東京大学生産技術研究所（併任）

総合地球環境学研究所（本務）地球フロンティア研究システム

沖　大幹

世界の水危機、日本の水問題

日本人はどの位水を使ってる ?

都会全体では約 330 l/ 人・日（散水、噴水、病院、…） 飲み水は 2 ～ 3 l/ 人・日

風呂、トイレ、炊事、洗濯 全部洗浄用 !!

「水を使うことは水に汚れを運んでもらうこと」

家庭での水利用 250 l/ 人・日 ( 東京都平成 10 年度 )

風呂 (65 l/ 人・日 )

トイレ (60 l/ 人・日 )炊事 (55 l/ 人・日 )

洗濯 (50 l/ 人・日 )

• 日本の統計だけだと、生活用水の 3 ～ 4 倍 国内だけを考えていれば良いのか ?

農業用水はどの位使っている ?

食料の移動が大量の

「目に見えない水 “ Virtual Water” 」

仮想水の移動を引き起こしている！

NO ！

生活用水だけ考えれば良いのか ?

• モノの生産には「水」が必ず使われている

ごはん： 0.26kg×0.4×7,800(l/kg ）≒ 811㍑具材　 ： 0.085kg×100,000 (l/kg ）≒ 8,500㍑

合計： 811+8,500 ＝ 9,311 リットル≒9.3m3

水資源何m3 ？

例えば…牛丼並盛 1 杯に 水資源が何m3 必要 ? ・ごはん： 26

0g・具材　 :85g

水消費原単位の算定水消費原単位の算定あるモノ単位量あたりの生産に必要な水資源量

１ｋｇの小麦を作るのに水何ｍ 3 必要 ?

三宅基文君東京大学工学部土木工学科卒業論文

2002 年 3 月

水消費原単位の算出例　水消費原単位の算出例　－日本における水稲のケース－日本における水稲のケース－－

日本における水稲の適切灌漑量：減水深　 0.025m/ 日　　　　　　〃　　　　　　灌漑期間　： 110 日　　　　　　〃　　　　　　 1ha あたりの収穫量： 5.35t 　 　以上より、日本における水稲（精米前）の水消費原単位は

0.025(m/日 )×10000(m2)×110(日 )÷5.35(t)≒5100(m3/t)・光合成量からの算出も試みたが、光合成に必要な水の量は、　　　　蒸散量のわずかに 0.1 ％程度

・この値は、植物が生育期間中に吸い上げた水量（要水量）より 　はるかに大きい。（水稲風乾物 1g の要水量： 200~400 ）　　←要水量には、蒸発や土壌浸透で失われる水量は含まれない！ 要水量をはるかに上回る水を投入しないとならない

水消費原単位の算定　ー農作物ー

01,000

2,000

3,0004,000

5,000

6,0007,000

8,000

水消費原単位

　　　　　　 米 　とうもろこし　　 小　　 麦　 　　 大豆

精米後 精米前

粒のみ 皮芯付小麦粉 飼料用 精製前(m3/t)

5100

2000800

45003700

32003400

7800　

主要穀物の水消費原単位

仮想水フロー　－農作物ー

354

2238

50

その他： 22 　　　　　　

日本国内の年間農業用水使用量： 590 億ｍ３

/ 年

総輸入量： 486億m3/年

水消費原単位の算定　ー畜産物ー

72,300

7,950

11,000

4,900

3,200

100,000

0 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000

牛（枝肉）

牛（正肉）

豚（枝肉）

豚（正肉）

鶏（正肉）

小麦

牛肉は大量の水資源が濃縮され

た産物

主要畜産物の水消費原単位

(m3/t)

4

242

218

10

15

5

5

仮想水フロー　ー畜産物ー

その他： 40

総輸入量： 539 億m3/年

0.73.30.7

6.2 1.6

0.5

2.60.1

1.8

0.1

0.1その他： 3.0　

その他： 5.4　　

輸出 輸入

仮想水フロー　－工業製品ー日本国内の年間工業用水使用量： 120 億ｍ３

/ 年

総輸出量： 16億m3/年

総輸入量： 10億m3/年

54

596

256

10

15

5

27

その他： 72 　　　　　　　　　　

日本国内の年間水資源使用量： 890 億ｍ３ /年

総輸入量： 1,035億m3/年

日本の仮想水総輸入量　

日本の仮想水輸入量品目別シェア

18.6%

45.3%

4.3%

16.0%

12.4%牛肉45.3%

小麦

とうもろこし

大豆

豚肉

Virtual Water を考えると…

日本人が 1 人あたり年間に使っている水量は…•飲む水： 約１ｍ 3/ 年 人･•家庭用水： 約 120 ｍ 3/ 年 人･•工業用水： 約 120 ｍ 3/ 年 人･•国内の農業用水： 約 500 ｍ 3/ 年 人･•海外の農業用水： 約 800 ｍ 3/ 年 人･

合計約～１，５００ｍ 3/ 年 人･ 日本の水資源問題を考えるときには、　　　　　　世界の水資源問題にも目を向ける必要あり。

農業での水資源利用と土地利用とカロリー供給穀物 水消費原単位 収量 熱量 水消費熱原単位

( )その状態 (m3/kg) (t/ha) (kcal/g) (l/kcal)(米 穀粒・精白米） 7.8 5.4 3.56 2.19

とうもろこし（玄穀） 2.0 7.0 3.50 0.57小麦（薄力粉） 4.5 2.6 3.68 1.22大豆（乾燥） 3.4 2.2 4.17 0.82

穀物 必要土地面積 必要土地面積 必要水柱高( )その状態 (m2/1000kcal) (m2/ t) (mm)(米 穀粒・精白米） 0.52 2,900 2,700

とうもろこし（玄穀） 0.41 3,600 560小麦（薄力粉） 1.05 5,500 820大豆（乾燥） 1.09 4,800 710

ー日本の食糧を賄う海外土地資源ー

青 : 農業生産紫：畜産用飼料生産

単位：万 ha

　　農作物換算量　　単位面積あたり収量

で算出 ：飼料用穀物の栽培面積も算出

土地面積合計： 1,693万 ha 　 （日本国内農地面積の 4 倍；国土の半分！）

人口増加

エネルギー消費 食糧生産

気候変動 環境汚染

有限の自然

•人類は生存し続けられるのだろうか ?未来可能性の探求

Sustainable Development (持続可能な発展 )

Sustainability Development (持続性の構築 )

人口増加食糧生産

有限の自然気候変動 環境汚染

水循環の変化水循環の変化 水需要の増加水需要の増加

水資源の不均等性水資源の不均等性

水危機水危機

エネルギー消費

猿橋嵩之君(現ニュージェック )

東京大学大学院工学系研究科社会基盤工学専攻修士論文

2001 年 3 月

グローバルなグローバルな水資源アセスメント水資源アセスメント

水資源アセスメントの流れ

陸面水文植生モデル＋河川流路網＋流下モデル

国別統計値分布データ

水資源賦存量 Q 水資源取水量 W

水ストレス指標

アセスメント

全球 0.5 度格子

取水量対水源賦存量比 Rws= (W-S)/Q

1 人当たり水資源賦存量Awc= Q/C

S : 海水淡水化 C: 人口

数値モデルによる月流量シミュレーション結果

国別統計値とグローバル GIS による年水資源総利用量分布

>1700 : ストレスなし1700-1000 ：低ストレス1000-500 ：中ストレス　　　 500> ：高ストレス

Q W

アセスメント総括

陸面水文植生モデル河道網＋流下モデル

国別統計値格子点分布情報

水資源賦存量 水資源賦存量

水ストレス指標の作成

水資源アセスメント

Rws= (W-S)/Q Awc= Q/C (m3/y/c)

<0.1 : ストレスなし0.1―0.2 ：低ストレス0.2―0.4 ：中ストレス0.4< ：高ストレス

低　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　水ストレス 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 　 　 　　高

Rws= (W-S)/Q

水ストレス指標（年利用量 /潜在的年利用可能量）

0

1

2

3

4

5

6 グリッド集計 国ごと集計

TRIP: 東京大学生産研の算定値 　　 UN: 国連の推計値UNH: ニューハンプシャー大学の算定値　 (Science, 2000)

水ストレスが← 高い← 中程度← 低い←極めて低い

水ストレス指標ごとの世界人口（単位 :10億人）

3.23.0

.4

1.8

.4.6

.6

1.4

1.7

2.1

1.4

.5

2.01.8

1.51.7

1.51.5

.8.5

China (Rws=0.26) isclassified into Lowfor TRIP in the countrybase comparison.UNH TRIP TRIP UN UNH

自然の河川流量と現実の水資源賦存量

• 上流からの水が全て使えるわけではない– 上流での取水、水質悪化– 取水のための社会資本設備の未整備 必要な時に必要な場所に必要な質の水 ?

• 自然 (natural) と現実 (real) の乖離– 現実に利用可能な水資源量 Q ＝ R+αΣD– D ：上流からの流入量– R:その場での河川流出量– α ：人間活動との関わりを考慮

人間が上流からの水のうちの利用可能な割合の影響

もうひとつのもうひとつの水ストレス指標水ストレス指標

一人当たり潜在的年使用可能水量（ m3/ 年・人）

高　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　水ストレス 　　　　　　低

Rws= (W-S)/Q と Awc= Q/C(m3/y/c) の分布が近似。 1 人当たり使用量 (W-S)/C はグローバルに均一か ?

一人当たり年使用水量（ m3/ 年・人）

20502050 年の将来推計年の将来推計

•人口増加・経済成長水需要変化

•気候変動水供給量変化

現状の水需要将来展望推定における仮定

• 人口は国連の中位推計• 工業用水取水 (補給 ) 量は GDP に比例して増加し、回収技術の発展に従って減少する

• 家庭用水の水利用原単位は経済的・社会的発展に従って増加する。

• 灌漑用水の増加は、人口増加に比例現状の欠点。 3-(2) からの入力に期待。

• CCSR/NIES GCM による高解像度将来予測結果から、河川流出量変化を取り出して利用。

灌漑農地面積の将来展望

•灌漑農地面積は人口に比例して 増加してきた過去の傾向が続くと仮定

　 1961 年を 1 とした、人口、農地面積、灌漑面積の推移

(1961 ～ 1995 　：　 1961 = 1.0 )

人口

灌漑面積

農地面積

温暖化に伴う年河川流量の増減予測結果

by CCSR/NIES AOGCM + TRIP

グリッド集計

水ストレスが← 高い← 中程度← 低い←極めて低い

２０５０年における水ストレス指標ごとの世界人口

4.3 4.4 4.2

0.9 1.0 1.00.9 0.9 1.0

2.6 2.4 2.5

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

10.0

人口増加 人口増加＋気候変動

人口増加＋気候変動＋水消費原単位増加

（単位 :10億人）

推計結果の不確実性と今後の研究

• 水需要の将来推計 :– 人口、経済、土地利用 (?) は IPCC/TAR と整合 ?– 経済的水ストレスを考慮可能な指標の開発

• 温暖化予測結果の variation の考慮– CCC GCM+WBM の Vorosmarty(2000) では、温暖化によって、グローバルな水需給が逼迫

– CCSR/NIES GCM+TRIP では、温暖化により、深刻な水需給 (>0.4) 人口は緩和 (+90%+74%)

日単位変動、不確実性を表現できるとりまとめを !

• Hot Spot に関しては地域研究との連携を

人間と自然との相互作用環• 自然人間

– 洪水や渇水などの自然の水循環変動• 自然人間自然

– 潅漑や貯水池などの水循環の改変– 森林伐採 / 農地拡大 / 都市化等の土地利用改変

• 自然人間自然人間– 河川流量の枯渇、水質汚濁による水資源減少– 地球温暖化等の環境変化

世界水政策決定支援ツール＝人間系・自然系の水循環情報ライブラリ＋ フィードバックを考慮した数値モデル

水循環・水需要モデル（降水・蒸発・河川・ダム・灌漑・地下水・水の間接消費）

物質循環・農業生産 モデル（植生変動・水質汚染）

World Water Model

人口・産業モデル

国際交易モデル

水危機管理 システム

・現在の水資源問題・水需要の将来予測・早期警戒システム・計画支援・政策立案

地球環境データライブラリ（地球環境情報多次元同化システム）

・環境地理情報データ・社会・経済データ・気候変動予測データリモートセンシング･

・地上検証観測データ （気象・水文・水質・植生 etc. ）

Internet

統合・総括

地球環境データライブラリと 世界モデルの統合による 水危機管理システムの構築

おわりに人が水を利用するのは、水で洗うため　　　　　　　　　　　　　きれいにすればまた使える日本人 1 人が 1 年間に利用する水の量 :

飲み水なら 1m3

生活用には 100m3

食糧生産用には 1000m3

　　　　その水の源と土地に考えをめぐらせよう日本は大量の仮想水を農業畜産製品の形で輸入　　　　　　世界の水資源問題に思いを馳せよう人口が増えると 1 人当たり利用可能な水が減る　　　　　　　節水農業、社会基盤整備の技術革新に期待3,800km3 で 60億人 40,000km3 の 20 ％までは利用可能になるとすると、現状の水利用で倍増までは平気 ?

生態系の水利用への配慮も忘れずに！

考えよう…

現在の研究展開• Virtual Water に関して：

– 水に関する体系的な Life Cycle Assessment

• 世界水資源アセスメントに関して：– 人間活動を反映した広域水循環モデルの開発– より高空間解像度での将来の水需給推計– 環境用水、淡水生態系への配慮– 地域研究による水危機回避策の提言– 物理的 /経験的モデルによる降水量季節予報

• 地球温暖化が水資源に及ぼす影響に関して：– 東京における 1時間豪雨が増加しているかどう

か ?

日本の水資源• 人が飲む水： 1 日 1 人２～３リットル＝約１ｍ 3

/ 年• 日本人が使っている水道水（家庭用水）：

1 日 1 人あたり約 330 リットル＝約 120 ｍ 3/ 年• 日本人が使っている農業用水：

家庭用水の約４倍＝約 500 ｍ 3/ 年ただし、農業潅漑のかなりの水量は再び還流利用されるので、取水量＞＞利用量。

• 工業用水を含めて合計約 750 ｍ 3/ 年 人･ 900億ｍ 3/ 年＝ 90 ｋｍ 3/ 年

• 水資源量 :降水量 1800mm / 年ー蒸発量 800mm / 年＝ 1000mm/ 年； ×38万ｋｍ２≒ 380 ｋｍ 3/ 年

年間利用可能量の約 1/4 を利用している。

（日本の）水資源の特徴

• 単位体積 /重さあたりの価格が安い– 日本の水道水の原価で約 200円 /m3 程度。 家庭用の売値は約 120円 /m3 程度 ペットボトルの水は 100円 /500ml 20≒ 万円 /m3

貯留、輸送コストが相対的に高い– 10m3 の給水車の人件費～ 10万円 / 日 ?– パイプライン ? 巨大バッグでの牽引 ?

必要な時に、必要な場所に、必要な質の水がないと、水資源としては価値がない。

T　　e　　u　　c　　o　　　pP IS　　IL

z

T temperature (K)e vapor pressure (Pa)u wind speed (m s-1)c CO2 partial pressure (35 Pa)o O2 partial pressure (2090 Pa)z reference height (m)IS solar radiation (W m-2)IL thermal infrared radiation (W m-2)P precipitation rate (mm)p atmospheric surface pressure (101300 Pa)

Recharge　Zone

Tg　Mg　W1

Td　W3

W2

Surface　Layer

Root　Zone

VegetationCanopy

Tc　Mc　gc

下向き放射量下向き放射量

地表面物理量地表面物理量

地表面気象要素地表面気象要素

降水量降水量

蒸発散量蒸発散量

流出量流出量

土壌水分量土壌水分量

CO2 吸収量CO2 吸収量

陸面水文植生

モデル

陸面水文植生

モデル

陸面水文植生モデルから河川流量への換算

水資源取水量分布の算定

国別統計値

都市・工業用水

人口分布

農業用水取水量潅漑面積分布

国別原単位国別面積あたり

原単位

都市用水・工業用水のグローバル取水量分布

農業用水のグローバル取水量分布

人口分布情報 潅漑面積情報

格子点データ

国境情報

( 全球　 0.5°)

地理情報システム

世界水危機への地球環境学の貢献• 信頼のおける水循環情報の提供

– 現在と過去のグローバルな水循環モニタリング情報– 集中豪雨の様な激しい大気に関する準実時間予測情報– エルニーニョやラニーニャ等に伴う季節～数年スケールの気候の自然変動予測情報

– 地球温暖化といった気候変化時における水循環予測情報• どれだけの水が人間にとって現在利用可能であり将来それがどうなるのか、という点に関する定量的な推定

• 将来の水需要を満たす水供給を確保するためにはどの様な施策を取れば良いのかという選択肢の提示

• 仮想的な水の輸出入や間接消費の実態把握と「水資源安全保障」の枠組みの提示

Water Withdrawal to Availability Ratio

2050

1995

2050 年

1995 年

社会変化と温暖化に伴う水需給変化予測結果

低 水ストレス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 　　　　　高