フロックのポーラス構造に起因する沈降速度変動が成層海域の栄養塩循環に及ぼす影響

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420503
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 齋田 倫範 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (80432863)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 彰博 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (00366387)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 懸濁物質 / フロキュレーション / フロック / 沈降速度 / 成層海域 / フロック径

Outline of Annual Research Achievements

平成27年度は、画像解析によってフロック径と沈降速度を計測する実験体制を整備し、沈降試験を実施した。具体的には、デジタルマイクロスコープを併設した沈降実験水槽を用いて懸濁物粒子の沈降状況を撮影し、本研究で作成した画像解析プログラムによって沈降速度とフロック径の評価、およびフラクタル次元の推定までを行った。用いた試料は、九州西岸の沿岸域および河川感潮域で採取し、ふるいによって粗粒成分を除去した堆積物である。沈降試験によって推定された懸濁物のフラクタル次元を、平成26年度に実施した自重圧密試験に基づくフラクタル次元の評価結果と比較したところ、沈降試験に基づいて推定されたフラクタル次元の値は1.6～1.9程度、圧密試験に基づく値は2.6程度であり、試験方法によって大きく値が異なる結果となった。
加えて、凝集性懸濁物の動態を解析するために、フロキュレーションプロセス（懸濁物の凝集とフロックの崩壊現象）を考慮した凝集性懸濁物輸送数値モデルを構築した。構築した数値モデルに前述の実験で得られたモデルパラメータを適用して数値計算を実施し、干潟域への海岸構造物の築造が凝集性懸濁物の挙動に与える影響に関する基礎的な検討を行った。その結果、干潟域への護岸建設によって懸濁物フラックスが大きく変化すること、懸濁物フラックスの変化の程度は護岸建設位置に強く依存すること、懸濁物フラックスの変化にはフロキュレーションプロセスの変化に伴う懸濁物の沈殿傾向の強化が影響していることなどが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

遅れていた実験装置の製作作業が完了し、フロックの沈降特性に係る実験データの取得が順調に進行していることから、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

凝集した懸濁物の沈降特性を実験的に評価するための体制が整ったことから、平成28年度は、九州各地の主要な沿岸域で採取したサンプルを用いた凝集懸濁物の沈降特性の評価、ならびに成層流体中での凝集濁物の沈降特性の評価を中心に実施する。特に、これまでに実施した実験において、異なる方法で推定されたフラクタル次元の値に大きな乖離が見られていることから、フラクタル次元の評価方法の改善を図り、沿岸域における懸濁物の凝集特性を明確にする。異なる実験方法によるフラクタル次元推定値の乖離は、主にフラクタル次元を推定する際に用いる仮定に起因するものであり、異なる値を示すことに問題はないが、数値モデルを併用してより確度の高い評価方法を確立する予定である。加えて、成層条件下での沈降試験によって、成層強度、フロック径と沈降速度の関係を定式化する。以上の実験で得られる成果については、随時数値モデルに反映させ、感度解析・数値実験を実施する計画である。

Causes of Carryover

研究はおおむね順調に進行しているものの、平成26年度の実験装置製作作業に遅れが生じた影響により、平成27年度中に成果発表を行えなかったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成２８年度は実験を中心に研究を行う予定であり、実験と分析に係わる消耗品類、および実験用試料の採取や研究発表に係わる旅費を中心として研究費を支出する計画となっている。