熱水鉱床開発に向けたADCPによる懸濁物質の種類・濃度のリアルタイムモニタリング

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K06912
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 新井 励 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60508381)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 懸濁物質 / ADCP / 超音波流速計 / 熱水鉱床 / 海洋モニタリング / 海洋計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、超音波流速計(ADCP)による熱水鉱床の探査および開発時に発生する懸濁物質濃度および種類の非接触三次元計測である。日本周辺海域には海洋資源となりうる新たな海底熱水鉱床の存在が予想される。また、既知の熱水鉱床周辺海域には熱水由来の特異かつ貴重な化学合成生態系が存在し、今後、これら熱水鉱床の開発を実施するに際し、周辺生態系に対し環境影響評価をすることが不可欠である。そのため、採鉱時に重金属等を含むどのような種類の懸濁物質がどの程度の濃度で発生・拡散・堆積し、周辺海域の生態系に影響を及ぼすか、懸濁物質を計測することで把握する必要がある。本研究では多変量解析をADCPに用い、非接触で懸濁物質の種類および濃度をリアルタイムモニタリングする画期的に研究である。
本年度は、まず懸濁物質の粒子径が音響散乱にどのように影響を与えるかを検証する実験を実施した。具体的には本学既設の円柱アクリル製の水槽（直径１ｍ、高さ３ｍ）を、下方横穴から取水し上方に供給することで鉛直循環式の水槽に改造した。水槽内に各種粒子径のカオリン粒子（濁度の標準物質）を投入し、ADCPを水槽上部に設置し、トランスデューサーからの音波を鉛直下方に向けて音波を送受信した。なお、このときADCPの４つのトランスデューサーの相互影響を除くため、３つの回線を切断し1つのみのトランスデューサーから放射される音波の懸濁物質に対する応答を取得した。上記実験を各粒子径、さらには粒径分布がガウス分布に従うように投入（海域の粒径分布はガウス分布に従う）することで粒径分布に対するADCPの応答実験を実施した。得られた計測データよりADCPによる粒径分布に対する応答も含めた粒子の音響散乱モデルを構築した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究初年度なため、実験が主となり当初のイメージ通りに進んでいる。当初からここまではある程度、実験結果やその考察方法も予想していたことが順調に進んでいる要因と考える。

Strategy for Future Research Activity

今後は実海域の懸濁物質に対するデータ解析をし、その妥当性を評価する。そのうえで想定される課題及びその対応策は以下
（問題）粒径分布に対する音響散乱実験を実施するに際し、カオリンと実海域の浮遊懸濁物質ではその密度が異なるため、正しい実験結果を得られない可能性がある。
（対応）カオリンの使用を中止し、実海域の採水および採水試料中の粒径分布の分析数を増やすことで、実海域中の浮遊懸濁物質に対する音響散乱応答実験回数を増やす。
（問題）多変量解析によりプランクトンや無機懸濁物質といった因子ごとに起因する音響データに分離できない。
（対応）分離できない原因は因子間に数学的無相関・独立性がないことが考えられる。主成分は直交関係にある軸であることを鑑みて、この軸に回帰させ定量する主成分回帰法を採用する。

Causes of Carryover

本年度購入計画であった光学式濁度・クロロフィル計（JFEアドバンテック）センサーのうち濁度センサーに関しては本学既存の簡易計測器で代用したことにより70万程度予算を低減できたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

本年度は実海域に比較的長期に設置計測するため、簡易のものではなく当初計画していた現場設置式濁度計を購入予定である。