氏名　劉　景時
学位の種類　博士（工学）
学位記番号　博甲第271号
学位授与の日付　平成15年3月25日
学位論文題目　Analysis of hydrological features of a mountainous basin covered with the frozen ground　（凍土帯を含む山地流域の水文流出特性解析）
論文審査委員
　主査　教授　早川　典生
　副査　教授　福島　祐介
　副査　教授　向井　幸男
　副査　助教授　細山田　得三
　副査　富山大学教授　川田　邦夫

• 論文目次
• 論文要旨

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CONTENTS

Chapter1　General Introduction
1.1 Back ground　p.1
1.2 Significance　p.5
1.3 Objectives　p.12

Chapter2　Precipitation interpolation using spatial model and water bakance in mountainous watershed based on GIS and the DEM　p.13
2.1 Introduction　p.14
2.2 Studied area　p.16
2.3 Spatial model of precipitation　p.21
2.4 Analysis of water balance　p.24
2.5 Summary

Chapter3　Application of Distributed Hydrological Model to a mountainous watershed under a cold Climate
3.1 Introduction　p.25
3.2 Introduction of hydrological data　p.28
3.3 Distributed Hydrological Model　p.33
3.4 Results and discussion　p.39
3.5 Summary　p.44

Chapter4　THydrological Pesponse of winter streamflow to climate change and degradation of frozen ground
4.1 Introduction　p.45
4.2 Studied area　p.45
4.3 Climate change in recent 40 years　p.48
4.4 Hydrological responses　p.50
4.5 Geocryological responeses　p.52
　4.5.1 Degradation of the frozen ground　p.52
　4.5.2 Responeses of the ground temperature　p.55
4.6 Summary　p.57

Chapter5　Correlations Between Winter Streamflow and Temperature and Thickness of the Active-layer in Permafrostr Region
5.1 Introduction　p.58
5.2 Research area　p.58
5.3 Climate in recent 40 years　p.62
5.4 Winter streamflows　p.64
5.5 Thickness of the active-layer　p.67
5.6 Correlations between hydrological and geocryological variables　p.70
5.7 Summary　p.74

Chapter6　Conclusion　p.75
Acknowledgement　p.78
References　p.79

水資源不足の問題あるいは地球環境においてグローバルな水・熱循環の理解が必要である。Sの意味において、陸域－水圏－大気の間での水と熱のフローの研究における陸域水文過程のモデリグの研究が必要である。　このような問題を考える上で、水が雪、氷および凍土のように固体として存在しうる地域である寒冷圏における陸域水文プロセスの理解は極めて重要であると言える。
　第二～三章においては、地理情報システムの数値標高データより年月日スケールの降水量補間の"空間モデル"を構築する、それによりモデル流域の水収支を評価する。流域内の降水量の推定精度の良し悪しは水文的な予測と計算の精度に大きく影響を及ぼす。特に降水分布の極めて不均一な山地流域においては推定精度の向上が望まれている。地理情報システム（GIS）に基づく数値標高モデル（DEM）と分布型流出モデルにおいて、降水の空間分布の解析を行い、"空間モデル"を導入することにより、補間精度を向上させ得ることを示す。この空間モデルを従来からよく用いられているティーセン法と比較するために、日、月、年間の地域平均降水量について評価した。その結果、ティーセン法による日、月、年間の流域平均降水量は空間モデルのそれに比べ、それぞれ40-190％、14-40％、17-28％過小評価されていることが分かった。したがって、洪水予測に用いられる水文モデルにおける流域貯留は、観測された河川流量と一致させるために大きく過大評価されることになる。月単位の水収支が、高地にある二つの小流域における降水量分布の有効性の実証に利用され、蒸発を考慮に入れなくても月の流出高が時々降水量を大きく上回ることが示された。さらに夏季の降水を貯留した湿潤な土が、土壌の凍結期である10月11月にその貯留水を排出することを示した。
　第三章では、寒冷地の山岳流域に分布型流出モデルを適用した。数値標高モドル（DEM）にづく分布型流出モデルにおいて、降雨量と蒸発量の空間分布の解析を行い、"空間モデル"を導入することにより、補間精度を向上させることができる事を示した。空間モデルによる結果を降水量の標高依存性を取り入れないティーセン法の結果と比較した。
　第四～五章は、中国東北の温暖化-凍土域減少と冬季河川流への影響を検討した。寒冷地流域内の土壌の凍結深の推定精度の良し悪しは地下水文的な予測と計算の精度に大きく影響を及ぼす。厳冬で知られる中国東北部では1990年代に1.4℃もの年平均気温の上昇があった。その結果、この地域の季節凍土の凍結深に大きな変化があり、それがひいては冬季河川流に大きな影響を及ぼした事を示した。この地域の拉林川（北緯45度5,624km2）の過去40年間（1958-1998）の水文気象および凍土データを解析してこれらの関係を明らかにした。すなわち凍結深を年間気温、凍結土壌の温度であらわす統計的なモデルを構築した。1990年代には冬季気温の2.8℃もの上昇により、凍結深の厚さは30－40センチ減少したことが明らかになった。これに呼応して冬季河川流は30－40％増加したことが確認できた。この河川流増加は凍結深の深層1.6m以深の地下水により供給されたものと結論付けられた。　温暖化－凍土域減少－冬季河川流増加の相関関係の解析については、永久凍土区の土壌の活動層の推定モデルが地下水文的な予測と計算の精度向上に資する。中国東北部の1990年代の年平均気温の上昇により、この地域の永久凍土の活動層に大きな変化があり、それがひいては冬季河川流に大きな影響を及ぼしたと思われる。本章ではこの地域の大流域甘川（北緯50度、面積19,540km2）の過去40年間（1958-1998）の水文気象および凍土データを解析してこれらの相関関係をつくにすることを試みた。活動層の厚さと冬季河川流、および3月流量を冬季気温と活動層の温度であらわす統計的なモデルを構築した。1990年代活動層厚さ増に呼応して、冬季河川流量、特に3月流量は1960-1980年代より80－100％増加したことが確認できた。