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なごみえいさか
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1 平成年度河川情報シンポジウム水質データの品質照査システムの開発財団法人河川情報センター情報開発部桑田志保目次. はじめに. 照査手法の検討 3. 水質底質照査システムの開発. 過去データの照査 5. まとめ 6. おわりに

2 . はじめに品質照査は何に基づいて行うのか? 水文観測業務規程 ( 事務次官通達平成年月日 ) 第 5 条 ( 観測成果の保存 ) 地方整備局長又は事務所長は観測成果を保存しなければならない第 6 条 ( 観測成果の公表 ) 地方整備局長は所管する観測所の観測成果を公表しなければならない第条 ( 観測成果の照査 ) 地方整備局長は水文観測データ ( レータ雨量水質底質地下水位及び地下水質を除く ) について品質を照査しなければならない水質底質データの照査方法について定められたものがない 3. はじめに各地方整備局における状況関東地整箱ヒゲ図 ( エクセル版 ) により照査を実施照査結果は水文水質データベース水質データ入力支援システムを用いて水系別水文水質 B へ入力可能中部地整環境基準値項目の定義組成過年度のデータ範囲濃度単位関連項目間の関係経月変化の特徴から照査を実施関連システムとは連携していない九州地整水系別水文水質 B 管理アプリケーションに含まれる箱ヒゲ図 ( 九州地方整備局独自機能 ) により照査を実施

3 . はじめに水質底質データの品質確保を目的にについて検討水質底質データの照査手法の検討箱ヒゲ図だけでは特異値になるデータも関連項目間との相関などにより正常値と判断できる可能性がある広域的な視点からの照査手法を検討関連するシステムの構築照査方法等をとりまとめた水質底質データ登録照査公開規程 ( 案 ) の作成 5. 照査手法の検討 () 品質照査の流れ ( 案 ) 水文観測データ ( 雨量水位流量 ) の場合各事務所が実施整備局が実施各事務所もしくは整備局が実施 6 3

4 . 照査手法の検討 () 品質照査の流れ ( 案 ) 水質底質観測データの場合各事務所が実施技術事務所もしくは整備局が実施整備局が実施 7. 照査手法の検討 () 対象データ項目内容対象観測所 3 水系観測所対象項目基準検討対象期間水質 9 項目 B,C,,pH,SS, 亜鉛, 大腸菌群数, 総窒素 (T-N), 総リン (T-P) 底質 6 項目 ph,csed, 全硫化物, 総窒素 (T- N), 総リン (T-P), 強熱減量平成年 ~ 平成年の年間 8

5 特異値特異値最大値. 照査手法の検討 (3) 標準照査手法の検討標準照査とは各事務所等が実施観測所ごと観測項目ずつ実施対象オリジナルデータ照査方法 AQC 箱ヒゲ図を用いて観測所毎に自動的に異常値の疑いのある特異値を検出 MQC 特異値として検出されたデータのうち明らかに異常値と判断されるデータについて欠測修正を行いそれ以外は特異値とする 9. 照査手法の検討 (3) 標準照査手法の検討箱ヒゲ図とはデータの分布やばらつきを表現する統計グラフ観測所ごと観測項目ごとに過年観測データより統計値を算定し箱ヒゲ図を作成照査対象データをプロットし内境界点の間に位置する場合は正常値外側値及び極外値に位置する場合は特異値として抽出極外最小値(値)(外側値 ).5h 3h h.5h 外境界点 ( 上極外値の境界値 ) 内境界点上隣接値 (.5h 以内の最大値 ) 上ヒンジ値 (75% 点 ) 中央値 (5% 点 ) 下ヒンジ値 (5% 点 ) 下隣接値 (.5h 以内の最小値 ) 内境界点外境界点 ( 下極外値の境界値 ) 正常値 5

6 . 照査手法の検討 (3) 標準照査手法の検討標準照査 AQC 箱ヒゲ図作成例値が安定している過去年間の観測データより箱ヒゲ図を作成しその上に照査対象データをプロット照査対象データが内境界点の間に位置する場合は正常値外側値及び極外値に位置する場合は特異値として抽出標準照査 MQC ダムの放流や工事水質事故の有無などの状況により明らかに異常値と判断される場合は欠測修正特内境界点正常値 C 異値正常値特異値特異値. 照査手法の検討水質底質観測データの品質管理の流れ技術事務所もしくは整備局が実施 6

7 . 照査手法の検討高度照査とは技術事務所もしくは整備局が実施複数観測所複数観測項目について広域的な視点から実施対象標準照査済データ照査方法 AQC 水文データや観測項目間近隣観測所との相関等に着目した高度照査を実施 MQC 標準照査及び高度照査 AQCの結果よりデータの妥当性を判断し必要に応じて欠測修正を実施 3. 照査手法の検討高度照査 AQC 手法の5 手法を用いて値が安定していると思われる過去年間の観測データより相関図を作成高度照査 - 観測項目ごとの月別の相関性による照査手法高度照査 - 観測項目と水文データ ( 流量 ) の相関性による照査手法高度照査 -3 観測項目間の相関性による照査手法高度照査 - 上下流観測所の相関性による照査手法高度照査 -5 類似流域特性をもつ観測所における同一観測項目の相関性による照査手法 7

8 . 照査手法の検討高度照査 AQC 手法全ての項目について相関図を作成相関が低い項目同士の可能性あり高度照査 -~5 は相関係数.7 以上を照査の対象項目とする b 過年データ b 過年データ相関が高い? 相関が高い a a 5. 照査手法の検討高度照査 AQC の判定照査対象データを相関図にプロットした時に 95% 信頼区間より外側に位置している場合は特異値として抽出 f(z) -u 面積 = P(-u Z u)=.95 面積 = P(Z u)=.5 u=.96 z <95% 信頼区間の算定式 > X XY Y 5.99 x x y y y 95% 信頼区間ライン過年データ特異値 X=x-μx,Y=y-μy μx,μyx y の平均 σx,σyx y の標準偏差 ρ 相関係数正常値基礎統計学 ( 東京大学教養学部統計学教室編年 ) より x 6 8

. 照査手法の検討高度照査 - 観測項目ごとの月別の相関性による手法季節変動に注目し同一観測所の同一観測項目で同じ月のデータを対象とした相関関係から特異値を抽出 8 6 8 6 特異値過年データ照査対象データ 95% 信頼区間正常値月月 3 月月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月月月月 7.

9 . 照査手法の検討高度照査 - 観測項目ごとの月別の相関性による手法季節変動に注目し同一観測所の同一観測項目で同じ月のデータを対象とした相関関係から特異値を抽出特異値過年データ照査対象データ 95% 信頼区間正常値月月 3 月月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月月月月 7. 照査手法の検討高度照査 - 観測項目と水文データの相関性による手法観測項目と近隣流量観測所の流量との相関関係から特異値を抽出 % 信頼区間ライン過年データ照査対象データ相関係数.8 A 観測所 a 観測所 a 観測所流量 5 3 特異値.5 3.km 水質観測所流量観測所正常値...6 A 観測所総リン 8 9

. 照査手法の検討高度照査 -3 観測項目間の相関性による手法同一観測所の異なる観測項目の相関関係から特異値を抽出 C 8 7 6 5 3 95% 信頼区間ライン過年データ正常値相関係数.99 6 B 総窒素.5 3.5 3.5.5.5 95% 信頼区間ライン過年データ特異値相関係数.76 5 5 C 9.

10 . 照査手法の検討高度照査 -3 観測項目間の相関性による手法同一観測所の異なる観測項目の相関関係から特異値を抽出 C % 信頼区間ライン過年データ正常値相関係数.99 6 B 総窒素 % 信頼区間ライン過年データ特異値相関係数 C 9. 照査手法の検討高度照査 - 上下流観測所の相関性による手法流域の上下流に位置する観測所の同一観測項目の相関関係より特異値を抽出 6 信頼区間 95% ライン過年データ照査対象データ相関係数.96 特異値 B 観測所 A 観測所.7km 8 正常値.5 3.km A 観測所水質観測所 B 観測所

. 照査手法の検討高度照査 -5 類似流域特性をもつ観測所における同一観測項目の相関性による手法

流域特性が類似する河川の上中下流観測所流域面積, 気候特性, 年平均降水量, 地質等

単位面積あたりの総流出量 ( 比流量 ) が類似する観測所 5 ダムの諸元が類似するダムダム竣工年, 位置,

11 . 照査手法の検討高度照査 -5 類似流域特性をもつ観測所における同一観測項目の相関性による手法 ~5の類似する流域特性をもつ観測所において同一観測項目の相関関係より特異値を抽出流域特性が類似する河川の上中下流観測所流域面積, 気候特性, 年平均降水量, 地質等低水流量が同等の観測所 3 河状係数 (= 最大流量 / 最小流量 ) が類似する観測所単位面積あたりの総流出量 ( 比流量 ) が類似する観測所 5 ダムの諸元が類似するダムダム竣工年, 位置, 流域面積, 湛水面積. 照査手法の検討高度照査 -5 類似流域特性をもつ観測所における同一観測項目の相関性による手法流域特性が類似する観測所の例上流 A' 観測所 6 信頼区間 95% ライン過年データ照査対象データ相関係数.97 上流 A 観測所中流 B 観測所中流 B' 観測所 A 観測所 8 正常値下流 C 観測所下流 C' 観測所 6 特異値.5 3.km 水質観測所 A 観測所

12 . 照査手法の検討 (5) 高度照査 MQC 手法の検討高度照査 MQC 標準照査及び高度照査 AQC の結果より正常値異常値の判定を行う 3. 照査手法の検討 (5) 高度照査 MQC 手法の検討照査手法の優先度照査手法によって結果が異なる場合の優先度に応じて判断する標準照査箱ヒゲ図高度照査 - 観測項目ごとの月別の相関性による照査手法高度照査 - 観測項目と水文データ ( 流量 ) の相関性による照査手法高度照査 -3 観測項目間の相関性による照査手法高先度低優高度照査 - 上下流観測所の相関性による照査手法高度照査 -5 類似流域特性をもつ観測所における同一観測項目の相関性による照査手法

. 照査手法の検討 (5) 高度照査 MQC 手法の検討高度照査 MQC 判定例 A 観測所 B 標準照査特異値高度照査 AQC 正常値水質観測所 A 観測所..km B 5 3 標準照査内境界点特異値 C 8 7 6 5 3 高度照査 -3 相関係数.

照査手法の検討 (5) 高度照査 MQC 手法の検討高度照査 MQC 判定例 B 観測所 SS 標準照査正常値高度照査 AQC 特異値.5 3.km B 観測所.

13 . 照査手法の検討 (5) 高度照査 MQC 手法の検討高度照査 MQC 判定例 A 観測所 B 標準照査特異値高度照査 AQC 正常値水質観測所 A 観測所..km B 5 3 標準照査内境界点特異値 C 高度照査 -3 相関係数.99 95% 信頼区間ライン過年データ正常値 6 B 高度照査結果 (C との相関 ) 信頼性の高い範囲に位置一概に異常値とせずさらに検討が必要 5. 照査手法の検討 (5) 高度照査 MQC 手法の検討高度照査 MQC 判定例 B 観測所 SS 標準照査正常値高度照査 AQC 特異値.5 3.km B 観測所.6km A 観測所水質観測所 B 観測所 SS 標準照査正常値内境界点照査対象テータ A 観測所 SS 高度照査 - 相関係数.73 95% 信頼区間ライン過年データ特異値 5 5 B 観測所 SS ( 参考 ) 標準照査特異値内境界点照査対象テータ高度照査結果信頼区間からかけ離れた位置にプロット上流側のA 観測所で特異値 ( 通常の倍程度の観測値 ) 下流側のB 観測所では他の観測項目も勘案し慎重な判断が必要 A 観測所 SS 6 3

3. 水質底質照査システムの開発水系別水文水質データベースの管理アプリケーション上で標準照査 AQC MQC 高度照査 AQC

結果 7. 過去データの照査水質データ B,SS, 亜鉛は標準照査 AQC MQCのみにより抽出される特異値が多く ph,c,,

標準照査及び高度照査の両方で特異値となる観測値はいずれの項目も5% 項目別には B,SS, 亜鉛で多くの特異値が抽出底質データ

14 3. 水質底質照査システムの開発水系別水文水質データベースの管理アプリケーション上で標準照査 AQC MQC 高度照査 AQC MQC が実施できる照査手法の選択照査対象データ中国地整の I でログインすると表示標準照査 AQC 結果高度照査 AQC 結果 7. 過去データの照査水質データ B,SS, 亜鉛は標準照査 AQC MQCのみにより抽出される特異値が多く ph,c,, 総窒素, 総リンは高度照査 AQC のみにより抽出される特異値が多い標準照査及び高度照査の両方で特異値となる観測値はいずれの項目も5% 項目別には B,SS, 亜鉛で多くの特異値が抽出底質データ全項目について高度照査 AQC のみにより抽出される特異値が多い標準照査 AQC MQC 及び高度照査 AQC の両方で特異値となる観測値はいずれの項目も ~6% 項目別には総窒素で多くの特異値が抽出 8

15 5. まとめ新たな水質底質データの品質照査手法の提案標準照査や高度照査のプロセスを経て水質底質データの品質を確保する新たな照査手法について提案を行ったこれにより統計的な視点からの水質底質データの品質向上が可能となる水質底質データの品質照査の効率化水系別水文水質データベース管理アプリケーションに組み込んだ水質底質照査システムを活用することによって水質底質観測データについても効率的な品質管理が可能となる 9 6. おわりに水質底質データは雨量や水位等と同様に観測データが保存公表されるためその信頼性について同様に問われる本検討では水質底質データの品質向上のための新たな照査方法について検討しそれをシステム化することができた今後本検討の対象項目以外にもこのシステムを活用することによってさらなる品質向上が図れる 3 5

16 ご清聴ありがとうございました 3 3 6

17 生活環境の保全に関する環境基準河川類型 AA A B C E 利用目的の適応性水道級自然環境保全及び A の欄に掲げるもの水道級水産級水浴及びB の欄に掲げるもの水道 3 級水産級水浴及びC の欄に掲げるもの水産 3 級工業用水級及びの欄に掲げるもの工業用水級農業用水及び E の欄に掲げるもの工業用水 3 級環境保全水素イオン濃度 (ph) 6.5 以上以上以上以上以上以上 8.5 生物化学的酸素要求量 (B) mg/l mg/l 3mg/l 5mg/l 8mg/l mg/l 浮遊物質量 (SS) 5mg/l 5mg/l 5mg/l 5mg/l mg/l ごみ等の浮遊が認められないこと溶存酸素量 () 7.5mg/l 以上 7.5mg/l 以上 5mg/l 以上 5mg/l 以上 mg/l 以上 mg/l 以上大腸菌群数 5MPN /ml,mp N/ml 5,MP N/ml 生活環境の保全に関する環境基準湖沼類型 AA A B C 利用目的の適応性水道級水産級自然環境保全及び A の欄に掲げるもの水道 3 級水産級水浴及びB の欄に掲げるもの水道 3 級工業用水級農業用水及びC の欄に掲げるもの工業用水級環境保全水素イオン濃度 (ph) 6.5 以上以上以上以上 8.5 化学的酸素要求量 (C) mg/l 3mg/l 5mg/l 8mg/l 浮遊物質量 (SS) mg/l 5mg/l 5mg/l ごみ等の浮遊が認められないこと溶存酸素量 () 7.5mg/l 以上 7.5mg/l 以上 5mg/l 以上 mg/l 以上大腸菌群数 5MPN /ml,mp N/ml

18 照査対象観測所 ( 相関係数.7 以上 ) 項目標準照査箱ひげ図月別標準偏差流量 p H B C S S 総窒素高度照査 -~5 全体の 6% 程度が対象照査対象観測所がない項目が % 総リン高度照査 3 大亜底底底底底底上上腸鉛質質質質質質下下菌 C 流流群強 p 全総総数熱 H 硫窒リ負 (減 S 化素ン荷量 E 物量 ) PH B C SS 総窒素総リン大腸菌群数 () 亜鉛強熱減量 PH CSE 全硫化物総窒素総リン % 6% 5% % 8% 5% 6% % 3% 6% 6% % 5% 3% % % 3% 6% % % 類似 5 類似負荷量 35 照査対象観測所 ( 相関係数.8 以上 ) 項目標準照査箱ひげ図月別標準偏差流量 p H B C S S 総窒素総リン高度照査 3 5 大亜底底底底底底上上類腸鉛質質質質質質下下似菌 C 流流群強 p 全総総数熱 H 硫窒リ負 (減 S 化素ン荷量 E 物量 ) PH B C SS 総窒素総リン大腸菌群数 () 亜鉛強熱減量 PH CSE 全硫化物総窒素総リン % 3% % 6% 5% % 3% 5% % % % % % % % % 6% 5% % % 高度照査 -~5 全体の 3% 程度が対象照査対象観測所がない項目が % 類似負荷量 36 8

19 照査対象観測所 ( 相関係数.9 以上 ) 項目標準照査箱ひげ図月別標準偏差流量 p H B C S S 総窒素総リン高度照査 3 5 大亜底底底底底底上上類腸鉛質質質質質質下下似菌 C 流流群強 p 全総総数熱 H 硫窒リ負 (減 S 化素ン荷量 E 物量 ) PH B C SS 総窒素総リン大腸菌群数 () 亜鉛強熱減量 PH CSE 全硫化物総窒素総リン % % % % % % % % % % % % % % % % 6% % % % 高度照査 -~5 全体の % 程度が対象照査対象観測所がない項目が 39% 類似負荷量 37 特異値の抽出 (95% 信頼区間 ) 項目照査データ数標準照査箱ひげ図月別標準偏差流量 p H B C S S 総窒素総リン高度照査 3 大亜腸鉛菌群数 ( )底質強熱減量底質 p H 底質 C S E PH 7, (3%) 98 (6%) 37 (%),733 (%) B,55,597, ,99 (7%),8 (8%) 98 (%) 3,65 (9%) C 6,86 78, (%),59 (9%) 87 (3%),338 (%) SS,3,565, ,979 (%) 998 (7%) 586 (%) 3,563 (5%) 6,98 38, (%),6 (%) 6 (%),3 (%) 総窒素,8 56, (%),99 (9%) 75 (%),65 (3%) 総リン,9 753, (3%),76 (%) 355 (3%),99 (6%) 大腸菌群数 (),959,, (6%) 63 (5%) 57 (%),7 (6%) 亜鉛,3, ,33 (9%) 359 (8%) (5%),796 (%) 強熱減量 (3%) 6 (8%) 7 (6%) 7 (7%) PH (3%) 39 (5%) 36 (5%) 97 (%) CSE (%) 5 (7%) 5 (6%) (5%) 全硫化物 (%) 3 (%) 35 (5%) 8 (%) 総リン (5%) 7 (6%) 8 (6%) 5 (8%) 底質全硫化物底質総窒素底質総リン上下流上下流負荷量類似類似負荷量標準高度照標準照査のみ高度照査 AQCの査の両方によにより抽出みにより抽出り抽出標準照査での特異値が多い水質 B,SS, 亜鉛特異値の数割合 (%) 特異値の数割合 (%) 特異値の数割合 (%) 特異値合計高度照査での抽出が多い水質 ph,c,, 総窒素, 総リン底質強熱減量,Csed, 総窒素両方特異値の場合はでの抽出はいずれも 5% 程度全体で 5% 程度が特異値として抽出 5 特異値の数割合 (%) 38 9

km A 観測所 C 9 8 7 6 5 3 内境界点標準照査正常値総窒素.5 3.5 3.5.5.5 95% 信頼区間ライン過年データ特異値高度照査 -3 相関係数.

20 . 照査手法の検討 (5) 高度照査 MQC 手法の検討高度照査 MQC 判定例 A 観測所 C 標準照査正常値高度照査 AQC 特異値水質観測所.5 3.km A 観測所 C 内境界点標準照査正常値総窒素 % 信頼区間ライン過年データ特異値高度照査 -3 相関係数 C 高度照査結果より信頼区間からかけ離れており総リンとの相関関係も同様の傾向が見られる標準照査では正常値だがさらに検討が必要 39

水文観測業務規程目次第 1 章総則第 1 条目的 1 第 2 条適用 1 第 3 条定義 1 第 4 条水文観測業務の実施 2 第 2 章観測所の配置及び設置第 5 条観測所の種別 2 第 6 条観測所の配置 3 第 7 条観測所の設置 3 第 8 条観測所台帳の作成及び保存 3 第 9 条観

水文観測業務規程目次第 1 章総則第 1 条目的 1 第 2 条適用 1 第 3 条定義 1 第 4 条水文観測業務の実施 2 第 2 章観測所の配置及び設置第 5 条観測所の種別 2 第 6 条観測所の配置 3 第 7 条観測所の設置 3 第 8 条観測所台帳の作成及び保存 3 第 9 条観水文観測業務規程水文観測業務規程目次第 1 章総則第 1 条目的 1 第 2 条適用 1 第 3 条定義 1 第 4 条水文観測業務の実施 2 第 2 章観測所の配置及び設置第 5 条観測所の種別 2 第 6 条観測所の配置 3 第 7 条観測所の設置 3 第 8 条観測所台帳の作成及び保存 3 第 9 条観測所の表示 3 第 10 条観測所記号 3 第 3 章観測第 11 条観測の種目 3