What is Hydrology?
水文学とは
水文学とは、地球上の水がどこから来て、どこへ流れ、どのように貯留・蒸発・浸透・流出するかを扱う学問です。対象は、雨や雪などの降水、地表面を流れる水、地下にしみ込む水、河川や湖沼に集まる水、大気へ戻る蒸発散まで広がります。
実務での水文学は、単に水循環を説明するだけではありません。雨量観測、流量観測、地形、土地利用、土壌、河道条件などのデータを組み合わせて、洪水流量、流域からの流出量、渇水時の水資源量、設計雨量、内水・外水氾濫の危険度などを定量的に評価します。
水文解析では、観測データをそのまま眺めるだけでなく、目的に応じて「降雨を流出に変換する」「上流の流量を下流へ伝播させる」「流域ごとの雨量を集計する」「確率統計により計画規模を評価する」といった処理を行います。そのため、表計算、統計処理、時系列解析、GIS、数値モデルを組み合わせて考えることが重要です。
水文学で扱う主な要素
| 要素 | 内容 | 解析での役割 |
|---|---|---|
| 降水 | 雨・雪・降雨強度・累加雨量 | 流出解析や設計外力の入力条件になります。 |
| 浸透 | 地表から土壌へ入る水 | 有効雨量や表面流出量を左右します。 |
| 蒸発散 | 水面・地表・植物から大気へ戻る水 | 長期水収支や水資源評価で重要です。 |
| 流出 | 斜面・地表・地下を通って河川へ集まる水 | 洪水ハイドログラフやピーク流量を求めます。 |
| 河道流 | 河川を流下する水 | 河道追跡、氾濫解析、水位評価につながります。 |
| 地形・流域 | DEM、流域界、流路、勾配、集水面積 | 水が集まる範囲と流れやすさを決めます。 |
Practical View
水文学と水文解析の違い
水文学
水循環そのものを理解するための学問です。降雨、蒸発散、浸透、地下水、河川流、湖沼、流域応答などを対象に、自然現象としての水の動きを説明します。
水文解析
水文学の考え方を使って、観測データや地形データから必要な数値を求める実務的な作業です。洪水流量、面雨量、流出量、再現期間、計画高水流量などを評価します。
空間解析・モデル化
DEM、流域界、土地利用、河道データを使い、流向、集水面積、流域平均雨量、分布型流出モデルなどへ展開します。防災・河川計画・砂防計画で特に重要です。
このトップページでは、水文学を「水循環を理解するための基本」として整理し、以降のページでは降雨解析、流出解析、浸透、河道追跡、統計、GIS へ分けて学べる構成にしています。
Concept
このサイトの方針
参考資料では、水文分野でよく使う例題として、水蒸気圧、降水、降雨、蒸発、浸透、表面水、Muskingum 法、統計、空間データ、入出力が扱われています。本サイトではそれらの章立てを参考にしつつ、Python 文法の説明ではなく、水文解析の基本概念を日本語の学習サイトとして再構成しています。
Python は無償で利用できる言語ですが、このサイトでは「Python 入門」ではなく、解析の考え方、データ、図化、実務フローを中心に扱います。
Workflow
水文解析の基本フロー
Reference Links
水文学・水文解析の参考リンク集
水文解析の学習、雨量・水位データの確認、流域・河川・標高データの取得、流出モデルの理解に役立つ公式サイトを中心にまとめています。
国土交通省 川の防災情報
雨量、水位、河川カメラ、ダム、洪水予報、レーダ雨量など、水災害に関する情報を確認できます。
水文データ国土交通省 水文水質データベース
雨量、水位、流量、水質、地下水位、積雪深など、河川管理で使う観測データの確認に使います。
気象データ気象庁 過去の気象データ・ダウンロード
観測地点、項目、期間を指定して、降水量などの気象データをCSV形式で取得できます。
気象統計気象庁 過去の気象データ検索
地点別・年月日別の気象統計値を確認し、雨量時系列や平年値確認の入口として利用できます。
河川GIS国土数値情報 河川データ
河川中心線や河川名などのGISデータを入手でき、流域図・河川網図・解析用背景データに使えます。
流域GIS国土数値情報 流域メッシュデータ
100mメッシュ単位で河川流域界に関する情報を扱うデータで、広域の流域整理に役立ちます。
DEM国土地理院 基盤地図情報ダウンロードサービス
基盤地図情報の基本項目や数値標高モデルを取得でき、流向・集水面積・流域解析の基礎データになります。
海外データUSGS Water Data for the Nation
米国の流量、水位、地下水、水質、降水などの観測データを参照できる水文データポータルです。
確率雨量NOAA Precipitation Frequency Data Server
地点を指定して降水頻度・確率雨量に関する情報を確認でき、設計雨量の考え方の参考になります。
流出モデルUSACE HEC-HMS
降雨流出過程を扱う代表的な水文モデルで、流域モデル化、洪水流出、貯留施設検討などの学習に適しています。
Contact
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Pythonサンプル、水文解析の学習、GIS・DEMデータを使った流域解析、業務向けのカスタマイズなどについて相談できます。