瀬戸内海における外洋起源有機物の動態とCODの制御限界

濑户内海海洋有机物动态及 COD 控制限值

• 批准号: 21K04273
• 负责人: 中谷 祐介
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04273/
• 关键词: 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

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．

本研究的目的是阐明濑户内海公海来源有机物的动态，并阐明其对近期 COD 变化的影响。为此，我们开发了濑户内海COD评价模型，该模型将按来源和形态分馏有机物的物质循环模型融入到三维流动模型中，可以无缝分析从河口到海湾的多尺度动态现象，我们将开发一个新系统来阐明濑户内海中源自公海的有机物的丰度和波动。通过定量论证海洋COD的可控性和限度，我们建议对濑户内海未来的水质管理政策进行根本性审查。第二年，即2022年，我们开展了以下主题工作。・针对濑户内海-太平洋地区构建了3D流模型，并对源自公海的持久性有机物的时空行为进行了保守示踪分析。结果表明，除部分河口区域外，濑户内海外海有机质分布基本均匀，黑潮航道波动的影响较小。研究还表明，濑户内海的 COD 中最多 60%、最少 20% 来自公海。・为了高精度计算流入海域的淡水流入量和物质负荷，针对濑户内海整个流域构建了分布式径流模型，发现NSE相对较高，>0.7确认了大部分一级河流流量计算的准确性。此外，通过使用GIS整理和空间分析与COD、TN和TP相关的点源负荷的实际数据，并使用材料动力学模型进行径流分析，我们将能够增加海域的污染负荷量，包括这使得在降雨和洪水期间进行准确计算成为可能。・这项研究为濑户内海和太平洋的大范围建立了高分辨率模型，计算速度是生态系统模型参数调整的瓶颈。因此，通过将3D流体水质模型移植到超级计算机“Fugaku”环境并实现MPI + OpenMP的混合并行，我们实现了数值计算的显着加速。

项目成果

瀬戸内海のCODに占める外洋起源有機物の割合

濑户内海 COD 中源自公海的有机物的百分比

• 发表时间: 2022
• 作者: Harada Eiji;Ikari Hiroyuki;Tazaki Takumi;Gotoh Hitoshi;山根成陽，鹿島千尋，中谷祐介;五十里 洋行;鹿島千尋，中谷祐介，山根成陽
• 通讯作者: 鹿島千尋，中谷祐介，山根成陽

IMPACTS OF CHANGES IN RAINFALL PATTERNS AND LAND USE ON FRESHWATER INFLOW INTO THE SETO INLAND SEA OVER THE PAST 30 YEARS

过去30年降雨模式和土地利用变化对濑户内海淡水流入的影响

• DOI: 10.2208/jscejer.78.6_ii_89
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. G (Environmental Research)
• 作者: Harada Eiji;Ikari Hiroyuki;Tazaki Takumi;Gotoh Hitoshi;山根成陽，鹿島千尋，中谷祐介
• 通讯作者: 山根成陽，鹿島千尋，中谷祐介

分布型流出モデルを用いた瀬戸内海の過去30年の淡水流入特性の解析

利用分布式径流模型分析濑户内海近30年淡水流入特征

• 发表时间: 2022
• 作者: Harada Eiji;Ikari Hiroyuki;Tazaki Takumi;Gotoh Hitoshi;山根成陽，鹿島千尋，中谷祐介;五十里 洋行;鹿島千尋，中谷祐介，山根成陽;五十里 洋行;中谷祐介，鹿島千尋，山根成陽，出口博之;鹿島千尋，戸村祐希，山根成陽，中谷祐介;山根成陽，鹿島千尋，中谷祐介
• 通讯作者: 山根成陽，鹿島千尋，中谷祐介

BEHAVIOR ANALYSIS OF OCEANIC ORGANIC MATTER FROM THE PACIFIC OCEAN IN THE SETO INLAND SEA

濑户内海太平洋海洋有机物的行为分析

• DOI: 10.2208/kaigan.78.2_i_757
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. B2 (Coastal Engineering)
• 作者: 足立幸太;山崎大;新田友子;Chen Jian;Qiyun Pang and Shinichiro Onda;Hiroyuki Ikari and Hitoshi Gotoh;Matuttis Hans-Georg;鹿島千尋，中谷祐介，山根成陽，戸村祐希
• 通讯作者: 鹿島千尋，中谷祐介，山根成陽，戸村祐希

高解像非構造格子モデルを用いた瀬戸内海の埋め立てによる流動影響解析

使用高分辨率非结构化网格模型分析濑户内海填海造地造成的流量影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Harada Eiji;Ikari Hiroyuki;Tazaki Takumi;Gotoh Hitoshi;山根成陽，鹿島千尋，中谷祐介;五十里 洋行;鹿島千尋，中谷祐介，山根成陽;五十里 洋行;中谷祐介，鹿島千尋，山根成陽，出口博之;鹿島千尋，戸村祐希，山根成陽，中谷祐介
• 通讯作者: 鹿島千尋，戸村祐希，山根成陽，中谷祐介