GSFLOW の計算方法

GSFLOW-GRASS v1.0.0: GIS-enabled hydrologic modeling of coupled groundwater–surface-water systems
https://www.geosci-model-dev-discuss.net/gmd-2017-321/gmd-2017-321.pdf

有償の1ソフトを除き、既存の pre- post- には全ての連携をとれるものはなく、また不安定 & カスタマイズできないため、開発したとのこと。ありがたいですね。

この文献には、GSFLOW の機能がまとめられています。google先生の翻訳ベース付きで、残しておきましょう。

To link the PRMS and MODFLOW grids, the user must define gravity reservoirs at each different intersection of an HRU and a grid cell (Figure 1D).

PRMSグリッドとMODFLOWグリッドをリンクするには、HRUとグリッドセルの各交点に重力リザーバを定義する必要があります（図1D）。

The MODFLOW component of GSFLOW also relies on a user-specified stream network; stream segments represent tributaries, and the intersection of a stream segment with MODFLOW grid cells defines stream reaches (Figure 1A, D).

GSFLOWのMODFLOWコンポーネントは、ユーザー指定の河川ネットワークにも依存しています。セグメントは支流を表し、MODFLOWグリッドセルとの交点はリーチを表します（図1A、D）。

“Reaches” are defined as the section of each PRMS stream segment that lies within a single MODFLOW grid cell, and are numbered sequentially downstream as shown.

「リーチ」は単一のMODFLOWグリッドセル内に存在する各PRMSのストリームセグメントのセクションとしても定義され、図示のように順次下流へ番号が付けられます。
http://www.rfc.or.jp/seitai/seitai2.html

GSFLOW uses a daily computational time step for both the PRMS component and MODFLOW component. Flows are exchanged between each component at each time step. Multiple MODFLOW “stress periods” can be invoked to represent　different subsurface boundary conditions within a simulation period, but their lengths must be integer days.

GSFLOWは、PRMSコンポーネントとMODFLOWコンポーネントの両方に「日」計算時間ステップを使用します。各時間ステップにおいて、各コンポーネント間で流入出が発生します。シミュレーション期間内に異なる地下の境界条件を表すため、複数のMODFLOW「ストレス期間」を呼び出すことができますが、その長さは整数日でなければなりません。

The PRMS component of GSFLOW includes various modules that can convert commonly available climate data into complete forcing inputs needed for model simulations. These modules include different methods for determining potential solar　radiation, potential evapotranspiration, and snow accumulation / depletion; they also include different schemes for spatially　distributing data from one or a few observations points over the entire watershed.

GSFLOWのPRMSコンポーネントには、一般的な気候データをシミュレーションに必要な形式に変換できるよう、さまざまなモジュールが含まれています。これらのモジュールには、日射量、蒸発散量、積雪量/融雪量を決定する多くの方法が含まれています。また、1~2、3の観測点データを流域全体に分配するためのスキームも含まれています。

For unsaturated zone flow, PRMS does not implement Richards equation but instead applies efficient calculations to determine inputs and outputs for each HRU as well as exchanges among the three conceptual reservoir types within an HRU (GSFLOW manual Fig 19, Table 9). The “capillary zone” reservoir represents water held by capillary forces; it receives water through infiltration (based on parameter pref_flow_den) and loses water through evaporation and transpiration (based on parameters soil_moist_max, soil_rechr_max, and soil_type).

不飽和流れの場合、PRMSはリチャーズ方程式を使用せず、代わりに各HRUの入出力を決定するための効率的な計算と、HRU内の3つの概念的リザーバータイプ間の交換（GSFLOWマニュアル図19、表9）を適用します。
 「キャピラリーゾーン」リザーバーは毛管力によって保持される水を表します。その水は 浸透によって受け取り（パラメータpref_flow_denに基づく）、蒸発および蒸散によって失います（パラメータsoil_moist_max、soil_rechr_max、およびsoil_typeに基づく）。

After reaching field-capacity (parameter soil_moist_max), water transfers from the capillary zone to “gravity reservoirs,” where water can flow horizontally as slow interflow (based on parameters slowcoef_lin and slowcoef_sq) and drain vertically into the deeper subsurface domain handled by MODFLOW (based on parameters ssr2gw_rate, ssr2gw_exp, and ssrmax_coef);

フィールド容量（パラメータsoil_moist_max）に達した後、水は「キャピラリーゾーンリザーバー」から「重力リザーバー」に移動します。そこではゆっくりとした流れ（パラメータslowcoef_linおよびslowcoef_sqに基づく）として水平に流れ、MODFLOWによって扱われるより深い地下のドメインに排出されます（パラメータssr2gw_rate、ssr2gw_exp、およびssrmax_coefに基づく）。

gravity reservoirs can also receive groundwater discharge from the reservoirs drain directly to the saturated zone.

「重力リザーバー」は、リザーバドレンから排出される地下水を、直接飽和ゾーンに受けることもできます。

Saturated zone simulations (MODFLOW) employ finite difference solutions to the groundwater flow equation.

飽和領域のシミュレーション（MODFLOW）では、地下水流動の解法にFDMを用います。

Streamflow, as calculated by the MODFLOW component, includes inputs from upstream reaches, surface runoff and interflow from the PRMS component, base flow from the saturated zone discharge, and flows from possible underlying unsaturated areas.

河川の流れは、MODFLOWコンポーネントによって計算される上流側リーチからの流入、PRMSコンポーネントからの表面流出および合流、飽和域からの基底流出、および不飽和領域からの流入を含みます。

Outputs include flow to downstream reaches, leakage to groundwater, and flows to possible underlying unsaturated areas.

アウトプットには、下流側リーチ、地下水、不飽和領域への浸透が含まれます。

Discharge across the streambed follows Darcy calculations with specified streambed hydraulic properties.

河床をからの浸透量は、河床堆積物の水理特性に応じたダルシー則に従います。

5つのオプション

The user can specify stream depths for each reach;

1.ユーザーは各リーチのストリームの深さを指定できます。

apply Manning’s equation to an assumed wide rectangular　channel;

2.仮定された広い矩形チャネルにマニングの式を適用することができます。

apply Manning’s equation for an eight-point-based channel and floodplain geometry;

3.8ポイントベースのチャネルと氾濫原のジオメトリに対してマニングの式を適用することができます。

apply at-a-station power-law　relationships between discharge, flow width, and flow depth (Leopold and Maddock, 1953);

4.流出量、幅、深さの関係に「at-a-station power-law」（Leopold and Maddock、1953）を適用することができます。

specify an input look-up table　of hydraulic geometries for each segment.

5.各セグメントの水理ジオメトリに関するルックアップテーブルを指定することができます。

Streamflow can be simulated as either steady-state flow (parameter IRTFLG = 0),where outflow to the next stream reach balances inputs, or as transient flow (parameter IRTFLG > 0), using a kinematic wave　formulation for surface water routing in channels, which applies the assumption that the water surface slope approximates the　friction slope, and therefore negates backwater effects.

河川の流れは、流出・流入のバランスしている定常流(parameter IRTFLG = 0)か、運動波近似を使用した非定常流 (parameter IRTFLG > 0)としてシミュレーション可能です。※運動波近似は水面面勾配が摩擦勾配に近似していることを前提としているため、逆流作用は見込めません。


翻訳することで、余計にわかりづらくなったところもありますね。