2．水の汚れ、富栄養化基本的な手法び溶存酸素の物質循環...

資料-37

２．水の汚れ、富栄養化

基本的な手法

水の汚れ（COD）及び富栄養化（T-N、T-P）の予測は、生産、分解、沈降、溶出、

再ばっ気、底泥酸素消費を考慮した数値シミュレーション（二次元多層レベルモデル）

により行った。水質の生成消滅項の計算には、図 2-9 に示す有機炭素、窒素、リン及

び溶存酸素の物質循環モデルを用いた。水の汚れの評価は、有機炭素の予測結果に換

算係数を乗じて得られる化学的酸素要求量（COD）に基づき実施した。

図 2-9 炭素、窒素、リン及び酸素の物質循環モデルの概念図

資料-38

式及びパラメータ

水質予測では、懸濁態有機炭素（POC）、溶存態有機炭素（DOC）、無機態窒素（I-N）、

有機態窒素（O-N）、無機態りん（I-P）、有機態りん（O-P）、溶存酸素（DO）を、以下

の水質の質量収支式を用いて算定した。

すべての計算項目に共通する時間変化項、水平移流項、鉛直移流項、水平拡散項、

鉛直拡散項については同一の数式を用い、計算項目ごとに反応の異なる生化学的生

成・消滅項については、それぞれ計算項目ごとに設定した。

計算に用いたパラメータを表 2-2 に、再現結果の検討に用いた調査地点を図 2-10

に示す。

計算では POC 及び DOC の合計として全有機炭素（TOC）を予測し、表 2-3 に示す炭

素から COD への換算係数を用いて COD を予測する。

計算時間間隔、計算対象潮汐、流入負荷量、水質境界濃度（TOC、T-N、T-P、DO）

は本編の表 6.5-17～23、事業実施区域からの排水量と流入負荷量を表 6.5-24 に示す。

資料-39

【水質の質量収支式】（全ての計算項目に共通）

* *1/2 1/2

1 1

1 1

2 2

時間変化水平移流鉛直移流

水平拡散鉛直拡散生成・消滅

k k k k k k k k k k

z k k z k kk kxk k yk k k k

k k k k

C h u C h v C h w C w Ct x y

K C C K C CC CK h K h R hx x y y h h h h

【生化学的生成消滅項】

［POC］ 11 ck k k s k k k kk

SR G POC r a D TOC POC POCh

生産分解沈降

［DOC］ 1k s k kR a a r D TOC 分解

［I-N］

摂取分解溶出

Nk CN k k CN k k

k

rR G POC D TOCh

［O-N］ 1' Ck CN k k CN k k CN k kk

SR G POC D TOC POC POCh

生産分解沈降

［I-P］P

k CP k k CP k kk

rR G POC D TOCh

摂取分解溶出

［O-P］ 1' Ck CP k k CP k k CP k kk

SR G POC D TOC POC POCh

生産分解沈降

［DO］ OFk CO k k CO k k k satk k

rKR G POC D TOC DO DOh h

生産分解再曝気底泥消費

資料-40

Ck ：第 k 層の水質濃度(g/m3)

t ：時間(s)

x, y ：直角座標系の水平２成分(m)

uk,vk ：第 k 層の x, y 方向の流速(m/s)

wk+1/2 ：第 k 層と第 k+1 層間の内部境界面における鉛直流速(m/s)

hk ：第 k 層の層厚(m)

Kxk,Kyk ：第 k 層の x, y 方向の水平渦動拡散係数(m2/s)

Kz ：鉛直拡散係数(m2/s)

Rk ：第 k 層の正味の生成・消滅速度(g/m3･s)

POCk ：第 k 層の POC 濃度(g/m3)

DOCk ：第 k 層の DOC 濃度(g/m3)

TOCk ：第 k 層の TOC 濃度(g/m3)（=POCk+DOCk）

INk ：第 k 層の I-N 濃度(g/m3)

ONk ：第 k 層の O-N 濃度(g/m3)

IPk ：第 k 層の I-P 濃度(g/m3)

OPk ：第 k 層の O-P 濃度(g/m3)

DOk ：第 k 層の DO 濃度(g/m3)

SC ：POC の沈降速度(m/s)

'CN ：PON/POC 比(-)

'CP ：POP/POC 比(-)

CN ：有機炭素から窒素への換算係数(-)

CP ：有機炭素からりんへの換算係数(-)

CO ：有機炭素から酸素への換算係数(-)

Dk ：第 k 層の分解速度(1/s)

Gk ：第 k 層の生産速度(1/s)

KF ：再曝気係数(m/s)

DOsat ：DO 飽和濃度(g/m3)

rO ：底泥の酸素消費速度(g/m2･s)

a ：TOC 分解量の分配比(-)

rs ：POC 分解量に対する溶存化の比率(-)

rC ：DOC の溶出速度(g/m2･s)

rN ：I-N の溶出速度(g/m2･s)

rP ：I-P の溶出速度(g/m2･s)

C* ：=Ck+1（wk+1/2>0），

：=Ck （wk+1/2

資料-41

表 2-2（1）各パラメータの設定内容（水の汚れ、富栄養化）

項目記号単位設定値設定方法

水平渦動拡散係数 Kxk，Kyk m2/s 注 1 流速の標準偏差の関数

として設定

鉛直拡散係数 Kz m2/s 1.0×10-6

再現性の検討による POC 沈降速度 SC m/s 0.40 PON/POC 比 ’CN - 0.09 POP/POC 比 ’CP - 0.035

有機炭素から窒素

への換算係数 CN - 0.18

原子量及び Redfield 比

より設定

有機炭素からりん

への換算係数 CP - 0.02

有機炭素から酸素

への換算係数 CO - 3.47

分解速度 Dk 1/日 0.062

再現性の検討による

生産速度 Gk 1/日表 2-2（2）再曝気係数 KF m/日 0.5

底泥の

酸素消費速度 rO g/m2･日 0.8

TOC 分解量の

分配比 a - 10.0

POC 分解量に対する

溶存化の比率 rs - 0.33

DOC 溶出速度 rC g/m2･日 74.0 I-N 溶出速度 rN g/m2･日 22.0 I-P 溶出速度 rP g/m2･日 2.0

注：

xk x

yk y

K S

K S

ここで S ：水平格子間隔（=100m） x, y ：x 方向、y 方向の流速の標準偏差（m/s）（計算値）：パラメータ（8.0×10-2）：パラメータ（80.0m2/s）

資料-42

表 2-2（2）各パラメータの設定内容（水の汚れ、富栄養化）


生産速度 Gk 1/日

Gk = G0･fi･ft･fs･fn G0 ：最大生産速度（=1.68（1/日）） fi ：日射量依存項

exp 1k kiopt opt

I If

I I

Iopt ：最適光量（=185（cal/cm2･日）） Ik ：第 k 層の光の強さ（cal/cm2･日）

01 exp zk sI I z dz Is ：海面の光強度：水面反射率（=0.06）：水面吸収率（=0.5） (z) ：消散係数（=0.7） ft ：水温依存項

exp 1k ktopt opt

T Tf

T T

Topt ：最適水温（=25（℃）） Tk ：第 k 層の水温（℃） fs ：塩分依存項

exp 1k ksopt opt

S Sf

S S

Sopt ：最適塩分（=30（-）） Sk ：第 k 層の塩分（-） fn ：栄養塩依存項

min ,k knmP k mN k

IP INf

K IP K IN

KmP ：りん半飽和定数（=0.005） KmN ：窒素半飽和定数（=0.036）

文献 1)及び

再現性の

検討による

備考）「平成 10 年度洞海湾の生態系モデルの開発に係る調査物理学的調査」、九州大学柳

哲雄、平成 11 年 3 月

「水理公式集平成 11 年版」、土木学会、平成 11 年 11 月

「湖沼工学」、岩佐義朗編著、平成 2 年 3 月

表 2-3 その他の定数

項目単位設定値設定方法

炭素から COD への

換算係数 - 1.54 理論値

資料-43

図 2-10 水質の調査地点

資料-44

再現結果・予測結果

１）現況再現

水質予測モデルの再現性を確認するため、予測結果と実測値の年平均値を比較した。

COD の結果を図 2-11 計算値と実測値の関係（COD）に、T-N の結果を図 2-12 計算

値と実測値の関係（T-N）に、T-P の結果を図 2-13 計算値と実測値の関係（T-P）に

それぞれ示す。また、地点ごとの比較を図 2-14 年平均水質の実測値と計算値の比

較に示す。

図 2-11 計算値と実測値の関係（COD）

図 2-12 計算値と実測値の関係（T-N）

y = 1.044 x - 0.161

R² = 0.909

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4

実測

値：COD（

mg/L）

計算値：COD（mg/L）

y = 0.685 x + 0.092

R² = 0.927

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

実測値

：T-N（

mg/L）

計算値：T-N（mg/L）

資料-45

図 2-13 計算値と実測値の関係（T-P）

y = 0.773 x + 0.000

R² = 0.867

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

実測

値：

T-P（

mg/L）

計算値：T-P（mg/L）

資料-46

図 2-14 年平均水質の実測値と計算値の比較

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

上

層

下

層

D2 D3 D6 D7 H1 H3 H4 H5 H7 K1 K7 K8

COD (

mg/L)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

上層下層上層上層下層上層上層上層上層上層上層上層上層下層上層下層

D2 D3 D6 D7 H1 H3 H4 H5 H7 K1 K7 K8

T-N

(mg/L)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

上層下層上層上層下層上層上層上層上層上層上層上層上層下層上層下層

D2 D3 D6 D7 H1 H3 H4 H5 H7 K1 K7 K8

T-P (mg/L)

実測値（最大）

計算値

実測値（平均）

実測値（最小）

資料-47

２）将来予測（COD）

図 2-15 COD の予測結果（現況、第 1 層）

図 2-16 COD の予測結果（将来、第 1 層）

資料-48

備考）COD の変化の範囲をみるため、COD の値が検出できる値よりも低い差濃度

でも図示している。

図 2-17 COD の差濃度（第 1 層）

なお、第 2 層以深では 0.01mg/L 以上の差濃度は確認されなかった。

資料-49



資料-50



資料-51



資料-52



資料-53



資料-54

３）将来予測（T-N）

図 2-28 T-N の予測結果（現況、第 1 層）

図 2-29 T-N の予測結果（将来、第 1 層）

資料-55

図 2-30 T-N の差濃度（第 1 層）


資料-56



資料-57



資料-58



資料-59



H

L

H：高濃度域

L：低濃度域

H

H

L

H：高濃度域

L：低濃度域

H

資料-60



H

L

H：高濃度域

L：低濃度域

H

L

H：高濃度域

L：低濃度域

資料-61

４）将来予測（T-P）

図 2-41 T-P の予測結果（現況、第 1 層）

図 2-42 T-P の予測結果（将来、第 1 層）

資料-62

図 2-43 T-P の差濃度（第 1 層）


資料-63



資料-64



資料-65



資料-66



資料-67



資料-68

３．水温

（１）基本的な手法

水温の予測は、流向及び流速の再現に用いた二次元多層レベルモデルにより行った。

図 2-54 に示す熱交換係数の算定図1)に従い、大気と海面間の熱交換係数を月別に

算定し、熱交換係数が最も小さくなる時期、つまり、大気との熱交換による温排水の

冷却が最も生じにくくなる冬季を、水温の予測時期とした。

冬季における設定水温を本編の表 6.5-30 に、事業実施区域からの温排水量、排水

温を表 6.5-31 にそれぞれ示す。その他の計算条件は「１．流向及び流速」と同様と

した。

（２）式及びパラメータ

運動方程式と連続方程式は「１．流向及び流速」と同様とした。

【熱収支式】

* *1/2 1/2

1 1

1 1

2 2


水平拡散鉛直拡散受熱

k k k k k k k k k k

z k k z k kk kxk k yk k k

k k k k k p

T h u T h v T h w T w Tt x y

K T T K T TT T qK h K h hx x y y h h h h c

t ：時間(s)

x, y ：直角座標系の水平２成分(m)






Tk ：第 k 層の水温(℃)

k ：第 k 層の密度(kg/m3)

q ：単位容積あたりの正味受熱量(W/m3)

cp ：水の定圧比熱(J/(kg･℃))

T* ：=Tk+1（wk+1/2>0）

：=Tk （wk+1/2

資料-69

表 2-4 各パラメータの設定内容（水温）



として設定

鉛直拡散係数 Kz m2/s 1.0×10-6 再現性の検討による受熱量 q W/m3 注 2 熱交換係数より算定

水の定圧比熱 cp J/(kg･℃) 4.184×103 -

注：

xk x

yk y

K S

K S


注： 1 0kk

Qq T T

h

ここで Q1 ：熱交換係数（W/m2･℃） hk ：第 k 層の層厚（m） Tk ：第 k 層の水温（℃） T0 ：設定水温（=11.0℃）

備考）上図は、係数 a 及び b を平均的な気象条件下（相対湿度 80％、雲量

6）で計算したノモグラフである。

Q1 ：熱交換係数(cal/cm2･s･℃) a,b ：水温及び水温と気温の差に関係する係数（a:cal/cm2･s･℃、b:(cal/m･cm2･℃)/m/s） W ：風速(m/s)、Tw ：水温(℃)、Ta ：気温(℃)

図 2-54 熱交換係数の算定図

表 2-5 熱交換係数の算定結果年月

項目

平成25年 26年

2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月

水温Tw（℃） 8.8 12.9 13.4 19.7 22.9 28.8 29.6 26.0 21.3 15.2 12.0 11.3係数a（×10-3 cal/cm2･s･℃）

0.45 0.50 0.51 0.59 0.65 0.77 0.79 0.71 0.62 0.52 0.49 0.48

係数b（×10-3 (cal/m･cm2･℃)/m/s）

0.18 0.21 0.21 0.27 0.30 0.37 0.38 0.34 0.28 0.23 0.20 0.20

風速W（m/s） 1.2 1.2 1.3 1.0 1.0 1.1 1.0 1.0 1.1 1.3 1.3 1.1熱交換係数Q1（W/m2･℃） 28 31 33 36 40 49 49 44 39 34 31 29備考）1．水温は現地調査結果を用いた。 2．気温は下関地方気象台の観測データを用いた。 3．風速は安瀬

の月平均風速を高さ 0.15m に変換して用いた。 4．Q1（W/m2･℃）＝Q1（×10-3 cal/cm2･s･℃）×4.18

資料-70

図 2-55 熱交換係数の算定結果

（２）予測結果

備考）図中には水温差を示している。

図 2-56 温排水の拡散予測結果

なお、第 2 層以深では 0.01℃以上の水温差は確認されなかった。

0

10

20

30

40

50

60

2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月

熱交

換係数（

W/(m2℃)）

平成25年平成26年

資料-71

４．ノルマルヘキサン抽出物質


ノルマルヘキサン抽出物質は疎水性であり、表層を拡散することから、予測計算に

は鉛直方向の移流拡散を考慮しない数値シミュレーション（二次元多層モデル）を用

い、事業の操業による寄与分を算定した。

事業実施区域からのノルマルヘキサン抽出物質の流入負荷量は、本編の表 6.5-28

に示す。その他の計算条件は「１．流向及び流速」及び「２．水の汚れ、富栄養化」

と同様とした。


【ノルマルヘキサン抽出物質の質量収支式】

k kk k k k k k k k xk k yk kC CC h u C h v C h K h K h

t x y x x y y

時間変化水平移流水平拡散

Ck ：第 k 層のノルマルヘキサン抽出物質濃度(g/m3)

t ：時間(s)

x, y ：直角座標系の水平 2 成分(m)




表 2-6 各パラメータの設定内容（ノルマルヘキサン抽出物質）



として設定

注：

xk x

yk y

K S

K S


資料-72

（３）予測結果

備考）ノルマルヘキサン抽出物質の変化の範囲をみるため、ノルマルヘキサン

抽出物質の値が検出できる値よりも低い寄与濃度でも図示している。

図 2-57 ノルマルヘキサン抽出物質の寄与濃度（第 1 層）

なお、ノルマルヘキサン抽出物質は 1 層目のみに拡散し、鉛直方向の移動は考慮し

ていない。

資料-73

５．水の濁り


施設の稼働による水の濁りの予測は、数値シミュレーション（二次元多層モデル）

により行い、施設の稼働による寄与分を算定した。なお、現地における土粒子の粒度

分布が不明であることから、土粒子の沈降は見込まず、すべて拡散するものとした。

事業実施区域からの流入負荷量は、本編の表 6.5-29 に示す。その他の計算条件は

「１．流向及び流速」及び「２．水の汚れ、富栄養化」と同様とした。


【懸濁物質の質量収支式】

* *1/2 1/2

1 1

1 1

2 2


水平拡散鉛直拡散

k k k k k k k k k k

z k k z k kk kxk k yk k

k k k k

C h u C h v C h w C w Ct x y

K C C K C CC CK h K hx x y y h h h h

Ck ：第 k 層の懸濁物質濃度(g/m3)

t ：時間(s)

x, y ：直角座標系の水平 2 成分(m)






C* ：=Ck+1（wk+1/2>0）

：=Ck （wk+1/2

資料-74

（３）予測結果

備考）SS の変化の範囲をみるため、SS の値が検出できる値よりも低い寄与濃度

でも図示している。

図 2-58 SS の寄与濃度（第 1 層）

なお、第 2 層以深では 0.01mg/L 以上の寄与濃度は確認されなかった。

流向及び流速、水質に関する予測式等２．水の汚れ、富栄養化（１）基本的な手法（２）式及びパラメータ（３）再現結果・予測結果１）現況再現２）将来予測（COD）３）将来予測（T-N）４）将来予測（T-P）

３．水温（１）基本的な手法（２）式及びパラメータ（３）予測結果

４．ノルマルヘキサン抽出物質（１）基本的な手法（２）式及びパラメータ（３）予測結果

５．水の濁り（１）基本的な手法（２）式及びパラメータ（３）予測結果

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