2018 Fiscal Year Research-status Report
分光光度計測に基づく河川水中の有機物と栄養塩の総合モニタリング手法の開発
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17K06571
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木内 豪 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (00355835)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 紫外可視分光光度計 / 河川水質 / 栄養塩 / 有機物 / 浮遊物質 / モニタリング / 吸光度スペクトル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
河川等における有機物や栄養塩等の水質計測・モニタリングは水圏・地圏の物質動態に関わる科学分野から公共用水域の環境管理分野に至る幅広い場面で必要とされる基本的技術である。従来の水質計測・モニタリングには定期的採水等に基づく室内分析や現場設置型の自動分析装置が用いられてきたが、前者は多大な労力を要するにもかかわらず現象の動的変動特性が十分に把握できず、また、後者は装置の設置・維持に多大な費用がかかるため多項目の総合的計測が困難という課題があった。そこで、本研究では、近年、小型化が進み現場利用が可能となってきた分光測定技術（spectroscopy）を活用して、高時間解像度で精度よく河川水中の有機物、リン、窒素の溶存態および懸濁態の濃度をモニタリングする新たな水質計測・定量化手法の確立を目指す。
平成30年度においては、前年度に引き続き、霞ヶ浦の流入河川と多摩川を対象に、携帯型紫外可視分光光度計による吸光度スペクトルの現地計測、室内での吸光分析及び有機物・リン・窒素・浮遊物質に関する水質分析を行った。また、各種の多変量解析手法を用いて、吸光度スペクトルデータからSS及びCOD・総リン・総窒素・硝酸態窒素等の濃度を定量する手法の検討を行った。最初に検討した手法は、Lasso、主成分回帰法、Stepwise法で、入力には計測された吸光度スペクトル（220nm～735nm, 2.5nm間隔）の微係数を与えた。これらの手法により学習データに対して良好な回帰結果が得られることがわかったが、未学習データに対しては再現性が劣っていたことから、未学習データに対する再現性を確保できる新たな手法を検討した。その結果、予め定めた最適スペクトルバンド数の吸光度の生データにPLSR（部分最小二乗法）を適用することで、学習データによる回帰結果と同等程度で未学習データの再現性が得られることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初、実河川に計測機器を据え置きして長時間のモニタリングを予定していたが、機器の設置許可上の問題から、据え置きを断念せざるを得なかった。一方、機器のレンタル期間中、台風24号の上陸に伴う出水イベントを捉えて高い濁度のときの計測データが得られたことから、このデータを解析に有効活用することができた。このように、当初想定していた計画どおりとはならなかった点はあるが、来年度、短期間だけの連続計測であればまだ実施可能性は残されているので、この点については来年度検討を行うという判断をした。よって、現段階では概ね順調に進んでいると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、再度、機器をレンタルして計測を行い、検証データを増やすとともに、吸光度スペクトルの時系列データから、有機物、リン、窒素の溶存態・懸濁態の濃度を定量化する。また、これまで霞ヶ浦流入河川流域等に適用してきた分布物理型の水・物質循環モデルの解析結果やニューラルネットワークによる推定結果とも比較しながら、新たな手法により作成される時系列情報の優位性について検証を加える。最後に、3年間の検討成果をとりまとめ、分光光度計測に基づく河川水中の有機物と栄養塩の総合モニタリング手法を提案する。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた吸光光度計の長期連続計測が、設置許可上の問題からできなかったことから、その分の費用は翌年度の計測・調査や成果の発表等で使用する予定である。
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Research Products
(1 results)
