気候システム論: 水循環

水と人間社会

【慶応大学湘南藤沢キャンパス(SFC)2006年度の「地球システム論」で使った教材を当面ほぼそのまま収録しているものです。】

水のいろいろな意義と、ここでの問題の限定

生態系

人間のからだの(質量比で)大部分は水でできている(ここではデータを示すことは省略する)。 おそらく地球上のどの生物にとっても、水は最大ではないかもしれないが主要な成分のひとつであり、また、水を溶媒とする溶液での化学反応が生存にとって重要な働きをしているにちがいない。 ふつうわれわれは生物を見るとき水を意識しないが、 われわれは生態系を介して水に依存していることがある。 20世紀には、水を利用する技術が発達したが、 その際に、生態系のために水を残すことが、人間の生存という立場からみても 必要であることが、忘れられがちだった。 最近になって、この点を重視しようという動きが強まっている (たとえばPOSTEL & RICHTER, 2003)。 もちろん水を利用する以上、完全に自然のままにすることは不可能であるが、 川に最低限の流量を確保することだけでなく、 生態系が適応している流量の変動パタンの特徴も再現することが重要と考えられるようになってきた。 しかし、ここでは、人間が管理する農地など以外の生態系を通じてのかかわりは、 明示的には扱わないことにする。

気候

ほかの節で述べてきたように、水循環は気候システムの重要な部分である。 地表面のエネルギー収支の最大の2項は、太陽放射の吸収と、 水の蒸発に伴って大気に出ていくエネルギー(潜熱輸送)である (これ以外の項を無視してよいということにはならないが)。 地球の大気・水圏のエネルギー循環と水循環は一連のものとして考える必要がある。 気候変化が人間社会に与える影響の大部分は、水循環の変化が与える影響とも言える。 しかし、ここでは、気候の問題全部ではなく、 水資源や水災害(と呼ばれることが多いことがら)にかかわる問題を考えることにする。

海および雪氷

海は、塩分を含んではいるが、水からなっている。 雪氷は、固体ではあるが、水である。 いずれも人間社会とのかかわりがある。 しかし、「水」を問題にする場合、 淡水(英語freshwater、フランス語eau douce)つまり塩分濃度の少ない水で、 しかも液体であるものに対象を限ることがよくある。 ここでも便宜上、そのように限定することにする。

水の不足と水の過剰

人類にとっての水問題には、too little waterの問題と、 too much waterの問題がある。 とくに、東・南アジアでは、この両方がともに問題である (MUSIAKE, 2002)。 Too little waterとは、渇水であり、水資源の不足と言ってもよい。 西アジア、アフリカ、北アメリカ西部、オーストラリアなどでは、 これが圧倒的に重要なことが多いので、 これらの地域に注目している人からは 水を経済的希少資源として扱うべきだという主張がされることが多い。 しかし、too much waterつまり洪水の問題も重要である。 この場合、水がふえることの価値はむしろ負であるが、 水を負の価格をもつ財として扱っても問題の解決には進まないだろう。 一方で水を人間にとって害の少ないところに誘導すること(治水)、 他方で人間活動を洪水の悪影響を受けにくいように設計すること(適応)が 重要となるだろう。

【 洪水(英語flood)は、水がふだんは存在しないところにあふれることである。 これは、作物などに水を供給したり、栄養(肥料)となる物質を含む土を供給したり、 多すぎると有害な物質を洗い流したりして、有益であることもある。 しかし、大きすぎる洪水は、水に浸からないことを想定して行なわれている 人間活動に対して、有害となる。 上に、too much waterとしたのは、そのような洪水をさしている。 】

水資源の利用

人権としての水

水は経済的財であるという考えと対立するものとして、 水は基本的人権であるという考えがある。 ただし、基本的人権と考えられるのは健康的生存に必要最小限の量であり、 それ以外の水は財であるとすれば、 両者の考えは必ずしも矛盾はしない。 それは、飲み水や調理用の水、からだを洗うのに必要な水である。 (しかも、からだを洗う水は、 多くの日本人のように毎日ふろにはいる量は想定されていないはずだ。 必要性は気候条件にもよるので、必要量を世界共通に決めるのはむずかしいが。) 南アフリカ共和国では、 まず、人の生存に必要な水と生態系の維持に必要な水を確保した上で、 その他の水を経済原理にもとづいて配分するという原則がたてられている (POSTEL & RICHTER, 2003)。

現在、 世界にはこのような意味での生存に必要な水がじゅうぶん得られない人々がいる。 このような状況をなくすことは、人権問題としても、 また世界の社会の安定のためにも、必要なことであろう。 しかし、次に述べる世界の水利用のうちでは、 この生存に必要な水の割合はわずかであることにも注意する必要がある。 生存に必要な水は、 他の目的に使われている水の一部をふりむけることで確保できることが多く、 水資源の供給の問題というよりは配分の問題なのである。

【 ただし、他の目的に使われている水が人類の生存のために必要ではないという意味では 必ずしもない。 たとえば、農業用水を使わなければ 現在の世界人口をささえる食料を生産できないかもしれない。 しかし、その水は人権というよりは経済的財とみるべきだろう。 自給作物用の農業用水をどう考えるかはむずかしいところだが。 】

水を使うことの意味

水資源がどれだけあるかを考えるためには、 水の存在量あるいは循環量を知ることだけでなく、 「水を使う」ということが、 水のどの性質をどう変えることなのかを知ることが必要である。 それは場合によるので、分けて考えてみよう。

世界の水利用の現状

水にかかわる資源、災害、環境などのデータを世界地図に示したものとして、 CLARKE & KING (2004), BLACK & KING (2009), DIOP & REKACEWICZ (2006) などがある。 データの大部分が国単位の統計であることに不満はあるが、 概観することは重要だと思う。 【2006年度の授業では、CLARKE & KINGの本の 日本語版を指定書として置いた。 監訳者がつけたした情報源の情報もあるので参考にしてほしい。】

世界には水利用の統計が整っておらず大まかな推定しかできない国もあるが、 ともかく世界全体の推計がおこなわれている。 その例として、ここでは、DIOP & REKACEWICZ (2006)の地図集にあった図を [*][別ページ(暫定かつ学内限定)]に示す。 データ源は、ロシア国立水文研究所、および、 アメリカ合衆国に本拠をもつ非政府組織World Resources Instituteがそれぞれ まとめたものである。

取水量(フランス語prélèvements, 英語withdrawalまたはextraction)と、 消費量(フランス語consommation, 英語consumption)が区別されている。 農業用水は取水量の大部分が消費されるが、 生活用水と工業用水は消費される部分が少ない。 川などの自然界に返された水は、 たとえよごれていても、消費量には含まないとしているらしい。 【図でフランス語でperteと表記されている部分は取水量と消費量の差であり、 その多くは川などに返された水と思われるので「排水量」と表現したのだが、 それ以外のものも含むかもしれないので「損失量」という表現のほうがよかったと思う。】 消費量はほとんどが水蒸気になった量ということになる。 このような意味での消費量で見ればもちろんであるが、取水量で見ても、量的に最大の用途は農業用水である。

水の利用目的別の割合は、国によって非常に違う。 それを理解するには、自然条件と社会条件の両方を考える必要がありそうだ。 なお、国別のデータを見ると (具体的数値は、たとえば CLARKE & KING (2004)、 BLACK & KING (2009)の本、 GLEICK 2004ほかの付録などにある)、 農業用水や生活用水の数値がそれぞれ非常に少ない国がある。 このような統計で農業用水というのは灌漑用水をさし、 その場で自然に供給される雨水や洪水時にあふれた水の利用は含まないらしい。 生活用水も、水道などの設備によるものが数えられていると思われ、 自給的なものは含まれていない可能性が高い。

水利用の持続可能性

水利用が持続可能かという問題のうちには、水質の問題もある。 たとえば、排水に自然の生態系が分解できない汚染物質が含まれる場合、 水質は悪化していく。

水の量の問題に限ると、 自然の水循環で更新される範囲の量を使えば持続可能であろうと考えられる。 地下水でも、補給(涵養)される量以内であれば持続可能と考えられるが、 現在の世界の乾燥・半乾燥地帯では、何千年もかかって蓄積された地下水を 使っているところが多く、それは明らかに持続可能ではない。

なお、自然と人為的要因の両方による気候の変動・変化もあるので、 更新される水資源の量は一定とは限らない。 変化の予測に不確かさがあることも考慮し、適応の幅を広げておくことが必要である。

世界水資源アセスメント

20世紀末ごろ、人類の水利用量が利用可能量の限界に近づいているという認識に もとづいて、それを具体的に評価する研究が活発になった。 ロシア国立水文研究所 (SHIKLOMANOV & RODDA, 2003)、 アメリカ合衆国のNew Hampshire大学やドイツのKassel大学の仕事もあるが、 ここでは東京大学生産技術研究所の沖研究室 (2002年度まで虫明・沖研究室、2008年度までは沖・鼎研究室)の 仕事を紹介する。 データや図は http://hydro.iis.u-tokyo.ac.jp/GW/にまとめられている (大部分英語)。 現在(1995年)についての評価はOKI et al. (2001)、 将来(2050年)についての評価はOKI et al. (2003)として論文になっている (PDFファイルが上記サイトにある)。

水資源を考えるうえでは、季節変化、年々変動、 さらにもっと短い時間スケールでの変動も重要である。 しかし、第1段階としては、年々変動をならした年平均の水の需要供給を考える。 空間的には、地図として見たり、気候モデルと関連づける便宜から、 緯度経度0.5度のます目ごとに考える。

ここで問題にする水資源は、水のflowであり、stockではない。 数量としては、単位時間あたりの質量(の移動量)を問題にする。 便宜上、標準の密度 1 g/cm3を使って、 単位時間あたりの体積の形(たとえば単位m3/年)で書かれることが多い。

需要側は、取水量(W)を考える。 OKI et al. (2001)では、World Resources Instituteがまとめた統計を使っている。 ただしこれは国別なので、ます目ごとの値は、 他の社会情報と組み合わせて推定する必要がある。 人口に関してはCIESIN (アメリカ合衆国Columbia大学にある)がまとめたデータを使い、 灌漑に関しては、Kassel大学のプロジェクトによる灌漑地分布のデータを使って水需要量を独自に計算している。

供給側は、水資源賦存量(water availability, Q)と呼んでいるが、 実質的には、河川流量を考える。 地下水は、持続可能でないか、あるいは補給量がよくわからないものが多いので、 勘定に入れない。 流量が観測されているか、またそのデータが公開されているかは 国によってまちまちであり、世界の陸地全体をカバーはしていない。 また、ここでほしいのは実際の流量よりはむしろ、 取水を行なう前の流量の推定値である。

沖氏のグループを含む世界の多くの研究グループが参加して、 GSWP (全球土壌水分プロジェクト, http://www.iges.org/gswp/) というプロジェクトが行なわれた。 降水量、地上気温・湿度・風速、地表での下向き放射などの気象データを 共通に用意し、 植生・土壌層の水やエネルギーのやりとりを表現する各研究グループの数値モデルによって、 土壌水分などの変数をシミュレートするものである。

GSWPでは、緯度経度1度格子の各ます目からの流出量も計算される。 OKI et al. (2001)では、 1987-1988の2年間を対象としたGSWP第1期の計算結果の流出量の値を使い、 沖氏たちが作成した河道流出モデルTRIPを使って河川流量に変換している。 その後、1986-1995の10年間を対象としたGSWP第2期が行なわれ、 それを使って水資源アセスメントも再計算が進められている。

このほかに、地域によっては、海水などの塩分を含む水からの 脱塩(desalinization)による淡水の供給(S)が重要である。 (これは、水についてでなくエネルギー資源について考えると、 多くは化石燃料を使っているので、長期的に持続可能とは考えにくい。 しかし、現在の水利用には影響を与えていることは確かである。)

水の希少性の指標(water scarcity index)は 需要を供給で割った比であり、 それが大きいほど、社会は水資源に関して苦しい状況にある、 つまり、水ストレス(water stress)が大きい、ということになるが、 実際には脱塩も考慮に入れて、(W - S)/Q という比率を計算している。

将来の予測には、 流出量と取水量の両方の予測が必要である。 OKI et al. (2003)では、 それぞれ、東京大学気候システム研究センターと国立環境研究所の気候モデルと、 国立環境研究所と京都大学の気候変化を考慮した水需要モデルによる、 予測型シミュレーションの結果を使っている。

仮想水(virtual water)

日本は多くの財を輸入している。 金額はともかく質量で見れば大幅な輸入超過である。 輸入される財のうちには、農産物など、外国で水を利用してつくられているものが多い。 仮想水とは、自国(ここでは日本)の経済活動が外国の水需給に影響を与えていることを勘定に入れるための一つの考え方で、 輸入される財を仮に自国内で生産したとすればどれだけの水が必要かを数える。 東京大学の沖氏たちによる計算結果は、高橋(2003)などあちこちに引用されているが、 その後改訂されている。 http://hydro.iis.u-tokyo.ac.jp/の下のvirtual waterのページ (日本語)を参照。

また、自国内で生産したと想定せず、 実際に使われる水の量を数える考えかたもある。 沖氏のグループではこの場合は「仮想水」ではなくwater footprintと呼んでいる 【[2023-10-26 補足] (沖, 2016 参照)】。

人間活動がどれだけ天然資源・環境を使っているかについては、 動かされた物質の質量に注目した シュミット=ブレーク (新しい本をあげるとSCHMIDT-BLEEK 2004、ただしこの本は事例集で話題はさまざま)の「エコリュックサック」や、 必要となる土地面積に注目した WACKERNAGEL & REES (1996) のecological footprintなどの考えかたもある。 仮想水は、そのうち水という切り口で見える部分に注目したものとも言える。

文献

2006-06-26, 更新 2007-10-07, 2009-04-11, 2014-07-09, 2023-10-26
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)
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