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水収支の法則によれば、水系または水域への流入量は、一定期間における流出量と貯水量の変化量の合計に等しいとされています。[2] [3]水文学では、水収支方程式を使用して、システムへの水の流れとシステムからの水の流れを記述できます。システムとは、土壌柱、流域、灌漑地域、都市など、いくつかの水文学的または水領域の1つです。
水収支は水予算とも呼ばれる。水予算の作成は水文学の科学における基本的な活動である。米国地質調査所によると：[4]
水収支と基礎となる水文学的プロセスを理解することは、効果的な水資源および環境計画と管理の基盤となります。一定期間にわたる地域の水収支の観察された変化は、気候変動と人間の活動が水資源に与える影響を評価するために使用できます。異なる地域の水収支を比較することで、地質、土壌、植生、土地利用などの要因が水文学的循環に与える影響を定量化できます。
流域の方程式
一般的な水収支方程式は次の通りである: [5]
- P = Q + ET + ΔS
どこ
この方程式は、閉鎖系における質量保存の原理を使用しており、降水によってシステムに入る水は、蒸発、蒸散、表面流出（最終的に水路に到達し、河川流出の形で流出する）、または地中に貯留されるかのいずれかに変換されます。この方程式では、システムが閉鎖されている必要がありますが、閉鎖されていない場合（たとえば、表面流出が別の流域に寄与する場合）は、これを考慮する必要があります。
広範囲の水収支は農業水文学において議論されています。
水収支は、水供給の管理や水不足の可能性がある場所の予測に役立てることができます。また、灌漑、流出評価（例：RainOffモデル[6]）、洪水制御、汚染制御にも使用されます。さらに、水平（パイプ、タイル排水溝、溝を使用）または垂直（井戸による排水）の地下排水システムの設計にも使用されます。 [7]排水要件を推定するには、水文地質学的水収支と地下水モデル（例：SahysMod [8] ）を使用すると便利です。
水収支は、降水量と蒸発散量を月単位でプロットした水収支グラフを使用して図示できます。
様々な条件や目的に応じて、いくつかの月間水収支モデルが開発されてきました。月間水収支モデルは1940年代から研究されてきました。[9]
システムの水分バランス
「水を多くの用途や利用者に利用できるようにするには、水を天然資源からサービスを提供するものへと変換するためのツールと制度が必要です。」[10]これは、水資源システム（WRS）と水利用システム（WUS）という2種類の水システムがあることを意味します。
川、帯水層、湖などの WRS は、水収支に従わなければなりません。たとえば、帯水層に流入する水の量は、帯水層から流出する量と貯水量の変化の合計に等しくなければなりません。気候変動、人口増加、不適切な管理などのさまざまな要因により、多くの WRS の貯水量は、たとえば 10 年ごとに減少しています。これは、WRS の水の量が 10 年後には減少した、つまりその期間中の流入量が流出量よりも少なかったことを意味します。[11]
一般的に、WUS は都市、産業、灌漑地域、地域などのユーザーの水構成であり、地理的なエリアではありません。WUSの図には、流入量と流出量が表示されます。WUS の場合、適切な時間間隔で貯水量の変化は (流入量と比較して) 無視できるため、水収支は 9 つの水路タイプ (WPT) で流入量と流出量が等しくなります。[12]
もちろん、河川の代わりに、WUS に水を主水源として供給する帯水層が考えられます。単純化した例として、年間ベースでの都市給水について簡単に見てみましょう。ET と PP は無視できるほど小さく (WUS はパイプネットワーク)、地下水 (OS) からの限られた量の水があり、下水処理場を通過した後、主水源 (RF) に戻ります。RP タイプには、漏水や緑地帯の灌漑に利用される水など、さまざまな水路インスタンス (WPI) があります。都市部の貯水量の年間変化は無視できることを考慮すると、水収支方程式は次のようになります。
モデル
水文学におけるいくつかの診断手段を使用して、水収支モデルのパフォーマンスを選択および評価できます。
アプリケーション
種類
参照
参考文献
- ^ Brun, P., Zimmermann, NE, Hari, C., Pellissier, L., Karger, DN (プレプリント): 過去と未来のキロメートル解像度での地球気候関連予測因子。Earth Syst. Sci. Data Discuss。https://doi.org/10.5194/essd-2022-212
- ^ Sutcliffe, JV (2004).水文学：バランスの問題。国際水文学科学協会（IAHS）。
- ^ Viessman, W.; Lewis, GL (1996).水文学入門（第4版）. HarperCollins College Publishers.
- ^ Healy, RW; Winter, TC; LaBaugh, JW; Franke, OL (2007).水予算: 効果的な水資源と環境管理の基礎. 米国地質調査所. p. 90.
- ^ 「水バランス」2016年1月31日。
- ^ 「RainOff、表面流出モデル」。2010年7月28日閲覧。
- ^ 「灌漑下にある水浸しの土地の排水に関する無料の記事とソフトウェア」 。 2010年7月28日閲覧。
- ^ 「Sahysmod 地下水モデル」 。2010年 7 月 28 日閲覧。
- ^ Xu, C.-Y.; VP Singh (1998). 「水資源調査のための月間水収支モデルのレビュー」.水資源管理. 12 (1): 31–50. doi :10.1023/A:1007916816469. S2CID 153801907.
- ^ 水に関するハイレベルパネル。「ベラージオの水の価値評価に関する原則」（PDF）。国連、持続可能な開発目標（SDG） 。 2021年2月24日閲覧。
- ^ ナショナルジオグラフィック。「8つの巨大な川が過剰利用により枯渇」ナショナルジオグラフィック。2021年3月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年2月25日閲覧。
- ^ Haie, Naim (2020). 透明な水管理理論：公平性における効率性。Springer。
外部リンク
- RJ Oosterbaan. 「排水と水文学/塩分」（PDF） www.waterlog.info 。 2016年5月20日閲覧。