貧酸素化 した港湾海域 にお ける底質 の酸素消費特性 に関 する研究
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(2) 1067. 貧酸素 化 した港 湾海 域 にお け る底 質 の酸素 消費特 性 に関 す る研 究. (a) 装置 の着底 前. (b) チ ャ ンバ ー 内DO濃 図‑1. (c)測 定開 始時. 度 の回復. チ ャ ンバ ー 装 置 の 概 略 図. 積2.0l)を. チ ャ ンバ ー 付 近 に設 置 し,暗 瓶 内 のDO濃. 度. の 時 間 変 化 を 測 定 す る こ とで 底 質 直 上 水 中 に お け る酸 素 消 費 速 度 を測 定 し た. チ ャ ンバ ー 内 のDO減 少 量 か ら暗 瓶 内 のDO減. 少量 を差. し引 く こ とに よ って 底 質 の み に よ る酸 素 消 費 を 求 め た. 3. 現 地 調 査 の 概 要 貧 酸 素 化 した 海 域 に お け る底 質 の酸 素 消 費 を測 定 す る た め,大 阪 湾 湾 奥 部 の 大和 川 河 口域 に 位 置 す る堺 泉 北 港 北 泊 地 の 開 口 部 に お い て現 地 調 査 を行 った(図‑2参 照). 北 泊 地 は,閉 鎖 性 が極 め て 強 い地 理 的 条 件 を有 して お り, ま た,大 和 川 の 河 口 に 位 置 す る た め,海 底 堆 積 量 が 多 い 海 域 で あ り,夏 季 を過 ぎて も慢 性 的 な 貧 酸 素 状 態 に 陥 っ て い る(矢 持,2004).調 図‑2. 観測 地点 の位 置情 報. 生 した2007年9月. 査 期 間 は,貧 酸 素 化 が 顕 著 に発. か ら,貧 酸 素 化 が 緩 和 した2007年11月. 部 に は,海 水 交 換 用 の通 水 部 が 設 けて あ り,チ ャ ンバ ー. ま で と し,潮 汐 変 動 に 伴 う調 査 海 域 の 環境 構 造 の 変 化 が. 内 部 に は蛍 光 式 溶 存 酸 素 計(HACH社:LDO),曝. 少 な い と考 え られ る小 潮 時 に実 施 した.. 気水 注. 入 用 の チ ュー ブ,水 中 モ ー ター が 取 り付 け られ て い る. まず,チ. ャ ンバ ー上 部 の通 水 部 を 開 放 状 態 に した ま ま で,. 底 質 が 巻 きあ が ら な い よ うに 注 意 を払 い な が ら ゆ っ く り と海 底 に 着 底 させ る(図‑1(a)).チ. ャ ンバ ー の 底 部 に は. タ イ ヤ チ ュー ブを 取 り付 け て お り,チ. ャ ンバ ー を設 置 し. 4. 調 査 海 域 の 環 境 構 造 調 査 で は,底 質 の酸 素 消費 速 度 の 測 定 と同時 に,水 温 ・ 塩 分 お よ びDO濃. 度 の 鉛 直 プ ロ フ ァ イ ル を 測 定 した.水. 温 ・塩 分 の測 定 に は ポ ー タ ブ ル 多 項 目水 質 計(ア レ ック. た際 に容 器 と海 底 面 に 間 隙 が 生 じな い よ う に して あ る.. 電 子:CTD)を,ま. 続 いて,予. た,DO濃. 度 の 測 定 に は ガ ル バ ニ式 溶. め 採 水 して エ ア レ ー シ ョ ン タ ン クで 曝 気 して. 存 酸 素 計(YSI社:Model‑58)を. お い た底 層 水(海 底 か ら0.5m)を チ ュ ー ブ を 通 して チ ャ. で1.0m間 隔 で 測 定 した.全. ンバ ー 内 にゆ っ く り と注 入 し,チ ャ ンバ ー内 の無 酸 素 水. DO濃. と交 換 す る(図‑1(b)).チ. 環 境 構 造 は,測 定 時 間 内 で あ ま り変 化 しな か っ た た め各. ャ ンバ ー 内 のDO濃. 度 が あ る程. 度 ま で 回 復 した ら ゴム 栓 に よ っ て上 部 通 水 部 を 閉 じて 密 閉 状 態 を 創 出 し,曝 気 水 の 注 入 を 停 止 す る(図‑1(c)). そ の 後,チ. ャ ンバ ー 内 のDO濃. 度 が 減 少 し始 め る の を 確. 認 して か ら測 定 を 開 始 した.DO濃 し,チ. ャ ンバ ー 内 のDO濃. ま で 連 続 測 定 した.測. 度 の 測 定 は5分 間 隔 と. 度 が お お よ そ0.0mg/lに. 定 中 は,チ. が均 一 に な る よ うに,か っ,底. なる. ャ ンバ ー 内 のDO濃. 用 い,水 底 か ら水 表 面 ま 調 査 日 の水 温,塩. 分 お よび. 度 の鉛 直 プ ロ フ ァイ ル を 図‑3に 示 す.測. 定 日毎 の. 調 査 日で12時 に 測 定 さ れ た プ ロ フ ァイ ル を 示 す. 水 温 の 鉛 直 分 布 に よ る と,9月 こ と に よ って,11月 水 面 下2mの. は表層水 が暖 め られ る. は表 層 水 が 冷 や さ れ る こ と に よ って. 層 に水温 躍層 が形成 されて いる ことが わか. る.ま た,調 査 期 間 内 で底 層 水 の 水 温 は25℃ か ら20℃ に. 度. 変 化 して い る.塩 分 の鉛 直 分 布 に よ る と,大 和 川 河 川 水. 質 が 巻 き上 が らな い程 度. の 影 響 に よ り明 瞭 な塩 分 躍 層 が 形 成 さ れ て い る.調 査 期. に 水 中 モ ー タ(タ ミヤ 製)を 作 動 させ て 混 合 した.ま. た,. 間 内 で塩 分 躍 層 の 層 厚 は 若 干 変 化 して い る も の の,水 面. チ ャ ンバ ー 内 に 注 入 した 曝 気 底 層 水 で 満 た し た 暗 瓶(容. 下2.0m以 深 の 塩 分 は ほ と ん ど変 化 が な い.調 査 海 域 は,.
(3) 1068. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008) 表‑1. 調査 期 間に お ける底層 の浴存 酸素 環境 の分 類. (a) 水 温 の 鉛 直 プ ロ フ ァ イ ル. (b) 塩 分 の 鉛 直 プ ロ フ ァイ ル. 図‑4. チ ャ ンバ ー 内 と 暗 瓶 内 のDO濃. 度 の時間変 化. (測 定 日:2007年10月31日). 5. 底 質 の 酸 素 消 費 測 定 (1) チ ャ ンバ ー 内 のDO濃 2007年10月31日. (c) DO濃 度 の鉛 直プ ロ フ ァイ ル 図‑3. 調 査海 域 の環境 構造. うち 水 面 下2.0m付 近 に 密 度 躍 層 が 形 成 さ れ る. 場 で あ った. 9月 のDO濃. 度,お. よ び の 鉛 直 プ ロ フ ァイ ル か ら得 られ た 底 層. DO濃. 度 の 時 間 変 化 を 図‑4に 示 す.10月31日 ら1.5mg/l程. チ ャ ンバ ー 内 のDO濃 消 費 を測 定 した.暗. 度 は,水. 面 下3m以. 深 で ほ ぼ0.0mg/lで. あ. ャ ンバ ー 内 と暗 瓶 内 の. DO濃. 度 は,1.0か 水 深10mの. 度 の 時 間変 化. に測 定 した,チ. の底 層DO濃. 度 の 貧 酸 素 状 態 で あ っ た た め,. 度 を3.0mg/lま 瓶 内 のDO濃. で 回 復 させ て 酸 素. 度 の 時 間 変 化 は,測 定. 開 始 か ら測 定 終 了 時 まで ほ とん ど変 化 して い な い こ と か. り深 刻 な無 酸 素 状 態 に 陥 って い る こ とが わ か る.10月 上. ら,底 質 直 上 水 中 に お け る酸 素 消 費 は ほ と ん どな い こ と. 旬 に な る と無 酸素 状 態 で は な くな っ て い るが 依 然 と して. が わ か る.一. 水 面 下3m以. を供 給 した測 定 開始 時 に大 き く減 少 し,時 間 の経 過 と と. 深 で 貧 酸 素 状 態 に あ る.10月. 上 旬 に か け て,底 層 のDO濃. 下 旬 か ら11月. 度 は0.5か ら2.5mg/lに. 回復. 方,チ. ャ ンバ ー 内 のDO濃. 度 は,溶. 存酸素. もに そ の 減 少 割 合 は 小 さ くな って い る.特 に,こ の 減 少. して い き,ま た 中 層 域 に存 在 す る躍 層 も弱 く な っ て お り. 割 合 は チ ャ ンバ ー 内 のDO濃 度 が 底 層DO濃. 貧 酸 素 化 が徐 々 に緩 和 して い る段 階 に あ る.調 査 終 盤 の. 領 域 で 大 き く,逆 に低 い領 域 で は ほ ぼ 一 定 速 度 で あ る こ. 11月 中 旬 に な る と,底 層 のDO濃. 度 は3.0mg/l以. 上であ. と が わ か る.こ の こ と か ら,底 層DO濃. 度 よ り も高 い. 度 よ り も高 い 濃. り貧 酸 素 化 は緩 和 され て い る こ とが わ か る.以 上 の結 果. 度 のDOを 供 給 した場 合,チ. よ り,本 調 査 期 間 内 に底 層 のDO環. で 減 少 す るの で は な く時 間 と と もに変 化 して い る こ とが. に分 類 す る こ とが で き る.. 境 は表‑1に 示 す4段 階. ャ ンバ ー 内 のDOは 一 定 速 度. わ か る.そ の た め,貧 酸 素 化 した海 域 の 底 質 に よ る 酸 素 消 費 速 度 を 評 価 す る上 で,測 定 間 隔 毎 に 変 化 す る酸 素 消.
(4) 1069. 貧酸素 化 した港 湾海 域 にお け る底質 の酸 素消 費特 性 に関す る研 究. (a) 9月17日 (a) 底 層DO0.0〜0.5mg/l. (b). (b). 底 層DO0.5〜1.0mg/l. 10月18日. (d) 底 層DO≧2.5mg/l. (c) 底 層DO1.0〜2.5mg/l. 図‑6. 酸 素 消 費 フ ラ ッ ク スK1と 値 上DO濃. 度 の関係. さ れ た 溶 存 酸 素 濃 度 に依 存 して 変 化 す る もの と考 え られ る.そ. こで,K1と. チ ャ ンバ ー 内 のDO濃. 度 の 関 係 を 図‑6. に 示 す. (c) 11月16日 図‑5. 図 中 の 実 線 は測 定 日の 底 層 のDO濃 度 を 示 して い る.. 微 笑 フ ラ ッ ク スK1の 時 間 変 化. 図‑6(a)よ り,底 層DO濃 17日 のK1は,チ. 費 フ ラ ッ ク ス の挙 動 に つ いて 検 討 す る必 要 が あ る.. 度 が 無 酸 素 状 態 で あ る9月5日,. ャ ンバ ー 内 の 底 質 直 上 に 存 在 す るDO濃. 度 との 問 に正 の 相 関 が 見 られ る.底 層DO濃. (2) 底 質 の 酸 素 消 費 フ ラ ッ ク ス. mg/lの10月3日,4日. 前 述 し た よ う に,貧 酸 素 海 域 の底 質 の 酸 素 消 費 を 考 え. 内 のDO濃. 度 が0.5〜1.0. で は,底 層DO濃 度 よ りも チ ャ ンバ ー. 度 が 高 い 領 域 で 両 者 に 相 関 が 見 られ る が,そ. る上 で,微 少 フ ラ ッ ク スが 重 要 で あ る.. れ 以 下 の 領 域 で は 明 瞭 な 相 関 が み られ な くな っ て い る. そ こで,測 定 間 隔 毎 に 変 化 す る底 質 の 酸 素 消 費 フ ラ ック. (図‑6(b)).こ. ス をK1と して次 式 の よ うに して 求 め た.. 10月17日 か ら11月1日 ま で の 期 間 で もみ られ る(図‑6(c)).. の 傾 向 は,底 層DOが1.0〜2.5mg/lで. ある. さ ら に,貧 酸 素 化 が 解 消 さ れ た11月15日 に な る と,直 上. (1) こ こ に,Cc:チ 濃 度,t:時 V:チ. ャ ンバ ー内 のDO濃 度,Cw:暗. 間,K1:測. 瓶 内 のDO. 定 間 隔 毎 の 酸 素 消 費 フ ラ ッ ク ス,. ャ ンバ ー の 容 積,A:チ. ャ ンバ ー の 底 面 積 で あ る.. のDO濃. 度 に関 係 な くK1は ほ ぼ一 定 の 値 を 示 して お り,. 酸 素 消 費 形 態 は直 上 水 中 のDO濃 度 に依 存 し な くな って い る.つ ま り,底 層DO濃 し た場 合,底. 度 よ り も高 い 濃 度 のDOを 供 給. 質 の 酸素 消 費 速 度 は水 底 直 上 のDO濃. 度に. K1の 時 間変 化 を 図‑5に 示 す.底 層 の 貧 酸 素 化 が最 も顕 著. 依 存 す る消 費 形 態 を潜 在 的 に 有 して い る こ とが 明 らか と. で あ る9月17日 のK1は,チ. な っ た.. ャ ンバ ー 内 にDOが 豊 富 に存 在. す る測 定 開 始 初 期 か ら時 間 の経 過 と と もに小 さ くな っ て お り,時 間 的 に変 化 して い る こ とが わ か る.ま た,底 層 の 貧 酸 素 化 が 緩 和 し始 め て い る10月18日 のK1は,測. 定開. 始 か ら約1時 間 まで は 時 間 の経 過 と と もに 小 さ くな っ て い るが,そ. れ以 降 は ほ ぼ一 定 で あ る こ と が わ か る.一 方,. 貧 酸 素 化 して い な い11月16日 のK1は,測. 定 開始 時 か ら測. 定 終 了 ま で 時 間 的 に変 動 す る こ と は な く ほぼ 一 定 で あ っ た.こ. の こ とか ら,貧 酸 素 化 の程 度 に よ って,K1は. 供給. (3) 底 質 の 酸 素 消 費 のDOの Hayakawaら(1999)は,チ が 底 質 直 上 のDO濃. 依存性. ャ ンバ ー 内 のDOの. 時間変 化. 度 に依 存 して い る と考 え 酸 素 消 費 速. 度 と して 底 質 の 酸 素 消 費 を評 価 して い る.Hayakawaら に倣 って,測. 定 間 各 毎 の 酸 素 消 費 フ ラ ック ス を 直 上DO. 濃 度 に 依 存 す る1次 反 応 式 と して 以 下 の よ うに 定 式 化 し た..
(5) 1070. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 6. 結. 言. 本 研 究 は,貧 酸 素 海 域 の酸 素 消 費 特 性 を 把 握 す る た め に,人. 為 的 に チ ャ ンバ ー 内 のDO濃. 度 を操 作 す る こ と の. で き る チ ャ ンバ ー 法 を開 発 し貧 酸 素 海 域 に お い て 現 地 調 査 を 実 施 して 底 質 の 酸 素 消 費 過 程 につ い て検 討 した もの で あ る.本 研 究結 果 に よ る と,無 酸 素 供 給 を行 っ た場 合,底 (a) 底 層DO0.0〜0.5mg/l. (b). ・貧 酸 素 化 し た海 域 に. 層 のDO濃. 度 よ り も供 給 した. DO濃 度 が 高 い領 域 で 底 質 は 潜 在 的 に供 給 したDO濃 度 に. 底 層DO0.5〜1.0mg/l. 依 存 す る消 費 形 態 を 有 す る こ とが 明 らか とな っ た.そ の た め,修 復 技 術 の 貧 酸素 化 の 改 善 効 果 を評 価 す る際 に は, この 影 響 を考 慮 しな け れ ば な らな い こ と が わ か っ た.. 謝 辞:本. 研 究 を行 う に あ た り,新 日本 製 鐵 株 式 會 社 建 材. 事 業 部 堺 製 鐵 所 の 今 津 利 弘 氏,日. 産 マ リー ン株 式 会 社 大. 阪営 業 所 の皆 様 に は ご協 力 して頂 き感 謝 の意 を 表 しま す. な お,本 研 究 は 日本 学 術 振 興 会 特 別 研 究 員 奨 励 費 に よ る (d) 底 層DO≧2.5mg/l. (c) 底 層DO1.0〜2.5mg/l. 図‑7. K2と 値 上DO濃. 補 助 を 受 け た こ とを こ こ に付 記 す る.. 度 の関係 参. (2) こ こ で,K2:酸. 素 消 費 速 度,C:水. あ る.K2と. 直 上 のDO濃. 定 式 上,直. 上DO濃. す る た め,K2に. 度 が1.0mg/l以. 関 して はDO濃. で 検 討 し た.K2は. 底 直 上 のDO濃. 度で. 度 と の 関 係 を 図,7に 示 す.K2は 下 に な る と値 は 発 散. 度 が1.0mg/l以. 上 の領域. 各 測 定 日 に お い て チ ャ ンバ ー 内 のDO. 濃 度 が 減 少 して い く過 程 で,ほ ぼ 一 定 値 を 示 して い る こ とが わ か る.さ な る と,直. ら に,貧 酸 素 化 が 解 消 さ れ た11月15日 に. 上 のDO濃. 度 に 関 係 な くK2は ほ ぼ 一 定 の 値 を. 示 して お り,酸 素 消 費 形 態 は 直上 水 中 のDO濃 しな くな っ て い る.つ. ま り,底 層DO濃. 度 に依存. 度 よ り も高 い 濃. 度 のDOを. 供 給 した 場 合,底. 質の酸素 消費 速度 は水底 直. 上 のDO濃. 度 に依 存 す る 消 費 形 態 を潜 在 的 に 有 して い る. これ らの結 果 を 整 理 す る と,貧 酸 素 海 域 に 酸 素 供 給 を 行 っ た場 合,底. 質 は 潜 在 的 に直 上 水 中 のDO濃. 度 に依存. す るK2に よ る消 費 形 態 を 有 して い る.こ のK2の 影 響 は, 貧 酸 素 化 の度 合 い に よ っ て変 化 し貧 酸 素 化 が 顕 著 な 場 合 ほ ど大 き い.そ の た め,貧 酸 素 化 が 顕 著 な海 域 に 酸 素 供 給 を 行 う場 合,K2の. 影 響 が な くな る ま で 直 上 のDO濃. 度. を 回復 させ な け れ ば 底 質 の改 善 は 図 れ な い と考 え られ る.. 文. 献. 片 倉 徳 男 ・上 野 成 三 ・大 谷 英 夫 (2005):. 酸 素 飽 和 度200%の. 高 濃 度 酸 素 水 を 発 生 す る装 置 の 開 発, 海 岸 工 学 論 文 集, 第52巻, pp.1116‑1120. 鯉 渕 幸 生 ・磯 部 雅 彦 ・佐 々 木 淳 ・藤 田 昌 史 ・五 明 美 智 男 ・栗 原 明 夫 ・田 中 真 史 ・Mohammad Islam・ 鈴 木 俊 之 (2004): 貧 酸 素 水 改 善 に 向 け た 現 地 微 細 気 泡 実 験, 海 岸 工 学 論 文 集, 第51巻, pp.1156‑1160. 重 松 孝 昌 ・池 田 憲 造 ・小 田 一 紀 (2003):. 貧 酸素 化 の 抑 制 を 目. 的 と した 鉛 直 循 環 流 誘 起 堤 体 の 開 発, No.741/VII‑28, pp57‑67.. 土 木 学 会 論 文 集,. 中 村 由 行 ・井 上 徹 教 ・小 松 利 光 ・柳 町 武 志 ・Fatos Kerciku・ 山 室 真 澄 ・神 谷 宏 ・石 飛 裕 ・左 山 幹 雄 ・前 田 広 人 (1997): 栄 養 塩 の 溶 出 及 びSODに 関 す る 室 内 実 験 手 法 の 提 案,水 工 学 論 文 集, 第41巻, pp.433‑438. 星 加 章 ・谷 本 照 巳 ・川 名 吉 一 郎 (1989): 燧 灘 海 域 の 底 層 環 境 に お け る 酸 素 消 費 速 度, 水 質 汚 濁 研 究, Vol.12, No.7, pp.423‑430. 細 井 由 彦 ・村 上 仁 士 ・上 月 康 則 (1992): 底 泥 に よ る 酸 素 消 費 に 関 す る 研 究,土 木 学 会 論 文 集, No.456/II‑21, pp.83‑92. 柳 哲 雄 (2004):. こ とが 明 らか とな っ た.. 考. 貧 酸 素 水 塊 の 生 成 ・維 持 ・変 動 ・消 滅 機 構 と. 化 学 ・生 物 的 影 響, 海 の 研 究, Vol.15, No.5, pp.451‑460. 矢 持 進, 岡 本 庄 市, 山 下 貴 幸, 久 保 佳 洋, 小 田 一 紀 (1999): 噴 流 式 水 流 発 生 装 置 に よ る 港 湾 域 で の生 物 生 息 環 境 の 改 善, 海 岸 工 学 論 文 集, 第46巻, pp.1086‑1090. 矢 持 進 (2004): 調 査 結 果‑,. 港 湾 海 域 の 貧 酸 素 水 塊‑大 瀬 戸 内 海,. No.42,. 阪 湾 沿 岸‑斉. 水質. pp.31‑36.. Yasuhiro Hayakawa,Ken-ichi Hayashizaki and Kentaro Watanabe (1999): Measurement of Dissolved Oxygen Consumption Rates by Bottom Sediment in an Estuary, Journal of National Fisheries University. Vol.48(1), pp.73-80..
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