disasters) occurring on land.
- the present invention is a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system that reproduces, analyzes, predicts, and visualizes the water circulation situation from the past to the future in a certain range of geosphere such as Japan.
- the simulation corresponding to the problem of the water problem to be solved uses satellite observation data, on-site field survey data, existing published data, etc., and the verification of the analysis is the water quality / water quantity numerical analysis method, topographic / geological analysis method
- the simulation result is visualized as a two-dimensional and three-dimensional still image and moving image.
- the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system includes a ground surface and a basement in a certain range of geosphere generated by using topographic / geological data of satellite observation image data / field observation data / existing published data.
- the 3D terrain / geological model is stored and executed in the storage means, and the initialization model is generated by initializing the 3D terrain / geological model under the saturation zone.
- the simulation by the arithmetic processing by the arithmetic means and the image generation processing by the image generation processing means is executed, and the simulation
- the result is stored in the storage means, and the two-dimensional and three-dimensional still images and moving images visualized are displayed as a table. It is displayed on the unit, the most important feature in that to perform the reproduction, analysis, prediction and visualization of four-dimensional water circulation situations ranging from the past to the future in geo of the predetermined range.
- the water circulation (surface water / groundwater, seawater) in the natural state in the past in the past is reproduced, the current water circulation (surface water / groundwater, seawater) state, urban drainage
- the state of water circulation such as agricultural water, seawater desalination, chemical substances, etc.
- predict and estimate the state of water circulation surface water, groundwater, seawater
- a 4D water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system can be realized and provided.
- the three-dimensional landform / geology including the ground surface and the underground in a certain range of geosphere generated using the satellite image data, the field measurement data, and the already disclosed landform / geological data.
- the model is stored in the storage means, and by executing a simulation program incorporated in the computer based on the clarification of the analysis task for solving the required water problem, as in the case of the invention according to claims 1 to 3, the past The water cycle (surface water / groundwater, seawater) in the region's original natural state in Japan, or the current water circulation (surface water / groundwater, seawater) state, urban drainage, agricultural water, seawater desalination, chemicals, etc.
- a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system can be realized and provided.
- FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration concept of a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is an explanatory diagram showing a large amount of data items related to various items such as weather, hydrology, and terrain in the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction simulation system according to the present embodiment.
- FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration concept of a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is an explanatory diagram showing a large amount of data items related to various items such as weather
- FIG. 4 is a conceptual diagram of a region initialization process of a three-dimensional terrain model basin water circulation model by executing a simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment.
- FIG. 5 shows the development process of the unsaturated zone, the formation process of the surface water, the formation process of the surface water, and the surface and underground in the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is a conceptual diagram of a streamline locus. Fig.
- FIG. 6 shows the flood inundation flow using actual rainfall data such as heavy rain recorded by the flood inundation analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment and zero meter by river bank break
- Fig. 7 shows the analysis of underground infiltration of a contaminated undiluted solution having a greater specific gravity than water in saturated / unsaturated ground by the multiphase flow analysis function of the simulation that constitutes the simulation system for reproducing / analyzing / predicting / visualizing the four-dimensional water circulation according to this embodiment.
- FIG. 7 shows the analysis of underground infiltration of a contaminated undiluted solution having a greater specific gravity than water in saturated / unsaturated ground by the multiphase flow analysis function of the simulation that constitutes the simulation system for reproducing / analyzing / predicting / visualizing the four-dimensional water circulation according to this embodiment.
- FIG. 7 shows the analysis of underground infiltration of a contaminated undiluted solution having a greater specific gravity than water in saturated / unsaturated
- FIG. 8 is a schematic view showing a saltwater intrusion simulation example in a coastal area by a fresh salt density flow analysis function in a simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment.
- FIG. 9 is a conceptual diagram showing an example of analyzing the river flowing into the lake and the impact from the basin by the reactive substance transfer analysis function in the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment.
- FIG. FIG. 10 shows a three-dimensional simulation example of the gas transfer behavior in the artificial barrier in the in-situ experimental system in the multi-component gas transport analysis function in the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment.
- FIG. 11 shows the concept of water / sand flow / ground floor fluctuation coupled system by the water / sand flow coupled analysis function and the slope due to artificial rainfall in the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the schematic which shows notion the flow-like terrain undulation formation state of a flow, erosion, earth and sand movement, and accumulation.
- FIG. 12 is an explanatory diagram showing a physical concept of a regional water circulation model targeted by a simulation program constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment.
- FIG. 12 is an explanatory diagram showing a physical concept of a regional water circulation model targeted by a simulation program constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment.
- FIG. 13 shows the natural state before the human archipelago of the entire Japanese archipelago analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the schematic which shows the original scenery of the water circulation which united the surface water of the state, and groundwater.
- FIG. 14 shows the natural state before the addition of humans in the Kanto region, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the schematic which shows the original scenery of the water circulation which united the surface water and groundwater.
- FIG. 14 shows the natural state before the addition of humans in the Kanto region, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the schematic which shows the original scenery of the water
- FIG. 15 is a shadow map of the landform of the Kanto region in the current and 6,000 years ago in the Jomon period showing an example of the historical fact comparison analysis method of the simulation analysis demonstration constituting the 4D water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system.
- FIG. 16 shows the surface water, groundwater, and springs in the Sagami Bay and Suruga Bay areas analyzed using the water / air two-phase flow analysis function that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the schematic which shows the water circulation of the natural state before artificial such as water is not added. Fig.
- FIG. 17 shows an example of a numerical analysis method for water quality and water quantity in the demonstration of simulation analysis that constitutes a four-dimensional water cycle reproduction, analysis, prediction, and visualization simulation system. It is explanatory drawing which collects seawater in the direction and shows water quality analysis data of seawater salinity concentration, water temperature, turbidity, electrical conductivity, and DO (dissolved oxygen amount).
- FIG. 18 shows the results of analysis using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment. It is the schematic of the water circulation of surface water and groundwater integrated with a natural state.
- FIG. 18 shows an example of a numerical analysis method for water quality and water quantity in the demonstration of simulation analysis that constitutes a four-dimensional water cycle reproduction, analysis, prediction, and visualization simulation system. It is explanatory drawing which collects seawater in the direction and shows water quality analysis data of seawater salinity concentration, water temperature, turbidity, electrical conductivity, and DO
- FIG. 19 shows the current surface water of the 21st century in the Nobi Plain, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the schematic of a water circulation with a groundwater.
- FIG. 20 shows the oil, heavy metal, and heat-dissolvable substance from the factory or oil tank to the groundwater using the multiphase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the schematic which shows notionally the case where the state which flows is simulated.
- FIG. 20 shows the oil, heavy metal, and heat-dissolvable substance from the factory or oil tank to the groundwater using the multiphase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment.
- FIG. 20 shows notionally the case where the state which flows is simulated.
- FIG. 21 shows trichlorethylene from the poorly permeable tank to the groundwater surface using the reactive substance transfer analysis function of the simulation program constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment. It is the schematic which simulated the benzene (solubility) osmosis
- FIG. 22 shows pesticide contamination from two pollution sources in a certain region analyzed using the reactive substance transfer analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the schematic which simulated the state.
- FIG. 23 is a schematic flowchart showing a flow of a simulation process constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment.
- the present invention clarifies various problems that are required to be solved in various water problems (water resources, water environment, water disasters) that occur on land, and the flow of surface water and groundwater that can be demonstrated practically and objectively.
- Reproducing, analyzing, predicting, and visualizing the water cycle from the past to the future in a certain area of Japan, etc. with the goal of realizing and providing a simulation system that can be integrated to understand, reproduce, analyze, predict, and visualize
- a four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system that uses a computer to perform a simulation in a certain range of geospheres generated using satellite image data, field measurement data, and existing topographic and geological data.
- 3D terrain / geological model including the surface and underground was stored in the memory means, and was formulated based on the clarification of the analysis task for solving the required water problem.
- the initialization of the 3D terrain / geological model is set to the saturation zone to generate an initialization model.
- the simulation program for the initialization model According to the input from the input means of various parameters related to weather, hydrology, topography, land use, geology, earth and sand, water use, artifacts, fluid properties and chemical properties for modern reproduction and future prediction Simulation by image generation processing by arithmetic processing and image generation processing means is executed, and the simulation result is verified by water quality / water quantity numerical analysis method, topography / geological analysis method, historical fact comparison method, etc.
- Etc. to improve the simulation accuracy and store the simulation results in the storage means, Dimension or three-dimensional still and by moving image processing displayed on the display means, realized by the configuration of performing reproduction, analysis, prediction and visualization of four-dimensional water circulation situations ranging from the past to the future in geo of the predetermined range.
- the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system is a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system.
- simulation is a simulation program based on the clarification of issues for solving water problems that require simulation, and the data necessary for simulation is satellite image data, field measurement data, and existing publications. A lot of data composed of data etc.
- simulation analysis results were processed into two-dimensional or three-dimensional still images and moving images, and visualization of the water cycle in the analysis target area including groundwater that humans could not see before will be realized.
- the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system stores a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction simulation program (hereinafter referred to as “simulation program”).
- Program memory 12 a control unit 11 for controlling the entire process and controlling various processes based on the simulation program, a database 13 for collecting and storing various data necessary for the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction process, and simulation A calculation unit 14 that executes various calculations necessary for four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction processing based on a program, an image generation processing unit 15 that performs image generation processing according to simulation processing based on a simulation program, and a simulation program
- a simulation result storage unit 16 for storing the simulation result based, keyboard 17 for data input, a mouse 18, a color printer 19 for data output, a display unit 20, a.
- the database 13 collects and accumulates a large amount of data related to various data items such as weather, hydrology, and terrain as shown in FIG. 3 in order to execute four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction processing.
- the data includes data relating to weather, hydrology, etc. relating to the prediction of the future from the distant past to the modern times.
- the simulation program employs Professor Hiroyuki Tosaka of the University of Tokyo and GETFLOWS (GEneral purpose Terrestrial fluid-FLOW Simulator: registered trademark) provided by Geosphere Environmental Technology Co., Ltd.
- This GETFLOWS is a basic technology that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment, and has already been technically established.
- the simulation program is a program for geosphere fluid modeling and numerical simulation.
- the water circulation system in the terrestrial area is formulated as a multi-phase multi-component fluid system, and the flow of ground and underground water, which has been difficult in the past, is integrated. There is a feature in the point.
- the simulation program is a water / air two-phase flow simulation including surface water, and a water / air two-phase flow analysis function that expresses the flow of water in the terrestrial water system.
- Flood inundation analysis function to analyze water
- multi-phase flow analysis function to analyze water phase, air phase, contaminated liquid phase in ground and underground ground, heat advection by fluid phase (water / gas phase), soil / bedrock, etc.
- Water-heat coupled analysis function to analyze heat conduction in solid phase of seawater, density of salt flow analysis to analyze fluid behavior considering the interaction (density flow) of freshwater and seawater in the coastal area, generated in the watershed Reactive substance transfer analysis function, reactive substance transfer analysis function, radioactive waste / general waste generated gas and buried pipe leak gas Multicomponent gas transportation analysis function of analyzing the movement behavior in the ground, and spatial groundwater recharge function in mountainous region water sources, and the a main component long-term changes of water-quicksand coupled analysis function of analyzing.
- the basic processing flow of the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system is as follows. As shown in FIG. 23, the calculation unit uses the satellite image accumulated in the database 13 and the existing terrain data. 14. The operation of the image generation processing unit 15 generates a 3D terrain / geological model including the ground surface and underground in a certain range and stores it in the database 13. Next, the simulation program executes the 3D terrain / geological model.
- the model is subjected to an initialization process in which a saturation zone is set, an initialization model is generated and stored in the simulation result storage unit 16, and the weather, hydrology for past / modern reproduction of the initialization model and future prediction Keyboard 17 for various parameters relating to terrain, land use, geology, earth and sand, water use, artifacts, fluid properties, and chemical properties
- the operation of the calculation unit 14 and the image generation processing unit 15 reproduces, analyzes, and predicts the four-dimensional water circulation state from the past to the future in the geosphere of the certain range and the numerical results, and the simulation results
- the data is stored in the storage unit 16, displayed on the display unit 20 as necessary, and printed out by the color printer 19.
- the water / air two-phase flow analysis function expresses the water flow in the land water system in detail by a water / air two-phase flow simulation including surface water.
- the initial state of fluid distribution in the inland water system is reproduced by region initialization, and various phenomena occurring there are analyzed.
- Areas of application of the water / air two-phase flow analysis function include surface water / groundwater interaction analysis (river breaks, spring / recharge, river maintenance flow rate evaluation, optimization of water resource utilization plan, etc.), river runoff Examples include analysis, saturated / unsaturated seepage flow analysis, environmental impact assessment by construction works such as tunnels, dams, reclaimed water, underground structures, etc., prediction of existing water resources, and optimization of pumping plans.
- Fig. 4 shows a conceptual diagram of the area initialization process for the 3D terrain model.
- the distribution of water such as salt water, groundwater level, river flow rate, etc.
- water such as salt water, groundwater level, river flow rate, etc.
- the state where rainfall, groundwater level and groundwater outflow are balanced is obtained. This completes preparations for executing calculations using actual precipitation data.
- the region initialization simulation is executed, a grid such as topography and geology is created, hydraulic parameters such as hydraulic conductivity are set in the grid, and calculation is started.
- the grid of the watershed water cycle model is filled with salt water (initial condition).
- Figure 5 shows the development process of the unsaturated zone, the appearance formation process of the surface water, the conceptual diagram of the surface and underground streamlines obtained by the area initialization simulation.
- the flood inundation analysis function is a function for simulating surface water flow accompanied by flood inundation due to heavy rain or levee.
- Numerical information obtained by simulation includes flooding range / water volume, pressure, potential, water depth / water level, and flow velocity.
- Fig. 6 shows a conceptual diagram of a simulation example of a zero meter zone inundation area caused by flood inundation flow and river bank breakage using actual rainfall data such as recorded heavy rain.
- Application areas of flood inundation analysis include flooded area prediction in heavy rain, inland flooding, flooded area prediction after river bank breach, prediction of flooded damaged area in low plain farmland and examination of drainage measures such as underdrains and pumps, Examples include inundation range prediction for coastal storm surges and inland floods due to recorded heavy rains.
- the multi-phase flow analysis function is a three-dimensional practical level of simultaneous multi-phase flow of water phase, air phase, and contaminated liquid phase (non-aqueous fluid Non-Aqueous Phase Liquid: NAPL) in the ground and underground ground. Analysis is performed by a solver.
- the contaminated stock phase is intended for organic solvents and hydrocarbon-based water-insoluble fluids, and can give detailed fluid substances (specific gravity, viscosity coefficient, etc.) for each substance.
- volatilization / dissolution (phase transfer) caused by contact of the NAPL phase with unsaturated zone air or groundwater, and mass transfer in the unsaturated zone or aqueous phase can be considered simultaneously.
- Numerical information obtained by the simulation includes the concentration of pollutants in the groundwater phase, the concentration of pollutants in the gas phase, the saturation, pressure, potential, water depth, water level and flow velocity of the water phase, gas phase and NAPL phase.
- Fig. 7 shows an example of analysis of underground infiltration of a contaminated stock solution (DNAPL) having a greater specific gravity than water in saturated and unsaturated ground. It is a conceptual diagram of the simulation example 20 days later and 100 days later for the multiphase multicomponent system in consideration of dissolution from the contaminated raw liquid phase to the groundwater phase and advection dispersion process.
- DNAPL contaminated stock solution
- Application fields of multiphase flow analysis include prediction of changes in the contamination range of groundwater and soil contaminated sites due to heavy metals, NAPL, etc., various countermeasures (pumping, barrier wells, water barriers, air sparging, soil gas suction, bioremediation, etc.) ) Effect examination and selection, behavior prediction / risk assessment of leaking harmful substances in rivers and waterfront environments, various design analysis / environmental impact predictions for underground oil storage facilities such as oil and LPG.
- the fresh salt density flow analysis function simulates fluid behavior in consideration of the interaction (density flow) between fresh water and seawater in the coastal area.
- both land and sea are modeled, and land topography that is continuous with land topography is directly incorporated into the sea.
- the seawater is expressed as surface water containing salt, and is dissolved simultaneously with the groundwater on the seabed.
- Applicable fields of fresh salt density current analysis include density flow problems with fresh salt transition zones, tidal and sea level fluctuation analysis, evaluation of water environment impacts associated with construction of coastal subsurface dams, and prediction of the amount of freshwater lens water resources in remote islands. is there.
- FIG. 8 shows a conceptual diagram of a saltwater intrusion simulation example in a coastal area. This analysis analyzes the salt-water transition zone that balances with natural conditions such as topography, strata distribution, precipitation, and sea level changes.
- the reactive substance transfer analysis function simulates in detail the pollutant generated in the basin and the mass transfer process on the ground and underground.
- Pollution load is generated in a wide variety of areas such as domestic and industrial wastewater, fertilization of farmland and livestock manure.
- the decomposition / reaction process the underground invasion route, and the subsequent movement form vary.
- Numerical information obtained by simulation includes the concentration of each substance in water, the concentration in the solid phase, the saturation of the water phase / gas phase, pressure, potential, water depth / water level, flow velocity, and the like.
- the application fields of reactive substance transfer analysis include nitrate nitrogen pollution, prediction of pollution load in closed water areas, evaluation of geological disposal system performance of radioactive waste (nuclide transfer / exposure dose evaluation), etc.
- Fig. 9 shows a conceptual diagram of a case where the river flowing into the lake and the impact from the basin are analyzed by simulation.
- the multi-component gas transport analysis function simulates in detail the movement behavior of gas generated from waste such as radioactive waste and general waste and underground pipe leakage gas in the underground ground.
- the gas movement in the ground is described by the generalized Darcy's law, similar to the two-phase flow simulation of water and air, such as dissolution / release that accompanies the accumulation / rise of pore pressure, void deformation of the medium and increase in permeability. Analysis considering the pressure-dependent dynamic change of the infiltration parameter becomes possible.
- Numerical information obtained by simulation includes water phase / gas phase saturation, substance concentration in water / gas phase, pressure, potential, water depth / water level, flow velocity, etc.
- the application fields of multi-component gas transport analysis include leakage gas diffusion movement from the damaged part of buried pipes, gas migration behavior caused by radioactive waste and metal container corrosion, CO 2 injection / dissolution and cap lock in carbon dioxide underground disposal For containment performance analysis.
- FIG. 10 shows a conceptual diagram of a three-dimensional simulation example of the gas transfer behavior in the artificial barrier in the in-situ experimental system. This figure conceptually shows the state of tracing and reproducing the process in which gas generated from simulated waste is dissolved and moved in pore water.
- the water / sand flow coupled analysis function couples a flow model that integrates surface water and groundwater and a sediment transport model to analyze spatial and long-term changes in groundwater recharge functions in mountainous water sources. It is.
- Hydrological processes that can be considered include surface water, groundwater flow, surface water / groundwater interaction (sunk rivers and springs, etc.), scavenging sand movement, floating sand movement (advection and turbulent diffusion), sedimentation / rolling, earth and sand This is a change in terrain caused by transportation (erosion / deposition) and a change in flow conditions caused by a change in terrain.
- FIG. 11 conceptually shows the concept of water / flowing sand / ground floor variation coupled system and the state of terrain undulation with leaf flow, erosion, sediment movement, and sedimentation caused by artificial rainfall.
- Numerical information obtained by the simulation by the simulation program is the saturation, pressure, potential, flow velocity, topographic altitude, suspended sand concentration, sediment flux, etc. for each fluid phase (water phase / gas phase).
- Areas of application of water / sand flow coupled analysis include analysis of topographical changes due to water flow, mountain management of mountainous water sources, integrated water resources management (IWRM), formulation of integrated sediment management plans, etc. .
- IWRM integrated water resources management
- Fig. 12 shows the physical concept of the regional water cycle model targeted by the simulation program.
- Fig. 13 shows the water cycle model of the entire Japanese archipelago and captures the general structure of the land and coastal water cycle. This is a result of a simulation by a three-dimensional model in which the land area and the coastal ocean are divided into grids of the order of 1 km and the topography and rough geological conditions are input.
- this model reflects seafloor topography, reflects the saltwater conditions of the sea area, and can express the appearance of groundwater on the coastal seabed around the land area.
- FIG. 14 shows a long-term operation in the central part of the Japanese archipelago, mainly in the Kanto region, using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment.
- the velocity field is calculated from the pressure distribution and saturation distribution obtained by the equilibrium calculation, and the three-dimensional trajectory in which water droplets due to rainfall permeate and emerge from the ground surface is drawn as an orthogonal projection from the sky.
- This figure 14 shows the original landscape of the Tone River water cycle before the addition of human beings, and the surface water and groundwater flow of the Tone River are heading toward Tokyo Bay instead of going to Choshi in Chiba Prefecture.
- Tokugawa Ieyasu started the construction of the Tone River, which had flowed into Edo Bay, toward Choshi.
- the Tone River began to flow toward the Pacific Ocean. It is correct to be like the water circulation of FIG.
- the left figure of FIG. 15 is a shadow figure showing the present Kanto topography
- the right figure is a shadow figure showing the Kanto topography 6,000 years ago.
- the first Jomon period of 6,000 years ago was the Jomon Kaijin era, when the sea level had risen by about 5m.
- the right figure in Fig. 15 shows the sea level in the left figure raised by 5m with a computer. It is clearly shown that it had penetrated deep into the Kanto region. It is clear that the land was connected near the current Sekijuku at the tip of the infiltration of the sea in the Kanto Plain, and that the Tone River had flowed southward into Tokyo Bay.
- FIG. 16 shows the surface water in the Sagami Bay and Suruga Bay areas analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. This is the result of the water cycle with the groundwater integrated.
- the analysis results show that the rain particles input to the ground surface penetrate into the basement and become many submarine springs in Sagami Bay and Suruga Bay.
- Fig. 17 shows seawater samples taken at depths at many measurement points along the coast of Suruga Bay to verify the accuracy of the simulation analysis conducted by Professor Kenji Kato of Shizuoka University. ⁇ Measurement data of water temperature, turbidity, electrical conductivity and DO (dissolved oxygen content) are shown. St. of this water quality analysis result. At the T1-8G measurement point, it was confirmed that the salinity of seawater was close to that of fresh water at a point of 96 m on the seabed, and the DO value was zero. It indicates that the oxygen contained in the water was zeroed by bacteria while groundwater from Mt. Fuji deeply entered Suruga Bay and slowly flowed down toward the sea.
- the above-described numerical water quality / water volume analysis method is one of the empirical analysis methods constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment.
- FIG. 18 shows the results of analysis using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment. It is an analysis result of the water circulation of surface water and groundwater integrated in the natural state. In the natural state of the Nobi Plain, surface water flows like a net on the surface of the ground, and the whole area is a wetland, and the lifestyle of the people of the Nobi Plain hundreds of years ago This result also reveals that it was a ring levee that surrounded the dwelling with a dike.
- FIG. 19 shows the current surface water of the 21st century in the Nobi Plain, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the analysis result of the water circulation of water and groundwater. From the early modern times to modern times, artificial dykes were built, rivers of surface water were pushed into the levee, and groundwater flowed densely under them. 18 and 19 show that human activities for hundreds of years have altered the natural water cycle, and a four-dimensional water cycle reproduction, analysis, prediction, and visualization simulation system is a long-term historical phenomenon. Is clearly demonstrated.
- FIG. 20 shows the oil, heavy metal, and heat-dissolvable substance from the factory or oil tank to the groundwater using the multiphase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It conceptually shows the case of analyzing the state of flowing.
- FIG. 21 shows trichlorethylene (refractory solubility) from a hardly permeable tank to a groundwater surface by using the reactive substance transfer analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment. It is a conceptual diagram of the example which analyzed and simulated the benzene (solubility) osmosis
- FIG. 22 shows the pesticide contamination from two pollution sources in a certain region using the reactive substance transfer analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the present embodiment. It is a conceptual diagram of the example which analyzed and analyzed the state.
- the water circulation (surface water / groundwater, seawater) in the natural state of the region in the past can be reproduced, or the current water circulation ( Analyze and estimate the state of surface water (groundwater, groundwater, seawater), urban wastewater, agricultural water, chemical substances, etc., and predict and estimate the future water circulation (surfacewater, groundwater, seawater) state Is possible.
- the present applicant has confirmed that the technical elements constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system of the present embodiment have already been specifically established.
- the applicant of the present application has also confirmed that the three-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system can be specifically realized by a computer.
- the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system is used for the reproduction / analysis / prediction / visualization of water circulation in a certain geosphere in Japan as described above. It can be used for reproduction, analysis, prediction, visualization, etc. to contribute to international contributions.
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Abstract
陸域で生じる様々な水問題において要請される実用的、かつ、客観的で、地上及び地下の水の流れを一体化して把握し、４次元水循環再現・解析・予測・可視化できるようにしたシミュレーションシステムを提供する。 ３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、初期化モデルに対してシミュレーションを実行し、そのシミュレーション結果は数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行いシミュレーション精度を高め、シミュレーション結果をシミュレーション結果記憶部１６に記憶するとともに、２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示部２０に表示し、一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行う。
Description
本発明は、陸域で生じる様々な水問題において要請される実用的、かつ、客観的で、地上及び地下の水の流れを一体化して把握し再現・解析・予測・可視化できる４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムに関するものである。
水圏から大気圏を通し地圏に輸送された水（水蒸気或いは微細な液滴）は淡水陸水（河川・湖沼などの表流水と地下水）となり、現代社会に不可欠の水資源を供給するとともに、水・土砂災害を引き起こす主体ともなる。
気候変動などが予測される中、今後の国・自治体の行政による水マネジメント（水管理、水制御）には、表流水と地下水の統合管理（利用・保全・防災）の考え方や地域に応じたシステム構築が求められている。
表流水と地下水は、前者がその状態を人間の目で確認できる利点があるが、海に向かう流下速度が速く陸上に留まる時間が短いためダムなどの大規模貯留施設を必要とする短所があり、後者は地下の状態を人間の目で確認できないという不確定性に伴う短所（不安・敬遠要因）があるが、大規模な人工物を基本的に必要とせず、海へ向かう流下速度が遅いため陸上での滞留時間が長く自然貯留に近似している長所がある。将来の気候変動などにより気象の不安定さが増大していくことが予想されるなか、表流水と地下水を一体的に把握し、管理・保全し融合的な利用が、日本のみならず世界各地の持続可能な社会の形成上重要な課題となっていく。
この種の水循環に関連する技術として、例えば特許文献１には、空から河川改修工事の対象となる河川を含む地域を航空撮影した撮影データと既知の三次元の地形データとから三次元の河川形状データとして抽出データを抽出し、更に、抽出データに対して河床修正や改修工法を反映させ、計算座標データを求め、二次元浅水流方程式を適用して水理データを算出し、河川及びその周辺環境を再現するように構成した河川環境シミュレーション装置が提案されている。
しかしながら、特許文献１の場合、河川及びその周辺環境を再現するように構成したものであり、陸域で生じる様々な水問題（水資源、水環境、水災害）において要請される実用的、かつ、客観的で、地上及び地下の水の流れを一体化して把握し再現・解析・予測・可視化し得るものではない。
本発明が解決しようとする問題点は、陸域で生じる様々な水問題（水資源、水環境、水災害）において要請される実用的、かつ、客観的で、地上及び地下の水の流れを一体化して把握し再現・解析・予測・可視化できるシミュレーションシステムが従来存在しない点である。
本発明は、日本国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測・可視化する４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、明確化された解決されるべき水問題の課題に対応したシミュレーションの実行は、衛星観測データ・現地実地調査データ・既存公表データなどを使用し、その解析の実証は水質・水量数値分析手法、地形・地質解析手法及び対象地圏の水循環にかかわる歴史的事実比較解析手法で行われ、シミュレーションの解析結果は２次元、３次元の静止画及び動画に可視化処理される。
本発明の４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムは、衛星観測画像データ・現地観測データ・既存公表データの地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し実行され、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元及び３次元の静止画及び動画に可視化処理されたものは表示手段に表示し、当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行うようにしたことを最も主要な特徴とする。
本発明の４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムは、衛星観測画像データ・現地観測データ・既存公表データの地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し実行され、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元及び３次元の静止画及び動画に可視化処理されたものは表示手段に表示し、当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行うようにしたことを最も主要な特徴とする。
請求項１乃至３記載の発明によれば、過去における地域本来の自然状態での水循環（表流水・地下水、海水）を再現したり、現在における水循環（表流水・地下水、海水）状態、都市排水、農業用水、海水淡水化、化学物質等の水循環の状況を解析、推定したり、未来における水循環（表流水・地下水、海水）状態を予測し推定することが可能となり、これらの解析結果を可視化することにより、国土の適正な水利用の長期政策の決定に貢献し、一定地域で生じる様々な水問題（水資源、水環境、水災害）を巡り錯綜する関係者間の合意形成を可能にする４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを実現し提供することができる。
請求項４乃至６記載の発明によれば、衛星画像データ、現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基にコンピュータに組み込まれたシミュレーションプログラムの実行によって、請求項１乃至３記載の発明の場合と同様、過去における地域本来の自然状態での水循環（表流水・地下水、海水）を再現したり、現在における水循環（表流水・地下水、海水）状態、都市排水、農業用水、海水淡水化、化学物質等の水循環の状況を解析、推定したり、未来における水循環（表流水・地下水、海水）状態を予測し推定することが可能となり、これらの解析結果を可視化することにより、国土の適正な水利用の長期政策の決定に貢献し、一定地域で生じる様々な水問題（水資源、水環境、水災害）を巡り錯綜する関係者間の合意形成を可能にする４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを実現し提供することができる。
本発明は、陸域で生じる様々な水問題（水資源、水環境、水災害）において解決が要請される各種の課題を明確化し、実用的かつ客観的に実証可能な表流水及び地下水の流れを一体化して把握し再現・解析・予測・可視化できるシミュレーションシステムを実現し提供するという目的を、日本国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測・可視化するコンピュータを用いた４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、衛星画像データと現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データとを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、そのシミュレーション結果は水質・水量数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行いシミュレーション精度を高め、シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示手段に表示し、当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行う構成により実現した。
以下、本発明の実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムについて詳細に説明する。
本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムは、図１に示すように、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する４次元水循環再現・解析・予測シミュレーション（以下「シミュレーション」という）は、そのシミュレーションが要請される水問題解決のための課題の明確化の基にシミュレーションプログラムが組まれ、シミュレーションに必要なデータは衛星画像データ、現地実測データ、既存公表データ等で構成される多数のデータが収集インプットされ、そのシミュレーション結果は水質・水量数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され、実際と解析結果の齟齬が発生した場合は再度、シミュレーションプログラムにおける地形・地質モデル等の修正を行い、対象地域の水循環を正確に再現することを実現する。 更に、このシミュレーション解析結果は２次元又は３次元の静止画及び動画に処理され、今まで人間が目にできなかった地下水を含む解析対象地域の水循環の可視化を実現していく。
本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションは、図２に示すように、４次元水循環再現・解析・予測シミュレーションプログラム（以下「シミュレーションプログラム」という）を格納したプログラムメモリ１２と、全体の制御を行うとともにシミュレーションプログラムに基づく各種処理の制御を行う制御部１１と、４次元水循環再現・解析・予測処理に必要な各種データを収集蓄積するデータベース１３と、シミュレーションプログラムに基づき４次元水循環再現・解析・予測処理に必要な各種演算を実行する演算部１４と、シミュレーションプログラムに基づくシミュレーション処理に応じた画像生成処理を行う画像生成処理部１５と、シミュレーションプログラムに基づくシミュレーション結果を記憶するシミュレーション結果記憶部１６と、データ入力用のキーボード１７、マウス１８と、データ出力用のカラープリンタ１９、表示部２０と、を有している。
前記データベース１３には、４次元水循環再現・解析・予測処理を実行するために、図３に示すように、気象、水文、地形等の各種データ項目に関する大量のデータが収集蓄積される。前記データには遠い過去から近現代、更には未来予測に関する気象、水文等に関するデータが含まれる。
この場合、各種項目に関する大量のデータの収集蓄積は、衛星画像データや実際の現地調査データや公開されている既存の水文水質データベース、気象データベース等の外部データベースや、理科年表等の公知文献等から行うことができる。
次に、前記シミュレーションプログラムにおける４次元水循環再現・解析・予測処理に関する機能について詳述する。
前記シミュレーションプログラムは、東京大学登坂博行教授、株式会社地圏環境テクノロジー提供のGETFLOWS（GEneral purpose Terrestrial fluid-FLOW Simulator）：登録商標）を採用している。
このGETFLOWSは、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する基幹技術であり、既に技術的に確立しているものである。
このGETFLOWSは、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する基幹技術であり、既に技術的に確立しているものである。
前記シミュレーションプログラムは、地圏流体モデリングと数値シミュレーションを行うプログラムであり、陸域における水循環システムを多相多成分流体系として定式化し、従来困難であった地上及び地下の水の流れを一体化させた点に特徴がある。
すなわち、一般的な地下水解析、河川流出解析、洪水・氾濫解析、地表水・地下水の相互作用解析、汚染物質を含む移流分散解析、油層解析、熱解析などを行う。
前記シミュレーションプログラムは、地表水を含めた水・空気２相流動シミュレーションにより、陸水系における水の流れを表現する水・空気２相流解析機能、豪雨や破堤による洪水氾濫流を伴う地表水流動を解析する洪水氾濫解析機能、地上・地下地盤中における水相、空気相、汚染原液相の解析を行う多相流解析機能、流体相（水・ガス相）による熱移流、土壌・岩盤等の固相中の熱伝導を解析する水・熱連成解析機能、沿岸域における淡水と海水の相互作用（密度流）を考慮した流体挙動を解析する淡塩密度流解析機能、流域内で発生する汚濁物質と地上、地下における物質移動過程をシミュレートする反応性物質移行解析機能、反応性物質移行解析機能、放射性廃棄物・一般ごみ等廃棄物から発生するガスや埋設管漏えいガスの地下地盤中の移動挙動を解析する多成分ガス輸送解析機能、及び山間地水源における地下水涵養機能の空間的、長期的な変化を解析する水・流砂連成解析機能を主要な要素としている。
本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムの基本的な処理の流れは、図２３に示すようにデータベース１３に蓄積した衛星画像と既存の地形データとを用いて演算部１４、画像生成処理部１５の動作により一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを生成してデータベース１３に記憶し、次に、前記シミュレーションプログラムにより、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成してシミュレーション結果記憶部１６に記憶し、前記初期化モデルに対する過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータの前記キーボード１７等からの入力に応じて、演算部１４、画像生成処理部１５の動作により当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の画像及び数値による再現・解析・予測を行い、シミュレーション結果記憶部１６に記憶し、必要に応じて表示部２０に表示し、カラープリンタ１９によりプリント出力するものである。
前記シミュレーションプログラムに含まれる諸機能について以下に詳述する。
（１）水・空気２相流解析機能は、地表水を含めた水・空気２相流動シミュレーションにより、陸水系における水の流れを詳細に表現する。また、陸水系における流体分布の初期状態は領域初期化により再現し、そこで生じる様々な現象を解析する。
水・空気２相流解析機能における地形・地質、蛇行した河道・河床地形、人工物などの複雑な空間表現は、コーナーポイント型差分格子と呼ばれる任意ジオメトリの６面体格子により柔軟にモデル化が可能としている。また、地形・地質モデルデータの1つ1つの格子毎あるいは格子の面毎に物性データを与えることができるため、トンネル壁面、シートや壁状の人工構造物、異方性地盤等の表現が容易に行えるものである。
水・空気２相流解析機能の適用分野としては、地表水・地下水の相互作用解析（河川瀬切れ、湧水・涵養、河川の維持流量評価、水資源利用計画の適正化など）、河川流出解析、飽和・不飽和浸透流解析
、トンネル、ダム、遊水地、地下構造物等の建設工事による環境影響評価、水資源賦存量予測、揚水計画の適正化等の例を挙げることができる。
、トンネル、ダム、遊水地、地下構造物等の建設工事による環境影響評価、水資源賦存量予測、揚水計画の適正化等の例を挙げることができる。
図４上欄に３次元地形モデルの領域初期化処理の概念図を示す。
次に図４中欄に示すように、一定量の降水量（地下水涵養量と同じ１～２ｍｍ／日）を入力して計算を開始する。これにより、地表面に空気と水が浸入し、水より重い塩水が少しずつ海や川へ押し出されていく様子が得られる。
次に、図４下欄に示すように、数万年程度にわたる計算により、ほぼ現在と同程度の塩水、地下水位、河川流量などの水の分布が計算できる。そして、降雨と地下水位、地下水流出がバランスする状態が得られる。以上で実際の降水量データを用いた計算を実行する準備が完了する。
次に、領域初期化シミュレーションを実行し、地形・地質等の格子を作成し、透水係数等の水理パラメータを格子に設定し、計算を開始する。まず、流域水循環モデルの格子を塩水で満たす（初期条件）。
図５に領域初期化シミュレーションにより得られた不飽和帯の発達過程、地表水の出現形成過程、地表及び地下の流線軌跡概念図を示す。
（２）洪水氾濫解析機能は、豪雨や破堤による洪水氾濫流を伴う地表水流動シミュレートする機能である。
前記シミュレーションプログラムでは、運動方程式の慣性項や速度項を省略した拡散波近似によって地表流動を解析し、様々な豪雨パターンや破堤条件に対して、大きな水の動きを安定、かつ、高速に追跡することができるようにしている。
河川等氾濫域や氾濫水量を予測することで、都市部の排水設計や災害時の避難計画の策定を支援するツールとなる。
河川等氾濫域や氾濫水量を予測することで、都市部の排水設計や災害時の避難計画の策定を支援するツールとなる。
また、地盤内の地下水（空気も含めて）と同時に解くため、豪雨時の急激な地下水位上昇と内水氾濫を表現し、その発生地点や浸水域・浸水量を予測することができる。
シミュレーションによって得られる数値情報は、氾濫範囲・水量、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
シミュレーションによって得られる数値情報は、氾濫範囲・水量、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
図６に記録豪雨等の実降雨データを用いた洪水氾濫流れ及び河川堤防決壊によるゼロメートル地帯氾濫域シミュレーション事例の概念図を示す。
洪水氾濫解析の適用分野としては、豪雨時の浸水域予測、内水氾濫、河川堤防決壊後の氾濫域予測、低平農地における湛水被害域の予測と暗渠・ポンプ等排水対策の効果検討、沿岸域における高潮氾濫及び記録豪雨による内水氾濫の浸水範囲予測等の例を挙げることができる。
（３）多相流解析機能は、地上・地下地盤中における水相、空気相、汚染原液相（非水溶性流体Non-Aqueous Phase Liquid：NAPL）の多相同時流れを実用レベルの３次元ソルバーにより解析するものである。
前記汚染原液相は、有機溶剤や炭化水素系の非水溶性流体を対象とし、物質毎の流体物質（比重、粘性係数など）を詳細に与えることができる。
地盤中のNAPL相の移動し易さ（可動性：Mobility）は、油層シミュレーション等で一般的なStone（1970、1973）やParker（1987）他の３相流パラメータ（相対浸透率曲線）を与え、流体相の相互置換挙動を追跡することができる。
また、NAPL相が不飽和帯の空気や地下水と接触することで生じる揮発・溶解（相間移動）や、不飽和帯中あるいは水相中での物質移動を同時に考慮することができる。
シミュレーションによって得られる数値情報は、地下水相中の汚染物質濃度、ガス相中の汚染物質濃度、水相・ガス相・NAPL相の飽和度、圧力、ポテンシャル、水深・水位や流速等である。
シミュレーションによって得られる数値情報は、地下水相中の汚染物質濃度、ガス相中の汚染物質濃度、水相・ガス相・NAPL相の飽和度、圧力、ポテンシャル、水深・水位や流速等である。
図７に飽和・不飽和地盤内における水より比重の大きな汚染原液（DNAPL）の地下浸透の解析例を示す。汚染原液相から地下水相への溶解と移流分散過程を考慮した多相多成分系を対象とした２０日後、１００日後のシミュレーション事例の概念図である。
多相流解析の適用分野としては、重金属、NAPL等による地下水・土壌汚染サイトの汚染範囲変化の予測、各種対策工（揚水、バリア井戸、止水壁、エアスパージング、土壌ガス吸引、バイオレメディエーション等）の効果検討と選定、河川や水辺環境における漏えい有害物質の挙動予測・リスクアセスメント、石油・ＬＰＧ等のエネルギー地下備蓄施設における各種設計解析・環境影響予測などである。
（４）淡塩密度流解析機能は、沿岸域における淡水と海水の相互作用（密度流）を考慮した流体挙動をシミュレートする。
前記シミュレーションプログラムでは、通常、陸域と海域の双方をモデル化し、海域には陸域地形と連続した海底地形を直接組み込む。そして、海水は塩分を含んだ地表水として表現し、海底の地下水と同時に解かれる。
地表水、地下水を区別することなく、いずれも水相中に含まれる塩分量の相違によって、沿岸域に形成される淡塩漸移帯とその周囲に生じる密度流を解析することが可能である。
また、潮汐や海水準変動による海水位の動的変化を考慮することで、陸域で生じる影響圏や水位応答の距離減衰を解析するなどして、地下地盤物性分布を同定することが可能となる。
沿岸域での水資源開発では、井戸による海水の引き込みや揚水の塩分濃度変化を再現・予測し、各種水質基準を考慮した適正揚水量の評価等を行う。シミュレーションによって得られる数値情報は、塩分濃度、水相・ガス相の飽和度、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
淡塩密度流解析の適用分野としては、淡塩漸移帯を伴う密度流問題、潮汐・海水準変動解析、沿岸域地下ダム建設にともなう水環境影響評価、離島淡水レンズ水資源量予測等である。
図８に沿岸域における塩水侵入シミュレーション事例の概念図を示す。
地形、地層分布、降水、海水位変化等の自然条件とバランスする塩淡漸移帯を解析したものである。
地形、地層分布、降水、海水位変化等の自然条件とバランスする塩淡漸移帯を解析したものである。
（５）反応性物質移行解析機能は、流域内で発生する汚濁物質と地上、地下における物質移動過程を詳細にシミュレートする。
汚濁負荷の発生は、都市域における生活排水や事業所排水、農地への施肥や畜産糞尿に関するものなど多岐にわたる。
発生源や汚濁物質の違いによっても、分解・反応過程や地下への侵入経路、その後の移動形態は様々である。
前記シミュレーションプログラムでは、点源、非特定排出源からの様々な汚濁物質について、分解・化学反応による物質の動態変化を考慮しながら、河川輸送、地盤内侵入、収着・脱離、移流分散等の物質移動過程を取り込んだより自然な物理モデルを実現し提供する。
これによって、従来の巨視的な視点から汚濁負荷量を強制的に与える原単位法では困難であった遅延現象やその他の物質移動過程の詳細なメカニズムを知る手掛かりを得ることができる。
シミュレーションによって得られる数値情報は、各物質の水中における濃度、固相中の濃度、水相・ガス相の飽和度、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
反応性物質移行解析の適用分野としては、硝酸態窒素汚染、閉鎖性水域への汚濁負荷量予測、放射性廃棄物の地層処分システム性能評価（核種移行・被爆線量評価）等である。
図９に湖沼へ流入する河川とその流域からのインパクトをシミュレーションによって解析した事例の概念図を示す。
（６）多成分ガス輸送解析機能は、放射性廃棄物・一般ごみ等廃棄物から発生するガスや埋設管漏えいガスの地下地盤中の移動挙動を詳細にシミュレートする。
地盤中のガス移動は、水・空気２相流動シミュレーションと同様に一般化ダルシー則によって記述され、間隙圧の蓄積・上昇に伴って生じる溶解・遊離、媒体の空隙変形と浸透率の増加等の浸透パラメータの圧力依存の動的変化を考慮した解析が可能となる。
また、ガス相に含まれる物質成分（付臭剤やトレーサ）が各種相変化や吸着・脱離を伴いながら移動する等、フィールド条件や試験系に応じた詳細解析が可能となる。
シミュレーションによって得られる数値情報は、水相・ガス相の飽和度、水相・ガス相中の物質濃度、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
多成分ガス輸送解析の適用分野としては、埋設管損傷部からの漏えいガス拡散移動、放射性廃棄物や金属容器腐食により生じるガスの移行挙動、二酸化炭素地中処分におけるＣＯ２圧入・溶解とキャップロックによる封じ込め性能解析等である。
図１０に原位置実験系における人工バリア中のガス移行挙動の三次元シミュレーション事例の概念図を示す。
模擬廃棄体から発生したガスが間隙水中に溶解し・移動するプロセスを追跡・再現する状態を概念的に示している。
模擬廃棄体から発生したガスが間隙水中に溶解し・移動するプロセスを追跡・再現する状態を概念的に示している。
（７）水・流砂連成解析機能は、地表水、地下水を一体化した流動モデルと流砂輸送モデルをカップリングし、山間地水源における地下水涵養機能の空間的、長期的な変化を解析するものである。
考慮できる水文素過程は、地表水、地下水流動、地表水・地下水相互作用（河川の伏没や湧水等）、掃流砂移動、浮遊砂移動（移流及び乱流拡散）、沈降・巻き上げ、土砂輸送による地形変化（侵食・堆積）、地形変化によって生じる流況変化である。
図１１に水・流砂・地盤床変動連成系の概念及び人工降雨による斜面流、浸食、土砂移動、堆積がリーフ状の地形起伏形成状態を概念的に示している。
前記シミュレーションプログラムよるシミュレーションによって得られる数値情報は流体相毎（水相・ガス相）の飽和度、圧力、ポテンシャル、流速、地形標高、浮遊砂濃度や土砂フラックス等である。
前記シミュレーションプログラムよるシミュレーションによって得られる数値情報は流体相毎（水相・ガス相）の飽和度、圧力、ポテンシャル、流速、地形標高、浮遊砂濃度や土砂フラックス等である。
水・流砂連成解析の適用分野としては、水流による地形変化の解析、山間地水源域の治山管理、統合型水資源管理（IWRM：Integrated Water Resources Management）、総合土砂管理計画の策定等である。
図１２は、前記シミュレーションプログラムが対象とする地域の水循環モデルの物理的概念を示すものである。
次に、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムの具体的活用例について説明する。
図１３は、日本列島全体の水循環モデルを示し、陸域・沿岸水循環の大局構造を捉えたものである。これは、陸域及び沿岸海洋部を平面的に１ｋｍオーダーのグリッドに分割し、地形及び大まかな地質状況を入力した３次元モデルによるシミュレーションの結果である。
このスケールの格子システムの計算では、大地形による地表や地下の流動系の構造推定、広域の水資源量評価、温暖化による地下水淡水資源量の変化の予測、潜在水力発電ポテンシャルなどの全国概要評価を目的としたものである。
また、このモデルには海底地形が反映され、海域の塩水条件が反映されており、陸域周辺の沿岸海底での地下水湧出の様子も表現できる。
図１４は、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して関東地方を中心とする日本列島中央部において長期平衡計算を行い得られた圧力分布、飽和率分布から流速場を計算し、降雨による水滴が地表面から浸透し湧出する３次元的軌跡を天空からみた正射影として描いたものである。
この図１４は人為が加わらない以前の利根川の水循環の原風景を示しており、利根川の表流水及び地下水の流れは、千葉県の銚子に向かわず東京湾に向かっている。これは１６０４年に徳川家康が江戸湾に流れ込んでいた利根川を銚子へ向ける工事を開始し、１６２１年に利根川は太平洋に向かって流れ出したのであり、自然状態の利根川の流れの原風景は東京湾に注ぎ込んでいる図１４の水循環のようになることが正しい。
図１５の左図は、現在の関東の地形を示す陰影図であり、右図は６，０００年前の関東の地形を示す陰影図である。６，０００年前の縄文前期は海面が約５ｍ上昇していた縄文海進時代であり、図１５の右図は左図の海面をコンピュータで５ｍ上昇させたものであり、縄文時代には海が関東の奥深くまで浸入していたことが明瞭に表されている。関東平野の海の浸入の先端の現在の関宿付近で陸地が繋がっていて、利根川はここで流れの方向を南に変えて東京湾に流れ込んでいたことが明瞭である。
このような歴史的事実比較検証手法によって上記シミュレーション解析の結果は人為が加わらない以前の関東の水循環の原風景を示していると実証でき、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムが客観的で正確な水循環を社会に提供していくことが可能となる。
このような歴史的事実比較検証手法によって上記シミュレーション解析の結果は人為が加わらない以前の関東の水循環の原風景を示していると実証でき、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムが客観的で正確な水循環を社会に提供していくことが可能となる。
図１６は、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した、相模湾、駿河湾領域の表流水と地下水一体の水循環の結果である。地表面に入力された降雨粒子が地下に浸透し、相模湾、駿河湾で多数の海底湧水となっていくことが解析の結果が示している。
図１７は、静岡大学の加藤憲二教授によって行われた、上記シミュレーション解析結果の正確性の実証のため、駿河湾沿岸域において数多くの測定ポイントで、深さ方向に海水を採取し、海水塩分濃度・水温・濁度・電気伝導度及びＤＯ（溶存酸素量）の測定データを示すものである。この水質分析結果のＳｔ．Ｔ１－８Ｇ測定ポイントにおいて、海底９６ｍ地点で海水の塩分濃度が淡水に近いことが確認され、更にそのＤＯはゼロという数値を得た。それは富士山からの地下水が深く駿河湾に入り込みゆっくり海に向かって流下する間に水に含まれていた酸素がバクテリアに捕食されゼロになったことを示している。
このような数値の水質・水量分析手法によって、上記シミュレーションの地下水解析の結果は正しことが実証でき、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムが客観的で正確な水循環の姿を社会に提供していくことが可能となる。
上述した数値の水質・水量分析手法は、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する実証分析手法の一つである。
図１８は本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した、濃尾平野における人為が加わらない以前の自然状態の表流水と地下水一体の水循環の解析結果である。濃尾平野の自然状態では、地表面を表流水が網の目のように流れ、一帯が湿地帯であった解析結果となっており、数百年前の濃尾平野の人々の生活形態は住居を堤防で囲う輪中堤であったことがこの結果からも明らかになってくる。
図１９は本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した濃尾平野の２１世紀の現在の表流水と地下水一体の水循環の解析結果である。近世から近代にかけて人為的な堤防が造られ、表流水の河川は堤防の中に押し込められており、地下水はそれらの下を密度濃く流下している解析結果となっている。図１８、図１９の比較によって数百年の人為の営みが、自然の水循環を変質させていることが示されており、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムが長期の歴史的現象を再現していることを明瞭に実証している。
図２０は、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの多相流解析機能を使用して工場やオイルタンクから地下水に油分、重金属、熱溶解性物質が流れる状態を解析する場合を概念的に示すものである。
図２１は、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの反応性物質移行解析機能を使用して難透水槽から地下水面へのトリクロロエチレン（難溶解性）、ベンゼン（溶解性）浸透状態を解析シミレーションした事例の概念図である。
図２２は、同じく本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの反応性物質移行解析機能を使用して、ある地域の２箇所の汚染源からの農薬汚染の状態を解析シミュレーションした事例の概念図である。
以上説明した本実施例の４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムによれば、過去における地域本来の自然状態での水循環（表流水・地下水、海水）を再現したり、現在における水循環（表流水・地下水、海水）の状態、都市排水、農業用水、化学物質等の循環の状況を解析、推定したり、未来における水循環（表流水・地下水、海水）状態を予測・推定し可視化することが可能となる。
これにより、日本国の一定地域の陸域で生じる様々な水問題（水資源、水環境、水災害）において要請される実用的、かつ、客観的で、地上及び地下の水の流れを一体化して把握し、再現・解析・予測・可視化することが可能になる４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを実現し提供できるという極めて斬新な効果を奏する。
本実施例の４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する各技術要素は、既に具体的に確立していることを本願出願人は確認しており、また、本実施例の４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムは、コンピュータにより具体的に実現できることも本願出願人は確認している。
本発明に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムは、上述したような日本国内の一定の地圏における水循環の再現・解析・予測・可視化に用いる他、例えば外国の特定地域における水循環の再現・解析・予測・可視化に用いて国際貢献に資する等の応用が可能である。
１ ４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム
１１ 制御部
１２ プログラムメモリ
１３ データベース
１４ 演算部
１５ 画像生成処理部
１６ シミュレーション結果記憶部
１７ キーボード
１８ マウス
１９ カラープリンタ
２０ 表示部
１１ 制御部
１２ プログラムメモリ
１３ データベース
１４ 演算部
１５ 画像生成処理部
１６ シミュレーション結果記憶部
１７ キーボード
１８ マウス
１９ カラープリンタ
２０ 表示部
Claims (6)
- 日本国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測・可視化するコンピュータを用いた４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、
衛星画像データ、現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、
要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下を飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、
初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、
そのシミュレーション結果は数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行いシミュレーション精度を高め、
シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示手段に表示し、
当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行うようにしたことを特徴とする４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム。 - 日本国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測・可視化するコンピュータを用いた４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、
衛星画像データと現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データとを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、
要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、
初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、
そのシミュレーション結果は数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行いシミュレーション精度を高め、
シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示手段に表示し、
当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測を行うようにしたことを特徴とする４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム。 - 日本国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測・可視化するコンピュータを用いた４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、
衛星画像データと現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データとを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、
要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、
初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータから選定される特定のパラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によって、地表水を含めた水・空気２相流動シミュレーションにより、陸水系における水の流れを詳細に表現する水・空気２相流解析機能、豪雨や破堤による洪水氾濫流を伴う地表水流動を解析する洪水氾濫解析機能、地上・地下地盤中における水相、空気相、汚染原液相の解析を行う多相流解析機能、流体相（水・ガス相）による熱移流、土壌・岩盤等の固相中の熱伝導を解析する水・熱連成解析機能、沿岸域における淡水と海水の相互作用（密度流）を考慮した流体挙動を解析する淡塩密度流解析機能、流域内で発生する汚濁物質と地上、地下における物質移動過程を詳細にシミュレートする反応性物質移行解析機能、放射性廃棄物・一般ごみ等廃棄物から発生するガスや埋設管漏えいガスの地下地盤中の移動挙動を解析する多成分ガス輸送解析機能、又は、山間地水源における地下水涵養機能の空間的、長期的な変化を解析する水・流砂連成解析機能のうちの前記特定のパラメータに対応した機能によるシミュレーションを実行し、
そのシミュレーション結果は数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行いシミュレーション精度を高め、
シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示手段に表示し、
当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行うようにしたことを特徴とする４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム。 - 日本国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測・可視化する４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、
衛星画像データ、現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、
要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、
３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成する処理と、
前記初期化モデルに対する過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータの入力に応じて、当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の画像及び数値による再現・解析・予測・可視化を行う処理と、
過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化のシミュレーション結果の記憶処理と、
をコンピュータ実行可能としたこと、
を特徴とする４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム。 - 日本国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測・可視化する４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、
衛星画像データ、現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、
要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成する処理と、
前記初期化モデルに対する過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータの入力に応じて、当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の画像及び数値による再現・解析・予測・可視化を行う処理と、
過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化のシミュレーション結果の記憶処理と、
をコンピュータ実行可能としたこと、
を特徴とする４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム。 - 日本国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測する４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、
衛星画像データ、現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、
要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成する処理と、
前記初期化モデルに対する過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータのうちの特定のパラメータの入力に応じて、当該一定範囲の地圏における地表水を含めた水・空気２相流動シミュレーションにより、陸水系における水の流れを詳細に表現する水・空気２相流解析機能、豪雨や破堤による洪水氾濫流を伴う地表水流動を解析する洪水氾濫解析機能、地上・地下地盤中における水相、空気相、汚染原液相の解析を行う多相流解析機能、流体相（水・ガス相）による熱移流、土壌・岩盤等の固相中の熱伝導を解析する水・熱連成解析機能、沿岸域における淡水と海水の相互作用（密度流）を考慮した流体挙動を解析する淡塩密度流解析機能、流域内で発生する汚濁物質と地上、地下における物質移動過程を詳細にシミュレートする反応性物質移行解析機能、放射性廃棄物・一般ごみ等廃棄物から発生するガスや埋設管漏えいガスの地下地盤中の移動挙動を解析する多成分ガス輸送解析機能、又は、山間地水源における地下水涵養機能の空間的、長期的な変化を解析する水・流砂連成解析機能のうちの前記特定のパラメータに対応した機能によるシミュレーションを実行し、そのシミュレーション結果は数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行いシミュレーション精度を高める処理と、
過去から未来に至る４次元水循環状況の画像及び数値による再現・解析・予測・可視化を行う処理と、
過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化のシミュレーション結果の記憶処理とともに２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示手段に表示する処理と、
をコンピュータ実行可能としたこと、
を特徴とする４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム。
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| PCT/JP2012/081660 WO2014087521A1 (ja) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | ４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム |
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| PCT/JP2012/081660 WO2014087521A1 (ja) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | ４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム |
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