ウォーターギャップ

地球規模の淡水モデルWaterGAP は、取水やダムによる自然淡水システムへの人為的影響を考慮しながら、地球上のすべての大陸（南極を除く）の水の流れと貯水量を計算する。このモデルは、20 世紀から 21 世紀にかけての世界の河川流域の淡水状況の理解をサポートし、水不足、干ばつ、洪水の評価や、地下水、湿地、河川流量、海面上昇などに対する人為的影響の定量化に適用されている。WaterGAP のモデリング結果は、国連世界水発展報告書、ミレニアム生態系評価、国連地球環境概況、気候変動に関する政府間パネルの報告書など、地球環境状況の国際的評価に貢献している。 WaterGAPは、セクター間影響モデル相互比較プロジェクトISIMIP ^[1]に貢献しており、このプロジェクトでは、多数の地球規模の水文学モデルによる一貫したモデル実行のアンサンブルが生成され、気候変動やその他の人為的ストレスが世界中の淡水資源に与える影響を評価しています。

WaterGAP（Water G lobal Assessment and P rognosis）^{[2] [3]は}、1996年以来ドイツのカッセル大学^[4]で開発され、その後フランクフルト大学^[5]とルール大学ボーフムで開発が続けられました。これは、WaterGAP全球水文学モデル（WGHM）^{[6] [7]}と、灌漑^[8]、 家畜、家庭、製造、火力発電所の冷却の各セクター向けの5つの水使用モデルで構成されています。^{[9]追加のモデルコンポーネントは、}地下水または表層水（河川、湖沼、貯水池）から抽出された総水使用量の割合を計算します。^[10]このモデルは、1日の時間解像度で実行されます。 WaterGAP 2の空間解像度は、地理的緯度0.5度×地理的経度0.5度（赤道で55km×55kmに相当）^[3]で、WaterGAP 3の空間解像度は5分角×5分角（9km×9km）です。^[11]モデル入力には、気候データ（降水量、気温、放射量など）の時系列や、地表水域（湖、貯水池、湿地）の特性、土地被覆、土壌タイプ、地形、灌漑地域などの情報が含まれます。

WGHMは、高速地表流と地下水の流出、地下水の涵養、河川流量の時系列、および樹冠、雪、土壌、地下水、湖沼、湿地、河川における水の貯留変動を計算します。^[3]したがって、グリッドセル、河川流域、または国の再生可能な水資源の総量と再生可能な地下水資源を定量化します。各グリッドセルの降水量は、水が蒸発散する可能性のあるさまざまな貯留区画を介して輸送されます。湿地、湖沼、貯水池の位置と大きさは、地球規模の湖沼および湿地データベース（GLWD）^[12]および人工貯水池のGRanDデータベースによって定義されます。^{[13] [14]}地下水貯留は、土壌を通じた拡散地下水涵養と、地表水体からの点状涵養の影響を受けます。^{[10]拡散地下水涵養は、総流出量、地形起伏、土壌テクスチャ、}水文地質、永久凍土または氷河の存在の関数としてモデル化されます。 ^[7]セル流出水は下流に流され、海または内部シンクに到達します。実際の淡水状況をもっともらしく表現できるように、WGHM バージョン 2.2d は、1319 の観測所で観測された長期平均年間流量に対して調整されています。^{[3]流量観測に関する WGHM のパフォーマンスは、さまざまな研究で、ヨーロッパ[15] [16]}と地球全体^{[17] [18] [19] [20]}の両方で他のグローバル水文学モデルと比較されています。一方、 GRACE総貯水異常に関するパフォーマンスは、地球全体^{[21] [22]}と米国の帯水層^{[23]で比較されています。}

WaterGAP では、水使用のモデル化とは、地下水または表層水体 (湖、貯水池、河川) からの取水量 (抽出量)、消費水使用量 (使用中に蒸発散する取水量の割合)、および地下水または表層水体への戻り流量の計算を指します。消費灌漑用水使用量は、各グリッド セルの灌漑面積^[25]と気候の関数として、地球規模灌漑モデル^{[8] [24]}によって計算されます。家畜用水使用量は、家畜の数とさまざまな家畜の種類の水の必要量の関数として計算されます。家庭用および製造用水使用量は、さまざまな時点での取水量の国別値に基づいています。^[9]国別の家庭用水使用量の時間的推移は、人口変化を考慮した技術および構造変化 (後者は国内総生産の関数) の関数としてモデル化された統計データに基づいています。製造用水使用量の時間的推移は、技術変化と製造業の総付加価値の推移を考慮に入れています。国内の家庭用水と製造用水の使用量は、それぞれ人口密度と都市人口密度を使用してグリッドセルに縮小されます。^[9]火力発電所の冷却用の水の使用量は、火力発電所の場所と特性を考慮に入れます。^[9]灌漑用水の使用量の月ごとの時系列が計算されますが、他のすべての使用は年間を通じて一定であり、年ごとにのみ変化すると想定されます。5つの水使用モデルによって計算されたセクター別の取水量と消費量に基づいて、モデルコンポーネントGWSWUSEは、各グリッドセルの地下水と表層水からの表面水抽出量と地下水と表層水への戻り流量、および地下水と表層水からの総純抽出量を計算します。^[10]

WaterGAPは、世界のどの地域が水ストレスの影響を受けているか、また今後影響を受けるかを評価し、世界の淡水収支を推定するために適用されている。^[3]多くの研究で、WaterGAPは、気候変動が地下水、 ^{[27] [28] [29]}湿地、^[30]河川流量^{[31] [32] [33] [34]}および灌漑要件など、世界の淡水システムに与える影響を推定するために役立った。 ^[35]地下水ストレスと地下水資源の枯渇が分析された。^{[36] [37]} さらに、人間の水使用とダムによる生態学的に重要な河川流量特性と湿地動態の変化が研究された。^{[13] [30]} WaterGAPの総貯水量異常の時系列は、GRACE（重力回復および気候実験）衛星による地球の動的重力の測定を処理および解釈するために使用されました。大陸に関しては、季節的および長期的な重力の変化は、主に地下水、表層水、土壌、雪に蓄えられた水の変化によって引き起こされます。[ ^{38] [39]}これらの時系列は、大陸の貯水量の変化が海面上昇に与える影響を推定するのにも役立ちました。^{[40] [41]} WaterGAPの結果は、生産現場での水ストレスを考慮するライフサイクルアセスメントにも使用されます。 ^[42]