2019 年度研究成果報告書

広帯域超音波パルス波による水底堆積物の層厚・粒径観測手法の開発

研究課題

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研究課題/領域番号	17K06625
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	土木環境システム
研究機関	豊田工業高等専門学校
研究代表者	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)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	超音波 / 底泥 / 粒径分布
研究成果の概要	止水域における底質の厚さと質を超音波エコーを用いて，間接的に測定できる新技術の開発を目指した。その結果，まず研究室内の実験において，模擬底質及び実際の底泥において，粒径と超音波エコーのパワースペクトの間の関係性を明らかにした。また，単層および複層状に模擬底質を配置し，その層厚を測定する実験を行い，誤差2%以内に計測できることを確認した。次に，屋外のため池で実験した結果，えられる反射エコーの大きさは試料の粒径に依存し，パワースペクトルのピーク値も，試料の粒径に依存していることがわかった。このことより，エコーとパワースペクトルのピーク値を調べれば，試料粒径の推定が可能であることがわかった。
自由記述の分野	土木環境工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	従来狭帯域の連続波ではなく，広帯域のパルス波を用いた広範囲のエコー測定で，底質厚の測定と粒径特性を明らかにすることができた。本手法によって底泥質と厚の情報が同時に推定できる可能性を示し，これは浄水場や下水処理場など，水底までの距離が明らかな場所での底泥推定に適用が可能である。また屋外実験でも底質厚の測定が相対誤差3%以内であることが明らかとなったことから，底泥の媒質ごとの超音波速度が分かれば，水深が分からなくても底泥厚を算出することが確認できた。この基礎実験結果を発展させることにより，超音波により湖沼などの底質厚および粒径特性を安価で短時間に，そして広域で把握する手法の足掛かりができた。