水質モデリング

水質モデリングには、数学的シミュレーション技術を用いた水質ベースのデータが含まれます。水質モデリングは、人々が水質問題の重要性を理解するのに役立ち、モデルは政策立案者が水質を適切に緩和するための決定を下すための証拠を提供します。 ^[1]水質モデリングは、情報ギャップを特定するとともに、構成源と水質の相関関係を決定するのにも役立ちます。^[2]人々の淡水使用量の増加により、水質モデリングは特に地域レベルと地球レベルの両方で重要です^{[3] 。}水不足、気候変動、水資源の経済的要因の経時的変化を理解し予測するために、 ^[1]水質モデルには、地域レベルと地球レベルの両方の水域を組み込んだ十分なデータが必要になります。

典型的な水質モデルは、水体内の汚染物質の位置と運動量を決定する物理的メカニズムを表す定式化の集合体から構成されます。 ^[4]表面流出などの水文システムの個々の構成要素用のモデルが利用可能です。^[5]また、水文輸送を扱う流域全体のモデルや、海洋および河口域のアプリケーション用のモデルも存在します。これらの現象を分析するためには、多くの場合、有限差分法が使用され、ほとんどの場合、大規模で複雑なコンピュータモデルが必要になります。^[6]

モデルの構築

水質モデルはそれぞれ異なる情報を持っていますが、一般的に目的は同じで、水問題の証拠サポートを提供することです。モデルは、ベースモデルのスケールに応じて決定論的または統計的になります。 ^[2]これは、エリアがローカル、地域、または地球規模のいずれであるかによって異なります。モデルについて考慮すべきもう1つの側面は、研究を定義するためのパラメーターを設定するとともに、その研究エリアについて理解または予測する必要があることです。水質モデルを構築するもう1つの側面は、対象者と、水質管理を強化するなど、データを提示する正確な目的を知ることです。^[7]水質法の立法者が最良の結果を得るために。

定式化と関連する定数

水質は、以下の1つ以上の定式によってモデル化されます。

移流輸送定式化
分散輸送定式化
表面熱収支の定式化
溶存酸素飽和度処方
再空気注入処方
炭素質脱酸素製剤
窒素性生化学的酸素要求量処方
底質酸素要求量（SOD）
光合成と呼吸の定式化
pHとアルカリ度の配合
栄養剤（肥料）
藻類配合
動物プランクトン製剤
大腸菌製剤（例：Escherichia coli）

SPARROWモデル

SPARROW モデルは、水質データと景観情報を統合するのに役立つ、流域属性の空間参照回帰です。^[2]より具体的には、USGS はこのモデルを使用して流域内の長期的な変化を表示し、上流の水源、水質、流域の特性と関連した河川内の水測定をさらに説明しました。これらのモデルは、さまざまな空間スケールのデータを予測し、米国中のさまざまな場所での流量データと水質を統合します。^[2] USGS が使用した SPARROW モデルは、国の主要な河川と河口の栄養素に焦点を当てており、栄養素がどこから来るのか、水域でどこに運ばれるのか、そしてどこに行き着くのか (貯水池、他の河口など) をよりよく理解するのに役立ちました。^[2]

参照

参考文献

^ ab Tang, Ting; Strokal, Maryna; van Vliet, Michelle TH; Seuntjens, Piet; Burek, Peter; Kroeze, Carolien; Langan, Simon; Wada, Yoshihide (2019年2月). 「世界規模、流域規模、地域規模の水質モデリングを橋渡しし、世界規模で水質管理を強化する」. Current Opinion in Environmental Sustainability . 36 : 39–48 . Bibcode :2019COES...36...39T. doi : 10.1016/j.cosust.2018.10.004 . hdl : 10067/1586430151162165141 .
^ abcde プレストン、SD「SPARROW モデリング - 国の水質に関する理解を深める」。USGS -米国内務省経由。
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^ Zhang, Wanshun; Wang, Yan; Peng, Hong ; Li, Yiting; Tang, Jushan; Wu, K. Benjamin (2010 年 2 月)。「水配分分析のための水量と水質の結合モデル」。水資源管理。24 (3): 485– 511。doi : 10.1007 /s11269-009-9456-8。ISSN 0920-4741。S2CID 153922326 。
^ Vallet, B.; Muschalla, D.; Lessard , P.; Vanrolleghem, PA (2014-04-03). 「都市流出水管理ツールとしての雨水盆地の新しい動的水質モデル：概念と検証」。Urban Water Journal。11 ( 3): 211– 220。doi :10.1080 / 1573062X.2013.775313。ISSN 1573-062X。S2CID 111045671 。
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米国環境保護庁 (EPA)。環境研究研究所、ジョージア州アセンズ (1985 年)。「表面水質モデリングにおける速度、定数、および速度論の定式化」第 2 版。文書番号 EPA/600/3-85/040。

外部リンク

SPARROW 水質モデリング - 米国地質調査所 - 米国地質調査所
BASINS - GIS、全国流域データ、環境評価およびモデリングツールを統合した EPA 環境分析システム
水質モデルとツール - EPA
総最大日負荷研究モデル - ワシントン州環境局
集水域モデリングツールキット - eWater共同研究センター、オーストラリア
水質を含む統合水資源計画モデルである水評価および計画 (WEAP) - ストックホルム環境研究所 (米国)
確率的経験的負荷および希釈モデル (SELDM) - 米国地質調査所の雨水水質モデル
米陸軍工兵隊水質 - 米陸軍工兵隊が開発した新しい水質モデリングソフトウェア

[Tang_39–48-1] Tang, Ting; Strokal, Maryna; van Vliet, Michelle TH; Seuntjens, Piet; Burek, Peter; Kroeze, Carolien; Langan, Simon; Wada, Yoshihide (2019年2月). 「世界規模、流域規模、地域規模の水質モデリングを橋渡しし、世界規模で水質管理を強化する」. Current Opinion in Environmental Sustainability . 36 : 39–48 . Bibcode :2019COES...36...39T. doi : 10.1016/j.cosust.2018.10.004 . hdl : 10067/1586430151162165141 .

[:03-2] プレストン、SD「SPARROW モデリング - 国の水質に関する理解を深める」。USGS -米国内務省経由。

[3] Bozorg-Haddad, Omid; Soleimani, Shima; Loáiciga, Hugo A. (2017年7月). 「遺伝的アルゴリズム–最小二乗サポートベクター回帰と遺伝的プログラミングを使用した水質パラメータのモデリング」.環境工学ジャーナル. 143 (7): 04017021. doi :10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0001217. ISSN 0733-9372.

[4] ^ Zhang, Wanshun; Wang, Yan; Peng, Hong ; Li, Yiting; Tang, Jushan; Wu, K. Benjamin (2010 年 2 月)。「水配分分析のための水量と水質の結合モデル」。水資源管理。24 (3): 485– 511。doi : 10.1007 /s11269-009-9456-8。ISSN 0920-4741。S2CID 153922326 。

[5] ^ Vallet, B.; Muschalla, D.; Lessard , P.; Vanrolleghem, PA (2014-04-03). 「都市流出水管理ツールとしての雨水盆地の新しい動的水質モデル：概念と検証」。Urban Water Journal。11 ( 3): 211– 220。doi :10.1080 / 1573062X.2013.775313。ISSN 1573-062X。S2CID 111045671 。

[6] Liu, Yaoze; Li, Sisi; Wallace, Carlington W.; Chaubey, Indrajeet; Flanagan, Dennis C.; Theller, Lawrence O.; Engel, Bernard A. (2017年9月). 「農業流域における水文学と水質を推定するためのコンピュータモデルの比較」.水資源管理. 31 (11): 3641– 3665. doi :10.1007/s11269-017-1691-9. ISSN 0920-4741. S2CID 158035959.

[7] Tang, Ting; Strokal, Maryna; Van Vliet, Michelle TH; Seuntjens, Piet; Burek, Peter; Kroeze, Carolien; Langan, Simon; Wada, Yoshihide (2019-02-01). 「世界規模、流域規模、地域規模の水質モデリングを橋渡しし、世界規模の水質管理を強化する」. Current Opinion in Environmental Sustainability . 36 : 39– 48. Bibcode :2019COES...36...39T. doi : 10.1016/j.cosust.2018.10.004 . hdl : 10067/1586430151162165141 . ISSN 1877-3435.