気候変動リスクに直面するダム湖での水温成層制御方式による水質改善手法の開発

利用水温分层控制方法开发面临气候变化风险的坝湖水质改善方法

基本信息

批准号：
22K04344
负责人：
黒川岳司
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute of Technology (KOSEN), Kure College
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04344/
关键词：
ジェットポンプ式流動装置ダム湖水温成層水質改善 PIV

项目摘要

本研究は，ダム湖等の気候変動リスクに直面している閉鎖性水域の有効な水質改善手法であるジェットポンプ式流動装置による水温成層の破壊・緩和手法について，理論解析，室内実験より確立し，ダム湖等での現地実験によってその効果を実証するものである．この目的を達成するためには，ジェットポンプ式流動装置の成層破壊・緩和に適した装置形状の算定が必要であることから，初年度では，装置機構の鍵となる混合管の吸引能力の算定を理論解析とモデル実験で行い，またその時の混合管内の流動特性をPIV計測によって評価した．具体的な研究成果しては，既往の研究では十分な吸引水量を得るのに混合管の管径と管長の比が5～6倍必要との結果と10倍以上必要との二つの矛盾する結果があったことに対して，初年度の研究で，吐出流量を容積法で直接測定することを試み，吸引性能の正確な評価につなげ，その時の流れの様子をPIV計測することによって，混合管内の混合が完了するには管径と管長の比が10倍以上必要だが，6倍程度で管内の混合が完了していなくても十分な吸引性能を得られることを明らかにすることができた．また，「躍層部での水平貫入状況と成層の破壊・緩和作用の評価」や「効率的な装置システムの配置の検討」を行うためには，実水域に見立てた室内水槽実験で現象を再現し理論的な評価を行う必要があるが，水域として上層淡水・下層塩水の任意の密度差の二成層場を作れるシステムを確立し，装置としても連行混合率や吐出流量が可変な装置モデルを作製し，予備的な実内実験まで実施することができた．この実験結果としては，装置配置の仕方や連行混合率の違いによって成層の緩和・破壊の状況が大きく異なることが確かめられた．

本研究通过理论分析和室内实验，建立了利用喷射泵流装置破坏和缓解水温分层的方法，这是针对坝湖等面临气候变化风险的封闭水体的有效水质改善方法。将通过大坝湖泊等现场实验进行论证。为了达到这个目的，需要计算出适合破层和缓解分层的喷射泵流量装置的形状，所以在第一年，我们会计算混合管的吸入能力，这是关键通过理论分析和模型实验对装置机理进行了研究，并利用PIV测量评估了混合管内的流动特性。至于具体的研究结果，以往的研究有两种相互矛盾的结果：一种说混合管的管径与长度之比需要5到6倍，另一种说需要10倍以上。为了获得足够的吸水量，在研究的第一年，我们尝试使用体积法直接测量排放流量，并通过PIV测量当时的流动状态，发现管径与管长之比至少需要大10倍才能在混合管内完成混合，但在6左右即可完成管内混合。我们能够证明，即使该过程未完成，也可以获得足够的抽吸性能。此外，为了“评估斜面的水平渗透情况以及分层的破坏/缓解效果”和“研究高效设备系统的布局”，有必要进行模拟水族箱的室内实验。需要对真实水域进行再现并进行理论评价。然而，我们已经建立了一个系统，可以创建一个上层淡水和下层咸水之间任意密度差的两层场作为水体，并且还创建了一个具有可变夹带混合比和排放流量的装置模型，并有我们进行了初步的现场实验。该实验的结果证实，根据设备布置和夹带混合比，松弛和破坏分层的条件有很大变化。