• 検索結果がありません。

学位論文内容の要旨

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "学位論文内容の要旨"

Copied!
4
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)

博 士 ( 理 学 ) モ ハ マ ド タ ズ ル イ ス ラ ム

学 位 論 文 題 名

The variability of water discharge and chemical flux from a subarctic river basin with different land cover: Observations and modelling

(異なる土地被覆をもつ亜寒帯河川流域からの流量イ匕学フラックスの変動機構:観測とモデリング)

学位論文内容の要旨

    Abstract

The objective of my research is to clarify kow soil water behaviors on the basin slope are related to river runoffs and simultaneous nptrient loads by field observations, chemical analyses and

modelling. In this study, time series of water discharge and nutrient load from the subarctic Saromabetsu river basin, Hokkaidoar srmulated for rainfall and snowmelt events by a conceptual

modeL the tank model, and the simulated results are related t0 1he soil water behavioni observed on the slopes of grassland and forest. The land cover of the river basin in 2005 consists mostly of forest

(75.2 % in area) and farmland (21.5% in area; mainly, grassland, wheat field and com filed). The soil

layer, common to the slopes of forest and grassland, is composed of a porous organic layer (A layer) 1ess than 0.3 m thick and an organic/inorganic layer (B layer) about 2 m t0 5 m thick. The B layer is silty clay with the low hydraulic conductivity of l04 cm/s order. The 4‑channel electromagnetic

profders (8cW 18cm, 28cm and 38cm in soil depth) for measurements of volumetric water content (cm3/cm3) indicated that, common to rainfall and snowmelt events, the 8 t0 28 cm layers at forest

stores infdtrated water for a few days after events, and then retums to the previous moisture level by

gradual drainage. At grassland, the drainage after the events was slight except for 8 cm depth. At a tainfall of more than 20 mm/h, the saturated zone appeared at 38 cm depth in forest and at depths of

more than 8 cm in grassland. Hence, in the events, the percolation and subsurface fiow are considered

to be active. The percolation at 38 cm depth of forest and grassland was calculated for rainfall and snowmelt events. Meanwhile, the discharge by the tank model very successfully simulated observed discharge fot both rainfall and showmelt runotfs (R' = 0.934 and 0.973, RMSE = 0.902 m3/s and 0.961

m3/s, respectively). As a result, the river runotf analyses revealed that, in the Saromabetsu river basin,

the surface and intermediate runoffs account for more than 70% of tainfall or snowmelt runoffs. There

269

(2)

existed the definitely linear relatibnship between the calculated percqlation at 38 cm ctepth and the

surface runoff plus intermediate nmoff for the events (R'‑ 0.945 0r 0.881, P < 0.002). Hence, it is

suggested that the surface and intermediate mnoffs from the runoff analyses occur as the percolation

 and subsequent subsurface flow below the soil sruface layer.

      In order to estimate each contribution of forest and farmland areaS to the nutrient load of the

Satomabetsu River, the time serws of nutrient load in the typhoon and snowmelt eVents were

simulated by the tank model and some specified nutrient concentrations. The two tank series named

"forest tanks" and "farmland tanks" were set up for the forest and farmland areas, respectively. Each

tank series, consisting of three sequential tanks, was then applied to sep8rate each runoff at the forest

and farmland aKas into the surface runoff, intermediate runoff add baseflow. As a resuIL the

simulation was reasonable (Rz 0,76, RMSE = 3.53 m3/s) between the simulated and observed

discharges. By using the s:imulated discharge, total N03‑N load and P04‑P load from forest and

farmland areas were calculated. As a result, the N03‑N loads by surface runoff, intermediate runoff

and baseflow were 750, 840 and 60 g/s in forest area, respectively, while, in farmland area, they were

11,000, 7,500 and l,600 g/s, respectively. The N03‑N concentration cakulated by the simulated loads

was reasc)nable in ruagnitude to that of soil water sampled in the summer and snowmelt seasons.

Hence, it is concluded that, according to the seaSonal fertilizing, the surface and intennediate runoffs

from the farmland area make the relatively high conrribution to the N03‑N load of the river.

Meanwhile, the forest and farmland areas give the similar contribution to the P04‑P load of river, The

ffumland area, producing such high N03‑N load, is part of the riparian zone directly connected to the

river charmel. Thus, the percolatiort of meltwater or rainwater and subsequent formation of surface

and intermediate runoffs may leach the mUrient easily to the river chanm}l as the seepage flow.

270 ‑

(3)

学位論文審査の要旨 主査 副査

副査 副査

准教授 教授 教授 教授

学 位 論 文 題 名

和久 隆司 幸介 庄士郎

The variability of water discharge and chemical flux from a subarctic river basin with different land cover: Observations and modelling

( 異 な る土 地 被 覆 を もつ 亜 寒 帯 河川流 域から の流量 イヒ 学フラ ックス の変動 機構: 観測 とモデ リング )

      The objective of this research is to clarify how soil water behaviors on the basin slope are  related to river runoffs and simultaneous nutrient loads by field observations, chemical analyses and modelling. In this study, time series of water discharge and nutrient load from the subarctic Saromabetsu river basin, Hokkaido are simulated for rainfall and snowmelt events by a conceptual model, the tank model, and the simulated results are related to the soil water behaviors observed on  the slopes of grassland and forest. The land cover of the river basin in 2005 consists mostly of forest  (75.2 % in area) and farmland (21.5% in area; mainly, grassland, wheat field and corn filed). The soil  layer, common to the slopes of forest and gjassland, is composed of a porous organic layer (A layer) less than 0.3 m thick and an organic/inorganic layer (B layer) about 2 m t0 5 m thick  The B layer is silty clay with the low hydraulic conductivity of 10 4 cm/s order. The 4‑channel electromagnetic profilers (8cm, 18cm, 28cm and 38cm in soil depth) for measurements of volumetric water content (cm3/cm3) indicated tbat, common to rainfall and snowmelt events, the 8 t0 28 cm layers at forest stores infiltrated water for a few days after events, and then retums to the previous moisture level by gradual drainage. At grassland, the drainage after the events was slight except for 8 cm de:pth At a rainfall of more than 20 mm/h, the saturated zone appeared at 38 cm depth in forest and at depths of more than 8 cm in grassland Hence, in the events, the percolation and subsurface flow are considered to be active. The percolation at 38 cm depth of forest and grassland was calculated for rainfall and snowmelt events. Meanwhile, the discharge by the tank model very successfully  simulated observed discharge for both rainfall and snowmelt runoffs (R2 = 0.934 and 0.973, RMSE = 0.902 m3/s and 0.961 m3/s, respectively). As a result, the river runoff analyses revealed that, in the Saromabetsu river basin, the surface and intermediate runoffs account for more than 70% of rainfall or snowmelt runoffs. There existed the definitely linear relationship between the calculated percolation at 38 cm depth and the surface runoff plus intermediate runoff for the events (R2= 0.945 or 0.881, P < 0.002). Hence, it is suggested that the surface and intermediate runofEs from the runoff analyses occur as the percolation and subsequent subsurface flow below the soil surface layer.

      In order to estimate each contribution of forest and farmland areas to the nutrient load of the Saromabetsu River, the time series of nutrient load in the typhoon and snowmelt events were simulated by the tank model and some specified nutrient concentrations. The two tank series named

"forest tanks" and "farmland tanks" were set up for the forest and farmland areas, respectively. Each tank series, consisting of three sequential tanks, was then applied to separate each runoff at the forest and farmland areas into the surface runoff, intermediate runoff and baseflow. As a result, the simulation was reasonable (R2 = 0.76,.RMSE = 3.53 m3/s) between the simulated and observed discharges. By using the simulated discharge, total N03‑N load and P04‑P load from forest and farmland areas were calculated. As a result, the N03‑N loads by surface runoff, intermediate runoff and baseflow were 750, 840 and 60 g/s in forest area, respectively, while, in armland area, they were 11,000, 7,500 and 1,600 g/s, respectively The N03‑N concentration calculated by the simulated loads was reasonable in magnitude to that of soil water sampIed in the summer and snowmelt seasons. Hence, it is concluded that,

271

北 田

置 延

知 池

日 見

(4)

according to the seasonal fertilizing, the surface and intermediate runoffs from the farmland area make the relatively high contribution to the N03‑N load of the river. Meanwhile, the forest and farmland areas give the similar contribution to the P04‑P load of river. The farmland area, producing such high N03‑N load, is part of the riparian zone directly connected to the river channel. Thus, the percolation of meltwater or rainwater and subsequent formation of surface and intermediate runofFs may leach the nutrient easily to the river channel as the seepage flow.

        In conclusion, the author has new findings of the relationship between observed percolation and simulated river runoffs for both rainfall and snowmelt events, and these will contribute to predict and forecast river floods or high river runoffs and to plan the strategy of flood control and water management.

      Therefore, we acknowledge that the author is qualified to be granted the doctorate of Science from Hokkaido University.

272 ‑

参照

関連したドキュメント

The notion of free product with amalgamation of groupoids in [16] strongly influenced Ronnie Brown to introduce in [5] the fundamental groupoid on a set of base points, and so to give

Then the change of variables, or area formula holds for f provided removing from counting into the multiplicity function the set where f is not approximately H¨ older continuous1.

I give a proof of the theorem over any separably closed field F using ℓ-adic perverse sheaves.. My proof is different from the one of Mirkovi´c

Keywords: continuous time random walk, Brownian motion, collision time, skew Young tableaux, tandem queue.. AMS 2000 Subject Classification: Primary:

This paper develops a recursion formula for the conditional moments of the area under the absolute value of Brownian bridge given the local time at 0.. The method of power series

The proof uses a set up of Seiberg Witten theory that replaces generic metrics by the construction of a localised Euler class of an infinite dimensional bundle with a Fredholm

The object of this paper is the uniqueness for a d -dimensional Fokker-Planck type equation with inhomogeneous (possibly degenerated) measurable not necessarily bounded

Using the batch Markovian arrival process, the formulas for the average number of losses in a finite time interval and the stationary loss ratio are shown.. In addition,