2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of aquatic environment restoration technique using the water surface cooling and cool water mass downwelling process in an organically polluted closed water body
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16K15009
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
平松 和昭 九州大学, 農学研究院, 教授 (10199094)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 昌佳 九州大学, 農学研究院, 准教授 (80325000)
田畑 俊範 九州大学, 農学研究院, 助教 (80764985)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 閉鎖性水域 / 水面冷却熱対流 / 有機汚濁 / 富栄養化 / 無酸素化解消 / 藻類増殖抑制 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，水質汚濁水域を対象に，水面冷却と冷水塊沈降を利用した水環境修復の可能性を示すことである．本年度では，室内実験と数値シミュレーションの観点から，水面冷却熱対流による無酸素化の解消効果と低水温による水面での藻類増殖の抑制効果を検討した．
まず，有機汚濁によって強固な水温二成層が形成される貯水池を実験水槽内に再現し，密度成層場における水面冷却熱対流の形成過程を可視化実験により把握した．とくに，成層強度，水温躍層の位置，水面に供給する冷水の温度と供給量を実験条件として，これらのファクターが，冷水塊沈降による熱対流の形成．発達に及ぼす影響を検討した．また，富栄養化水域を再現した円筒水槽を用いて水面冷却実験を行い，本技術による水環境改善効果を室内実験レベルで検討した．その結果，栄養塩の高濃度条件下でも低水温による光合成の制限によって植物プランクトンの増殖が抑制される点，また水温成層の破壊に伴って水底での貧酸素化が抑制され，良好なＤＯ環境が維持される点で，水面冷却の効果が認めれた．
さらに，水面冷却対流による移流効果を考慮に入れた鉛直一次元拡散型水質予測モデルを用いて，実水域スケールでの本技術の効果を検証した．本モデルの妥当性と有効性を検証するために，秋季以降の水面での強い熱放射に起因する水面冷却対流の影響を受ける水質動態の数値計算に適用した結果，実水域で観測された水温，植物プランクトン濃度，溶存酸素などの水質鉛直分布の季節変化を良好に再現した．ついで，同モデルを用いたシナリオにより人為的な水面冷却による水環境の改善効果を評価したところ，水面での藻類発生量の抑制効果が示された．さらに，水底での無酸素化の解消が早められる結果となり，窒素・リンの溶出量や硫化物の発生量の抑制，さらに底質表層の好気的状態への早期回復に繋がることが示された．
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