日単位で形成される弱い温度躍層と吹送流の相互作用に関する研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63550370
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 石川 忠晴 東京工業大学, 工学部, 助教授 (50159696)
• 研究分担者: 田中 昌宏 東京工業大学, 工学部, 助手 (90171800)
• キーワード: 日成層 / 吹送流 / 浅い湖 / 富栄養化 / 連行則 / 混合モデル / せん断不安定

研究概要

まず始めに、昭和63年度の現地観測結果に基づき、日成層と吹送流の相互作用について検討した。その結果、(1)日成層の混合過程が吹送流のせん断不安定により生成される乱れによっている、(2)吹送流の速度分布が混合層内のエネルギ-バランスによって支配されている、と推論された。
次に、上記の推論に基づいて、日成層と吹送流の相互作用を表わす数理モデルを検討した。まず日成層の混合過程が、いわゆるDIM(Dynamic Instability Model)と基本的に同じものであると考え、既存のDIMの問題点を明確にした後に、より完全な定式化を行った。今回構築されたモデルの特色は、日成層と吹送流の相互作用を力学的に厳密に取り扱っていくために、モデルパラメ-タの物理的意味が明確であるとともに、その値が演繹的に決定されている点にある。
次に、上記モデルに、湖の岸のもたらす効果や日成層下部の密度勾配の影響を加えて、実際現象を十分シミュレ-トできる数値計算モデルを作成している。その結果を現地観測結果と比較したところ、非常に良い一致を見た。
最後に、上記モデルを用いて、霞ヶ浦などの浅い富栄養湖の水質が急変する条件について検討した。日成層がその日のうちに消滅しないと底層水が数日間嫌気状態になって底泥から栄養塩の溶出することが昨年の現地観測で明らかにされている。そこで、日成層がその日のうちに消滅しなくなる気象条件、具体的には1日の総日射量と風速の関係について明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 田中昌宏,石川忠晴: "日成層形成時に吹送流の特性について" 土木学会論文集/II. 405. 63-72 (1989)
• [文献書誌] 石川忠晴,田中昌宏,小関昌信: "浅い湖の日成層が水質に及ぼす影響" 土木学会論文集/II. 411. 247-254 (1989)
• [文献書誌] 石川忠晴: "霞ヶ浦の日成層…日成層研究の序" 東京工業大学土木工学科研究報告. 40. 69-82 (1989)
• [文献書誌] 田中昌宏,石川忠晴: "日成層の連行則の理論的考察" 水工学論文集. (1990)
• [文献書誌] 石川忠晴,田中昌宏: "DIM型の連行現象に関する理論的研究" 土木学会論文集/II. (1990)
• [文献書誌] 石川忠晴,田中昌宏,小関昌信: "浅い湖における日成層の混合モデルの開発" 土木学会論文集/II. (1990)