CE-QUAL-W2 / Reservoir / Eutrophication / Python

ダム貯水池
鉛直2次元富栄養化モデル

CE-QUAL-W2を計算エンジンとして使い、Pythonで入力データ作成、実行管理、後処理、観測値比較、対策ケース比較を行うデモです。 水温成層、底層貧酸素、リン内部負荷、Chl-a、選択取水、曝気循環などの評価に使う構成を示します。

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CE-QUAL-W2とPythonの処理フロー

Overview

CE-QUAL-W2 + Pythonで行う検討

CE-QUAL-W2は、細長い貯水池で重要になる縦断方向と鉛直方向の変化を扱いやすいモデルです。 Pythonを組み合わせることで、実ダムの時系列データ整形、入力ファイル作成、複数ケース実行、グラフ作成、キャリブレーションを一連の処理として管理できます。

縦断・鉛直2次元

貯水池を上流から堤体方向と水深方向の2次元断面として扱い、成層、流入水の潜り込み、選択取水の影響を説明できます。

富栄養化過程

水温、DO、栄養塩、Chl-a、底泥からのリン溶出などを組み合わせ、アオコ・貧酸素・内部負荷の評価に利用します。

Python自動化

Pythonで入力作成、CE-QUAL-W2実行、結果読込、観測値比較、対策ケース図化までを自動化する構成にできます。

Demo Result Figures

サンプル図

実際のCE-QUAL-W2結果ではなく、デモ説明用の人工貯水池データから作成した図です。 実務では、CE-QUAL-W2の出力をPythonで読み込み、同じ構成の報告書用図へ差し替えます。

CE-QUAL-W2用の貯水池縦断・鉛直メッシュ図
1. 貯水池の縦断・鉛直メッシュ 上流から堤体までの縦断方向と、水深方向の鉛直レイヤーを組み合わせた横断平均2次元モデルの概念図です。
夏季水温成層と流入水潜り込みのサンプル図
2. 夏季水温成層と流入水の潜り込み 表層の高水温、底層の低水温、中層への流入水潜り込みを示し、水温キャリブレーションで確認する代表図です。
底層DO低下とPO4-P内部負荷のサンプル図
3. 底層DO低下・PO4-P内部負荷 夏季成層下で底層DOが低下し、貧酸素化に伴ってPO4-Pが底層で上昇するイメージを示しています。
Chl-a分布と富栄養化リスク区分のサンプル図
4. Chl-a分布・富栄養化リスク 表層付近のChl-a濃度と、濃度に基づくリスク区分を断面図として整理したサンプルです。
負荷削減、選択取水、曝気循環の対策ケース比較図
5. 対策ケース比較 T-P負荷削減、選択取水、深層曝気などの対策ケースを、表層Chl-aと底層DOの時系列で比較します。
CE-QUAL-W2とPythonを組み合わせた解析ワークフロー
6. CE-QUAL-W2 + Python処理フロー Pythonで入力作成・実行管理・後処理・キャリブレーション・シナリオ比較を行う全体フローです。

Input

入力データ

  • 貯水池の縦断・鉛直メッシュ、容量曲線、取水口・放流口標高
  • 流入量、放流量、流入水温、気象データ
  • 流入T-N/T-P、NH4-N、NO3-N、PO4-P、SS、COD/BOD
  • 水温・DO・Chl-a・栄養塩の鉛直観測データ
  • 底泥酸素消費、リン溶出、曝気・選択取水などの対策条件

Output

出力結果

  • 水温成層、流入水潜り込み、放流水温
  • 底層DO低下、貧酸素範囲、底泥酸素消費
  • Chl-a分布、アオコリスク、栄養塩分布
  • 負荷削減、選択取水、曝気循環などの対策効果比較
  • 報告書用PNG、CSV、QGIS/Web表示用データ

Workflow

実務適用の流れ

  • 水収支と水位の再現確認
  • 水温成層のキャリブレーション
  • DO、底泥酸素消費、栄養塩の調整
  • Chl-a、藻類、対策ケースの比較

Python Source Sample

Pythonソースサンプル

以下は scripts/cequalw2_python_workflow_sample.py の内容です。 CE-QUAL-W2本体は同梱していませんが、Pythonでケース作成・実行管理・後処理を行う基本構成を示しています。

scripts/cequalw2_python_workflow_sample.py Python

cequalw2_python_workflow_sample.py をダウンロード

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References

公式リンク・マニュアル

このページのデモはPython連携の説明用です。実際のCE-QUAL-W2実行では、公式配布ファイル、ユーザーマニュアル、入力ファイル仕様、事例データを確認してください。

CE-QUAL-W2公式サイト Version 4.5 User Manual Part 1 PDF USACEモデル概要 CE-QUAL-W2概要ページ

Note

実務適用時の注意

このページはCE-QUAL-W2 + Python連携の説明用デモです。実務では、公式のCE-QUAL-W2実行ファイル、対象ダムの断面・容量曲線、 流入・放流・気象・水質観測データを用意し、水温、DO、栄養塩、Chl-aの順に段階的にキャリブレーションしてください。