| 研究課題/領域番号 |
21K17880
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分63010:環境動態解析関連
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| 研究機関 | 鳥取大学 |
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研究代表者 |
劉 佳啓 鳥取大学, 乾燥地研究センター, 特命助教 (80823898)
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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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 風食 / 飛砂 / 流体力学 / 土壌侵食 / 風洞実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、中国では激しい砂塵嵐（ダスト）が深刻な問題となっている。そのため中国政府は、ダストの主要発生源と考えられる内モンゴル自治区において植林による緑化を推進しているが、劣化した土地に緑を造成することは容易ではない。土地の復元のためには、その土地に元々存在する植物の特性を正確に把握し、飛砂抑制に効果的な在来植物を見出すことが重要である。本研究では、有用な植物を選択するための科学的根拠を提示するため、申請者が開発した小型境界層風洞を用いて、飛砂発生地の地表面状態と風の流れを再現し、植物種によって異なる植物体の形状・遮蔽率・柔軟性がダストの抑制にどのように影響するのかを明らかにすることを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
1、飛砂抑制効果の検証のためには、飛砂粒子の流速・流量・粒径の鉛直分布の測定を同時に行う観測システムの開発が必要である。新たに設計した可搬式小型飛砂風向計測装置（特許出願中）は、高精度超音波センサーが搭載された圧電飛砂計のケースの設計を工夫することにより、過酷な環境条件下でもメンテナンスが可能になると同時に、ノイズが発生せずに飛砂粒子数を高精度に測定することが可能である。また、ポテンショメータとスリップリングの連動装置を整備することで、外部から装置に電力供給を実現するとともに、風向の同時計測が可能になった。さらに、電源制御システムおよびブレーキ機構を設置することで、臨界風速以下の時に装置の稼動を停止させ、消費電力と観測機器の消耗を抑え、乾電池だけで長期の現場観測が可能になった。これにより野外観測の際に設置する場所の自由度が広がり、現場の状況に柔軟に対応した小型・軽量の測定システムとなった。
2、新たに設計した飛砂計の性能を検証するため、既存の飛砂計測装置とともに鳥取砂丘に設置した。回収したデータを検証した結果、新たに設計した飛砂計は降雨や雪によるノイズを最低限に抑えることができていた。また、最新の飛砂計測機器とUAVによる写真測量、実地測量を併用し、鳥取砂丘の堆砂・静砂垣の飛砂防止効果を定量的に検証した。風速が17m/s以下では飛砂を80%以上減少させることや（17m/s以上だとその効果が落ちてくる）、堆砂垣による堆砂量は静砂垣のそれより2-4倍の量であり、堆砂垣による堆砂が増加するに伴い飛砂防止の効果が薄れてくることなどを明らかにした。現状、垣の高さは1mで遮蔽率は50%であるが、垣の設計改良とこれらの観測手法を組み合わせることで、効果的な飛砂防止対策の開発が期待できる。また砂丘のみならず乾燥地においても飛砂対策手法の検討に貢献が期待できる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
「飛砂粒子の流速・流量・粒径を同時に測定できる観測システムの開発」に関しては、砂粒子が圧電振動子に衝突した際に発生する電圧信号から、衝突する砂粒子の数を測定することが可能になり、一定の進展があったと言える。しかし、飛砂粒子の粒径および流速が、センサーに与える影響を検出するためには、信号の出力方法をデジタル信号からアナログ信号に変更する必要がある。新しい信号増幅器とデータ収集に関するコントロールシステムの基板の設計・製作に取り組むところである。
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| 今後の研究の推進方策 |
「飛砂粒子の流速・流量・粒径を同時に測定できる観測システムの開発」：新しい信号増幅器とデータ収集に関するコントロールシステムを整備し、各粒径の砂粒子が圧電振動子に衝突する風洞実験を行い、判別出力部の設置に必要な基礎データを収集する。この測定結果を粒子画像流速測定システムによる画像解析の結果と比較・検証することで、観測システムの完成を目指す。
「模型の形状・遮蔽率・柔軟性の違いによる飛砂の抑制効果の定量的解明」：モンゴルに生育する植物の形状を模した模型を用いて、飛砂の堆積量と流体力学特性に対する形状や被覆率の影響について検討する。今後は開発した草本模型と新しい飛砂センサーを用いて、飛砂抑制効果の評価指標の開発に必要な基礎データを得る。
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