Microsoft Word - 03_別紙-2_要領 (最終版）doc

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word - 03_別紙-2_要領 (最終版）doc"

ゆみかすえたけ
4 years ago
Views:

1 参考見積内容別紙 - 見積の目的水資源機構総合技術センター以下機構というが保有する鉛直二次元富栄養化モデルについて曝気循環に関する最新の知見に基づきモデルの改造を行うものである本見積はそのために必要な歩掛かりを調査するものである見積業務内容計画準備本業務の実施にあたり業務目的業務内容および機構が保有する鉛直二次元富栄養化モデルの内容を把握したうえで業務計画を策定するものとする水質予測モデル改良. 曝気モデルの改良既に JA モデルに組み込まれている曝気モデルに第循環流表層における射流構造を追加しこれに伴う関連箇所等も含め改造するものとする曝気モデルの第循環流及び第循環流の流量等の計算結果についてはエクセルファイル等で整理し鉛直二次元富栄養化モデル改良業務報告書平成 4 年月及び水質予測モデル改良業務報告書平成 3 年 3 月の各段階のモデルにおける第循環流及び第循環流の流量等と比較を行うものとするなお改造にあたっては以下の文献及びその他の関連する論文等を参照し行うこととする古里ら, 貯水池気泡循環対策による広域水平密度流 ~ 低プルーム数における実用式 ~, 土木学会論文集 G 環境,Vl.7,.7, Ⅲ_455-Ⅲ_466, 5. 古里ら, 大量の圧縮空気を活用した気泡循環に関する現地実験 - 広域水平密度流の水平成層変形法による評価 -, ダム工学 8, 86-97, 8. 3Ase,. Imerer,J. : rcre f le plmes lerl srfe ermes, J.Fl Mech.,Vl.49, pp.35-57, 動作確認調整改良した鉛直二次元富栄養化モデルで大山ダムを対象に動作確認調整を実施するなお計算に必要なデータは機構が貸与する 3. モデル基礎データ作成機構が指定した 3 ダム草木ダム滝沢ダム岩屋ダムを予定について測量成果データを整理し鉛直二次元富栄養化モデルで適用可能な基本データ貯水池メッシュデータを作成するメッシュの寸法については上下流方向が m 深度方向が m を予定とするなお測量成果データとして測量業務の電子成果品 A ファイルエクセルファイルを提供するものとする 3 報告書作成業務の成果をとりまとめ報告書を作成する

2 3 参考資料 : 鉛直二次元富栄養化モデルの概要独立行政法人水資源機構総合技術センターが所有する鉛直二次元富栄養化モデル以下機構モデルというの概要を以下に示すア水理モデル機構モデルでは動水圧を考慮し鉛直方向の運動量の輸送も考慮すると共に全メッシュにおいて運動方程式と連続式が同時に成り立つように計算を実施している基礎方程式水の連続式運動方程式方向 : 流下方向運動方程式方向 : 鉛直方向 m m m m ここに : 時間,: 水平軸,: 鉛直軸上向き正,,:, 方向の流速, m, m :, 方向の渦動拡散係数,: 圧力, : 水の密度, : 水の基準密度, / : 密度差,: 重力加速度である数値解析モデル HMA 法第一段階前時刻のを用いて仮の速度, を算定 p m m 第二段階, から連続式が成立するようにを補正し現時刻のを算定, j, j を用いて p, X Y を算定 m m m m m m 境界部の取扱い 3- 水面の取り扱い及び水位の計算方法

3 水面の取り扱い: 水面は水平湛水と仮定したが動水圧を導入して運動量水平鉛直水収支連続式いずれも満足できる解を収束計算により算出する水位の計算方法: 表層各メッシュで異なる水位と水平湛水水位との差分を動水圧で表現しているため水位を計算する場合には静水圧と動水圧との差分を水平湛水水位に加算して求める 3- 放流端 q : 放流端流速でありガウス分布により与える q : 放流量である 3-3 流入端 q : 流入端流速であり対数則により与える q : 流入量である 3-4 底面 U U ここに : 底面のせん断力, U : 底面を含むコントロールボリュームの方向の流速成分, : 水の密度, : 摩擦係数である : 摩擦係数 =.6 出典 : 水理公式集 6 年版 p577 とした 3-5 密度の取扱い Fc,

4 イ水温濁水水質モデル水温モデル - 基礎式ここに : 水温,, :, 方向の水温拡散係数, : 日射による吸収熱量, : 水の比熱である - 水温関連諸量の取扱い日射による輻射熱日射による輻射熱は水面の反射 r によってとなり表層でその約 5 割が吸収され残りは指数関数的に減衰しながら貯水池内に伝達されていく ep ここに : 水面反射表層吸収を差し引いた後の日射量, : 標高に到達する輻射熱, : 減衰係数.5 とした, : 水面標高である -3 水面からの熱損失水面からの熱損失は次式で与える L e c r ここに L : 貯水池表面からの熱損失, e : 蒸発による熱損失, c : 伝導による熱損失, r rw Rhwer の式 e c ここに L : 有効逆輻射, rw : 逆輻射, : 大気輻射であり各熱損失は次式を用いる e s e L V 69. e A e : 単位 kcl/m 日,: 風速水面上 5mm/s,es: 表面水温に相当する飽和蒸気圧 mmh=4.58 e.633 s,e: 気温に相当する飽和蒸気圧 mmh=4.58 e.633,: 表面水温,A: 気温, : 相対湿度,LV: 蒸発の潜熱 kcl/k, : 比熱 kcl/k である wk の式 k r. A ここに k:ef Blm 定数 =.7-6 kcl/m 日 k, : 表面水温 k: 絶対温度, A : 気温 k: 絶対温度,: 雲量である濁水モデル

5 ここに : 濃度,, :, 方向の拡散係数,:w : 沈降速度である沈降速度はストークスの式より算定し動粘性係数 νは水温の関数とする νは 3 で.84cm /s で.3cm /s であることから成層期のダム湖では躍層上と躍層下では倍程度沈降速度が変化することになる σ ρ ν 3 水質モデル 3- 基礎式 F ここに : 水質濃度,, :, 方向の水質拡散係数, F: 内部生産関連モデル沈降巻き上げを含むである 3- 低次生態系モデル :F 低次生態系モデル式を表に示す 5

6 表低次生態系モデル水質項目時間変化項他の水質項目からの変換増殖吸収死滅分解捕食同化死滅排泄沈降溶出再曝気表層のみ植物プランクトン 3 G [ ] GZ 捕食 w G [ ] GZ 捕食 w 3 3 G 3 [ 3] 3 3 GZ 3 捕食 w3 3 4 未使用 α α Z GZ 捕食同化動物プランクトン Z 死滅 O O O O O O O c デトリタス R O 分解 β Z 死滅 w O O O R O 分解 A V O O O I O O デトリタス R O 分解 β Z 死滅 w O I I G [ ] R O 分解 α α GZ 排泄 Z A V O4 O O 4 O O デトリタス R O 分解 β Z 死滅 w O O4 O4 R O 4 共沈 w 4 O O4 O 4 G [ ] R O 分解 R O 4 共沈 α α GZ 排泄 Z A V O O K G [ ] 光合成 K K R R O 分解 A O 分解 O V k 3 O O A V 6

7 表中の主たるパラメータは下記のように取り扱う増殖速度:G G= F FH F F ここに : 最大増殖速度,F: 水温関数,FH: 日射量関数,F:I- 関数,F: O4- 関数である死滅速度 : = θ []- ここに : での死滅速度,θ: 水温に関するパラメータである分解係数:R R=R θ []- ここに R: での分解速度,θ: 水温に関するパラメータである溶出速度: F ここに : における溶出速度,F: 水温関数である光合成による O 供給量 :K K =cs 分解による O 消費量 :K K =K θ []- ここに K : での O 消費量,θ: 水温に関するパラメータである底泥による O 消費量 :γ γ =γ θ []- ここに γ : での底泥による O 消費量,θ: 水温に関するパラメータである再曝気係数 :K 3 K 3 =X K θ []- ここに X K : での再曝気係数,θ: 水温に関するパラメータである 7

8 8 ウ浅層曝気装置散気式のモデル曝気では放出された気泡群の挙動周辺水の連行現象など複雑な過程を含んでいるそこで Ase Imerer の提案したダブルプルームモデルを曝気過程の解析モデルとして採用しこれを流動解析に組み込むこととしている β γ α β 外部プルーム内部プルーム表層での連行イントリュージョン図ダブルプルームモデルの構造図曝気により生じる流動に関しては浅枝らによるダブルプルームモデルを元に数値モデル化を行った内部上昇プルーム及び外部下降プルーム内の流速及び密度の分布を長方形分布であると仮定すると水の連続式運動方程式浮力の保存式として以下のような基礎方程式が成り立つ内部の上昇プルーム ' r F " ' 外部の下降プルーム " " ここで,= 上昇プルームおよび下降プルームの半径 [m], = 上昇プルームおよび下降プルームの平均上昇速度 [m/s], = 上昇プルームおよび下降プルームの周囲流体に対する浮力 [m/s ] であり,, = それぞれ周囲水内部プルーム外部プルームの密度としたとき r r / ", / ' と定義したここに r= 基準密度 [k/m 3 ] であるまたはのうち水に起因する割合であり F を断面中の気体含有率 Q H を水深 H における気体流量としたとき

9 QH ' F ' s で与えられるさらにモデル上のパラメータとしては,, = 周囲から外部プルームへの連行係数外部プルームから内部プルームへの連行係数内部プルームから外部プルームへの連行係数 = 内部プルームと中央の気泡プルームの半径の比がある現地スケールの現象においては.7 程度であるとされているまた古里らは曝気装置による気泡噴流についてこれにより生じる広域的流動図ついて着目し現地実験で表層流 Q を観測し図 3 に示すようなプルーム数との関係を整理している低プルーム数の条件下では広域水平密度流の表層流量 Q 及び気泡噴流量と混合して沈み込む連行流量 Q-e は高プルーム数の条件下と異なる傾向を示し高プルーム数では一定値であるのに対し現地条件である低プルーム数ではプルーム数の低下に伴い第循環流の表層流量が低下する傾向がありこれを昨年度組み込んだ図対象とする流動の模式図古里ら気泡循環による局所流構造 pe, グレー矢印, 広域流動黒矢印パラメータ図 3 無次元表層流量 Q 連行流量 Q -e とプルーム数の関係古里ら 9

... 比流量 m 3 /s/km 図 4 高水時の濁質沈降作用設定のイメージ緑と黄色を別々に与える各領域の取り扱いは以下の通り通常沈降領域低水時の l-q 式が適用される範囲内部生産由来の沈降速度に従い沈降する早期沈降領域

10 エ高水時の懸濁成分の早期沈降作用機構モデルでは高水後に見られる富栄養化項目の長期浮遊現象を低減するために高水時の流入負荷 -O O- 及び O- を通常沈降領域及び早期沈降領域に区分し早期沈降領域に属する流入負荷については内部生産由来の沈降速度とは別の沈降速度を与えている平水時高水時 >.35 m 3 /s/km O 比負荷量 /s/km.. 早期沈降対象領域通常沈降領域.... 比流量 m 3 /s/km 図 4 高水時の濁質沈降作用設定のイメージ緑と黄色を別々に与える各領域の取り扱いは以下の通り通常沈降領域低水時の l-q 式が適用される範囲内部生産由来の沈降速度に従い沈降する早期沈降領域高水時の l-q 式が適用される範囲貯水池の濁りに影響を与える濁質成分粒径区分を決定した後その成分比粒度分布に基づく重量 % 及び代表粒径を求める濁りに影響を与える濁質成分は貯水池へそのまま流入し代表粒径の沈降速度 kes 式より算定に従い沈降するものとする残りの濁質成分は貯水池上流端において沈降するものとする

11 オ濁質粒子による光制御効果機構モデルでは無機物由来の濁りによる貯水池内における光の減衰に加えて植物プランクトン由来の濁りによる光の減衰についても考慮している I Iep.3 '. hl Z ここに I: 水深 Zm における照度 I: 水表面における照度 Z: 水深 m : 無機物による濁度 hl-: クロロフィル μ/l

伝熱学課題

伝熱学課題練習問題解答例 < 第章強制対流熱伝達 >. 式 (.9) を導出せよ (.6) を変換する最初にの微分値を整理しておく (.A) (.A) これを用いての微分値を求める (.A) (.A) (.A) (.A6) (.A7) これらの微分値を式 (.6) に代入する (.A8) (.A9) (.A) (.A) (.A) (.9). 薄い平板が温度で常圧の水の一様な流れの中に平行に置かれている