統合水流モデル

統合水流モデル（IWFM）^{[1] [2]}は、統合された地表、表層水、地下水の流れシステムを通じた水の流れをシミュレートするためのコンピュータプログラムです。これは、いくつかのプログラミングエラーが見つかった放棄されたソフトウェアIGSMを書き直したものです。^{[2] IWFMプログラムとソースコードは無料で入手できます。IWFMは}Fortranで書かれており、 Microsoft Windows、Linux、Unixオペレーティングシステムでコンパイルして実行できます。IWFMソースコードはGNU General Public Licenseの下で公開されています。^[2]

地下水の流れは有限要素法を使用してシミュレートされます。表面水の流れは、単純な 1 次元のフロースルー ネットワークとして、または運動波法を使用してシミュレートできます。IWFM 入力データ セットにはタイムスタンプが組み込まれているため、ユーザーは入力ファイルを編集せずに、指定された期間にモデルを実行できます。

IWFM の最も便利な機能の 1 つは、各土地利用タイプに対する水需要の内部計算です。IWFM は、農業、都市、在来植生、河岸植生の 4 つの土地利用クラスをシミュレートします。土地利用エリアは、対応する蒸発散率と水管理パラメータとともに時系列で区切られます。各時間ステップで、土地利用プロセスは降水量を適用し、浸透と流出を計算し、水需要を計算し、土壌水分では満たされない需要の割合を決定します。農業および都市の土地利用クラスの場合、IWFM は指定された速度で地表水と地下水を適用し、必要に応じて地表水と地下水を調整して水需要を正確に満たします。この自動調整機能は、測定されていないフロー成分 (地下水汲み上げなど) を計算したり、潜在的な気候変動の影響を研究するなど、提案された将来のシナリオをシミュレートしたりするのに特に役立ちます。^[3]

IWFM では、地表、地表水、地下水の流れの領域が別々のプロセスとしてシミュレートされ、個別のダイナミック リンク ライブラリにコンパイルされます。プロセスは水流項によってリンクされ、プロセス間で質量と運動量の保存を維持し、同時に解決されます。これにより、各 IWFM プロセスをスタンドアロン モデルとして独立して実行したり、他のプログラムにリンクしたりできます。この機能は、 IWFM 出力ファイルからワークブックを作成するためのMicrosoft Excelアドインを作成するために使用されています。IWFM 地表プロセスは、IWFM 需要計算機 (IDC) と呼ばれるスタンドアロン プログラムにコンパイルされています。^[4]地下水プロセスは、水資源統合モデリング システム (WRIMS) ^[5]モデリング システムにリンクされ、水資源最適化モデル CalSim で使用されます。^[6]この機能により、他のモデルをIWFMに簡単にリンクして、対象モデルの機能を強化したり（例えば、地表-地表水モデルに地下水の流れを追加するなど）、IWFMの機能を強化したりできます（例えば、経済モデルをIWFMにリンクして、地下水の深さに基づいて作物の配合を動的に変更します。地下水の深さに応じて揚水コストが増加するためです）。

IWFMで開発された注目すべきモデルには、カリフォルニア・セントラルバレー地下水・表層水シミュレーションモデル（C2VSim）^[7] 、米国ワシントン州とオレゴン州のワラワラ盆地のモデル^{[8] 、 [9]、}米国カリフォルニア州ビュート盆地のモデル^[10]、およびいくつかの未発表モデルがあります。IWFMは査読も受けています。^[11]