生態影響に関する化学物質審査規制試験法セミナー 2014 独国立環境研究所環境リスク研究センター今泉圭隆鈴木規之 1

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2 化学物質の環境モデルとは? 環境多媒体モデル (G-CIEMS) の基本構造環境多媒体モデル (G-CIEMS) の計算手順計算結果の解釈と化学物質管理に向けて 2

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4 環境中の化学物質の挙動に関して数理的に解くもの仮想的な単一時空間からより実環境に近い時空間まで 1box モデルのようなシンプルなものから現実に近い複雑なものまで着目した物質の挙動を数理的に仮定目的の時間濃度距離などを算出対象物質や利用目的への強い依存性目的に応じて仮想的時空間の仮定が異なり結果として様々なモデルが存在するコンピュータの性能の向上で簡便にモデル作成が可能に 4

5 大気水底質土壌環境という多媒体系外とのやりとり媒体間の移行媒体内での分配分解 USES v4.0 マニュアルより抜粋 5

6 湿性沈着大気拡散乾性沈着発水中拡散再浮遊子沈降大気溶解多媒体モデルは一般に媒体間輸送を記述するマスバランスモデルとして記述される例えば水媒体中のマスバランスは下記の輸送等の影響を受ける水流入流出揮底質粒分解消失 6

7 モデルが記述する系の時間的仮定として非定常, 定常および平衡の 3 種類を考えることが出来る. 平衡 : いわゆる化学平衡定常 : 環境モデルにおいては系は必ずしも外界との間で閉じておらず, このような場合に系に対する流入流出を含めたマスバランスの結果として系内の状態が時間的に一定となることが定常状態平衡と定常の違い : 平衡と定常は異なる概念であり, 大域的な定常状態にある系の中に局所的な平衡状態が存在することも, しないことも可能多媒体モデルにおいては非平衡定常の仮定のもとに計算を行うことが多い. 7

8 多媒体モデル (MuSEM) を利用した例当研究室にてWeb 公開中都道府県日本全国温帯域の3 重の入れ子構造どの媒体に存在しやすいか予測することが目的 PRTRデータを利用化学物質の環境リスク評価第 12 巻より抜粋ジメチルアミンの例 8

9 多媒体動態 + 空間分解能が両立しない多媒体モデル : 多媒体動態は詳細全計算領域を1Boxもしくは近い形で設定し空間分解能は ( ほぼ ) ない例えば大気モデル : 単一媒体のみ計算領域内の空間分解が可能両方の特徴を持つモデルが有効では? GIS 多媒体モデルの設計特に地表媒体は地形に強く影響され大気のようなグリッド的定式化があまり現実的でない河道流域を基本としこれにグリッド的な大気媒体を載せた形で設計具体的な構想国立環境研究所環境リスク研究センターでのGISモデル (G-CIEMSモデル) の研究目標 GIS 河川モデルの機能と多媒体モデル大気モデルの機能の統合 9

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11 モデル自身は固有のデータを持たないモデル空間の情報は実行時にデータで投入現状保有する日本のデータ主媒体地理形状大気 1 次 +(2.5 次 or 3 次メッシュ ) 水底質河川 = ネットワーク接続された河道群湖沼 = 河道に接続された湖沼オブジェクト土壌小流域 ( 表面流出分は河道に接続 ) 海域沿岸域オブジェクトに河口接続多媒体排出河川土壌大気移流大気 ( 格子状 ) 排出陸地 ( 流域 ) 河道網土壌海移流河川 Suzuki, N. et al. (2004) EST, 38,

12 同程度の分解能でも実環境に基づく構造の方が物質挙動の再現性は高い河道分解能 : 長さ流域分解能 : 面積グリッド ( メッシュ ) 分解能 : 辺長面積実地理情報に基づく構造抽象的データ構造 ( 例 : グリッド ) に基づく構造 12

13 土地を 7 区分しそれぞれの区分での動態を計算湿性沈着乾性沈着森林植生流出過程拡散輸送落葉過程土壌 ( 土地利用 6 区分 ) 土壌 ( 森林 ) 13

14 河口からの流入沿岸海域区画は分割された海域区画をネットワーク結合させて構成対応する河川の河口を地理情報に基づき接合 - 大気底質との媒体間輸送 - 河口からの物質流入 - 全国データの作成中海域への直接流入沿岸海域区画 i 沿岸流域からの流入沿岸海域区画 j 河口からの流入沿岸海域区画流域沿岸流域 14

15 下水処理区域と流域の重なり面積を利用して下水処理場への移動量を算出下水処理場での分解気化を考慮下水処理場の場所処理水の排水地点を考慮した物質の移動下水処理区域流域下水処理場の直上大気メッシュ下水処理場下水処理水の排水地点流域沿岸流域下水処理区域下水処理区域は環境省保有データ 15

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17 媒体主要要素および過程地理気象水文情報空間分解能大気水土壌植生上層及び下層の4 層各要素間の輸送粒子 - 蒸気分配沈着分解等 SS- 溶解分配沈降分解大気への輸送等土地利用 7 区分土粒子間隙水 / 空気分配分解流出大気交換等デフォルト大気 4 層気温降水量風速等実河川河道および湖沼およびこれら相互の上下接合情報流量等実単位流域河道および湖沼との接合情報 5km 5km 1km 1km 平均河道長 5.6 km 約 38,000 平均面積 9.3 km 2 約 38,000 大気との交換落葉土壌森林区画上に設置土壌に同じ底質沿岸海域粒子間隙水分配分解河川河道湖沼海域の埋没等底部水と同じ河川河道との接合情報海域分割水域に同じ現在の配布版にはデータなし 17

18 読み込みみ地理データ気象水文データフェースプログラム入力データ編集 G-CIEMS 入力条件 MDB G-CIEMS 実行プログラム起PRTR 負荷量 DB 作成動読み込モデルプログラム直接編集も可ユーザーインター条件ファイル (txt) 出力結果編集可視化ツール G-CIEMS 予測結果 MDB 18

19 入力条件ファイルの入出力水系選択大気のメッシュと境界値選択 PRTR 年度選択物質登録選択流量選択入力条件入力出力 MDB 定常 / 非定常下水道定常打ち切り計算期間入力条件ファイルのテーブル群のチェック計算実行 19

20 データ選択条件選択など濃度 E-09 1E-11 Trichloroethylene 濃度 ( 媒体別 ) 河川湖沼土壌大気媒体別最大値最小値平均値平均中央値最小値最大値頻度 (%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Trichloroethylene 濃度分布 ( 媒体別 ) 0% 1E-11 1E 媒体別累積度数分布河川土壌大気多摩川濃度推移 Trichloroethylene 選択河川のステップ図濃度 (mg/m3) (km) 濃度上流下流 20

21 メッシュ流域河道 Google Earth を使用 21

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23 ベンゼンの大気中濃度について実測値と 2 種類のモデル予測値を比較した G-CIEMS モデル予測を基に各濃度の地域に居住する人の総数を記載した単一ボックスモデルの予測濃度は中央値付近実測値の濃度範囲は人口が多い濃度範囲とよく合致する大気経由の曝露の評価では予測濃度の分布の上限付近に着目する必要がある大気中ベンゼン濃度 (μg/m 3 ) 0 1x10 7 2x10 7 3x10 7 4x Population E-3 1E-4 1E-5 人口 Generic model output Monitoring data range n=421/421 Suzuki, N. et al. (2004) EST, 38,

24 G-CIEMS モデル予測による河川水濃度の分布と河川水モニタリングデータの分布を比較 PRTR データに基づき全地域 100 人 /km 2 以上 400 人 /km 2 以上での濃度分布を G-CIEMS モデルで予測丁寧な計算ではない既存モニタリングデータを同時にプロット最大値 99% 値 % 値 75% 値ビスフェノール A p- クロロアニリン中央値 25% 値 5% 値 1% 値最小値予測値実測値予測値実測値河川中濃度 (Log(C[μg/L]) 河川中濃度 (Log(C[μg/L]) 河川中濃度 (Log(C[μg/L]) 河川中濃度 (Log(C[μg/L]) ダイアジノンジフェニルアミン 24 予測値実測値予測値実測値

25 モデル 1 ボックス多媒体モデル GIS 多媒体河川モデル大気拡散モデル黒本調査 ( の多く ) 発生源調査等環境モニタリング要監視項目黒本 ( 推計モデル事業 ) 環境基準常時監視リスク評価初期リスク評価詳細リスク評価? 環境排出基準設定政策的手法一般化学物質等優先評価化学物質 PRTR 事業監視化学物質環境排出基準第二種特定化学物質第一種特定化学物質対象領域分解能全国を一区画の点推定都道府県 ~ 数 km の分布推定観測市町村より局所の詳細推定観測初期評価予備評価詳細評価対策立案管理 25

頻度 (%) Tric 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1E-11 1E-09 0.000 媒体別累積度数分布物質媒体の分布特性の違い代表値の点推定に加えて分布を推定濃度モデル計算には PRTR または 3 次メッシュ排出量 + 物性値が必要気象水文データ等はデフォルトで多くの場合は十分河川大気 10 0.1 0.

26 頻度 (%) Tric 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1E-11 1E 媒体別累積度数分布物質媒体の分布特性の違い代表値の点推定に加えて分布を推定濃度モデル計算には PRTR または 3 次メッシュ排出量 + 物性値が必要気象水文データ等はデフォルトで多くの場合は十分河川大気 E-09 1E-11 Trichloroethylene 濃度 ( 媒体別 ) 河川湖沼土壌媒体別濃度最大値最小値平均値代表値の範囲に関する情報を得る選択河川のステップ図河川流下に伴う濃度の変動を予測点推定に加えて空間分布の情報を得る分布まではおよそ観測値の傾向に近い個別点の濃度予測とは限らない多くの場合個別検証が必要点推定分布推定による曝露評価濃度 (mg/m3) (km) 26

27 G-CIEMS MuSEM等のモデルツールはWebで公開中です曝露評価関連ツール検索 27

タイトル

タイトル国立環境研究所 2015 公開シンポジウム多媒体モデルを用いて放射性物質の動きを予測する今泉圭隆環境リスク研究センター皆さんに質問ですある化学物質が将来環境中でどのくらいの濃度になるか予測することはできますか? 2 本日の話題 1. 環境中の化学物質の動きをどのように予測するか 1.1 多媒体モデルと環境モデル 1.2 多媒体モデル G-CIEMS の紹介 2. 原発事故由来の放射性セシウムの動きを多媒体モデルで予測する

生態影響に関する化学物質審査規制 試験法セミナー 2014 独 国立環境研究所 環境リスク研究センター 今泉圭隆 鈴木規之 1

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