2021 Fiscal Year Research-status Report

Basic and Applied Survey Method for Physical and Chemical Characteristics of Accumulated Sediment on Reservoir Bottom Using Ultrasonic

Research Project

Project/Area Number	20K04762
Research Institution	National Institute of Technology, Toyota College
Principal Investigator	松本嘉孝豊田工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (40413786)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	早坂太一豊田工業高等専門学校, 情報工学科, 教授 (50314092)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	超音波 / 底泥
Outline of Annual Research Achievements	陸水止水域である湖沼へは，土砂以外にも落葉などが分解した微細有機物が流入・堆積し底泥化している。底泥による貧酸素水塊や，重金属・ダイオキシン類の蓄積から，堆積物に関する調査・分析手法が確立している。一方，堆積層厚や粒子径といった物理的空間量や有機物含有量などの化学特性の観測手法は存在するが，堆積量・質の3次元的な全体像を把握するまでには至っていない。上記の課題に対し，2017から2019年の研究結果として，実験室における超音波での堆積物の層厚・粒径特性の把握が達成されたが，次の研究課題として，1.得られた結果の科学的な根拠の裏付け（1-1パワースぺクトル原因解析，1-2複層超音波原因解析，1-3有機物含有量把握，1-4正確な試料粒子径測定），2.基礎研究から応用研究への橋渡し（2-1異なる周波数帯で波長特性把握，2-2超音波測定能検討，現場超音波解析，2-3波長解析自動化）が顕在化した。このうち今年度は，1-1 パワースペクトル原因解析:サンドビーズでガラスビーズと同様単・複層で超音波鉛直照射実験を行い，粒径とP.S.強度との関係性を把握するとともに，その原因を検討した。これにより，サンドビーズであるジルコンビーズを用いて行った実験ではガラスビーズと同じような特性を確認することができた。今後，粒子径とパワースペクトルとの関係性の根拠の裏付けを行うことが課題である。さらに今年度は，2-2 超音波測定能検討，現場超音波観測:湖沼で現場超音波観測を行い，本装置測定解像能を明らかにした。これにより，φ40の振動子を用いてエコーを観測することができたが，水深計測精度に大きなバラツキが見られた。その原因として，底泥厚が影響を及ぼしていることが考えられたことから，実験室内においてその影響の検討が必要であることが明らかとなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 研究開始年度に新型コロナウィルスの感染症の拡大により，当初予定していた学生と実験を行うことが限られてしまった。実験について検証を行うための器材の購入を行うことはできたが，実験を進めることが困難な状況であったため，当初よりも1年後ろ倒しの研究進捗状況となっている。
Strategy for Future Research Activity	今年度はパワースペクトル原因解析と，2-2超音波測定能検討，現場超音波解析を行うことができた。それぞれ研究を行うことにより，課題が明らかとなったため，その課題についての検討を行う。また，解析に際して解析ソフトの不具合が見つかったため，その修復が早急に必要であると考えている。来年度は，上記1-1，2-2に加えて， 1-2複層超音波原因解析:層厚や粒径などの実験条件を拡張し同様な結果が得られることを確認すると共に，2-2 超音波測定能検討，現場超音波観測について，室内と現場実験精度の解析を進めることを考えている。また，2-1 異なる周波数帯での波長特性把握:本実験装置を用いて，40kHz付近の低周波，150kHzおよび400kHz付近の中周波，1500kHzの高周波で実験し，それぞれの周波数帯における層厚特性，粒子径特性などの物理特性を把握し，本装置の適用範囲を明確にする。
Causes of Carryover	研究開始年度に新型コロナウィルスの感染症拡大に伴い，当初の予定通りの研究遂行ができなかった。研究遂行時期も1年後ろ倒しとなったことから次年度使用額が生じた。次年度については，8.今後の研究の推進方策に記した内容の研究をすすめるため，現場観測のための器具や装置を購入すると共に，異なる周波数帯での実験を進めるための振動子の購入および実験器具を揃える。