Laguna (2013) 20: 15-30

ISSN 2185-2995

物理的指標による密度流拡散装置からの吐出水の観測福田賢一 1・石黒貴裕 2

Observation of discharged flow from Density Current Generator
using physical indicator
Kenichi Fukuda1 and Takahiro Ishiguro2
Abstract: Water quality controlling in enclosed water is essential for human to maintain thevaluable resource. One of main challenging issues is to improve concentration of oxygen andsludge in bottom during summer. Furthermore, recently we encounter oligotrophic conditions

during seaweed (Nori) cultivation season in Japan coastal areas. To control or improve such issues,

we attempted to install an innovative device, which could generate an artificial density current
by mixing upper and lower waters in stratified environments in Kojima Bay, Okayama, Japan.

Kojima Bay is struggling with impacts of low dissolved oxygen and eutrophic conditions, while themouth of Kojima Bay, known as the area for seaweed cultivation, recently becomes oligotrophic

conditions. The installed device has potential ability to transport water widely and improve bottom
condition due to pumping up water. The designed device could discharge 3.1×104 m3/day by intake
of upper water (2.48×104 m3/day) and lower water (0.62×104 m3/day) with 5.5 kW motor. The field

experiment started in 2011 and two detail physical field experiments were conducted to investigate
artificial density current produced by the device on April and July, 2012. It was confirmed thatsalinity was changed during the device operation. The results indicated that the device can produce
artificial density current properly.

Key words: salinity, temperature, density current, water improvement device, Kojima Bay

1

ナカシマプロペラ（株） Nakashima Propeller Co. Ltd., Okayama 709-0625, Japan.

2

岡山県農林水産総合センター

Okayama Prefectural Technology Center for Agriculture, Forestry and Fisheries, Setouchi 701-4303, Japan.

受付日：2013 年 5 月 7 日，受理日：2013 年 12 月 9 日

15

福田賢一・石黒貴裕

は

じ

め

の水域に生じるかが，本プロジェクトの大きな目的にである．さらに拡散による栄養塩の輸送についても，

閉鎖性水域・海域は，様々な要因による水循環機

本装置の評価の一つとして考えている．

能低下により水質問題が生じやすい環境である．夏場のプランクトンの異常増殖（赤潮・アオコ），貧そこで，今回は密度流拡散装置の特徴を紹介しつ
つ，平成 24 年度の春及び夏に装置稼働前後で行っ

酸素水塊の発生及び底層のヘドロ化は，よく知られた装置性能に関しての物理的指標の変化について中ている現象である．また近年，沿岸域では，栄養塩間報告する．

濃度の低下による沿岸養殖水産業への被害等が挙げられている（藤原・駒井，2009；渡邉，2009）．現

装置と実験方法

在，国内では水環境改善に関して様々な技術が実証実験されているが，確立されている技術は多くはな

密度流拡散装置の概要

い（岡井ほか，2007；木村ほか，2009；矢島・増木，
2009）．薬剤，リサイクル品，機械装置さらに土木

密度流技術を活用して水環境改善が取り組まれているが，最終的には費用対効果との関係が明確でなく，普及

重力流とも言われており，自然界の様々な所で見ることができる．理想密度流のイメージを図 1 に示に繋がっていない．複合的な技術の組合せが将来必す．密度によって成層した水塊にある密度の水を吐要と考えられるが，一つの有望な技術としては，水出させると，その水はそれ自身と同じ密度の層に入平及び鉛直攪拌・拡散作用により，効率良く水を動

り込み，その層に沿って水平移動して遠方まで流れかすことの理解を深めることが重要と考える（大内・る．吐出水（吐き出された水）は、くさび状に低密山磨，2000；大内ほか，2002）．

度水及び高密度水の間に入り，前進し（Intrusion），

岡山県児島湾奥部は，旭川及び児島湖の影響により上層部は塩分が低く，中・下層部は塩分が高い 2

この時周囲の水を巻き込んで連行流を引き起こす

密度流は，密度差によって生じる流れであるため（Entrainment）．
生成された密度流の厚さ及び速度については成成層水塊を形成している．よって，上下鉛直混合が層の条件（密度勾配）に由来する（Lemckert, andImberger，1993）．よって，到達距離はその時の自通年を通して起りにくく，その結果として底層が特に夏場，貧酸素化が進み嫌気的な環境になっている
2009）．児島湾奥部の底質は，有機泥（粘（高木ほか，

然条件に左右され，吐出量（吐き出された水量）が度及びシルト）が主であるという報告が出されてい同じでも日々違う結果が生じると考えられる．なぜる（宮野・柴木，1998）．また，地形からも閉鎖性

なら，密度成層が静力学的に安定な場合（粘性の効

水域特有の水が停滞しやすい場所であることから，

果によって振幅が時間の経過とともに減衰する場

ここに何らかの方法で効率良く水を水平及び鉛直撹合）と不安定な場合（水塊が浮力の作用でもとの位拌・拡散することが可能ならば，水質改善に繋がる

置から離れる場合）が常に存在すると考えられるかと考えられる．拡散・撹拌を促す技術として，自然らである．

現象である密度流を活用した水質改善装置「密度流よって，実水域・海域において密度流を捉えよう

拡散装置」がある．本技術は，まだ開発段階であるとするとマルチ的な検証（例：数値シミュレーショ

が，一つの興味深い技術である．

ンと水槽試験及び実水域・海域試験）が必要であると同時に，何度か同じ条件で検証試験を行うというそこで今回，産学官共同プロジェクトとして，過努力が必要である．

去に水質改善装置として淡水及び海水域で実績のある密度流拡散装置の小型装置を設計・製作した（Nomura et al.，2003； 大 塚 ほ か，2007）． さ ら に，

密度流拡散装置
図 2 に本プロジェクトに用いた密度流拡散装置の将来大型化への可能性を模索するために，平成 23

し実験的に稼働させた．現在は，装置稼働後の経時概要を示す．密度流拡散装置は，マリノフォーラ
ム 21 の事業として三重県五ヶ所湾で実証実験され変化の環境モニタリングを定期的に行っている．本ており，水質改善に効果があったとされている（大装置の機能を理解するという視点から，児島湾奥部

塚ほか，2007）．また，応用展開として，相模湾でにおいてどの程度の水を広範囲に運ぶことが可能の栄養塩揚水装置の実証実験が行われた経緯がある

か，又は揚水による底層部の環境変化がどのくらい（坂東ほか，2005）．栄養塩拡散の数値計算結果によ

年冬から製作した装置を児島湾奥部の汽水域に設置

16図１ 福田ほか
物理的指標による密度流拡散装置からの吐出水の観測

図２ 福田ほか

5.5m（満潮時）

図 1 密度流イメージ図．a) 初期段階，b) 後期段階
Fig. 1 Image of density current．a) early stage, b) late stage

フレキシブルホース

図 2 密度流拡散装置システム概要．
Fig. 2 System of Density Current Generator．
ると，50 万トン / 日の能力で約 80 km 空間においに形成させる．本装置は，ポンツーンに吊下げて固てもプランクトン増殖に寄与する可能性があるとの報告がある（佐藤ほか，2003）．本プロジェクトの定する．電源は商用電源を用い，陸から海底ケーブ
ルを通して送電され，インバータを介して 5.5 kW装置への期待は，児島湾奥部の底層改善及び停滞し電動機に送り込んでいる．正転・逆転が可能で正転ている未利用な栄養塩の拡散である．
本装置はプロペラを 2 基同軸に取り付けて，水面時の取水口を吐出口に変更する事が可能である．装置本体は半径数 m を移動するが，下部取水口は底上の電動機によって駆動させる軸流ポンプである．
2 基のプロペラが，それぞれ水深 0.5 m と底層から 0.3層の所定の位置に固定設置している．干満差（最大：約 2 m）に対応可能なようにフレキシブルホースを

m の水を取水して，吐出口水深 1.5 m で強制混合・用いた（図 2）．装置の取水量は表層 2.48×104 m / 日，33
底層 0.62×104 m / 日であり，合計 3.1×104 m / 日の3

吐出して人工密度流（人工混合水）を 360° 全方向

17福田賢一・石黒貴裕

図３ 福田ほか

図 3 密度流拡散装置の設置場所．
Fig. 3 Lactation of Density Current Generator．

混合水が吐出される．表層の取水量を多くした理由

実証実験場所は，冬場のノリ養殖漁期の設置場所近辺において，装置設置場所及び周辺部の環境
図 3 に 本 実 証 実 験 の 設 置 場 所 を 示 す． 装 置 は

表層は下層より栄養塩が多く存在していることが環2011 年 12 月 14 日 に 4 点 係 留 方 式 で 設 置 を 行 い，

境モニタリングから分かっており，その表層水を有12 月 17 日から稼働させた．設置場所の水深は約 6効活用したいという本プロジェクトの目的による．
装置の効率化の点から言えば，遠心ポンプの方がｍ（満潮時 ) であった．装置より西側は緩やかな駆優れているが，今後想定している実験に対応可能な

け上がりになっており．東側は旭川河口付近まで等ために，敢えて今回軸流ポンプ型装置で試験を行っ水深という地形である．北東部は航路筋になっておた．密度流拡散装置を効率良く機能させるには，吐り，若干水深が深い場所が確認されている．南西に出口付近において乱流を生じないようにする吐出流は児島湖と繋がっている樋門が一ヶ所あり，干潮時の状況によって約 1 時間開門する．事前の底部流速速調整が必要であることが過去の経験から分かって調査によると，樋門開時は流速 10 cm/s に達するが，通常は上げ潮及び下げ潮に関係なく流速 2 cm/s 前いる．これは，バブル型水質改善装置に関しても空気流入速度を調整する必要があり，同様なことが言える．また，装置の目的に応じて，全体移流量（吐後と底層部はほとんど動きがない環境であった．また，児島湾の堆積速度は 2.0 cm/ 年という報告があ

出量＋連行量）を重要視（水全体の循環作用を重要視する場合）するのか，吐出水の輸送距離を重要

り，航路筋では 20 cm/ 年に達すると言われている（宮視（栄養塩の拡散を重要視する場合）するのかに野・柴木，1998）．

よって吐出流速を変化させる必要がある（大内ほか，
2002）．

事前の装置稼働による短期間での拡散シミュレー
ションによれば，吐出水深の半径 400 m に物理的変また，生成された人工密度流（人工混合水）は非常化（流向・流速）が起こるとの結果が出ている．こ3の範囲での実験場所の水量は約 2.5×106 m であり，に緩やかな流れであるため，定量することは非常に難しいと思われるが，過去に装置から半径 100 m 以

内で 0.5 cm/s~1.5 cm/s という微細な流れを捉えるこ装置の一日の吐出量の約 80 倍に相当する．過去の実績から長期的稼働により一日の装置吐出量の 100とができたという報告がある（渡辺・山磨，2004）．

倍の水域に生物相の変化が生じている結果も出てお装置の能力又は自然環境によるが，過去の実証実験
から中間人工密度流が数百 m から数 km という範り，事前の拡散シミュレーション結果と一致してい

囲で観測されている．

される影響範囲（短期間では吐出水深付近の物理的る（大塚ほか，2007）．よって今回装置による期待18物理的指標による密度流拡散装置からの吐出水の観測

旭川

児島湾

密度流拡
散装置

H I J K L MN O P Q R S

A

B

C

E
D

F

G

児島湖
図 4 4 月サンプリング地点 .

各地点の装置からの距離は西側方向：A = 430 m, B = 330 m, C = 250 m,
D = 180 m, E = 110 m, F = 30 m, G = 5 m，
東側方向：H = 5 m, I = 50 m, J = 110 m,

K = 160 m, L = 210 m, M = 270 m, N = 410 m, O = 510 m, P = 600 m, Q = 700 m,
R = 810 m, S = 910 m.

Fig. 4 Sampling location in April．

Westerly distance from device is A = 430 m, B = 330 m, C = 250 m, D = 180 m,

E = 110 m, F = 30 m, G = 5 m, Easterly distance from device is H = 5 m, I = 50 m,
J = 110 m, K = 160 m, L = 210 m, M = 270 m, N = 410 m, O = 510 m, P = 600 m,
Q = 700 m, R = 810 m, S = 910 m.

時間後の干潮時と 24 時間後の満潮時の装置停止中の水温・塩分を測定した．4 月 14 日は 13 日の調査

変化：塩分、水温等）は，半径 400 m とした．

後に装置を再稼働して，18 時間後の干潮時と 24 時

サンプリング方法
調査の概要及び調査対象水域
調査は，装置稼働約 4 カ月後の 4 月 12、13、14、

間後の満潮時の装置稼働中の水温・塩分を測定した．
また，装置再稼働 2 日後の干潮時の 15 日と 4 日後日の小潮時の干潮及び満潮時の潮止まりを中心に行った．小型船舶を利用して CTD（RINKO-Profiler

温・塩分を測定した．

の干潮時の 17 日は，スポット的に装置の近傍の水

15、17 日及び装置稼働約 7 カ月後の 7 月 25 日～ 26（ASTD102)） 及 び Compact-CTD（ASTD 687） に よ

7 月調査時の条件（連続観測）

り深度，水温及び塩分を計測した．
4 月と 7 月の調査地点及び潮汐を図 4 及び図 5 に潮時に装置を停止した状態から装置東側の測定を開7 月 25 日調査時は，3 日前から装置を停止し，干始した．停止から稼働状態の水温・塩分変化を調べるために停止中から 6 分間隔で装置稼働 24 分後ま示す．すべての調査期間において概ね快晴で，雨等の影響はなかった。また樋門の影響を考慮して，樋門の開放時は避けて調査を行った．表 1 及び表 2 にで合計 8 回（停止中３回，稼働中５回）の水温・塩分を測定した．さらに追加で装置稼働 60 分後，66

4 月及び 7 月の調査の詳細を示す．

分後及び 72 分後の水温・塩分を測定した．装置稼
働 72 分後に再度装置を停止させた．稼働から停止

4 月調査時の条件（スナップショット観測）

状態の水温・塩分変化を調べるために停止後 6 分間
隔で 24 分後まで合計 5 回の水温・塩分を測定した．

4 月 12 日調査時は，12 月 17 日から連続稼働している条件で装置稼働中の状態を測定した．4 月 13地点間の時間差が，なるべく生じないように複数の日は，12 日の調査終了後に装置を停止させて，1819図５ 福田ほか

福田賢一・石黒貴裕

7月25日調査
東8m
東5m
東2m

フロート

直近東（１ｍ未満）

装置

東50m

7月26日調査
東8m

フロート

東5m
東2m

装置

直近東（1m未満）

密度流拡
散装置
西2m
西5m

直近西（1m未満）

西8m

16
図 5 7 月サンプリング地点．
Fig. 5 Sampling location in July．

12

表 1．4 月サンプリング概要．

表 1 4 月サンプリング概要 .
1 Information on April sampling.
Table 1. Information on AprilTable
sampling.
日2012年4月サンプリング
測定時の装置運行状況

潮汐状況
干潮
満潮
干潮
満潮
干潮
満潮

稼動状況

15日

干潮

稼動時

再稼動後2日

H

17日

干潮

稼動時

再稼動後4日A,B,C,D,E,F,J,K,L,M,N,O,P,R,S

12日
13日
14日

稼動時

4ヶ月連続稼動停止後18時間
停止後24時間
再稼動後18時間
再稼動後24時間

停止時
稼動時

測定地点
A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,R,S
A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,R,S
A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,R,S

3
4

= 330
m, C = 250
D = 180 m,
m, ED=180= 110 m, Fm,= 30m, G = 5m,m，= 5 m,m，
I = 50m, J = 110 m,
西側方向：A = 430 m, B m,
東側方向
：HG=5
西側方向：A=430
B=330m,m,C=250
E=110
F=30
m,
東側方向：

5

H=5 m, I=50 m, J=110 m, K=160 m, L=210 m, M=270 m, N=410 m, O=510 m, P=600 m,

16
27

Q=700
R=810 m, S=910 m
表2．7m,
月サンプリング概要．

8
9

10

K = 160 m, L = 210 m, M = 270 m, N = 410 m, O = 510 m, P = 600 m, Q = 700 m, R = 810 m, S = 910 m

表 2 7 月サンプリング概要．
Table 2. Information on JulyTable
sampling.
2 Information on July sampling.
日
25日

潮汐状況

12
3
13
4
14
5
15
16

満潮

2012年７月サンプリング
装置稼動又は停止後の測定間隔

測定地点

停止→稼動

停止時に3回測定し稼動後は稼動直後(0分から）から6分
間間隔で4回測定

直近東(1m未満),東2m,東5m,東8m

稼動→停止

稼動60分後、66分後、72分後及び停止直後(0分）からは6分間間隔で4回測定

直近東(1m未満),東2m,東5m,東8m

停止時に1回測定し、稼動後6分間隔で10回測定

直近西(1m未満),西2m,西5m,西8m

干潮

11
26日

稼動状況

停止→稼動
停止時に1回測定し、稼動後6分間隔で10回測定、稼動60分後から東50mを追加して15分間隔で4回測定

20

直近東(1m未満),東2m,東5m,東8m,東50m

17図６ 福田ほか
物理的指標による密度流拡散装置からの吐出水の観測

Salinity
05

Temperature (℃)

10 15 20 25 30 35

5

0

5m 地点

15

1

2

2

3
1204121204131204141204151204174

53120412120413120414120415120417
干潮時

4

5
干潮時

Salinity
05

Temperature (℃)

10 15 20 25 30 35

5

0

10

15

20

0

510m 地点

510m 地点

1

1

2

2

Depth (m)Depth (m)

20

5m 地点

1

Depth (m)Depth (m)

10

0

3

1204121204124

41204131204131204141204145

3

5120417120417
干潮時

干潮時

Temperature (℃)

Salinity5

10 15 20 25 30 35

0910m 地点

1

1

2

2

3

Depth (m)Depth (m)001204121204134

55120417101520910m 地点

341204145120412120413120414120417干潮時

干潮時

図 6 装置から 5 m，510 m，910 m の塩分・水温測定結果 : 干潮時の 4 月調査．120412:4 月 12 日調査，120413:4 月
13 日調査 120414:4 月 14 日調査 120415:4 月 15 日調査 120417:4 月 17 日調査 .
Fig. 6 Salinity and temperature profiles at 5 m, 510 m and 910 m from device -low tide sampling in April．120412: April 12
sampling，120413: April 13 sampling，120414: April 14 sampling，120415: April 15 sampling ，120417: April 17 sampling.
21

図７ 福田ほか

福田賢一・石黒貴裕
0

0

6

6

0.5
9
1

3
3.5

12

2.5
3
3.5

4

4

4.5

4.5

30

120412

30

30

5

5.5

30

30

120413Distance from device(m)
0

0
50
10
0
15
0
20
0
25
0

-3
50
-3
00
-2
50
-2
00
-1
50
-1
00
-5
0

0
50
10
0
15
0
20
0
25
0

-4
30

5.5
-3
50
-3
00
-2
50
-2
00
-1
50
-1
00
-5
0

-4
30

15
18
21
24
27

2

2.5

5

9

6

1.5

Depth(m)2Depth(m)

1

12
15
18
21
24
27

1.5

6

0.5

Distance from device(m)
6

0.5
1

9
12
15
18
21
24
27

1.5

Depth(m)

2
2.5
3
3.5

30

30

4
4.5
5

120414
0
50
10
0
15
0
20
0
25
0

-3
50
-3
00
-2
50
-2
00
-1
50
-1
00
-5
0

-4
30

5.5

Distance from device(m)図7

各稼働条件時の干潮時の塩分分布図．マイナスは西側，プラスは東側を示す．120412：
連続稼働時，120413：停止時，120414：再稼働時 .
Fig. 7

Cross-section of salinity at low tide under different operational conditions.-: westerly distancefrom device, +: easterly distance from device.

7 月 26 日調査時は，25 日から装置停止約 27 時間

塩分鉛直分布を示す．図 6 より，装置長期稼働時（120412）の吐出口水深付近（1-2 m）の鉛直塩分変後の満潮時に測定し，その後装置を稼働させてから6 分間隔で装置東及び西側の水温・塩分を測定した．

て段差のない緩やかな勾配を示した．また，長期稼

CTD を用いて水温・塩分を測定した．

化は，装置から 5 m，510 m 及び 910 m 地点におい

75 分後から東側を中心に装置から 50 m 離れた地点

働時においては，どの地点でも顕著な塩分躍層は観

90 分後，
105 分後，120 分後）．
まで測定した（75 分後，測されなかった．しかし，装置停止時（120413）は，
5 m 及び 510 m 地点において水深 0.5, 1.5 及び 1.8 m

地点間の時間差が，なるべく生じないように複数のCTD を用いて水温・塩分を測定した．

結付近に 3 段階の急激な水温・塩分変化（躍層）及び910 m 地点においては水深 0.5 及び 1.5 m 付近に 2段階の躍層が観測された．装置再稼働時（120414）は，装置から 5 m の地点において顕著な躍層は観測さ

果

4 月調査干潮時れなかった．また，装置再稼働時は，装置から 5 m
地点と 510 m においては吐出口水深（1.5 m）の塩

図 6 に干潮時の主要な測定地点における，水温・22

物理的指標による密度流拡散装置からの吐出水の観測分は 20 で一定であるが，910 m 地点では塩分は水
深ともに増加した．装置再稼働 4 日後の表層におい910 m 地点は水深 1.1 m 付近で大きな変化が観測された．
また 910 m 地点は水深 3 m 付近まで塩分が徐々て , 910 m 地点は塩分が他の 2 地点と比較して低い傾向を示した．吐出水深付近（1.5 m）においては，に増加した．

干潮時と満潮時の同日測定において，水深 1 m から 2 m の範囲で比較すると，多くの場合，満潮時は，それぞれの測定地点において，塩分増加率が似てい510 m 地点 :10/50
る傾向を示した（5 m 地点 :10/50 cm，

装置稼働の有無にかかわらず塩分の段差（躍層）がcm，910 地点 :12/50 cm）．

観測されやすかった．

長期稼働時，
停止時及び再稼働時の装置周辺部（西側 430 m から東側 250 m）の塩分分布を図 7 に示す．

水温に関しては，塩分分布と同様に，満潮時は装置稼働の有無にかかわらず，水深 1 m から 2 m の化が観測されたが，50 m 以上離れた地点では塩分付近で水温の段差が確認された．干潮及び満潮時の装置稼働時（4 月 12 日及び 4 月 14 日）の装置近辺（5長期稼働時及び再稼働時は装置直近（0 m 付近）の吐出口水深において装置直近（0 m 付近）で塩分変

範囲で水温の段差が確認された．4 月 14 日装置再稼働時の装置近辺（5 m）においても，吐出口水深

分布の乱れは観測されなかった．装置停止時においては，西側 430 m から 200 m 地点までの水深 1.2 mm），510 m 及び 910 m 地点は，表層部において高は塩分 9 であるが，その地点より東側は，1 m 以浅

水温を観測したが，装置停止時は，3 地点において
水深 1 m から 2 m 付近に高水温が観測された．また，に塩分 9 が観測された．また，装置停止時では，装置吐出口水深 1.5 ｍ ±0.1m において水深に対する塩4 月 12 日の満潮時の 910 m 地点において，水深 0.8分の変化が観測された (3~4/20 cm)．塩分 30 の分布は 4 月 12 日では 0 m 地点，4 月 13 日では西側 100

m 付近に低水温が観測された．装置近辺の吐出口

水深付近（1.2 m）では，水温変化が生じていたが，装置から離れた場所（910 m）では，そのような変m 地点，4 月 14 日では西側 300 m 地点まで入り込
んでおり，測定日によって異なった分布傾向を示した．
上層部（1 m 以浅）の水温は，装置稼働の有無に化は観測されなかった．

かかわらず，どの地点でも上昇傾向（約 12℃ →約15℃）を示した（図 6）．特に装置周辺（5 m 地点）

7 月調査干潮時

は 5 日間で 4℃ 上昇した．装置長期稼働時（120413）

図 9 に，7 月 25 日干潮時調査の塩分鉛直分布を示した．装置停止時の状態から稼働 24 分後及び稼は，顕著な水温躍層（水温変化）は装置吐出口水深で，5，510，910 m 地点においても観測されなかっ働 60 分後の状態から停止時までの塩分鉛直分布の経時変化を示した．

た．しかし，装置停止時（120414）は装置吐出口水
5, 510, 910 m 地点において水温変化（約深 1.5 m で，装置停止→装置稼働（7 月 25 日）

は，水深 1~2 m で水温変化が 5，510，910 m 地点

装置直近地点において，装置稼働直後に吐出口水
深 1.5 m 地点で塩分変化が観測された．東 8 m 地点

2℃）が観測された．装置再稼働後（4 月 14 日以降）において観測された．

の水深 0.25 m から 2.5 m 付近において装置稼働前

4 月調査満潮時

後で塩分勾配の変化が観測された（稼働前：14/1.5
m，稼働後：14/2.3 m）．装置稼働直後では，東 8 m

図 8 に満潮時の主要な測定地点における，水温・地点において鉛直塩分変化は稼働前と同様であった
が，稼働 6 分後から水深 0.5 m 付近の塩分が稼働直塩分鉛直分布を示す．満潮時における装置長期稼働
時の 5m と 910 m 地点の塩分鉛直分布は 3 段階の躍後と比較して約 4 増加した．

層（0.5，1.5，2 m）を形成していた．

装置稼働→装置停止 (7 月 25 日 )装置停止後の塩分鉛直分布図は各地点で異なった挙動を示した．910 m 地点は水深 0.5 m と 2m に塩分変化が観測されたが，5 m 地点では水深 1.5 m か

66 分後，
装置直近地点において，装置稼働 60 分後，
72 分後は，水深 1.5 m 付近に低塩分の鉛直塩分分布

ら 2.5 m に塩分変化があり，510 m 地点では水深 1.5m から 3.2 m に変化が観測された．

が観測された．装置停止後は、水深 1.5 m 付近の塩分が上昇した．東 8 m 地点において，稼働 66 分後，再稼働 1 日後の鉛直分布図は装置近辺（5 m）と510 m の 塩 分 は， 水 深 1.5 m か ら 2 m ま で 徐 々 に

72 分後及び停止直後に水深 1 ～ 1.5 m で塩分の低下が観測された．
図 10 に停止時，稼働直後，稼働 12 分後，24 分後，増加しており，明確な段差は観測されていないが，23

図 8 福田ほか
福田賢一・石黒貴裕

Salinity005Temperature (℃)

10 15 20 25 30 35

0

5

1

2

2

3
4

120412120413515

341204125120413120414120414
6

6

満潮時

満潮時

Salinity005Temperature (℃)

10 15 20 25 30 35

0510m 地点

1

10

15

3
4

510m 地点

3412041351204135120414120414
6

6

満潮時

満潮時

Salinity105

Temperature (℃)

10 15 20 25 30 35

0910m 地点

1

3
4

6

5

10

15

20

910m 地点

2

Depth (m)Depth (m)

2

5

20

2

Depth (m)Depth (m)

5

1

2

0

20

5m 地点

1

Depth(m)Depth (m)

5m 地点

10

3
4

12041251204131204146満潮時120412120413120414満潮時

図 8 装置から 5 m，510 m，910 m の塩分・水温測定結果 - 満潮時の 4 月調査．120412: 4 月 12 日調査，120413: 4 月 13 日調査，120414: 4 月 14 日調査，120415: 4 月 15 日調査 120417: 4 月 17 日調査．
Fig. 8 Salinity and temperature profiles at 5 m, 510 m and 910 m from device –high tide sampling in April．120412:

April 12 sampling，120413: April 13 sampling，120414: April 14 sampling，120415: April 15 sampling，120417: April
17 sampling.

24

図 9 福田ほか
物理的指標による密度流拡散装置からの吐出水の観測
停止時から装置稼働後 直近地点 (120725）

稼働時から停止後 直近地点 (120725)

0

6

8

10

12

14

16

Salinity
18

20

22

24

26

28

30

0

1

1

1.5

1.5

10

12

Depth (m)2.5
稼働60分後（稼働時）

3

稼働66分後（稼働時）

Salinity
18

20

22

24

26

28

30

稼働１８分前（停止時）

3

稼働１２分前（停止時）

稼働72分後(稼働時）

3.54

装置停止直後（停止後）

4

稼働直後

4.5

装置停止６分後（停止後）

4.5

稼働６分後

装置停止１２分後(停止後）

5

稼働６分前（停止時）

稼動１２分後5

装置停止５４分後(停止後）稼動２４分後5.5

5.5

停止時から装置稼働後 東8m地点 (120725)

稼働時から停止後 東8ｍ地点 (120725)
6

8

10

12

14

16

Salinity
18

20

22

24

26

28

30

0

6

8

10

12

14

16

Salinity
18

20

22

24

26

28

30

0.5

0.5
1

1

1.5

1.5

2

Depth (m)2Depth (m)

16

2.5

3.5

0

14

2

2

Depth (m)

8

0.5

0.5

吐出水深

6

2.5
稼働６０分後(稼働時）

3

稼働６６分後(稼働時）

2.5
稼働１８分前(停止時）

3

稼働12分前(停止時）

3.5

稼働７２分後(稼働時）

3.54

装置停止直後（停止後）

4

稼働直後

4.5

装置停止６分後(停止後）

4.5

稼働6分後

5

稼働12分後装置停止１２分後（停止後）5

装置停止５４分後（停止後）

5.5

稼働６分前(停止時）

図 10 福田ほか

稼働24分後5.5

図 9 各稼働条件時の装置直近及び東 8 m の 7 月 25 日塩分鉛直分布．
Fig. 9 Salinity profile at near-device and 8 m away from device under different operational conditions on July 25.

a）停止時（東側）
0
0.5
1

27

Depth(m)

2
2.5
3
3.5

1

12
18 15
21

1.5

24

2

27

2.5
3
3.5

4

4

4.5

4.5

5

5

干潮時

5.5
0

1

2

3

4

9

0.5

12
15
18
21
24

1.5

Depth(m)b）稼動直後（東側）
0

9

5

6

干潮時

5.5

7

0

8

1

2

c）稼動12分後（東側）

1

21

1

24

1.5
27

12
15
18

Depth(m)

3
3.5

24

3

4.5

4.5

24

21

1

2

3

4

5

6

Distance from device(m)

7

8

20

2
2.5

28

22

3

4.5
5

干潮時

干潮時

5.5

5.5
0

23

4
27

5

干潮時

5.5

21
19 2021 22

98
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

3.5

3.5
4

8

23
24
25
26
27

27

2.5

4

5

1
1.5

24
21

7

0.5

21

2

2.5

6

e）稼動72分後（東側）

Depth(m)

21

5

0

9

0.5

1.5
2

Depth(m)d）稼動24分後（東側）
0

9
12
15
18

0.5

4

Distance from device(m)Distance from device(m)

0

3

0

1

2

3

4

5

6

Distance from device(m)

7

8

0

1

2

3

図 10 装置稼働後の塩分分布の経時変化（7 月 25 日）．
Fig. 10 Time series of cross-section of salinity on July 25.
25

4

5

6

Distance from device(m)78図１1 福田ほか
福田賢一・石黒貴裕

0

10

12

14

16

18

Salinity
20

22

24

26

28

30

0

0.5

1

1.5

1.5

2

14

3

装置直近東

3

16

18

16

18

Salinity
20

22

24

26

28

30

22

24

26

28

30

22

24

26

28

30

装置直近西

3.5
停止時

4

4

稼働６分後

停止時

4.5

稼働３０分後

4.5

稼働６分後

5

稼働６０分後5

稼働３０分後稼働１２０分後

5.5

稼働６０分後

5.5

10

12

14

16

18

Salinity
20

Salinity
22

24

26

28

10

30

1

1.5

1.5

2

20

Depth (m)

2

2.5

2.5
3

14

0.5

1

3.5

12

0

0.5

Depth (m)

18

2.5

3.5

0

16

2

Depth (m)Depth (m)

12

0.5

1

2.5

装置東2m

3

装置西2m

3.5

停止時

4

4

稼働６分後

停止時

4.5

稼働３０分後

4.5

稼働６分後

5

稼働６０分後5

稼働３０分後稼働１２０分後

5.5

5.5

12

14

16

18

20

22

24

26

28

10

30

0

0

0.5

0.5

1

1

1.5

1.5

2

Depth (m)

3

14

20

2.5

装置東8ｍ

4

稼働６分後
稼働３０分後

3

3.5

停止時

4.5
5

12

2

2.5

3.5

稼働６０分後Salinity

Salinity10

Depth (m)

10

装置西8m

4
4.5

稼働６０分後5

稼働１２０分後

5.5

5.5

停止時
稼働６分後
稼働３０分後稼働６０分後図 11 各稼働条件時の装置直近東西，東西 2 m，東西 8 m の 7 月 26 日塩分鉛直分布．
Fig. 11 Salinity profile at east-west near-device, east-west 2 m and 8 m away from device under different
operational conditions on July 26.

72 分後の装置周辺 8 m の塩分分布を示した．装置て，稼働後 6 分及び 30 分後まで水深 1.5 m から 2.5m で低塩分が観測されたが，時間が経つにつれて低稼働後に装置周辺（3 m 以内）で塩分変化が生じた．
24 分後では装置から 8 m 付近には変化が見られな
72 分後には水深 1.5 m 付近において低塩分（20いが、塩分は観測されず，水深とともに緩やかに塩分は増加した．装置から 8 m 離れた地点の装置停止時は，前後）を観測した．

東側と西側において，塩分変化の段差が観測された．

7 月調査満潮時装置稼働後は西側で上層部の塩分が増加した．装置
直近東側は，装置停止時の水深 1.7 m 付近と 2.6 m

分鉛直分布を示した．

付近にスポット的に低塩分の値が観測された．装置
稼働後は東側及び西側（2 m 以内）とも吐出口水深装置停止→装置稼働（7 月 26 日）

装置停止時は東側の装置直近を除いてスポット的な

図 11 に，7 月 26 日調査の停止時から稼働後の塩付近（1.5 m ～ 2.5 m）で低塩分の値が観測された．

東側と西側において，特に装置直近で塩分鉛直分

低塩分の値の鉛直分布は観測されなかった．
東側 50 m 地点においては，稼働 75 分後と 120 分

布が異なった挙動を示した．装置東側直近におい26物理的指標による密度流拡散装置からの吐出水の観測
図１2 福田ほか

0

10

12

14

16

Slinity

18

20

22

24

26

28

30

0.5
1

1.5

Depth (m)

2
2.5
3
3.5

4

稼動７５分後
4.5

稼動９０後
5

稼動１０５分後
5.5

７月２６日（東５０ｍ地点）

稼動１２０分後6

図 12 各稼働条件時の東 50 m の 7月 26 日塩分鉛直分布．
Fig. 12 Salinity profile at east 50 m away from device under
different operational conditions on July 26.

a）停止時b）稼動6分後

0

0

0.5

0.5

2

2

Depth(m)

3

16
18
20

1.5

22
24
26

2.5

14

1

16
18
20

1.5

28

3.5

20

2.5

22

3

24
26
28

3.5

4

4

4.5

4.5

5

5
26

5.5

28

24 26

満潮時

6
-8

西

-6

5.5

28

満潮時

26

6

-4

-2

0

2

4

6

Distance from device(m)

8

-8

東

西

-6

-4

-2

c）稼動60分後
0.5
1

14

1.5

16
18
20
22
24

2

26

26

2.5

26

3
3.5
4
4.5
5
5.5

26

満潮時

6
-8

西

-6

-4

-2

0

2

4

Distance from device(m)

6

8

東

図 13 装置稼働後の塩分分布の経時変化（7 月 26 日）．
Fig. 13 Time series of cross-section of salinity on July 26.
27

0

2

4

Disatnce from device(m)0Depth(m)Depth(m)

14

14

1

6

8

東

福田賢一・石黒貴裕
Salinity

Salinity
9

14

19

24

29

0

4

9

14

29

0

4

9

14

5m

吐出水深

510m

2

910m

5m

19

Salinity
24

29
01204141

Depth (m)Depth (m)Depth (m)2

Salinity
24

120413120412
1

吐出水深

19

1

吐出水深
2

510m
910m

5m
510m
910m

4

9

14

19

24

29

120417

Depth (m)

0

4

1

吐出水深
2

-30m
110m
510m
910m

図 14 吐出口水深の各地点の塩分鉛直分布の比較．120412：長期稼働，120413：停止時，120414：再稼働（1 日後），
120417：再稼働（4 日後）．
Fig. 14 Comparison of salinity profile at each station at around discharged mouth depth. 120412：long-term operation，120413：non-operation，120414：one day on，120417：four days on.

後の水深 1.5 m 付近で塩分変化は 2 以下で大きな違いは観測されなかった（図 12）．

の他の地点では異なった鉛直分布を示していた．再稼働１日後（4 月 14 日）の装置 5 m は水深 1 m か測された．また，稼働 105 分後の水深 2 m 付近におれについては，人工混合水は非常にゆっくりとした上層部（水深 1.2 m 以浅）においては，時間経過に伴い塩分変化が水深 0.5 m から増加することが観ら 2 m において躍層の破壊が見られるが，510 m と910 m 地点の水深 1.5 m に塩分躍層が見られる．こいて塩分の低い値が観測された．
図 13 に停止時，稼働 6 分後及び 60 分後の塩分分流れであることを考慮すると，1 日後では装置より布を示した．装置稼働直後に，吐出口水深で塩分の低い値が観測された．装置稼働直後と稼働 60 分後妥当である（渡辺・山磨，2004）．また，外因的なの塩分分布は装置周辺のみ塩分の乱れがあり，装置から 4 m 離れたところでは乱れは観測されなかっ響は今後，装置を評価する上で重要と考える．当初，910 m 地点は影響が少ないと考え，対象区として選離れた地点には大きく影響していないと考えるのが要因の方も考慮する必要がある．例えば，旭川の影た．また装置稼働直後と稼働 60 分後の上層部（水深 1 m 以浅）では大きな乱れ（塩分変化）は観測さ定したが，本プロジェクトの観測調査から旭川河口により近い地点の上層部（910 m 地点）では低塩分れなかった．

水が観測される傾向にある．よって，基本的には
910 m 離れた地点の水塊は装置周辺の水塊より旭川考の影響を受けやすいので，910 m 地点の水塊は他の察地点と異なると考えても問題ないように思える．そ人工混合水を物理的な指標から判断するため，4の場合，装置停止時には地点ごとに少なからずの外月と 7 月の実験結果を評価する．潮汐等の影響を取

因的な要因が生じて，躍層の水深位置又は強弱は異り除くことができ，装置の効果をみることができる

なると考える．

装置連続稼働 4 日後（4 月 17 日）においては，
長期稼働時と同様に装置（西側 30 m）から 910 mのは干潮時の潮止まりであると考えられる．4 月干潮時の鉛直塩分分布図から判断すると，長期稼働時（4 月 12 日）は装置 5m 付近から 910 m まで離れた地点の水深 1 m~2 m において塩分が滑らかに増加

地点での吐出水深（1.5 m）付近は急激な塩分変化を生じておらず，再び各地点において重なり合う鉛しており，大きな段差（躍層）は見られない（図14）．特に装置から 5 m と 510 m 地点は鉛直塩分分

直分布を示している．これは，ある程度時間が経過

布が重なる部分が多く，かつ類似していた．ところ
が，装置停止中（4 月 13 日）の装置 5 m は水深 0.5 m，均一化が生じるのではないかと推定する．この場合

すると人工混合水（密度流）が進行することによるは，本プロジェクトで事前に行った簡易的なシミュ

1.5 m，1.8 m において，塩分躍層が見られたが，そレーション結果と過去の密度流拡散装置での実証実
28

物理的指標による密度流拡散装置からの吐出水の観測

験結果から推定した効果の範囲と一致する（大塚ほ2007）
か，．この点に関しては，今後再現性を含めて，上層部に水が上昇するときは目視で捉えることがで

モニタリング調査から判断する必要がある．

認することはできなかった．装置から吐出された人

きる場合があるが，そのような現象は本実験中に確装置から吐出した水が上層部又は下層部へ運ばれ工混合水は，装置から数ｍ離れると極端に速度が遅て，再び装置がその水を取水して近傍での循環が起くなることと，実験時の潮汐の影響（上げ潮時）を考慮すると 2 時間後に 50 m 地点に到達できない可

こらない限り，時間的な問題はあるにしても，人工
混合水は重力等によって遠方へ運ばれる可能性はあ

能性はあるが，数日経過すれば人工密度流は 50 m

ると考えられる．その時に考慮しなければならないまで到達すると予測される．

のが，どのくらいの厚さの層が最初の人工混合水

人工密度流が時間をかけて長距離まで到達する場（密度流）として流れているかである（輸送量）．基合，4 月に行ったスナップショット的実験へ発展さ

本的にクサビ形状で進行するので，進行するにつれせて，もう少し広い範囲で人工混合水が到達していると考えることもできる．前述したように，5 m，て層は薄くなると考えられている．しかし，装置吐

510 m 及び 910 m 地点の塩分分布も装置稼働の有無

出口付近では，ある程度乱流が生じていると考えらにより，差が生じていることは，人工混合水が 50
m 以上到達していることを示唆している．しかし，れるので，予想以上に最初の生成された人工混合水
層は厚い可能性がある．染色物質を用いて，人工混
合水の追跡調査を行った時も，吐出口幅 30 cm に対到達距離を正確に推定するには人工混合水に伴う連して 1 km 離れた地点でも，数 10 cm の厚さの層が観測された（Fukuda et al.，2011）．4 月の結果では，

行流の評価も必要になり，現時点では困難である．

スナップショット的であるのと測定地点が少し粗い

今回の物理的指標を用いた実験方法からは，どこまで到達したかは 910 m 地点が限界であろうと考え為，この点については，どれが人工混合水の層なのられる．さらに，科学的に判断するには，様々な自かを明確にすることはできなかった．さらに，1 日

然条件（季節及び潮汐）で検証を行うことも必要と考える．910 m より離れた地点は旭川の影響がある

後の観測であること，潮汐の影響さらに旭川及び児島湖樋門からの流入水の影響等，様々な外因があり，
厳密に 4 月の実験結果から装置の影響のみを評価すので，本実験方法のみでは装置の影響と旭川の影響を分別するのは難しい．

ることは非常に難しい．

また満潮時，干潮時，上げ潮時，下げ潮時と条件

そこで，4 月調査の外的要因をさらに取り除いた実験が 7 月の実験であった．装置稼働前後の装置周による人工混合水の影響の違いが今回の実験から推辺部の水塊の動きは明確に捉えられたと考えられの方が装置の効果を引き出せると考えられる．なぜる．結果から判断できるように，装置停止から稼働，

なら満潮時は水が湾内に入ってくるのでデータのバ

さらに停止後の吐出口水深付近の塩分変化は整合性

ラツキが生じて装置による明確な変化が捉えにくいが取れている．つまり，装置を稼働させると吐出口からである．

測される．今回の実験結果のみから言えば，干潮時

付近では低塩分になり，停止させるとその低塩分は消えた．装置直近では，かなり塩分分布が乱されていることが結果から分かる（図 8）．

ま装置から少し離れた地点（8 m）においては時間とめ

密度流拡散装置は，省エネルギーで広範囲に水を的タイムラグを捉えられたと考えられる．稼働 66
分後及び 72 分後において，水深 1 m から 1.5 m 付

拡散することをコンセプトに開発された水質改善装

近で人工混合水が進行した塩分低下の現象が見られ

児島湾のように通年を通して躍層が存在する水域でた．これは装置直近に見られた塩分低下の現象と同の実証実験は初めてである．今回，装置より生成さじであることを考慮すると，７月の実験時に生成された人工混合水の拡散効果を評価するために物理的な指標を用いて，4 月と 7 月の装置稼働前後の満潮置である．様々な環境下で実証実験を行っているが，れた人工混合水は，かなりゆっくりとした流れである．
50 m の地点では，装置稼働 120 分後においても及び干潮時に集中的に調査を行った．装置周辺の断明確な変化は観測されなかったが，吐出された人工続的及び連続的調査結果によって，人工混合水が吐

混合水が上層部又は下層部へ進行したという現象

出口付近から生成されていることが分かった．しかも，吐出口幅（14 cm）より 2 ～ 3 倍も広い範囲の層は捉えていないので，連続稼働により人工混合水
は 50 m 地点には到達すると考えるのが妥当である．

に吐出されていることが観測された塩分分布から示29福田賢一・石黒貴裕

質改善効果について .

唆された．また，装置稼働 60 分後には装置より半径 8 m まで達していることが確認され，非常に速度

第 4 回 MEC モデルワー

クショップ，115-125.

高木秀蔵 , 岩本俊樹 , 飯野浩太郎（2009）児島湾における底質環境の現状と近年の変化 . 岡山県水産の遅い流れであることが分かり，流速計で捉えることは難しいことが分かった．潮の影響を考慮しない，
吐出量からの理論計算によると 60 分後には約 30 m

試験場報告 , 24: 1-5.
Nomura, N., Minami, A., Yamatogi, T., Ouchi,に達する．さらに 4 月及び 7 月の実験結果から吐出された混合水が装置周辺のみで循環している様子は

K., Oka, T., Tamaki, H., Matsumura, M. (2003)

観測されなかった．この場合、4 月調査の長期稼働時と停止時の状況から判断すると約 500 m まで中間

Scale Improvement of Sediment Quality in Lake

Application of Density Current Generator for Large

Kasumigaura. Journal of Water Treatment Biology, 39:

層で人工混合水による躍層破壊の影響があったこと

85-91.

が示唆される．ただ，潮汐の影響，旭川及び児島湖

板東晃功 , 桜澤俊滋 , 梅木雅之 , 大内一之 , 池上康之
（2005）温度成層条件における海洋肥沃化装置 [ 拓樋門の影響について加味する必要があるので，再現性を含め継続的に調査を行って最終評価をする必要

海 ] の放流水貫入深度 . 日本船舶海洋工学会論文
集 , 1: 9-15.

がある．
また，装置の水質改善効果については今後，様々

Fukuda, K., Yamatogi,T., Okubo, K., Matsui, S. (2011)

な角度から評価を行い総合的に判断する必要がある．

謝A new device of destroying a thermo-cline and its

effect of controlling algal boom in a reservoir in

辞Japan. Second IWA symposium on Lake & Reservoir
Management.

本研究を行うにあたって，岡山県農林総合センター

藤原建紀 , 駒井幸雄（2009）沿岸海域の栄養塩動態( 特集 海の貧栄養化とノリ養殖 ). 海洋と生物 , 31:の高木秀蔵氏，弘奥正憲氏，ならびにナカシマプロ
ペラ（株）の原田泰典氏に大変お世話になった．ま134-140.

た小型船舶を快く貸して頂いた竹原雄一氏に大変お世話になった．この場を借りて以上の方々にお礼申

宮野 仁，柴木秀之（1998）湾奥の締切りが湾内の海底地形に及ぼす影響について . 海工学論文集，

し上げる．

45: 466-470.

引

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