| 研究概要 |
サーマルサイフォン流動を実証的に研究するために,昨年に引き続いて貯水池の水質・水温観測を実施した.観測データの解析より,熱浮力によって駆動されるサーマルサイフォンのみならず,溶解物質の化学成層も重力循環流に強く影響している可能性が示唆された.とりわけ,貯水池底から嫌気的に溶出してきた物質の濃度浮力は池底に沿う傾斜プルームを発生させ,水質と熱を浅水部から深層へと対流輸送することによって,高濃度・高温の水塊が貯水池低層に形成されると推察された.そこで,第二年度においては,熱-化学成層の多重成層に着目して,「熱塩サイフォン現象」による物質集積過程に研究の視点を移した.熱塩サーマル流動を検出するために,池内の縦断・横断方向の水温・水質分布を定期的に観測した.また,熱塩サイフォンの機動力となる底質からの浮力溶出量を抑えるために,低泥を採取し溶出試験を実施した.一方,熱塩サーマルの発生が原理的に可能であることを確認するために,二次元貯水池模型において傾斜底面に浮力源を持つ熱塩循環の水理実験と数値解析を実施した.模型が小さいことによるスケール効果が現れるため,定量的な確認にまでは至らなかったが,熱塩サイフォンによる底層への熱と栄養塩の集積現象が確認された.本研究で着目した熱塩サイフォンは,逆転水温層形成の主要因と考えられる.しかも,嫌気性溶出による栄養塩の内部負荷を傾斜面に沿って深層へと輸送するために,底層水の密度が非常に増加し超安定で循環しない低質水を形成させてしまう.このような貯水池においては,熱塩サイフォンが発生しない水域に比べて富栄養化による水質障害がより深刻化する可能性がある.本研究の知見をふまえて,熱と水質の人工的制御による貯水池富栄養化現象の軽減方策を講ずることが技術上の課題である.
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