森林樹木による降水質変化過程の解析とその数理モデル化に関する研究

林木引起的降水质量变化过程分析及数学建模研究

基本信息

批准号：
08750631
负责人：
吉田弘
金额：
$ 0.64万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

森林樹木による降雨水質調節機構の把握を目的に、徳島大学常三島キャンパス内のクスノキを対象とした屋外降雨水質観測実験と今回作成した簡易降雨シミュレータによる屋内降雨遮断実験を行い、降雨遮断過程における雨水水質の変化過程とその過程におけるリーチング量の数理モデルによる定量評価を試みた。まず降雨水質観測実験では林外雨、樹幹通過雨および樹幹流の経時変化を転倒マス式雨量計で観測すると共に雨水資料を最短5分間隔で採取して水質分析に供した。このときの林外雨のpHはその結果、樹幹通過雨および樹幹流で林外雨よりもpHが増加することが明らかになった。特にこの傾向は樹幹流で顕著であり最大で2.5以上の上昇が観測された。これは水質分析の結果からカリウムおよびナトリウムの陽イオンが樹体よりリーチングされたためと考えられた。既開発の降雨遮断タンクモデルに改良を加えた降雨水質タンクモデルを構築し観測結果へ適用したところ、各降雨成分のイオン濃度の経時変化を良好に再現できた。詳細な水質変化過程の評価のために縦1.7m×横1.7mの底面積を持つ簡易降雨シミュレータを作成した。林外雨にイオン交換水を利用して12mm/hrから20mm/hrの一定降雨強度で降雨遮断実験を実施し、各降雨成分の強度とイオン濃度変化を観測した。実験においてはリーチング量の把握を目標に実験直前に樹木を充分に洗浄してから実験を行った。その結果、樹幹通過雨ではほとんどpHの上昇は見られなかったが、樹幹流ではおよそ0.5程度の上昇が観測された。このときに林外雨水質と樹幹流水質を比較すると明らかにカリウムイオン濃度とナトリウムイオン濃度が上昇すること、濃度差は時間と共に減少することが観測された。このことよりリーチング量は時間的とともに減少することが示された。降雨水質タンクモデルのリーチング項を修正して実験結果に適用したところ、濃度変化を良好に再現できた。

为了了解森林树木调节降雨水质的机制，我们以德岛大学常岛校区的樟树为对象进行了室外降雨水质观测实验，并使用我们创建的简单降雨模拟器进行了室内降雨截留实验，试图定量地观察森林树木调节降雨水质的机制。利用数学模型评估水质变化的过程以及该过程中的淋失量。首先，在降雨水质观测实验中，使用倾翻质量雨量计观测林外降雨、经过树干的降雨以及树干流量随时间的变化，并以最小间隔5分钟收集雨水数据。并用于水质分析。发现此时林外雨水的pH值在穿过树干和树干流的雨水中比林外雨水更高。这种趋势在树干流量中尤其明显，观察到的最大增幅超过 2.5。根据水质分析结果，这被认为是由于钾和钠阳离子从树中浸出所致。当我们建立了雨水水质池模型（该模型是已开发的雨水截流池模型的改进版本）并将其应用于观测结果时，我们能够成功地再现每个降雨成分的离子浓度的时间变化。创建了一个底面积为 1.7 m x 1.7 m 的简单降雨模拟器，用于详细评估水质变化过程。使用离子交换水对林外雨水进行截雨实验，降雨强度恒定为12毫米/小时至20毫米/小时，观察各降雨成分的强度和离子浓度的变化。在实验中，在实验前立即彻底清洗树木以确定浸出量。结果，在经过树干的雨水中几乎没有观察到pH值的增加，但在树干流的情况下观察到pH值增加了约0.5。此时，当比较森林外的雨水质量和树干水的质量时，观察到钾离子浓度和钠离子浓度明显增加，并且浓度差随着时间的推移而减小。这表明浸出量随着时间的推移而减少。当对降雨水质池模型的淋滤项进行修改并将其应用于实验结果时，成功地再现了浓度变化。