池淵 周一、椎葉 充晴、宝 馨、立川 康人 (2006) エース 水文学

  • 池淵 周一、椎葉 充晴、宝 馨、立川 康人, 2006: エース 水文学 (エース土木工学シリーズ)。朝倉書店, 201 pp. ISBN 978-4-254-26478-4. 定価 3600+税。

2008年、気候・水文の数理モデルに関する大学の授業を担当することになって[教材ページ]、近ごろの研究で使われている水文モデルの基礎となる概念について、手持ちの水文学の教科書では不満があったので、本屋をさがしたら、これがあった。

水文学者はいろいろな学問分科に属しているが、本書の著者たちは土木工学に属している。土木工学での水文過程の扱いは、かつてはブラックボックス的なモデルのパラメータを経験的に決めて使うものが多かったが、本書は基礎的物理過程に基づき観測や計算の能力も考慮して現実的な近似をしたモデルを使う考え方を示している。(本書を読んだだけでモデルが使えるわけではないが、この先は具体的な計算機プログラムやデータを使った演習になるのだろう。)

本書では人間による水利用は直接に扱わず、自然界の水循環過程を対象としている。また、対象は水そのものの(質量の)動きであり、水にとけているものの動きつまり水質の問題は扱っていない。

陸上の水文過程について、河川ばかりでなく積雪・土壌水分・斜面をも扱っている。生物過程の扱いは詳しくないが、植物の葉による蒸散と降水遮断の大づかみな扱いかたが示されている。また、降水過程と、蒸発散を含む陸面大気間の熱・水交換過程について、どちらかといえば気象学の領域に属する話題に踏みこんで解説している。

章の表題と執筆担当者は次のとおり。
1. 水文学とは /池淵
2. 地球上の水の分布と放射 /池淵
3. 降水 /池淵
4. 蒸発散 /立川
5. 積雪・融雪 /池淵
6. 降水遮断・浸透 /立川
7. 斜面流出 /椎葉
8. 河道網構造と河道流 /立川
9. 流出モデル /立川
10. 降雨と洪水のリアルタイム予測 /宝
11. 水文量の確率統計解析 /宝

折り返しの先に詳しい目次をつける。

目次
[まえがき i-ii]
[目次]
1. 水文学とは 1 /池淵
– 1.1 水文学の定義 1
– 1.2 多様な水文学 2
– 1.3 流域水循環を扱う水文学 3
2. 地球上の水の分布と放射 7 /池淵
– 2.1 地球上の水の量 7
– 2.2 地球上の水の循環 8
– 2.3 地球大気の鉛直プロファイル 9
– 2.4 日射と大気放射 10
– – 2.4.1 黒体放射とプランクの法則 10
– – 2.4.2 短波放射(日射)と長波放射(大気放射) 10
– – 2.4.3 地球大気による吸収 11
– – 2.4.4 温室効果 13
– – 2.4.5 地球の熱収支 14
– 2.5 衛星リモートセンシングによる地球観測 15
– – 2.5.1 衛星リモートセンシング 15
– – 2.5.2 人工衛星データによるグローバルな植生分布 16
– 2.6 水・熱循環の結合 17
3. 降水 21 /池淵
– 3.1 水文学における降水過程の役割 21
– 3.2 大気現象のスケール 23
– 3.3 降水の分類 25
– 3.4 降水のメカニズム 26
– – 3.4.1 大気の上昇機構 26
– – 3.4.2 降水・雲物理過程 29
– 3.5 降水の数値モデル 31
– – 3.5.1 数値気象モデル 32
– – 3.5.2 数値気象モデルの具体例 33
– 3.6 降水の観測 36
– – 3.6.1 地上雨量計による降水観測 36
– – 3.6.2 レーダによる降水観測 37
– – 3.6.3 その他のレーダ観測 40
4. 蒸発散 43 /立川
– 4.1 蒸発散を支配する物理的要因 43
– 4.2 地表面における熱収支 44
– – 4.2.1 地表面が受ける放射エネルギー 44
– – 4.2.2 純放射量の分配 46
– 4.3 地表面付近の風と乱流拡散係数を用いた地表面フラックスの表現 47
– – 4.3.1 地表面付近の風と運動量の輸送 47
– – 4.3.2 乱流拡散係数を用いた顕熱輸送量・水蒸気輸送量の表現方法 52
– 4.4 蒸発散量の測定方法 54
– – 4.4.1 渦相関法 55
– – 4.4.2 空気力学的方法 55
– – 4.4.3 バルク法 57
– – 4.4.4 熱収支法 58
– – 4.4.5 水収支法 59
– 4.5 蒸発散量の推定法 60
– – 4.5.1 組み合わせ法 (Penman法) 60
– – 4.5.2 Penman-Monteith式 62
– – 4.5.3 経験式を用いる方法 63
– – 4.5.4 蒸発計を用いる方法 64
– 4.6 代表的な地表面における蒸発散特性 64
5. 積雪・融雪 67 /池淵
– 5.1 積雪・融雪と河川流出 67
– 5.2 積雪観測 67
– 5.3 積雪の高度分布 70
– 5.4 積雪面における熱収支と融雪 71
– 5.5 積算気温による融雪量の推定 73
– 5.6 積雪・融雪・流出モデルによる融雪量の推定 74
– – 5.6.1 モデルの各部の説明 75
– – 5.6.2 モデルの適用例 79
6. 降水遮断・浸透 81 /立川
– 6.1 降水遮断 81
– – 6.1.1 遮断量の推定 81
– – 6.1.2 降水遮断のモデル化 82
– 6.2 浸透 83
– – 6.2.1 土層中の水分状態 83
– – 6.2.2 不飽和浸透の基礎式 84
– – 6.2.3 浸透能式 87
– – 6.2.4 浸透能式の実際の場への適用 89
– 6.3 水循環のモデル化から見た降水遮断・浸透の過程 90
– – 6.3.1 降水遮断 90
– – 6.3.2 浸透 91
7. 斜面流出 93 /椎葉
– 7.1 流出過程 93
– 7.2 水文流出系におけるキネマティックウェーブ理論 95
– – 7.2.1 開水路流れの基礎方程式とキネマティックウェーブ近似 95
– – 7.2.2 キネマティックウェーブモデルの解法 97
– 7.3 山腹斜面系のモデル化 101
– – 7.3.1 中間流・地表面流の統合 102
– – 7.3.2 地形形状効果の導入 103
– – 7.3.3 裸地域からの表面流出と中間流出 107
8. 河道網構造と河道流 111 /立川
– 8.1 河道網構造1 111
– – 8.1.1 流域形状と流出特性 111
– – 8.1.2 位数理論と地形則 112
– – 8.1.3 河道網の数理表現と流出システム 113
– 8.2 河道流れの数理モデル 116
– – 8.2.1 貯水池モデル 117
– – 8.2.2 マスキンガム法 118
– – 8.2.3 キネマティックウェーブ法 119
– – 8.2.4 マスキンガム – クンジ法 120
– – 8.2.5 ダイナミックウェーブ法 122
9. 流出モデル 125 /立川
– 9.1 流出モデルの目的 125
– 9.2 分布型流出モデルの構成 26
– – 9.2.1 流域地形の数理表現と分布型流出モデル 127
– – 9.2.2 グリッドモデルを用いた1次元分布型流出モデル 129
– – 9.2.3 グリッドモデルを用いた流域一体型3次元流出モデル 131
– 9.3 陸面水文過程モデル 132
– 9.4 大河川流域への展開 134
– 9.5 流出モデルの課題と今後の展開 136
– – 9.5.1 スケールに関する問題 136
– – 9.5.2 モデルパラメータに関する問題 137
– – 9.5.3 予測の不確かさの評価 138
– – 9.5.4 人間活動による流水制御・水利用の影響を取り入れた水循環予測システム 138
10. 降雨と洪水のリアルタイム予測 143 /宝
– 10.1 降雨予測の方法 143
– 10.2 洪水流出のリアルタイム予測の方法 145
– – 10.2.1 我が国の洪水予報システム 145
– – 10.2.2 洪水予測の手順 147
– – 10.2.3 状態空間型システムモデルとKalmanフィルタ 149
– – 10.2.4 洪水の確率過程的予測 150
– 10.3 河川情報システムと洪水予報 152
– – 10.3.1 河川情報システム 153
– – 10.3.2 洪水予報 154
– – 10.3.3 予測情報を活用した高度な水管理 156
11. 水文量の確率統計解析 159 /宝
– 11.1 河川計画と確率論的アプローチ 159
– 11.2 水文量とその確率評価 161
– – 11.2.1 いろいろな水文量と観測データ 161
– – 11.2.2 極値水文量と水文統計学の応用 161
– – 11.2.3 確率で生起特性を考える 162
– – 11.2.4 確率統計学的な方法と確率分布 163
– – 11.2.5 超過・非超過確率とリターンピリオド 165
– 11.3 水文頻度解析の手順 167
– – 11.3.1 水文頻度解析に用いる確率分布と母数推定法 168
– – 11.3.2 図式推定法(確率紙)による確率分布の当てはめ 172
– – 11.3.3 適合度の客観的評価規準 175
– 11.4 確率水文量の不確定性の定量化 177
– – 11.4.1 確率水文量の推定精度 177
– – 11.4.2 ジャックナイフ法とブートストラップ法 177
– – 11.4.3 リサンプリング手法による確率水文量の推定精度評価 179
付録A 準線型偏微分方程式の解法 182 /椎葉
付録B 強制復元法による地中温度の計算 184 /椎葉
付録C 代表的な流出モデル 188 /立川
索引 199[-201]

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