概要

Aquanty HydroGeoSphere（HGS）は、地表水、土壌水、地下水の移動を一つの物理ベースモデルで統合解析する3次元水文学シミュレーションソフトウェアです。

降雨、浸透、蒸発散、融雪、地表流、河川流出、不飽和帯・飽和帯の地下水流など、水循環を構成する複数のプロセスを同一モデル内で扱えます。

地表水と地下水の相互作用を明示的に解析できるため、地下水涵養、河川基底流、地下水位上昇による洪水、揚水が河川や湿地に与える影響などを総合的に評価できます。

また、溶質輸送、反応性輸送、密度依存流、熱輸送、凍結・融解、亀裂流、粒子追跡などにも対応しています。

水資源管理、洪水・干ばつ対策、鉱山排水、環境影響評価、汚染物質輸送、湿地再生、気候変動影響評価など、幅広い用途に活用できます。

Aquantyでは、HydroGeoSphereを利用するデスクトップ型解析環境に加え、リアルタイム水文予測を行うHGSRT、機械学習による流量予測を行うHydroSphereAI、予測結果や水文情報をWeb上で提供するHydroClimateSightも展開しています。

※HydroGeoSphere、HGSRT、HydroSphereAI、HydroClimateSightは、それぞれ提供形態や利用条件が異なります。

HGSRT、HydroSphereAIおよびHydroClimateSightが、HydroGeoSphereの標準ライセンスに含まれることを意味するものではありません。

Aquantyについて

Aquanty Inc.は、地下水・地表水の統合モデリング、水文予測、気候リスク分析などのソフトウェアおよび技術サービスを提供するカナダの水科学・テクノロジー企業です。

Aquantyは、地盤、岩盤、地下構造、鉱業、土木工学分野の解析ソフトウェアを提供するRocscienceグループの一員です。

主力製品であるHydroGeoSphereは、地域や施設単位のモデルから広域流域モデルまで対応できる、完全統合型の地表水・地下水シミュレーションプラットフォームです。

製品ラインアップ

製品・サービス	主な役割	提供形態
HydroGeoSphere（HGS）	地表水、土壌水、地下水を統合する3次元物理ベース水文学解析	WindowsまたはLinux環境にインストール
HydroGeoSphere RealTime（HGSRT）	HGSモデル、観測データ、気象予測を組み合わせた水文予測	クラウド型サービス
HydroSphereAI	機械学習による河川流量予測	クラウド型予測サービス
HydroClimateSight	水文予測、地理空間データ、意思決定支援機能を提供するWeb環境	Webベースのクラウドプラットフォーム

HydroGeoSphere（HGS）

HydroGeoSphereは、地表水と地下水を密接に連成させて解析する物理ベースの水文学シミュレーションソフトウェアです。

3次元の不飽和・飽和地下水流と、2次元の地表流を単一の解析環境で扱います。

降雨や融雪によって供給された水が、地表を流れるのか、土壌へ浸透するのか、地下水として移動するのか、河川や湿地へ流出するのかを統合的に解析できます。

主な解析対象

• 3次元不飽和・飽和地下水流
• 2次元地表流・斜面流
• 河川、排水路、井戸などの1次元水理要素
• 地下水涵養、蒸発、蒸散、降雨、融雪
• 地表水と地下水の交換
• 亀裂媒体および二重連続体
• 溶質・汚染物質輸送
• 反応性輸送および吸着
• 密度依存流
• 熱エネルギー輸送
• 土壌水分の凍結・融解
• 粒子追跡および移動経路解析

HydroGeoSphere RealTime（HGSRT）

HGSRTは、HydroGeoSphereモデルを利用して、流域や対象地域の水文状態を継続的に予測するクラウド型サービスです。

HGSモデルに、観測データ、リモートセンシングデータ、気象予測データなどを組み合わせ、河川流量、地下水位、地下水涵養、土壌水分、地表水深、地下水湧出などを予測します。

主な機能

• 河川流量、地下水、土壌水分を一つのHGSモデルで予測
• 観測データや気象予測データの取り込み
• 決定論的予測および確率論的予測
• 複数の気象予測を利用したアンサンブル解析
• 洪水・干ばつリスクの可視化
• 地下水深、涵養量、湧出量、土壌飽和度の面的表示
• 観測値と予測値の時系列比較
• Webアプリケーションによる結果表示
• 標準データ形式を利用した既存システムとの連携
• 条件に応じた電子メール通知

主な活用分野：洪水予警報、干ばつ監視、低水管理、ダム・貯水池管理、取水計画、地下水管理、農業用水管理など

HydroSphereAI

HydroSphereAIは、機械学習を利用して河川や水路の流量を予測する水文予測サービスです。

長短期記憶ネットワーク（LSTM）を利用し、過去の流量、降水量、流域属性、気象予測などから流量変化を推定します。

観測データが限られる流域にも適用できるよう、大規模な流域データセットを利用して学習されています。

主な機能

• LSTMを利用した河川流量予測
• 広域データセットを利用した事前学習モデル
• 観測所がない、または観測データが限られる流域への適用
• 数値気象予測データとの連携
• 複数の気象モデルを利用した確率的な流量予測
• 対象流域のデータを利用した再学習・調整
• 洪水・渇水リスクの把握
• APIを利用した既存の環境データ管理システムとの連携

HydroSphereAIは流量予測に特化した機械学習サービスです。

地下水、土壌水分、地表流、蒸発散などを物理的に統合解析するHydroGeoSphereとは、解析方法と利用目的が異なります。

HydroClimateSight

HydroClimateSightは、Aquantyの水文・気候関連サービスをWeb上で利用するためのクラウドプラットフォームです。

HGSRTによるリアルタイム水文予測や、HydroSphereAIによる機械学習ベースの流量予測などを、地図、グラフ、時系列データとして確認できます。

主な用途

• 流域の水文状態の監視
• 洪水・干ばつリスクの確認
• 河川流量、地下水、土壌水分などの予測表示
• 産業施設や鉱山における水管理
• 農地における土壌水分情報の確認
• 気候シナリオおよび水資源情報の可視化
• 地理空間データおよび水文データの提供

HydroGeoSphereの主な機能

地表水と地下水の統合解析

一般的な水文解析では、河川流出、地表流、土壌水分、地下水を別々のモデルで計算することがあります。

しかし、実際の水循環では、これらの要素が相互に影響しています。

HydroGeoSphereでは、地表水と地下水の交換をモデル内で明示的に計算します。

地下水涵養、地下水から河川への流出、河川から帯水層への浸透、地表への地下水湧出などを、一つの解析モデルで評価できます。

これにより、次のような相互作用を検討できます。

• 降雨や融雪が地表流と地下水涵養へ与える影響
• 地下水位上昇による地表への湧出や洪水
• 地下水揚水が河川流量や湿地へ与える影響
• 河川、湖沼、貯水池と地下水の水交換
• 土壌水分と蒸発散の変化
• 流域内における地表流と地下水流の寄与割合

高度な流動・輸送解析

HydroGeoSphereは、水の流れだけでなく、溶質、汚染物質、熱などの移動も解析できます。

• 反応性溶質輸送：移流、分散、拡散、反応、吸着などを考慮
• 密度依存流：塩分濃度や密度差による地下水流動を解析
• 熱輸送：地下水や地盤内における熱エネルギーの移動を解析
• 粒子追跡：地下水や汚染物質の移動経路、到達範囲、移動時間を評価
• 亀裂流：離散亀裂や二重連続体を含む地質構造を表現
• 凍結・融解：寒冷地や永久凍土地域における水理特性の変化を評価
• 時間変化する物性：透水係数、河床特性、地表面粗度などの時間変化を設定

解析結果の出力と可視化

HydroGeoSphereでは、解析結果を外部の可視化・分析ツールで利用するための出力機能が用意されています。

• 選択した節点における流体フラックスのCSV出力
• 選択した節点における水頭情報のCSV出力
• 境界条件に関する節点フラックスのCSV出力
• 選択した面や線分のTecplot ASCII出力
• VTU形式によるParaViewでの可視化
• NetCDF UGRID形式への変換
• Tecplot形式への変換
• CSV形式による時系列・ポイントデータ出力
• シェープファイル形式による地理空間データ出力

後処理にはhgs2vtuを利用し、HydroGeoSphereのバイナリ出力をParaView、Tecplot、GIS、表計算ソフトなどで扱いやすい形式へ変換できます。

CSV形式で出力した節点フラックスなどは、ParaViewをはじめとする外部ツールで読み込み、解析結果の確認や可視化に利用できます。

計算性能とモデル構築支援

HydroGeoSphereは、マルチコアCPUを利用した並列計算に対応しています。

モデル規模、メッシュ数、解析対象プロセス、出力条件に応じて、ワークステーションやサーバー上で解析を実行できます。

計算・モデル構築を支援する主な機能には、次のものがあります。

• 直列および並列ソルバー
• 自動タイムステップ調整
• 計算収束状況の診断出力
• 入力値や不飽和特性テーブルのエラー・範囲チェック
• 計算停止時にタイムステップを縮小して再試行する処理
• メモリ使用量を抑えるための処理最適化
• ラスターデータの読み込み
• GeoTIFF、NetCDF、ASCIIラスターデータなどへの対応
• シェープファイルを利用した領域・節点・要素の選択
• 選択した地表面における地表・地下間の水交換制御

周辺ツール

ツール	概要	ライセンス
AlgoMesh	HydroGeoSphereモデル向けの非構造三角形メッシュを作成するモデル構築ツール	別途ライセンスが必要
Gmsh	CADエンジンと後処理機能を備えたオープンソースの有限要素メッシュ生成ツール	オープンソース
ParaView	VTU、CSVなどの解析結果を2次元・3次元で可視化するツール	オープンソース
Tecplot 360	HydroGeoSphereの解析結果をグラフ、2次元・3次元画像、アニメーションとして可視化	別途ライセンスが必要
hgs2vtu	HydroGeoSphereの出力をVTU、NetCDF、Tecplot、CSV、シェープファイルなどへ変換する後処理ツール	HydroGeoSphereのワークフローで利用

※AlgoMeshおよびTecplot 360はHydroGeoSphereとは別製品です。

導入構成によっては別途ライセンスが必要です。

導入メリット

• 地表水と地下水を一体的に評価：河川、地表流、土壌水分、地下水の相互作用を一つのモデルで解析できます。
• 境界条件の単純化：降雨、蒸発散、地形、地質などを与え、水がどこへ移動するかを物理ベースで計算できます。
• 地下水由来の洪水も評価：河川氾濫や地表流だけでなく、地下水位上昇や地下水湧出による浸水リスクも検討できます。
• 複数の観測データで検証：河川流量、地下水位、土壌水分、蒸発散などを利用してモデルを検証できます。
• 水量と水質を同一環境で解析：水流動と溶質・汚染物質輸送を連携して評価できます。
• 複雑な地質・施設をモデル化：亀裂、井戸、河川、水路、排水設備などを含むモデルを構築できます。
• 広域モデルにも対応：施設、農地、鉱山、流域、地域規模など、目的に応じた解析モデルを構築できます。
• 外部ツールと連携：ParaView、Tecplot、GIS、表計算ソフトなどを利用して結果を分析・可視化できます。
• 解析結果の説明力を向上：地図、断面図、3次元表示、時系列グラフなどを利用して関係者へ結果を共有できます。

ユースケース

流域・洪水管理

降雨、融雪、地表流、河川流量、土壌飽和度、地下水位を統合的に解析し、洪水が発生する過程を評価できます。

河川氾濫や降雨流出に加え、地下水位の上昇、地下水の地表への湧出、河川水の帯水層への浸透なども考慮できます。

都市流域、農村流域、低平地、沖積帯水層などの洪水リスク評価に活用できます。

HGSRTを組み合わせることで、河川流量、地表水深、地下水位、土壌水分などの継続的な予測・監視環境を構築できます。

地下水・水資源管理

帯水層、井戸、河川、湖沼、湿地などを統合モデルとして構築し、地下水揚水や土地利用の変化が水資源へ与える影響を評価できます。

• 井戸群の揚水計画
• 地下水位低下の評価
• 河川流量に対する地下水の寄与分析
• 地下水涵養量の推定
• 地表水と地下水の水配分
• 水源保全区域の検討
• 干ばつ時の水資源評価

鉱山・ダム・産業施設

鉱山、採石場、尾鉱貯蔵施設、ダム、堤防、工業施設などでは、地表水と地下水を分離せずに評価することが重要です。

HydroGeoSphereを利用して、ピット流入水、排水量、浸透、地下水位、周辺河川への影響、施設閉鎖後の水文状態などを解析できます。

• 露天掘り鉱山への地下水・地表水流入量
• 鉱山排水および水収支
• 尾鉱施設や廃石堆積場からの浸透
• ダム・堤防周辺の浸透流
• 遮水壁や不透水面の効果
• 施設運用中および閉鎖後の水管理
• 汚染物質の移動経路

環境・汚染物質輸送

地下水と地表水の流動に加え、溶質や汚染物質の移動、拡散、分散、吸着、反応などを解析できます。

• 汚染地下水の移動範囲評価
• 河川や湖沼への汚染物質流出
• 廃棄物処分場や産業施設からの漏えい評価
• 放射性物質の移動解析
• 塩水侵入や密度依存流
• 地下水年代・滞留時間の評価
• 環境トレーサーや同位体の輸送解析

農業・湿地・生態系管理

農地や湿地では、降雨、灌漑、排水、蒸発散、土壌水分、地下水位が密接に関係しています。

HydroGeoSphereを利用して、灌漑水の移動、農地排水、地下水涵養、栄養塩流出、湿地の水位回復などを解析できます。

• 土壌水分と灌漑条件の評価
• 農地排水およびタイルドレイン
• 肥料・栄養塩の流出
• 湿地・泥炭地の再湿潤
• 水路遮断後の地下水位回復
• 河川流量に含まれる地下水成分の評価
• 生態系が必要とする水文条件の評価

気候変動影響評価

降水量、気温、蒸発散、融雪、土地利用などの条件を変更し、水資源への影響をシナリオ別に解析できます。

地下水位、河川流量、土壌水分、涵養量、洪水、干ばつなどを物理的に一貫したモデルで評価できるため、気候変動への適応策や長期的な水資源計画の検討に利用できます。

Canada1Waterは、HydroGeoSphereを基盤として、地表水、地下水、気候、土地条件を統合的に扱う広域水資源モデリングの活用例です。

動作環境とサポート

動作環境

• 対応OS：Windows、Linux
• アーキテクチャ：64ビット環境
• プロセッサ：マルチコアCPU推奨
• メモリ：モデル規模、メッシュ数、解析プロセスに応じて選定
• 可視化：ParaView、Tecplot 360など
• メッシュ作成：AlgoMesh、Gmshなど

大規模モデル、複数の溶質輸送、亀裂流、熱輸送などを含む解析では、十分なメモリを搭載したワークステーションまたはサーバー環境を推奨します。

技術サポート

有効なHydroGeoSphereライセンスを保有するユーザーは、Aquantyの標準技術サポートを利用できます。

標準サポートには、機能の実装に関する基本的な支援、エラーや不具合のトラブルシューティング、ソフトウェアアップデートへのアクセスなどが含まれます。

コンサルティング、モデル構築、エンジニアリング、カスタムソフトウェア開発などは、別途プロフェッショナルサービスとして提供される場合があります。

FAQ（よくある質問）

HydroGeoSphereはどのようなソフトウェアですか？

A：HydroGeoSphereは、地表水、土壌水、地下水を単一の物理ベースモデルで統合解析する3次元水文学シミュレーションソフトウェアです。

地表流、不飽和帯・飽和帯地下水流、蒸発散、融雪、溶質輸送などを一体的に扱えます。

一般的な地下水解析ソフトとの違いは何ですか？

A：地下水だけを解析するのではなく、地表水と地下水の交換を明示的に計算できる点が大きな特長です。

河川流量、地表流、地下水涵養、地下水位、蒸発散などを一つのモデルで評価できます。

HydroGeoSphere、HGSRT、HydroSphereAIの違いは何ですか？

A：それぞれ解析方法と提供形態が異なります。

• HydroGeoSphere：WindowsまたはLinuxにインストールし、物理ベースの水文学解析を行うソフトウェアです。
• HGSRT：HydroGeoSphereモデルと観測・気象データを利用するクラウド型水文予測サービスです。
• HydroSphereAI：機械学習を利用して河川流量を予測するクラウド型サービスです。

HydroGeoSphereはクラウドサービスですか？

A：HydroGeoSphere本体は、WindowsまたはLinux環境にインストールして利用するソフトウェアです。

HGSRT、HydroSphereAI、HydroClimateSightはクラウド型サービスとして提供されます。

どのようなデータが必要ですか？

A：解析目的によって異なりますが、一般的には次のようなデータを使用します。

• 数値標高モデル
• 地形・河川・湖沼データ
• 地質・土壌・帯水層データ
• 土地利用・植生データ
• 降水量、気温、蒸発散などの気象データ
• 河川流量、地下水位、土壌水分などの観測データ
• 井戸、排水路、ダム、堤防などの施設データ

解析結果をParaViewやGISで確認できますか？

A：はい。

hgs2vtuを利用してVTU、NetCDF UGRID、Tecplot、CSV、シェープファイルなどへ変換し、ParaView、Tecplot、GIS、表計算ソフトなどで利用できます。

対応する出力形式は、解析対象と出力設定によって異なります。

CSV形式で結果を出力できますか？

A：はい。

選択した節点の流体フラックス、水頭情報、境界条件フラックス、時系列データなどをCSV形式で出力できます。

出力したCSVデータは、表計算ソフトやParaViewなどで利用できます。

大規模モデルにも対応できますか？

A：マルチコアCPUを利用した並列計算に対応しています。

実行可能なモデル規模は、メッシュ数、解析する物理プロセス、タイムステップ、出力量、CPU、メモリなどによって異なります。

メーカーの製品サイト
https://www.aquanty.com/

【言語】英語