Application of Statistical Methods to Water Resources Management : Two Case Studies

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Title

Application of Statistical Methods to Water Resources

_{Management : Two Case Studies( 内容の要旨(Summary) )}

Author(s)

KAZUMBA, SHIJA

Report No.(Doctoral

Degree)

博士(工学) 甲第243号

Issue Date

2005-03-25

Type

博士論文

Version

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12099/1964

※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。

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KAZUMBA SHIJA（タンザニア）

博士（工学）

甲第 243 号

平成17 年 3 月 25 日

生産開発システムエ学専攻

Application of StatisticalMethods to Water Resources Management：

氏名（本籍）学位の種類学位授与番号学位授与日付専攻学位論文題目

Two Case Studies

（水資源管理への統計的方法の応用：2つのケーススタディー）学位論文審査委員（主査）教授本城勇介（副査）教授藤田裕一郎教授佐藤健助教授神谷浩二論文内容の要旨水資源開発では，持続的で安定的な水資源の利用を促進することが特に求められている．この研究では，このような面より2つの統計的な手法を用いた，水資源開発に関する問題が取り上げられている．一つは，アフリカ，タンザニア，キリマンジュロ山のふもとに広がるPanganりIl流域の，渇水解析を行った．研究では，過去約40年間の流域におけるいくつかの計測地点の水位観測結束を用いて，最近の極値統計学の手法を用いてデータを解析した．この手法はPOT 解析（peaksoverthresholdanalysis：間借超過ピーク解析）と呼ばれ，従来のような年最大（本研究では年最小）の極値のみを用いるのでなく，ある闇値以上の極値をすべて用いる解析を行うことができる．従って，従来の解析法よりもデータの有効利用を図ることができる． Pangani川流域の渇水評価は、この地域が農業に適した条件ばかりか水力発電に適した条件をも備えているため、重要である。水位低下が経験される乾季に、NyunlbayaMunguダム上流域では、水資源を潅漑に用いるべきか、発電に用いるべきかというコンフリクトが発生する。貯水池に流入する2つの川、すなわちRuvu川とKiku）etwa川の内、前者においてより高い水位低下頻度が経験される。Q70（日平均流量の累積分布で30％に当たる値）を間借として用いた渇水評価においては、Kiku］etwa川の渇水量及び、渇水持続期間の方が

Ruvu川のそれらよりも大きかった。POT解析は、この流域の水位低下と渇水の特性を評

価する上で信頼できる結果を操示した。この解析では、q−qプロットや平均超過値プロットが、POT解析で当てはめるべき極値分布の選択や、解析に用いる間借の設定において有

用であった。この結果は，水文・水資源学会誌（J．Japan Society ofHydro］ogyand Water Resoし11・Ce）ⅦⅠ．16，No．1（2003）に発表された・

この研究の第2部は，大阪平野の地下水のモデル化を行った研究である．大阪平野の地

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域地下水の流動メカニズムは複雑で，地層の中をマクロにどのように流れているかをなかなか正確に把握することができない．この間題を解決することは，この地域の揚水量規制を考えたりする上で極めて重要であるが，十分に解明されていない．この地域には南北に上町断層と呼ばれる断層があり，この地域の地層を二分している．この地層を通じてどの程度の地下水の流動があるかは，この地域の地下水をモデル化するとき一つのキーとなっている．研究では，1980年代の地下水位や揚水量の観測結果を用いて，タンクモデルと呼ばれる集中系の比較的簡便な地下水流動モデルを用いて，大阪平野とその周辺領域のマクロな地下水の流動メカニズムを捕らえることを狙った．このモデルの開発において重要な問題は，いかに簡単なモデルで，できる限り複雑な地下水の挙動を解析するかという点であった．この研究では，多数の初期値から準ニュートン法を用いて非線形問題の最適化を図るとともに，もっとも適切なモデルを赤池の情報量規準と，水理・水文学的な考察を加えて選択することを行った．以上の結束，簡易で安定し，かつ説明性の高いモデルを選択することができた．解析の結果，大阪平野の地下水は上町断層で区切られている他，北部と南部でも独立であり，大和川及び海が大きな流入元になっていることなどが解明された．この19＄0年代の観測結束に基づいたモデルを用いて，1990年代前半に大規模な地下鉄工事のための揚水で地下水位が低下した結呆より，このときの揚水量と時期を推定し，これも妥当な結果を得ている・この結果の一部は，土木学会，応用力学論文集Ⅶ1．7（2004）に発表されており，引き続きいくつかの雑誌へ投稿する予定である．論文審査結果の要旨

水資源開発では，持続的で安定的な水資源の利用を促進することが特に求められている・

この研究では，このような面より2つの統計的な手法を用いた，水資源開発に関する問題

が取り上げられている．一つは，アフリカ，タンザニア，キリマンジュロ山のふもとに広がるPangani川流域の，

渇水解析を行った．研究では，過去約40年間の流域におけるいくつかの計測地点の水位

観測結果を用いて，最近の極値統計学の手法を用いてデータを解析した・この手法はPOT

解析（Peaksoverthresholdanalysis：開催超過ピーク解析）と呼ばれ，従来のような年最大（本

研究では年最小）の極値のみを用いるのでなく，ある開催以上の極値をすべて用いる解析

を行うことができる．従って，従来の解析法よりもデータの有効利用を図ることができる・

Pangani川流域の渇水評価は、この地域が農業に適した条件ばかりか水力発電に適した条

件をも備えているため、重要である。水位低下が経験される乾季に、NyumbayaMunguダ

ム上流域では、水資源を潅漑に用いるべきか、発電に用いるべきかというコンフリクトが

発生する。貯水池に流入する2つの川、すなわちRuvu川とKiku）etwa川の内、前者におい

てより高い水位低下頻度が経験される。q70（日平均流量の累積分布で30％に当たる値）

を閥値として用いた渇水評価においては、Kikuletwa川の渇水量及び、渇水持続期間の方が

Ruvu）Ilのそれらよりも大きかった。POT解析は、この流域の水位低下と渇水の特性を評

価する上で信頼できる結果を提示した。この解析では、q−qプロットや平均超過値プロッ

トが、POT解析で当てはめるべき極値分布の選択や、解析に用いる開催の設定において有

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用であった。この結果は，水文・水資源学会誌（J．Japan SocietyofHydrologyand Water

Resoし11・Ce）Vd．16，No．1（2003）に発表された・この研究の第2部は，大阪平野の地下水のモデル化を行った研究である．大阪平野の地域地下水の流動メカニズムは複雑で，地層の中をマクロにどのように流れているかをなかなか正確に把握することができない．この間題を解決することは，この地域の揚水量規制を考えたりする上で極めて重要であるが，十分に解明されていない．この地域には南北に

上町断層と呼ばれる断層があり，この地域の地層を二分している．この地層を通じてどの

程度の地下水の流動があるかは，この地域の地下水をモデル化するとき一つのキーとなっている．研究では，1980年代の地下水位や揚水量の観測結果を用いて，タンクモデルと呼

ばれる集中系の比較的簡便な地下水流動モデルを用いて，大阪平野とその周辺領域のマク

ロな地下水の流動メカニズムを捕らえることを狙った．このモデルの開発において重要な

問題は，いかに簡単なモデルで，できる限り複雑な地下水の挙動を解析するかという点で

あった．この研究では，多数の初期値から準ニュートン法を用いて非線形問題の最適化を

図るとともに，もっとも適切なモデルを赤池の情報量規準と，水理・水文学的な考察を加えて選択することを行った．以上の結呆，簡易で安定し，かつ説明性の高いモデルを選択することができた．解析の結果，大阪平野の地下水は上町断層で区切られている他，北部と南部でも独立であり，大和川及び海が大きな流入元になっていることなどが解明された・この】980年代甲観測結果に基づいたモデルを用いて，1990年代前半に大規模な地下鉄工事のための揚水で地下水位が低下した結果より，このときの揚水量と時期を推定し，これも妥当な結果を得ている．この結果の一部は，土木学会，応用力学論文集Ⅶl．7（2004）に発表されており，引き続きいくつかの雑誌へ投稿する予定である・最終試験結果の要旨

本城勇介，藤田裕一郎，佐藤健及び神谷浩一で構成する審査委員会は，本論文および別

刷りなどを慎重に検討した．本論文は学位論文として十分完成された内容を有しているこ