湖沼・貯水池での底質生態系のモデル化と水質予測に関する研究

湖泊水库沉积物生态系统建模与水质预测研究

基本信息

批准号：
17760413
负责人：
東野誠
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Oita National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

平成19年度は,平成18年度と平成17年度の結果を踏まえて,底泥内部での生物過程をモデル化し,溶存酸素の収支と窒素の変換過程,および微生物の増殖を予測するためのモデルを構築した.底泥直上の水柱から底泥表面へと移動するDOのフラックス(SOD:Sedimentary Oxygen Demand)推定に際しては,従来,申請者らが検討を行い,構築した境界層モデルを用いる.他方,底泥内部での物質移動に関しては,平成17年度に底質が細砂,あるいは粗砂の場合を想定して,底泥表面の乱れの底泥内部への伝達とそれによる物質移動への影響をコンピュータシミュレーションを行い,調べた.平成18年度は,底質が有機泥(ヘドロ)の場合を想定して,底泥直上の乱れの底泥内部への伝達とそれによる物質移動,生物過程への影響に関して,コンピュータシミュレーションによる検討を行った.平成19年度は,有機泥,粘土,シルト,細砂,および粗砂と幅広い底質条件での,底質内部での物質移動と微生物の代謝に伴う物質変換過程について検討を行った.とりわけ,底質直上の乱れの底質内部への浸透と伝達,およびそれによる物質移動への影響を調べた結果,底質が有機泥,粘土,および砂に係わらす周期の短い(高周波)成分ほど,底泥内部で急速に減衰することを明らかにした.次に,底泥の粘度の影響について,底質が細砂,粗砂の場合には,粘度が大きいほど乱れは底泥内部で急速に減衰する.一方,底泥が有機泥の場合,粘度か大きいほど乱れは底泥内部で減衰しにくく,より深部へと伝達されることを明らかにした.底泥内部での生物過程に関して,従属栄養細菌による好気性状態での有機物質の酸化とそれに伴う溶存酸素消費過程,および窒素の変換過程に着目して,モデルを構成し,前述の境界層モデル,および底質内部での物質移動に及ぼす底質直上の乱れの解析結果と対応させて,湖沼や貯水池の水・底泥境界面近傍での溶存酸素収支を予測するためのモデルを構築した.本モデルにより推定された水・底泥境界面近傍での溶存酸素濃度分布と微小酸素電極による実測値とを比較したところ,モデルによる推定値は実験結果を良好に再現した.

2007财年，根据2006财年和2005财年的结果，我们对底泥内部的生物过程进行了建模，并开发了一个模型来预测溶解氧的平衡、氮的转化过程和微生物的生长通量。构建了从底泥正上方的水柱移动到底泥表面的 DO（SOD：沉积氧）。为了估计需求），我们使用申请人先前研究和构建的边界层模型。另一方面，关于底部泥浆内的传质，2005年底部沉积物要么是细砂，要么是粗砂。假设底泥面通过计算机模拟来检验扰动向底泥的传递及其对传质的影响。2006年，我们假设底泥是有机污泥，湍流向底泥的传递及其影响我们使用计算机模拟来研究离子诱导传质对生物过程和微生物的影响。我们研究了伴随物质代谢的物质转化过程。特别是，我们研究了沉积物正上方的扰动渗透和传递到沉积物内部，以及由此产生的对与粘土和沙子相关的短周期质量传递的影响。我们发现，（频率较高的）成分在底泥内部衰减得更快。接下来，关于底泥粘度的影响，当底泥为细砂或粗砂时，粘度越高，湍流越少.它在底泥内迅速腐烂。另一方面，底泥当粘度较大时，人们发现扰动在底泥内部不易衰减，而向底泥内部传递得更深。对于底泥内部的生物过程，研究表明，有机物的湍流异养细菌处于需氧状态的物质是氧化和相关的溶解氧猝灭重点关注氮转化过程和氮转化过程，并结合前述边界层模型和沉积物正上方湍流影响沉积物内溶解氧的分析结果。水/污泥界面我们构建了一个模型来预测收入和支出，当我们将模型估算的水/沉积物界面附近的溶解氧浓度分布与使用微氧电极测量的实际值进行比较时，我们发现模型的估算值是与实验结果相似。