HBV水文学モデル

HBV水文モデル、またはHydrologiska Byråns Vattenbalansavdelningモデルは、河川流量と水質汚染を分析するために使用されるコンピュータシミュレーションです。元々はスカンジナビアで使用するために開発されましたが、^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}この水文輸送モデルは、ほとんどの大陸の多数の流域にも適用されています。^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

これはHBVの主要な応用例であり、多くの改良が加えられてきた。^{[ 7 ]}これは以下の手順から構成される。

• 雪のルーティン
• 土壌水分ルーチン
• 応答関数
• ルーティングルーチン

HBV モデルは、比較的少ないモデル パラメータと最小限の強制入力要件（通常は日平均気温と日降水量）を持つ、集中型（または半分散型）バケット型（または「概念型」とも呼ばれる）集水域モデルです。まず、閾値融解温度（TT、通常は 0  °C）と、温度差に対する等価融雪量を反映するパラメータ CMELT を定義した後、積雪量が計算されます。結果は、表面流出部分と浸透によって土壌に入る部分に分けられます。次に、初期値と圃場容水量（FC）を定義した後、土壌水分量が計算されます。3番目に、まず外部モデル（Penman-Monteithなど）を使用して潜在 ETP を求め、次にその結果を対象となる集水域の温度と永久萎凋点（PWP）に適合させることにより、実際の蒸発散量（ETPa）が計算されます。温度差（実際の温度と月平均温度）による ETP の増加を反映するパラメータ C があります。このモデルでは、集水域を浸透流でつながった 2 つの貯水池 (S1 と S2) とみなします。最初の貯水池への流入量は、表面流出量として計算されます。これは、初期降水量から浸透と蒸発散量を計算した後に残る量です。最初の貯水池からの流出量は、2 つの別々の流れ (Q1 と Q2) に分けられます。Q1 は、特定の閾値 L (ユーザーまたはキャリブレーションによって定義) を超えると発生する高速流を表し、Q2 は中間流を表します。定数 K1 は、S1 の貯水量の関数として流出量を求めるために使用されます。浸透速度は、定数 Kd と S1 の貯水量に依存します。2 番目の貯水池からの流出量は、地下水流 (Q3) とみなされ、定数 K2 と S2 の貯水量の関数です。特定の降雨イベントから発生する総流量は、3 つの流れの合計です。

キャリブレーション。モデルの結果は、実際の測定流量値と比較され、Nash-Sutcliffeパラメータを使用してさまざまなパラメータを変更することでモデルをキャリブレーションします。モデルには、TT、Cmelt、FC、C、PWP、L、K1、K2、Kd の 9 つのパラメータがあります。モデルを適切にキャリブレーションするには、モンテカルロ シミュレーションまたはGLUE 法を使用して、モデルのパラメータと不確実性を適切に定義する方が良いでしょう。モデルはかなり信頼できますが、通常どおり、良い結果を得るには、良い入力データが必要です。HBV モデルのパラメータの不確実性に対する感度が調査され^{[ 8 ]、}キャリブレーションの一意性に影響を与える重要なパラメータの相互作用と、いくつかの状態依存性が明らかになりました。

応用例。HBVは、ブラジル、中国^{[ 9 ]} 、イラン^{[ 10 ]} 、モザンビーク^{[ 11 ]} 、スウェーデン^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}、スイス^{[ 15 ]} 、ジンバブエ^{[ 16 ]}など、世界中の多くの国で河川流量のシミュレーションに使用されています。HBVは^、地下水位などの内部変数のシミュレーションにも使用されています^{[ 17 ] 。このモデルは、水文変化検出研究[ 18 ]}や気候変動影響研究^{[ 19 ] [ 20 ]}にも使用されています。

バージョン。HBVモデルにはいくつかのバージョンがあります。ユーザーフレンドリーなグラフィカル ユーザー インターフェイスを備え、教育用に特別に設計されたバージョンがHBV lightです。^{[ 21 ]} HBV エミュレーションは、 Raven水文フレームワークの一部として利用できます。Raven は、学術界や実務における困難な水文問題への適用用に設計された、オープンソースの堅牢で柔軟な水文モデリング フレームワークです。この完全にオブジェクト指向のコードは、空間離散化、補間、プロセス表現、強制関数生成において完全な柔軟性を提供します。

HBVモデルは、河川における堆積物や溶解性固形物の輸送もシミュレートできます。Lidénは、ブラジル、エストニア、スウェーデン、ジンバブエにおける窒素、リン、懸濁堆積物の輸送をシミュレートしました。^{[ 22 ] [ 23 ]}

• 水文輸送モデル
• 流出モデル

• スウェーデン気候水文研究所（SMHI）のHBVモデル
• チューリッヒ大学におけるHBV光研究
• HBV Matlabコード（集約版）
• HBV-ECの前処理・後処理プログラム「Green Kenue」は、カナダ油圧センターから無料でダウンロードできます。
• CREALPにおけるRS MINERVEのHBVプログラム（概要版）