| 研究課題/領域番号 |
21K04273
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22040:水工学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
中谷 祐介 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20635164)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 瀬戸内海 / 化学的酸素要求量 / 外洋起源 / 難分解性有機物 / 数値シミュレーション / 化学的酸素要求量COD |
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| 研究開始時の研究の概要 |
瀬戸内海では40余年にわたり陸域から流入する汚濁負荷を削減してきたにも拘わらず，近年は化学的酸素要求量CODが横ばいあるいは微増しており，多くの湾灘で環境基準を未だ達成していない．この水質異変の原因の一つとして，難分解性の外洋起源有機物の動態が影響している可能性が指摘されているが，実態は明らかにされていない．
本研究では，瀬戸内海における外洋起源有機物の動態を解明し，近年のCOD異変への影響を明らかにする．得られる成果を基に，海域CODの制御可能性とその限界を定量的に示すことで，瀬戸内海における今後の水質管理方針の抜本的見直しを提案する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，瀬戸内海における外洋起源有機物の動態を解明し，近年のCOD異変への影響を明らかにすることを目的とする．そのために，河口‐湾灘‐外洋に至るマルチスケールの力学現象をシームレスに解析可能な三次元流動モデルに，有機物を起源別・形態別に分画した物質循環モデルを組み込んだ瀬戸内海COD評価モデルを開発し，瀬戸内海に存在する外洋起源有機物の存在量とその変動を明らかにする．海域CODの制御可能性とその限界を定量的に示すことで，瀬戸内海における今後の水質管理方針の抜本的見直しを提案する．2年目である2022年度には，以下の内容に取り組んだ．
・瀬戸内海‐太平洋領域を対象に3D流動モデルを構築し，外洋起源の難分解性有機物の時空間挙動について，保存性トレーサー解析を行った．その結果，一部河口域を除き，外洋起源有機物は瀬戸内海にほぼ一様に分布しており，黒潮流路変動の影響は小さいと推察された．また，瀬戸内海に存在するCODのうち，最大で6割，最小でも2割が外洋起源であることが示された．
・海域への淡水流入量および物質負荷量を高精度に算出するために，瀬戸内海の全集水域を対象に分布型流出モデルを構築し，ほとんどの一級河川に対してNSE>0.7と比較的高い流量算定精度を確認した．さらに，COD,TN,TPに関する点源負荷の実績データをGISで整理，空間解析し，物質動態モデルを用いた流出解析を行うことで，降雨出水時を含めた海域への汚濁負荷量を高精度に算定することを可能にした．
・瀬戸内海‐太平洋の広範な領域に対して高解像モデルを構築する本研究では，生態系モデルのパラメータチューニングにおいては計算速度がネックとなる．そこで，スーパーコンピュータ「富岳」環境下に3D流動水質モデルを移植するとともに，MPI+OpenMPのハイブリッド並列を実装することで，数値計算の大幅な高速化を実現した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
電気料金高騰の影響を受けて，利用可能な計算資源が大幅に削減されたため，当初予定していた海域生態系モデルのパラメータチューニングや解析は十分に進めることができなかった．そのため，2022年度は陸域からの汚濁負荷量算定モデルの構築に注力し，十分な算定精度を得ることができた．得られた成果の一部は，学術論文や国内外の学術講演会で発表した．
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| 今後の研究の推進方策 |
2021-2022年度に構築した海域モデルと陸域モデルからなる瀬戸内海COD評価モデルを用いて，非保存性の栄養塩動態も含めた物質循環解析を行い，湾灘ごと・季節ごとのCOD濃度の起源別内訳を明らかにする．
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