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流域の水利用可能量推定を改善する水齢予測手法 (Predicting Water Age to Improve Estimates of Water Availability Within Watersheds)

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2026-08-18 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

米国エネルギー省パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)の研究チームは、流域内の水資源量をより正確に評価するため、水の滞留時間を示す「水齢(water age)」の予測手法を開発した。水齢は、降水が地下水や河川水として流域内を移動し、最終的に流出するまでの時間を表す指標であり、水資源の利用可能量や干ばつへの耐性を理解する上で重要である。研究では、水文学モデルと観測データを組み合わせ、水齢の空間的・時間的変動を推定する手法を構築した。その結果、水齢を考慮することで、従来モデルよりも流域内の水の貯留・供給能力を高精度に評価できることが示された。これは気候変動や極端気象の影響を受ける地域において、水資源管理や将来予測の精度向上に役立つ。また、地下水と地表水の相互作用や流域の回復力評価にも応用できる知見を提供している。

<関連情報>

水追跡機能を備えた水文モデルにおける水の移動時間と水文トレーサーの動態を推定するための逐次降水入力タグ付け(SPIT) Sequential Precipitation Input Tagging (SPIT) to Estimate Water Transit Times and Hydrologic Tracer Dynamics Within Water-Tagging Enabled Hydrologic Models

Zachariah Butler, Stephen Good, Huancui Hu, Xingyuan Chen, Aubrey Dugger
Journal Advances in Modeling Earth Systems  Published: 16 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1029/2024MS004765

Abstract

Determining the age distribution of water exiting a catchment is important for understanding groundwater storage and mixing. New water-tagging capabilities within models track precipitation events as they move through simulated storages, yet forward modeling of individual events may not systematically capture the full transit time distribution (TTD). Here, we present a “sequential precipitation input tagging” (SPIT) framework to tag all input precipitation at regular intervals during extended model simulations. Monthly tags over 7 years were applied at six National Ecological Observatory Network sites to calculate TTDs and derive mean virtual tracer age,TV, fractions of young water, Fyw, and hydrologic tracer concentrations (water isotopes δ18O and δ2H) within a tagging enabled version of the Weather Research and Forecast hydrologic model (WRF-Hydro). Throughout seven simulation years, the fraction of simulated discharge derived from tagged events, Ftag, increased each year, with the final year’s Ftag ranging from 66% to 100% and highlights the need to apply SPIT over many years to understand TTDs. When the Ftag was >75%, simulated TV ranged 179–923 days and Fyw 0.6%–23.9%, with daily values exhibiting a power-law relationship with precipitation, discharge, and groundwater. Through implementation of SPIT, we find this hydrologic model configuration performs poorly in estimation of TV and Fyw (root mean squared error of 469 days and 14.4% respectively), suggesting it misrepresents subsurface mixing. Thus, the SPIT framework provides a reproducible approach to calculate watershed transit times within tagging enabled models and thereby assess and improve representation of hydrologic processes.

0904河川砂防及び海岸海洋
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