JP2018045661A - Water area environment simulation device, water area environment simulation method, and program - Google Patents
Water area environment simulation device, water area environment simulation method, and program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018045661A JP2018045661A JP2016182373A JP2016182373A JP2018045661A JP 2018045661 A JP2018045661 A JP 2018045661A JP 2016182373 A JP2016182373 A JP 2016182373A JP 2016182373 A JP2016182373 A JP 2016182373A JP 2018045661 A JP2018045661 A JP 2018045661A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- simulation
- equation
- grid
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 334
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 206
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 76
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 72
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 25
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 58
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 57
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 43
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 37
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 34
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 34
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 32
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 28
- 241000206761 Bacillariophyta Species 0.000 description 25
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 25
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 22
- 230000006870 function Effects 0.000 description 21
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 21
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 21
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 19
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 19
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 16
- 102100035476 Serum paraoxonase/arylesterase 1 Human genes 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 14
- 125000001477 organic nitrogen group Chemical group 0.000 description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 description 13
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 13
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 12
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 12
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 12
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 12
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- 241000199914 Dinophyceae Species 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 7
- 229930002868 chlorophyll a Natural products 0.000 description 7
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 7
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 7
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 7
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 6
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 6
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 6
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 5
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 229910021293 PO 4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 241001474374 Blennius Species 0.000 description 3
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002147 killing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 101100112612 Dictyostelium discoideum cchl gene Proteins 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 101100438747 Mus musculus Hccs gene Proteins 0.000 description 2
- JVMRPSJZNHXORP-UHFFFAOYSA-N ON=O.ON=O.ON=O.N Chemical compound ON=O.ON=O.ON=O.N JVMRPSJZNHXORP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 2
- IBIRZFNPWYRWOG-UHFFFAOYSA-N phosphane;phosphoric acid Chemical compound P.OP(O)(O)=O IBIRZFNPWYRWOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 2
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 1
- TVVTWOGRPVJKDJ-UHFFFAOYSA-N Befunolol hydrochloride Chemical compound [Cl-].CC(C)[NH2+]CC(O)COC1=CC=CC2=C1OC(C(C)=O)=C2 TVVTWOGRPVJKDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 240000008168 Ficus benjamina Species 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 229960004374 befunolol Drugs 0.000 description 1
- 230000000035 biogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 238000004177 carbon cycle Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 235000019621 digestibility Nutrition 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000005446 dissolved organic matter Substances 0.000 description 1
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002846 particulate organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- -1 salinity Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
Description
本発明は、水域環境シミュレーション装置、水域環境シミュレーション方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a water area environment simulation device, a water area environment simulation method, and a program.
海洋環境のシミュレーションに関連して幾つかの技術が提案されている。例えば、特許文献1には、潮流の流動等のシミュレーションを行う際に、GIS(Geographic Information System)を用いてメッシュの設定等を行うことが記載されている。 Several techniques have been proposed in connection with the simulation of the marine environment. For example, Patent Document 1 describes that meshes are set using a GIS (Geographic Information System) when a simulation of a tidal current flow or the like is performed.
例えば東京湾のように水域に橋が設けられている場合がある。この場合、海洋環境のシミュレーションを精度良く行うためには、橋脚が水流に与える影響をシミュレーションに反映させる必要がある。 For example, there is a case where a bridge is provided in the water area like Tokyo Bay. In this case, in order to accurately simulate the marine environment, it is necessary to reflect the effect of the pier on the water flow in the simulation.
本発明は、海洋などの水域に橋が設けられている場合でもシミュレーションを精度良く行うことができる水域環境シミュレーション装置、水域環境シミュレーション方法及びプログラムを提供する。 The present invention provides a water environment simulation apparatus, a water environment simulation method, and a program capable of performing a simulation with high accuracy even when a bridge is provided in a water area such as the ocean.
本発明の第1の態様によれば、水域環境シミュレーション装置は、シミュレーション対象の水域に設定された格子毎に、当該格子内に含まれる橋脚の投影面積及び体積をパラメータとして橋脚が水流に及ぼす影響を算出する支配方程式を含む水流のモデルを記憶するモデル記憶部と、前記モデルに基づいて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出するシミュレーション処理部と、を備える。 According to the first aspect of the present invention, the water environment simulation device has the effect of the pier on the water flow with the projected area and volume of the pier included in the lattice as parameters for each lattice set in the simulation target water region. A model storage unit that stores a model of a water flow including a governing equation for calculating the water flow, and a simulation processing unit that calculates a water flow in the simulation target water area based on the model.
前記水域環境シミュレーション装置が、前記シミュレーション対象の水域内の位置毎に設定された格子間距離を記憶する格子間距離記憶部と、前記格子間距離に基づいて格子点の座標を算出する格子点座標算出部と、を備えるようにしてもよい。 The water environment simulation device stores an interstitial distance storage unit that stores an interstitial distance set for each position in the simulation target water area, and lattice point coordinates that calculate coordinates of lattice points based on the interstitial distance And a calculation unit.
前記水域環境シミュレーション装置が、水位、鉛直動粘性係数、及び、鉛直拡散係数が他の数値よりも桁数の多い数値で表されたデータを記憶するデータ記憶部を備え、前記シミュレーション処理部は、前記データ記憶部が記憶するデータを用いて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出するようにしてもよい。 The water area environment simulation device includes a data storage unit that stores data in which a water level, a vertical kinematic viscosity coefficient, and a vertical diffusion coefficient are represented by numerical values having more digits than other numerical values, and the simulation processing unit includes: You may make it calculate the water flow in the water area of the said simulation object using the data which the said data storage part memorize | stores.
前記水域環境シミュレーション装置が、水平方向における前記格子の行毎及び列毎に前記格子の数を記憶する格子数記憶部と、前記格子数記憶部が記憶する前記格子の数の範囲内で行方向のループ及び列方向のループを実行するループ処理部とを備え、前記シミュレーション処理部は、前記ループ処理部が実行するループにて格子毎に当該格子内における水流を算出するようにしてもよい。 The water environment simulation device stores the number of grids for each row and column of the grid in the horizontal direction, and the row direction within the range of the number of grids stored in the grid number storage unit And a loop processing unit that executes a loop in the column direction, and the simulation processing unit may calculate the water flow in the grid for each grid in the loop executed by the loop processing unit.
前記ループ処理部は、水平方向における前記格子の行及び列の演算を同一のループの並列処理にて実行するようにしてもよい。 The loop processing unit may execute the calculation of the rows and columns of the grid in the horizontal direction by parallel processing of the same loop.
前記シミュレーション処理部は、前記シミュレーション対象の水域内に設定された格子毎に水質及び汚濁を算出し、得られた水質及び汚濁に基づいて、前記格子点毎に透明度を算出するようにしてもよい。 The simulation processing unit may calculate water quality and pollution for each grid set in the simulation target water area, and may calculate transparency for each grid point based on the obtained water quality and pollution. .
本発明の第2の態様によれば、水域環境シミュレーション方法は、シミュレーション対象の水域に設定された格子毎に、当該格子内に含まれる橋脚の投影面積及び体積をパラメータとして橋脚が水流に及ぼす影響を算出する支配方程式を含む水流のモデルを記憶するモデル記憶部を備える水域環境シミュレーション装置が、前記モデルに基づいて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出する水流状態算出ステップを含む。 According to the second aspect of the present invention, in the water environment simulation method, for each grid set in the simulation target water area, the influence of the pier on the water flow using the projected area and volume of the pier included in the grid as parameters. A water environment simulation apparatus including a model storage unit that stores a model of a water flow including a governing equation for calculating a water flow state calculation step of calculating a water flow in the simulation target water region based on the model.
本発明の第3の態様によれば、プログラムは、シミュレーション対象の水域に設定された格子毎に、当該格子内に含まれる橋脚の投影面積及び体積をパラメータとして橋脚が水流に及ぼす影響を算出する支配方程式を含む水流のモデルを記憶するモデル記憶部を備えるコンピュータに、前記モデルに基づいて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出する水流状態算出ステップを実行させるためのプログラムである。 According to the third aspect of the present invention, for each grid set in the simulation target water area, the program calculates the influence of the pier on the water flow using the projected area and volume of the pier included in the grid as parameters. A program for causing a computer including a model storage unit that stores a model of a water flow including a governing equation to execute a water flow state calculation step of calculating a water flow in the simulation target water area based on the model.
本発明によれば、水域に橋が設けられている場合でもシミュレーションを精度良く行うことができる。 According to the present invention, simulation can be performed with high accuracy even when a bridge is provided in the water area.
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、本発明の実施形態に係る水域環境シミュレーション装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、水域環境シミュレーション装置100は、表示部110と、操作入力部120と、データ入出力部130と、記憶部180と、制御部190とを備える。記憶部180は、モデル記憶部181と、格子間距離記憶部182と、データ記憶部183と、格子数記憶部184とを備える。制御部190は、シミュレーション処理部191を備える。シミュレーション処理部191は、格子点座標値算出部192と、ループ処理部193とを備える。
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, the following embodiment does not limit the invention concerning a claim. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a functional configuration of a water environment simulation apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the water environment simulation apparatus 100 includes a display unit 110, an operation input unit 120, a data input / output unit 130, a storage unit 180, and a control unit 190. The storage unit 180 includes a model storage unit 181, an inter-lattice distance storage unit 182, a data storage unit 183, and a lattice number storage unit 184. The control unit 190 includes a simulation processing unit 191. The simulation processing unit 191 includes a lattice point coordinate value calculation unit 192 and a loop processing unit 193.
水域環境シミュレーション装置100は、海洋における水流及び生物の影響をシミュレーションして、海中に溶融する物質の濃度など海洋環境を示す値を算出する。水域環境シミュレーション装置100は、コンピュータを用いて構成される。
なお、以下ではシミュレーション対象が海洋である場合を例に説明するが、水域環境シミュレーション装置100のシミュレーション対象はこれに限らない。例えば、水域環境シミュレーション装置100が湖など海洋以外の水域のシミュレーションを行うようにしてもよい。
The water environment simulation apparatus 100 simulates the influence of water currents and living organisms in the ocean, and calculates values indicating the marine environment such as the concentration of a substance that melts in the ocean. The water environment simulation apparatus 100 is configured using a computer.
In the following description, the simulation target is the ocean, but the simulation target of the water environment simulation device 100 is not limited to this. For example, the water environment simulation apparatus 100 may perform simulation of a water area other than the ocean such as a lake.
表示部110は、例えば液晶パネル又はLED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)ネル等の表示画面を備えて各種画像を表示する。例えば、表示部110は、海中に溶融する物質の濃度などシミュレーション結果を表示する。
操作入力部120は、例えばキーボード及びマウスなどの入力デバイスを備えてユーザ操作を受ける。
The display unit 110 includes a display screen such as a liquid crystal panel or an LED (Light Emitting Diode), and displays various images. For example, the display unit 110 displays a simulation result such as the concentration of a substance that melts in the sea.
The operation input unit 120 includes input devices such as a keyboard and a mouse and receives user operations.
データ入出力部130は、水域環境シミュレーション装置100へのデータの入出力を行う。例えば、データ入出力部130は、シミュレーション用の各種データを取得し、また、シミュレーション結果を示すデータを出力する。
データ入出力部130は、例えば、通信回路を含んで構成され、他の機器と通信を行う。あるいは、データ入出力部が、USB(Universal Serial Bus)ポートなど記憶デバイス用のインタフェースを備え、記憶デバイスに対してデータの入出力を行うようにしてもよい。あるいは、データ入出力部130が、通信回路と記憶デバイス用のインタフェースとの両方を含んで構成されていてもよい。
なお、シミュレーション用データの一部又は全部が、操作入力部120からのユーザ操作にて入力されてもよい。また、上記のようにシミュレーション結果の一部又は全部が、データ入出力部130からのデータの出力に加えて、あるいは代えて、表示部110に表示されるようにしてもよい。
The data input / output unit 130 inputs / outputs data to / from the water area environment simulation apparatus 100. For example, the data input / output unit 130 acquires various data for simulation and outputs data indicating the simulation result.
The data input / output unit 130 includes a communication circuit, for example, and communicates with other devices. Alternatively, the data input / output unit may include an interface for a storage device such as a USB (Universal Serial Bus) port, and input / output data to / from the storage device. Alternatively, the data input / output unit 130 may include both a communication circuit and a storage device interface.
Part or all of the simulation data may be input by a user operation from the operation input unit 120. Further, as described above, a part or all of the simulation result may be displayed on the display unit 110 in addition to or instead of the data output from the data input / output unit 130.
記憶部180は、各種データを記憶する。記憶部180が、水域環境シミュレーション装置100の本体に内蔵されていてもよい。あるいは、記憶部180が、水域環境シミュレーション装置100の本体に対して外付けの記憶デバイスを用いて構成されていてもよい。
モデル記憶部181は、水域環境シミュレーション装置100が行うシミュレーションのモデル(シミュレーションモデル)を記憶する。特に、モデル記憶部181は、シミュレーション対象の水域に設定された格子毎に、当該格子内に含まれる橋脚の投影面積及び体積をパラメータとして橋脚が水流に及ぼす影響を算出する支配方程式を含む水流のモデルを記憶する。ここでいう格子は、シミュレーション対象の空間(水域)をメッシュに区分した各セル(Cell)である。モデル記憶部181が記憶するシミュレーションモデルの詳細については後述する。
The storage unit 180 stores various data. The storage unit 180 may be built in the main body of the water environment simulation device 100. Alternatively, the storage unit 180 may be configured using an external storage device for the main body of the water environment simulation apparatus 100.
The model storage unit 181 stores a model (simulation model) of a simulation performed by the water environment simulation device 100. In particular, the model storage unit 181 includes, for each grid set in the simulation target water area, a water flow including a governing equation that calculates the influence of the pier on the water flow using the projected area and volume of the pier included in the grid as parameters. Remember the model. A lattice here is each cell (Cell) which divided the space (water area) of simulation object into a mesh. Details of the simulation model stored in the model storage unit 181 will be described later.
格子間距離記憶部182は、シミュレーション対象の水域内の位置毎に設定された格子間距離(格子点間の距離)を記憶する。
データ記憶部183は、シミュレーション対象の水域におけるデータ測定値(観測値)など、シミュレーションのための各種データを記憶する。特に、データ記憶部183は、水位、鉛直渦動粘性係数、鉛直渦動拡散係数が他の数値よりも桁数の多い数値で表されたデータを記憶する。
格子数記憶部184は、シミュレーション対象の水域に設定された格子について、水平方向における格子の行毎及び列毎に格子の数を記憶する。
The interstitial distance storage unit 182 stores the interstitial distance (distance between lattice points) set for each position in the simulation target water area.
The data storage unit 183 stores various data for simulation, such as data measurement values (observation values) in a simulation target water area. In particular, the data storage unit 183 stores data in which the water level, the vertical eddy viscosity coefficient, and the vertical eddy diffusion coefficient are expressed by numerical values having more digits than other numerical values.
The lattice number storage unit 184 stores the number of lattices for each row and column of the lattice in the horizontal direction for the lattice set in the simulation target water area.
制御部190は、水域環境シミュレーション装置100の各部を制御して各種処理を実行する。制御部190は、水域環境シミュレーション装置100が備えるCPU(Central Processing Unit、中央処理装置)が、記憶部180からプログラムを読み出して実行することで構成される。 The control unit 190 controls each unit of the water environment simulation device 100 and executes various processes. The control unit 190 is configured by a CPU (Central Processing Unit) included in the water environment simulation device 100 reading out and executing a program from the storage unit 180.
シミュレーション処理部191は、モデル記憶部181が記憶するシミュレーションモデルを用いて水流及び水質等のシミュレーションを行う。特に、シミュレーション処理部191は、モデル記憶部181が記憶するシミュレーションモデルに基づいてシミュレーション対象の水域における水流を模擬する。また、シミュレーション処理部191は、データ記憶部183が記憶するデータを用いてシミュレーション対象の水域における水流を算出する。また、シミュレーション処理部191は、ループ処理部193が実行するループにて格子毎に当該格子内における水流を算出する。これにより、シミュレーション処理部191はシミュレーションにおける繰り返し処理を実行する。また、シミュレーション処理部191は、シミュレーション対象の水域内に設定された格子毎に水質及び汚濁を算出し、得られた水質及び汚濁に基づいて、格子点毎に透明度を算出する。 The simulation processing unit 191 performs a simulation of water flow and water quality using the simulation model stored in the model storage unit 181. In particular, the simulation processing unit 191 simulates the water flow in the simulation target water area based on the simulation model stored in the model storage unit 181. In addition, the simulation processing unit 191 calculates the water flow in the simulation target water area using the data stored in the data storage unit 183. In addition, the simulation processing unit 191 calculates a water flow in the lattice for each lattice in a loop executed by the loop processing unit 193. As a result, the simulation processing unit 191 executes repetitive processing in the simulation. In addition, the simulation processing unit 191 calculates water quality and pollution for each grid set in the simulation target water area, and calculates transparency for each grid point based on the obtained water quality and pollution.
格子点座標値算出部192は、格子間距離記憶部182が記憶している格子間距離に基づいて格子点の座標を算出する。
ループ処理部193は、プログラムの実行におけるループ処理を行う。特に、ループ処理部193は、シミュレーション処理部191が行うシミュレーションにて、格子数記憶部104が記憶している格子の数の範囲内で行方向のループ及び列方向のループを実行する。また、ループ処理部193は、格子の行及び列のうち少なくともいずれか一方を並列処理にて実行する。
The lattice point coordinate value calculation unit 192 calculates the coordinates of the lattice points based on the interstitial distance stored in the interstitial distance storage unit 182.
The loop processing unit 193 performs loop processing in program execution. In particular, the loop processing unit 193 executes a loop in the row direction and a loop in the column direction within the range of the number of lattices stored in the lattice number storage unit 104 in the simulation performed by the simulation processing unit 191. The loop processing unit 193 executes at least one of the rows and columns of the lattice by parallel processing.
図2は、水域環境シミュレーション装置100に対する入出力データの例を示す説明図である。同図に示すように、データ入出力部130が、外界境界データ、各河川日平均データ、各点源日平均データ及び初期設定データの入力を受け、シミュレーション処理部191が、これらのデータを用いて前処理を行う。
外界境界データは、シミュレーション対象の水域と外界との境界条件を示すデータである。外界境界データは、例えば、日月合成半日周潮K2、主太陰半日周潮M2、主太陽半日周潮S2、主太陰日周潮O1、主太陽日周潮P1、日月合成日周潮K1、周太陰長円潮N2等の分潮それぞれの遅角及び振幅等の潮汐データを含む。
また、外界境界データは、例えば、シミュレーション対象の水域と外界との境界における、化学的酸素要求量(Chemical Oxygen Demand;COD)、全窒素(Total Nitrogen;TN)、全りん(燐)(Total Phosphorus;TP)、塩分濃度、水温の各々に関する境界条件を含む。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of input / output data for the water environment simulation device 100. As shown in the figure, the data input / output unit 130 receives external boundary data, river daily average data, point source daily average data and initial setting data, and the simulation processing unit 191 uses these data. To pre-process.
The external boundary data is data indicating boundary conditions between the water area to be simulated and the external world. The external boundary data includes, for example, the sun-moon synthetic diurnal tide K2, the main lunar half-diurnal tide M2, the main solar half-diurnal tide S2, the main lunar diurnal tide O1, the main solar diurnal tide P1, and the sun-moon synthetic diurnal tide K1. Tide data such as retardation and amplitude of each of the tides, such as Zhou Yuan Long Yen N2.
In addition, the external boundary data is, for example, chemical oxygen demand (COD), total nitrogen (TN), total phosphorus (Total Phosphorus) at the boundary between the water area to be simulated and the external world. TP), including the boundary conditions for salinity and water temperature.
各河川日平均データは、シミュレーション対象の水域に流入する各河川との境界条件を、1日当たりの平均値で示すデータである。各河川日平均データは、例えば、シミュレーション対象の水域と河川との境界における、水等の流量、化学的酸素要求量、全窒素、全りんの各々に関する境界条件を含む。
各点源日平均データは、例えば工場からの排水など、河川以外にシミュレーション対象の水域に影響を及ぼす点源における境界条件を、1日当たりの平均値で示すデータである。各河川日平均データは、例えば、シミュレーション対象の水域と点源との境界における水等の流量、化学的酸素要求量、全窒素、全りんの各々に関する境界条件を含む。
初期設定データは、シミュレーション対象の水域内における初期値を示すデータである。初期設定データは、例えば、シミュレーション対象の水域内の所定の点における、化学的酸素要求量、全窒素、全りん、塩分濃度、水温の各々に関する初期値のデータを含む。
Each river daily average data is data which shows the boundary condition with each river flowing into the simulation target water area as an average value per day. Each river daily average data includes, for example, boundary conditions regarding the flow rate of water, chemical oxygen demand, total nitrogen, and total phosphorus at the boundary between a simulation target water area and a river.
Each point source daily average data is data indicating, for example, an average value per day for a boundary condition in a point source that affects a simulation target water area other than a river, such as drainage from a factory. Each river daily average data includes, for example, boundary conditions regarding the flow rate of water and the like at the boundary between the simulation target water area and the point source, chemical oxygen demand, total nitrogen, and total phosphorus.
The initial setting data is data indicating an initial value in the simulation target water area. The initial setting data includes, for example, data on initial values relating to chemical oxygen demand, total nitrogen, total phosphorus, salinity, and water temperature at predetermined points in the water area to be simulated.
シミュレーション処理部191は、これらのデータに対して、換算処理及び分配処理等の前処理を行う。例えば、シミュレーション処理部191は、これらのデータに含まれる化学的酸素要求量を、全有機炭素(Total Organic Carbon;TOC)及び生物化学的酸素要求量(Biochemical oxygen demand;BOD)に換算する換算処理を行う。また、シミュレーション処理部191は、これらのデータに含まれる全窒素(全窒素の濃度)を、懸濁態有機窒素、溶存態有機窒素、アンモニア態窒素、硝酸+亜硝酸態窒素などの各態様(態様毎の濃度)に分配する分配処理を行う。
シミュレーション処理部191は、前処理にて得られたデータを記憶部180に記憶させ、シミュレーションの実行(モデル演算処理)に用いる。
The simulation processing unit 191 performs preprocessing such as conversion processing and distribution processing on these data. For example, the simulation processing unit 191 converts the chemical oxygen demand contained in these data into total organic carbon (TOC) and biochemical oxygen demand (BOD). I do. In addition, the simulation processing unit 191 converts the total nitrogen (concentration of total nitrogen) included in these data into various modes such as suspended organic nitrogen, dissolved organic nitrogen, ammonia nitrogen, nitric acid + nitrite nitrogen ( A distribution process is performed to distribute the density for each mode.
The simulation processing unit 191 stores the data obtained in the preprocessing in the storage unit 180 and uses it for simulation execution (model calculation processing).
また、データ入出力部130は、さらに、地形データ、海表面風データ、日平均気象データ、計算格子・水深データ、橋脚抵抗データ、流動計算基本条件、水質計算基本条件の入力を受ける。
地形データは、例えば、海(例えば海底地形)、陸(特に海岸の地形)、河川(特に河口の位置)等の地形情報と、防波堤の位置等の防波堤情報と、埋立地の位置及び埋立時期等の埋立情報とを含む。
The data input / output unit 130 further receives input of topographic data, sea surface wind data, daily average weather data, calculation grid / water depth data, pier resistance data, flow calculation basic conditions, and water quality calculation basic conditions.
The terrain data includes, for example, terrain information such as sea (for example, seafloor terrain), land (especially coastal terrain), rivers (especially estuary position), breakwater information such as breakwater position, landfill location and reclamation time. Including landfill information.
海表面風データは、シミュレーション対象の水域の表面(海表面)における風の向き及び強さを示すデータである。海表面風データは、例えば、シミュレーション対象の水域の海表面における毎時風速(例えば16方位)及び風速の情報を含む。シミュレーション対象領域が広い場合、海表面風データが、シミュレーション対象の水域を分割したエリア毎の情報を含むようにしてもよい。 The sea surface wind data is data indicating the direction and intensity of the wind on the surface (sea surface) of the water area to be simulated. The sea surface wind data includes, for example, information on hourly wind speed (for example, 16 azimuths) and wind speed on the sea surface of the simulation target water area. When the simulation target area is wide, the sea surface wind data may include information for each area obtained by dividing the simulation target water area.
日平均気象データは、シミュレーション対象の水域における気象情報を1日当たりの平均値で示すデータである。日平均気象データは、例えば、海上における風力、風向(例えば16方位)、気温、湿度、雲量(例えば、10分比)、降水量、日射量の各情報を含む。シミュレーション対象領域が広い場合、海表面風データが、シミュレーション対象の水域を分割したエリア毎の情報を含むようにしてもよい。 The daily average weather data is data indicating the weather information in the simulation target water area as an average value per day. The daily average weather data includes, for example, information on wind power at the sea, wind direction (for example, 16 directions), temperature, humidity, cloudiness (for example, 10 minutes ratio), precipitation, and solar radiation. When the simulation target area is wide, the sea surface wind data may include information for each area obtained by dividing the simulation target water area.
計算格子・水深データは、シミュレーション対象の水域に計算格子を設定するためのデータである。計算格子・水深データは、例えば、計算格子の4辺長(格子間距離)及び重心位置のうちいずれか一方又は両方など各格子の情報と、平均水深(計算格子を設定する深さを示す情報)とを含む。
格子間距離記憶部182が計算格子・水深データを記憶し、格子点座標値算出部192は、格子間距離記憶部182が記憶している計算格子・水深データに基づいて格子点の座標を算出する。
なお、後述するように、場所によって格子間距離が異なっていてもよい。
The calculation grid / water depth data is data for setting a calculation grid in a simulation target water area. The calculation grid / water depth data includes, for example, information on each grid such as one or both of the four side lengths (interstitial distance) and the center of gravity position of the calculation grid, and the average water depth (information indicating the depth for setting the calculation grid). ).
The interstitial distance storage unit 182 stores the calculation grid / water depth data, and the lattice point coordinate value calculation unit 192 calculates the coordinates of the grid points based on the calculated grid / water depth data stored in the interstitial distance storage unit 182. To do.
As will be described later, the interstitial distance may vary depending on the location.
橋脚抵抗データは、シミュレーション対象の水域内に橋脚等の構造物が設置されている場合に、水流に対する構造物の影響を模擬するためのデータである。橋脚抵抗データは、例えば、構造物の中心位置、形状及び大きさなど、構造物の位置を立体的に示す情報と、構造物の流水に対する抵抗係数とを含む。 The pier resistance data is data for simulating the influence of the structure on the water flow when a structure such as a pier is installed in the simulation target water area. The pier resistance data includes, for example, information indicating the structure position three-dimensionally, such as the center position, shape, and size of the structure, and a resistance coefficient of the structure against running water.
ここで、流動計算では拡散と水の流れを計算し、水質計算ではその流れで運ばれる物質の量を計算する。流動計算を行う上で必要な値を流動計算基本条件という。流動計算基本条件の例として、気象データ、外界潮汐水位データ及び河川流量データなどが挙げられる。一方、水質計算を行う上で必要な値を水質計算基本条件という。水質計算基本条件の例として、流動計算で求めた流れデータ、水温データ及び塩分データの他に、河川流入物質データが挙げられる。 Here, in the flow calculation, diffusion and water flow are calculated, and in the water quality calculation, the amount of substance carried by the flow is calculated. The value necessary for flow calculation is called flow calculation basic condition. Examples of flow calculation basic conditions include meteorological data, external tide water level data, river flow data, and the like. On the other hand, a value necessary for water quality calculation is called a water quality calculation basic condition. Examples of water quality calculation basic conditions include river inflow material data in addition to flow data, water temperature data, and salinity data obtained by flow calculation.
シミュレーション処理部191は、これらのデータを記憶部180に記憶させる。そして、シミュレーション処理部191は、データ入出力部130が取得したデータ及び前処理で得られたデータを記憶部180から読み出してシミュレーションを実行する。
シミュレーション処理部191は、シミュレーションの実行中に計算ログを記憶部180に記憶させる。ここでいう計算ログは、シミュレーション実行中における水域環境シミュレーション装置100の状態をユーザが確認するための情報である。
The simulation processing unit 191 stores these data in the storage unit 180. Then, the simulation processing unit 191 reads the data acquired by the data input / output unit 130 and the data obtained by the preprocessing from the storage unit 180 and executes the simulation.
The simulation processing unit 191 stores the calculation log in the storage unit 180 during execution of the simulation. The calculation log here is information for the user to confirm the state of the water environment simulation device 100 during simulation execution.
シミュレーション処理部191は、シミュレーションの実行にて流動三次元分布データ、生態系三次元分布データ、底質二次元分布データ、懸濁態データ及び透明度データ等のシミュレーション結果データを生成する。そして、データ入出力部130が、制御部190の制御に従ってこれらシミュレーション結果データを出力する。
流動三次元分布データは、シミュレーション対象の水域の各部における海水の状態を示すデータである。例えば、流動三次元分布データは、計算格子の各点における流速を3次元座標の各成分(後述するu、v及びw)で示すデータを含む。また、例えば流動三次元分布データは、計算格子の各点における塩分濃度及び水温を示すデータを含む。
The simulation processing unit 191 generates simulation result data such as flow three-dimensional distribution data, ecosystem three-dimensional distribution data, bottom sediment two-dimensional distribution data, suspension state data, and transparency data by executing the simulation. Then, the data input / output unit 130 outputs these simulation result data according to the control of the control unit 190.
The flow three-dimensional distribution data is data indicating the state of seawater in each part of the simulation target water area. For example, the flow three-dimensional distribution data includes data indicating the flow velocity at each point of the calculation grid with respective components (u, v, and w described later) of the three-dimensional coordinates. Further, for example, the flow three-dimensional distribution data includes data indicating salinity concentration and water temperature at each point of the calculation grid.
生態系三次元分布データは、海中における物質の分布を示すデータである。例えば、生態系三次元分布データは、海中の格子点の各々について、溶存酸素、化学的酸素要求量、全有機炭素、全有機りん、全有機窒素、全りん、全窒素、懸濁態有機炭素、懸濁態有機りん、懸濁態有機窒素、溶存態有機炭素、溶存態有機りん、溶存態有機窒素、溶存態無機りん、アンモニア態窒素、硝酸+亜硝酸態窒素、珪藻(炭素)、珪藻(りん)、珪藻(窒素)、珪藻(シリカ)、渦鞭毛藻(炭素)、渦鞭毛藻(りん)、渦鞭毛藻(窒素)、難分解性懸濁態有機炭素(陸源)、難分解性溶存態有機炭素(陸源)、珪藻(単位体積当たりの個体数)、渦鞭毛藻(単位体積当たりの個体数)、溶存態シリカ(Available Silica)、懸濁態シリカ(Particulate Biogenic Silica)、動物プランクトン(炭素)、動物プランクトン(りん)、動物プランクトン(窒素)の各濃度を示すデータを含む。 Ecosystem three-dimensional distribution data is data indicating the distribution of substances in the sea. For example, ecosystem three-dimensional distribution data can be obtained for each lattice point in the sea, including dissolved oxygen, chemical oxygen demand, total organic carbon, total organic phosphorus, total organic nitrogen, total phosphorus, total nitrogen, suspended organic carbon. , Suspended organic phosphorus, suspended organic nitrogen, dissolved organic carbon, dissolved organic phosphorus, dissolved organic nitrogen, dissolved inorganic phosphorus, ammonia nitrogen, nitric acid + nitrite nitrogen, diatom (carbon), diatom (Phosphorus), diatom (nitrogen), diatom (silica), dinoflagellate (carbon), dinoflagellate (phosphorus), dinoflagellate (nitrogen), persistent organic carbon (land source), persistent Dissolved organic carbon (land source), diatom (population per unit volume), dinoflagellate (population per unit volume), dissolved silica (Available Silica), suspended silica (Particulate Biogenic Silica), zooplankton (Carbon), zooplankton (phosphorus), zooplank Data showing each concentration of nitrogen (nitrogen).
底質二次元分布データは、海底に沈殿した物質及び海底から海中に溶出する物質の分布を示すデータである。例えば、底質二次元分布データは、海底の格子点の各々について、りん酸の溶出量、アンモニア態窒素の溶出量、炭素の沈降量、窒素の沈降量、好気層の炭素含有量、好気層の窒素含有量、嫌気層のりん含有量、嫌気層のりん含有量を、単位面積当たりの量で示すデータを含む。後述するように、好気層及び嫌気層は、海底の泥層を2つに分割した各層である。 The bottom sediment two-dimensional distribution data is data indicating the distribution of substances precipitated on the seabed and substances eluted from the seabed into the sea. For example, bottom sediment two-dimensional distribution data includes the amount of phosphate elution, ammonia nitrogen elution, carbon precipitation, nitrogen precipitation, aerobic carbon content, It includes data indicating the nitrogen content of the air layer, the phosphorus content of the anaerobic layer, and the phosphorus content of the anaerobic layer in terms of the amount per unit area. As will be described later, the aerobic layer and the anaerobic layer are layers obtained by dividing the mud layer on the seabed into two.
懸濁態データは、海水中の浮遊物質(Suspended Solid;SS)の濃度分布を示すデータである。例えば、シミュレーション処理部191は、浮遊物質である粒子を大きさ(直径)で4段階に分類し、各大きさの粒子の濃度を海水中の計算格子の各々について算出する。そして、懸濁態データは、各大きさの粒子の濃度を海水中の計算格子の各々について示すデータを含む。
透明度データは、シミュレーション対象の水域の各部における透明度を示すデータである。例えば、透明度データは、シミュレーション対象の水域の海水面に設定された格子点の各々における透明度を示すデータを含む。
The suspended state data is data indicating the concentration distribution of suspended solids (SS) in seawater. For example, the simulation processing unit 191 classifies particles that are suspended substances into four levels by size (diameter), and calculates the concentration of each size particle for each calculation grid in seawater. The suspension state data includes data indicating the concentration of each size particle for each of the calculation grids in the seawater.
The transparency data is data indicating the transparency in each part of the water area to be simulated. For example, the transparency data includes data indicating the transparency at each of the lattice points set on the seawater surface of the water area to be simulated.
以下、シミュレーションモデルについて説明する。モデル記憶部181が、このシミュレーションモデルを記憶する。そして、シミュレーション処理部191が、このシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを実行する。以下、シミュレーションモデルを単にモデルとも称する。 Hereinafter, the simulation model will be described. The model storage unit 181 stores this simulation model. And the simulation process part 191 performs a simulation using this simulation model. Hereinafter, the simulation model is also simply referred to as a model.
図3は、モデル記憶部181が記憶するシミュレーションモデルの概略構成を示す説明図である。同図に示すように、モデル記憶部181が記憶するシミュレーションモデルは、水流モデルと、水質モデルと、溶出サブモデルと、境界条件とを含む。
水流モデルは、海水の流動を模擬するためのモデルである。さらに、水流モデルは、水温及び塩分濃度の算出式(保存式)を含む。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a simulation model stored in the model storage unit 181. As shown in the figure, the simulation model stored in the model storage unit 181 includes a water flow model, a water quality model, an elution sub model, and boundary conditions.
The water flow model is a model for simulating the flow of seawater. Furthermore, the water flow model includes a calculation formula (conservation formula) for water temperature and salinity.
水質モデルは、シミュレーション対象の水域の各部における水質を算出するためのモデルである。特に、水質モデルは、海中における有機物及び栄養塩の濃度分布を算出するための式を含む。ここでいう栄養塩は、生物が生育するために用いられる塩類である。栄養塩の例として、窒素、りん、及びシリカのいろいろな態様を挙げることができる。
溶出サブモデルは、底泥と海水との相互作用が有機物及び栄養塩の濃度分布に及ぼす影響を模擬するためのモデルである。
境界条件は、例えば海面、海底及び海岸など、シミュレーション対象の水域と周囲環境との境界及び周囲環境がシミュレーション対象の水域に及ぼす影響を示す。
The water quality model is a model for calculating water quality in each part of the simulation target water area. In particular, the water quality model includes a formula for calculating the concentration distribution of organic matter and nutrients in the sea. The nutrient salt here is a salt used for the growth of an organism. Examples of nutrient salts include various aspects of nitrogen, phosphorus, and silica.
The elution submodel is a model for simulating the influence of the interaction between bottom mud and seawater on the concentration distribution of organic matter and nutrients.
The boundary condition indicates, for example, the boundary between the water area to be simulated and the surrounding environment, such as the sea surface, the seabed and the coast, and the influence of the surrounding environment on the water area to be simulated.
モデル記憶部181が記憶するシミュレーションモデルでは、シミュレーション対象の水域を区切った格子毎に(すなわち、メッシュ分割したメッシュ毎に)支配方程式を設けてモデルを表している。シミュレーション処理部191は、格子毎の支配方程式を用いて計算を行うことでシミュレーションを実行する。
支配方程式を求めるために、シミュレーション対象の水域にx軸、y軸、z軸の3次元直交座標を設定する。x軸は東を増加方向とし、y軸は北を増加方向とし、z軸は上向きを増加方向とする。さらに、シミュレーション対象の水域に3次元のメッシュを設定し、メッシュの各格子点をx、y、zの3次元座標で示す。関数ηを用いて自由水面をη(x,y,t)と表す。ここで、tは時刻を示す。また、関数Hを用いて海底を−H(x,y)と表す。
シミュレーション処理部191は、格子点毎の連立方程式(支配方程式)でモデルを記載し、サンプリング時間毎に各格子点について連立方程式を解く。支配方程式においては Hydrostaticの仮定とBoussinesq近似を用いる。
以下、スカラー積を「・」、「×」のいずれでも表記する。また、演算子を表記せずに乗算対象を並列することでもスカラー積を示す。
In the simulation model stored in the model storage unit 181, a governing equation is provided for each grid that divides the water area to be simulated (that is, for each mesh obtained by mesh division), and the model is represented. The simulation processing unit 191 performs a simulation by performing calculation using a governing equation for each lattice.
In order to obtain the governing equation, three-dimensional orthogonal coordinates of the x-axis, y-axis, and z-axis are set in the water area to be simulated. The x-axis has an east as an increasing direction, the y-axis has an increasing direction as the north, and the z-axis has an upward direction as an increasing direction. Further, a three-dimensional mesh is set in the water area to be simulated, and each lattice point of the mesh is indicated by three-dimensional coordinates of x, y, and z. The free water surface is expressed as η (x, y, t) using the function η. Here, t indicates time. In addition, the sea floor is expressed as -H (x, y) using the function H.
The simulation processing unit 191 describes a model with simultaneous equations (dominant equations) for each lattice point, and solves the simultaneous equations for each lattice point at each sampling time. The governing equation uses Hydrostatic assumptions and Boussinesq approximation.
Hereinafter, the scalar product is represented by either “•” or “×”. A scalar product is also indicated by parallelizing the objects to be multiplied without expressing an operator.
<水流モデル>
水流モデルは、海水の流動を算出するための連続方程式及び運動量方程式と、乱流を模擬するための保存式と、水温及び塩分濃度の流動を模擬するための保存式とを含む。
(連続方程式)
連続方程式は式(1)のように示される。
<Water flow model>
The water flow model includes a continuity equation and a momentum equation for calculating the flow of seawater, a conservation equation for simulating turbulent flow, and a conservation equation for simulating the flow of water temperature and salinity.
(Continuous equation)
The continuity equation is shown as in equation (1).
ここで、u、v、wは、それぞれx、y、z方向に対応したアンサンブル平均流速である。以下では、アンサンブル平均流速を単に流速とも称する。
(運動量方程式)
流速uに関する運動方程式は式(2)のように示される。
Here, u, v, and w are ensemble average flow velocities corresponding to the x, y, and z directions, respectively. Hereinafter, the ensemble average flow velocity is also simply referred to as a flow velocity.
(Momentum equation)
The equation of motion relating to the flow velocity u is shown as in equation (2).
上記のように、tは時刻を示す。また、ρ0は海水の基礎密度を示す。ここでいう基礎密度とは、基準となる圧力(例えば1気圧)における密度である。Pは圧力(水圧)を示す。KMは鉛直渦動粘性係数を示す。fはコリオリパラメータを示し、fu、fv、fwは、それぞれコリオリパラメータfのu成分、v成分、w成分を示す。
また、Fuは、モデルのグリッド(サブグリッドスケール)によって直接表現できないsmall-scaleのプロセスによって生じる運動を示す項であり、式(3)のように示される。
As described above, t indicates time. Moreover, ρ 0 indicates the basic density of seawater. The basic density here is a density at a reference pressure (for example, 1 atm). P represents a pressure (water pressure). K M represents the vertical eddy viscosity coefficient. f represents a Coriolis parameter, and f u , f v , and f w represent a u component, a v component, and a w component of the Coriolis parameter f, respectively.
Further, F u is a term indicating a motion generated by a small-scale process that cannot be directly expressed by the grid (subgrid scale) of the model, and is expressed as Equation (3).
ここで、AMは、水平渦動粘性係数を示す定数である。AMの値の決定方法については後述する。
式(3)では、small-scaleのプロセスによって生じる運動を乱流拡散に類似の表現で表している。後述する式(5)、式(8)、式(10)及び式(12)についても同様である。
また、流速vに関する運動方程式は式(4)のように示される。
Here, A M is a constant representing the horizontal vortex viscosity. Method will be described later determination of the value of A M.
In equation (3), the motion generated by the small-scale process is expressed in a representation similar to turbulent diffusion. The same applies to Formula (5), Formula (8), Formula (10), and Formula (12) described later.
Further, the equation of motion relating to the flow velocity v is shown as in equation (4).
ここで、Fvは、モデルのグリッドによって直接表現できないsmall-scaleのプロセスによって生じる運動を示す項であり、式(5)のように示される。 Here, F v is a term indicating the movement caused by the process of direct not express small-scale by the model of the grid, is represented by equation (5).
また、流速wに関する運動方程式は式(6)のように示される。 Further, the equation of motion relating to the flow velocity w is expressed as in equation (6).
ここで、ρは海水の密度を示す。海水の密度ρについては式(16)を参照して後述する。gは重力加速度を示す。
(水温及び塩分の保存式)
水温θの保存式は式(7)のように示される。
Here, ρ represents the density of seawater. The density ρ of seawater will be described later with reference to equation (16). g represents gravitational acceleration.
(Water temperature and salinity preservation formula)
The conservation equation for the water temperature θ is expressed as in Equation (7).
ここで、KHは、鉛直渦動拡散係数を示す定数である。Fθは、モデルのグリッドによって直接表現できないsmall-scaleのプロセスによって生じる運動を示す項であり、式(8)のように示される。 Here, K H is a constant that indicates the vertical vortex diffusion coefficient. Fθ is a term indicating a motion caused by a small-scale process that cannot be directly expressed by the model grid, and is expressed as in Equation (8).
ここで、AHは、水平渦動拡散係数を示す定数である。AHの値の決定方法については後述する。
また、塩分濃度Sの保存式は式(9)のように示される。
Here, A H is a constant indicating the horizontal eddy diffusion coefficient. Method will be described later determination of the value of the A H.
Moreover, the preservation | save formula of the salt concentration S is shown like Formula (9).
ここで、FSは、モデルのグリッドによって直接表現できないsmall-scaleのプロセスによって生じる運動を示す項であり、式(10)のように示される。 Here, F S is a term indicating a motion generated by a small-scale process that cannot be directly expressed by the grid of the model, and is expressed as in Expression (10).
また、水質の項目Mに関する拡散方程式は、式(11)のように示される。Mは、具体的には海水中に含まれる物質の濃度を示す。 Further, the diffusion equation relating to the water quality item M is expressed as in Expression (11). Specifically, M represents the concentration of a substance contained in seawater.
ここで、FMは、モデルのグリッドによって直接表現できないsmall-scaleのプロセスによって生じる運動を示す項であり、式(12)のように示される。 Here, F M is a term indicating the movement caused by the process of the small-scale that can not be directly expressed by the model of the grid, is represented by equation (12).
(乱流エネルギー、乱流スケールの保存式)
流動場に植物群落等がある場合、それが流水や物質混合に影響を及ぼし得る。これらの場合にも、全体として取り扱う必要のある空間スケールに比べて、植物群落内の個々の要素・形状・存在位置などは不規則でスケールも小さいため、それらを個々に表現することはせず、抵抗係数などのパラメータを設定することで表す。個々の要素は局所的に流れを変化させ、乱れを生成し、さらにそのエネルギー(乱流エネルギー)を散逸させる。この乱流エネルギーが物質混合に及ぼす影響を以下の2つの方程式で示す。
1つ目の方程式は、式(13)のように示される。
(Conservation formula for turbulent energy and turbulent scale)
If there are plant communities etc. in the flow field, it can affect running water and substance mixing. In these cases as well, the individual elements, shapes, locations, etc. in the plant community are irregular and small in scale compared to the spatial scale that needs to be handled as a whole, so they are not expressed individually. This is expressed by setting parameters such as a resistance coefficient. Individual elements locally change the flow, generate turbulence, and dissipate its energy (turbulent energy). The influence of this turbulent energy on material mixing is shown by the following two equations.
The first equation is shown as equation (13).
ここで、qは、q2/2で乱流エネルギーを示す。
また、ベクトルvは、iu+jvを示す。但し、iは実軸を示し、jは虚軸を示す。従って、ベクトルvの実数成分はuであり、ベクトルvの虚数成分はvである。u、vは、それぞれ上述したアンサンブル平均流速である。なお、ベクトルvを、「v」の上に矢印(「→」)を付して示す。また、式(13)では、「・」はベクトルの内積を示す。
また、Kqは乱流エネルギーの鉛直拡散係数(鉛直方向の拡散係数)を示す。
また、B1は、乱流クロージャー定数の1つを示す。具体的には、B1は、乱流エネルギーの生成と減衰とが均衡している状態で経験的に求められる定数であり、例えば、B1=16.6とすることができる。
また、lは、乱流空間スケール(turbulent length scale)を示す。lの値は、流れの状況に応じて実験的にまたは経験的に求められる。
Fqは、乱流エネルギーの水平拡散を示す。
また、2つ目の方程式は、式(14)のように示される。
Here, q denotes a turbulent energy at q 2/2.
The vector v indicates iu + jv. However, i shows a real axis and j shows an imaginary axis. Therefore, the real component of vector v is u and the imaginary component of vector v is v. u and v are the ensemble average flow velocities described above. The vector v is indicated by an arrow (“→”) above “v”. In Expression (13), “·” indicates an inner product of vectors.
K q represents the vertical diffusion coefficient (the vertical diffusion coefficient) of turbulent energy.
B 1 represents one of the turbulent closure constants. Specifically, B 1 is a constant obtained empirically in a state where generation and attenuation of turbulent energy are balanced, and for example, B 1 = 16.6.
Moreover, l shows a turbulent space scale (turbulent length scale). The value of l is determined experimentally or empirically depending on the flow conditions.
F q indicates the horizontal diffusion of turbulent energy.
Further, the second equation is expressed as shown in Equation (14).
ここでqlは乱流スケール(乱流の長さのスケール)を示す。
また、E1、E2は、いずれも、モデルを観測値に整合させるためのパラメータである。E1及びE2の値は、流速の観測値に基づいて実験的に決定される。例えば、E1=1.8、E2=1.33とすることができる。
また、κはカルマン定数を示す。Fqlは乱流スケールの水平拡散を示す。
また、Lは、海表面から海底面までの距離を表す尺度であり、式(15)のように示される。
Here, ql indicates a turbulent flow scale (scale of turbulent flow length).
E 1 and E 2 are both parameters for matching the model to the observed value. The values of E 1 and E 2 are determined experimentally based on observed flow rates. For example, E 1 = 1.8 and E 2 = 1.33.
Κ represents the Kalman constant. F ql indicates turbulent scale horizontal diffusion.
Further, L is a scale representing the distance from the sea surface to the sea bottom, and is expressed as in Expression (15).
ここで、ηは、上述した自由水面を示す関数η(x,y,t)である。すなわち、式(15)のηは海面のz座標値(平均水位(z=0)からの高さ)を示す。また、式(15)のhは、海底のz座標値を示す。
式(13)は、平均流の摩擦抵抗に伴う乱流の発生、乱流エネルギーから熱エネルギーへの転換に伴う乱流エネルギーの減衰、乱流エネルギーの平均流による移流と拡散により乱流エネルギーの時間・空間分布が決まることを示している。式(13)は、いわば乱流エネルギーの予報方程式である。
また、式(14)は、乱流空間スケールを予報するための支配方程式である。乱流マクロスケールlは乱流のうち最大規模のスケールを表すものであり、乱流エネルギーの減衰と拡散係数の決定に重要な量である。
海水の密度ρは状態方程式により式(16)のように示される。
Here, η is a function η (x, y, t) indicating the above-described free water surface. In other words, η in equation (15) represents the z coordinate value (height from the average water level (z = 0)) of the sea surface. Further, h in Expression (15) indicates the z coordinate value of the seabed.
Equation (13) shows that turbulent energy is generated by the generation of turbulent flow due to the frictional resistance of the average flow, attenuation of turbulent energy due to the conversion from turbulent energy to thermal energy, and advection and diffusion of the average flow of turbulent energy. It shows that the temporal and spatial distribution is determined. Equation (13) is a so-called turbulent energy prediction equation.
Equation (14) is a governing equation for predicting the turbulent space scale. The turbulent macro scale l represents the largest scale of the turbulent flow, and is an important quantity for determining the attenuation of the turbulent energy and the diffusion coefficient.
The density ρ of the seawater is expressed as in equation (16) by the equation of state.
すなわち、海水の密度ρは、水温θと塩分濃度Sとをパラメータとする関数にて示される。
また、鉛直渦動粘性係数KM及び鉛直渦動拡散係数KHは、式(17)に従い逐次計算される。
That is, the density ρ of seawater is represented by a function having the water temperature θ and the salinity concentration S as parameters.
Further, the vertical vortex viscosity coefficient K M and the vertical vortex diffusion coefficient K H is sequentially calculated in accordance with Equation (17).
ここで、lは上記のように乱流マクロスケールである。qは、上記のようにq2/2で乱流エネルギーを示す。SM、SHは安定関数である。SM、SHは、例えばブラックス・リチャードソン数Rfの関数で示される。l及びqは、実験的にまたは経験的に求められる。
内湾や沿岸域等では流動場に橋脚等の構造物が存在する場合がある。この場合、構造物により流れ場に乱流が発生する。そこで、式(13)及び式(14)に代えて、橋脚による抵抗の影響を示す項FDq及びFDqlを付け加えた乱流エネルギー式及び乱流スケール式を用いる。
項FDqを付け加えた乱流エネルギー式は、式(18)のように示される。
Here, l is the turbulent macro scale as described above. q indicates the turbulent energy at q 2/2 as described above. S M and SH are stable functions. S M and SH are expressed as a function of, for example, the Blacks Richardson number R f . l and q are determined experimentally or empirically.
In inner bays and coastal areas, structures such as piers may exist in the flow field. In this case, a turbulent flow is generated in the flow field by the structure. Therefore, instead of the equations (13) and (14), a turbulent energy equation and a turbulent scale equation to which terms F Dq and F Dql indicating the influence of resistance by the pier are added are used.
The turbulent energy equation to which the term F Dq is added is shown as equation (18).
項FDqは式(19)のように示される。 The term F Dq is shown as in equation (19).
ここで、Cfqは実験定数(実験により定める定数)である。このように、乱流エネルギー式を示す式(18)に、橋脚による抵抗の影響を示す項FDqを付け加えることで、構造物が流動場に与える影響を、より正確に表現することができる。
また、FDxは式(20)のように示される。
Here, C fq is an experimental constant (a constant determined by experiment). Thus, by adding the term FDq indicating the influence of the resistance by the pier to the equation (18) indicating the turbulent energy equation, the influence of the structure on the flow field can be expressed more accurately.
Further, F Dx is expressed as in Expression (20).
ここで、Cdは、杭による流水への抵抗係数を示す。
また、Aは、1格子内の杭の投影面積を示す。1格子内の杭の投影面積とは、1格子内に入る杭の直径と全長の積である。例えば、太さの異なる主杭及び斜杭からなるジャケット構造の場合、1格子内の杭の投影面積Aを式(21)で求める。
Here, C d denotes a resistance coefficient of the flowing water by piles.
Moreover, A shows the projection area of the pile in 1 lattice. The projected area of a pile within one grid is the product of the diameter and total length of the piles that fall within one grid. For example, in the case of a jacket structure composed of main piles and slant piles having different thicknesses, the projected area A of the piles in one lattice is obtained by Expression (21).
また、Δxはx方向(x軸方向)の格子間隔を示す。Dは層厚(鉛直方向の格子間隔)を示す。ここで、水域環境シミュレーション装置100では、多層レベルモデル(鉛直方向に複数の格子が設定されるモデル)が用いられており、シミュレーション演算部191は、各層を構成する格子毎に支配方程式の演算を行ってシミュレーション結果を算出する。そこで、シミュレーション演算部191は、は、杭の投影面積及び体積を、1格子内の杭の投影面積及び体積毎(すなわち、各層の1格子毎)に求める。
CMは付加質量係数を示す。ここで、海域に柱を立てた場合、形状抵抗と水の加速度運動に伴う圧力勾配が存在する。そして、この柱には、水の加速度運動に伴う圧力勾配に体積を乗算した大きさに比例する力が働く。この係数を付加質量係数CMと称する。例えば、円柱の場合、負荷質量計数CMの値として2.0を用いることができる。
また、Vは1格子の体積を示す。
また、Vdは1格子内の杭の体積を示す。1格子内の杭の体積とは、1格子内に入る杭の断面積と全長との積である。例えば、太さの異なる主杭及び斜杭からなるジャケット構造の場合、1格子内の杭の体積Vdを式(22)で求める。
Δx represents a lattice interval in the x direction (x axis direction). D indicates the layer thickness (vertical lattice spacing). Here, in the water environment simulation apparatus 100, a multilayer level model (a model in which a plurality of grids are set in the vertical direction) is used, and the simulation calculation unit 191 calculates a governing equation for each grid constituting each layer. Go and calculate the simulation results. Therefore, the simulation calculation unit 191 obtains the projected area and volume of the pile for each projected area and volume of the pile in one grid (that is, for each grid of each layer).
CM represents an additional mass coefficient. Here, when a pillar is erected in the sea area, there is a pressure gradient associated with the shape resistance and the acceleration motion of water. A force proportional to the volume obtained by multiplying the pressure gradient accompanying the acceleration motion of water by the volume acts on this column. This factor is referred to as added mass coefficient C M. For example, in the case of a cylinder, it is possible to use 2.0 as the value of the load weight counting C M.
V represents the volume of one lattice.
Also, V d represents the volume of pile in the first grating. The volume of piles in one grid is the product of the cross-sectional area and the total length of the piles that enter one grid. For example, in the case of a jacket structure composed of main piles and slant piles having different thicknesses, the volume V d of the piles in one lattice is obtained by Expression (22).
また、式(19)のFDyは式(23)のように示される。 Further, FDy in the equation (19) is expressed as in the equation (23).
また、項FDqlを付け加えた乱流スケール式は、式(24)のように示される。 Further , the turbulent flow scale equation to which the term F Dql is added is shown as the equation (24).
項FDqlは式(25)のように示される。 The term F Dql is shown as in equation (25).
このように、乱流スケール式を示す式(24)に、項FDqlを付け加えることで、構造物が流動場に与える影響を、より正確に表現することができる。
また、水平渦動粘性係数AMの値は式(26)に従って求められる。
Thus, by adding the term F Dql to the equation (24) indicating the turbulent scale equation, the influence of the structure on the flow field can be expressed more accurately.
The value of the horizontal vortex viscosity A M can be calculated according to equation (26).
ここで、Δyはy方向(y軸方向)の格子間隔を示す。
また、水平渦動拡散係数AHの値は式(27)に従って求められる。
Here, Δy indicates the lattice spacing in the y direction (y-axis direction).
The value of the horizontal vortex diffusion coefficient A H is determined according to equation (27).
また、定数CM及びCHの値は格子のサイズに応じて設定する。例えば、1km(キロメートル)×1kmのグリッドに対して、CM=0.01、CH=0.01に設定する。 The values of constants C M and C H are set according to the size of the lattice. For example, C M = 0.01 and C H = 0.01 are set for a grid of 1 km (kilometers) × 1 km.
<境界条件>
(自由水面での境界条件の式)
自由水面(海面)での境界条件を以下の第1式〜第3式のように設定する。
自由水面での境界条件の第1式は、式(28)のように示される。
<Boundary conditions>
(Formula of boundary condition on free water surface)
The boundary conditions on the free water surface (sea surface) are set as in the following first to third formulas.
The first equation of the boundary condition on the free water surface is shown as equation (28).
ここで、(τ0x,τ0y)は水面での風による応力を示す。(τ0x,τ0y)の値は、例えば気象データ及び理論値に基づいて予め設定される。
自由水面での境界条件の第2式は、式(29)のように示される。
Here, (τ 0x , τ 0y ) indicates the stress due to wind on the water surface. The values of (τ 0x , τ 0y ) are set in advance based on, for example, weather data and theoretical values.
The second equation of the boundary condition on the free water surface is expressed as equation (29).
ここで、H’は水面での純熱フラックスを示す。S’は水面での塩分フラックスを示す。ここでいうフラックス(Flux)は、流束、すなわち、単位時間かつ単位面積あたりに流れる量(移動量)である。
水面での純熱フラックスH’は式(30)のように示される。
Here, H ′ represents a pure heat flux on the water surface. S ′ represents the salinity flux on the water surface. The flux here is a flux, that is, an amount (amount of movement) flowing per unit time and unit area.
The pure heat flux H ′ on the water surface is expressed as in equation (30).
ここで、φSは太陽から地表面に到達する太陽放射量(日射量)を示す。φaは、日光が大気中の空気分子、エアロゾル及び雲粒子等により吸収及び散乱を受けた後、地表面に到達する大気放射量を示す。φbrは地表面が黒体として放つ赤外放射量を示す。φS、φa及びφbrの値は、例えば気象データ(気象観測データまたは気象推定値)及び理論値に基づいて予め設定される。
また、φSrは地表面で反射される太陽放射量(日射量)を示し、式(31)のように示される。
Here, phi S denotes solar radiation amount reaching the earth's surface from the sun (solar radiation). φ a represents the amount of atmospheric radiation that reaches the ground surface after sunlight is absorbed and scattered by air molecules, aerosols, cloud particles, and the like in the atmosphere. φ br indicates the amount of infrared radiation that the ground surface emits as a black body. The values of φ S , φ a and φ br are set in advance based on, for example, weather data (meteorological observation data or weather estimated values) and theoretical values.
Φ Sr indicates the amount of solar radiation (irradiation amount) reflected by the ground surface, and is expressed as in equation (31).
ここで、φScは晴天時の日射量を示す。Cは雲量を示す。φSc及びCの値は、例えば気象データ(気象観測データまたは気象推定値)及び理論値に基づいて予め設定される。
また、φarは地表面で反射される大気放射量を示し、式(32)のように示される。
Here, φ Sc indicates the amount of solar radiation in fine weather. C represents the cloud amount. The values of φ Sc and C are preset based on, for example, weather data (meteorological observation data or weather estimated values) and theoretical values.
Φ ar represents the amount of atmospheric radiation reflected from the ground surface, and is expressed as in equation (32).
ここで、eは水蒸気圧を示す。Taは気温を示す。e及びTaの値は、例えば気象データ(気象観測データまたは気象推定値)及び理論値に基づいて予め設定される。
また、φeは蒸発散に伴う潜熱輸送量を示し、式(33)のように示される。
Here, e indicates the water vapor pressure. T a indicates the temperature. The value of e and T a is, for example, preset based on meteorological data (meteorological data or weather estimates) and the theoretical value.
Φ e represents the latent heat transport amount accompanying evapotranspiration, and is represented by the equation (33).
ここで、Wzは水面上高さzでの風速を示す。esは水面上の気温に対する飽和水蒸気圧を示す。ezは海面上高さzにおける水蒸気圧を示す。TSは水表面の水温を示す。
また、φcは対流熱伝達量を示し、式(34)のように示される。
Here, W z indicates the wind speed at a height z on the water surface. e s denotes a saturated vapor pressure for the temperature on the water surface. e z represents the water vapor pressure at sea level on a height z. T S indicates the water temperature of the water surface.
Also, phi c represents the convective heat transfer amount, is represented by equation (34).
ここで、Tzは水表面上Zメートル(m)の高さでの気温を示す。例えば、気温Tz及び風速Wzとして、水面上1〜2m程度の高さでの値を用いる。Wz、es、ez、TS及びTzの値は、例えば気象データ(気象観測データまたは気象推定値)及び理論値に基づいて予め設定される。
自由水面での境界条件の第3式は、式(35)のように示される。
Here, T z indicates the air temperature at a height of Z meters (m) above the water surface. For example, values at a height of about 1 to 2 m above the water surface are used as the temperature T z and the wind speed W z . The values of W z , e s , e z , T S and T z are preset based on, for example, weather data (meteorological observation data or weather estimated values) and theoretical values.
The third equation of the boundary condition on the free water surface is expressed as equation (35).
ここで、水面での塩分フラックスS’は式(36)のように示される。 Here, the salinity flux S ′ on the water surface is represented by the equation (36).
ここで、[E’−P’]は、蒸発−降雨による水面での純淡水量フラックスを示す。S(0)は水面での塩分濃度を示す。[E’−P’]の値は、例えば気象データ(気象観測データまたは気象推定値)及び理論値に基づいて予め設定される。S(0)の値は、例えば実測値に基づいて予め定められる。
(海底での境界条件の式)
また、海底における応力、純熱フラックス、塩分フラックスについて以下のように境界条件を設定する。海底では、z=−Hである。また、海底ではθ及びSの鉛直勾配はゼロであり、境界を通しての熱の移動及び塩分の移動は無い。
海底における境界条件の第1式は、式(37)のように示される。
Here, [E′−P ′] indicates a pure freshwater flux on the water surface due to evaporation / rainfall. S (0) indicates the salinity concentration on the water surface. The value of [E′−P ′] is set in advance based on, for example, weather data (meteorological observation data or weather estimated value) and a theoretical value. The value of S (0) is determined in advance based on, for example, an actual measurement value.
(Boundary condition equation at the sea floor)
In addition, boundary conditions are set as follows for stress, pure heat flux, and salinity flux at the seabed. At the sea floor, z = −H. In addition, the vertical gradient of θ and S is zero on the sea floor, and there is no heat transfer or salt transfer through the boundary.
The first equation of the boundary condition at the sea floor is shown as equation (37).
ここで、(τbx,τby)は海底における応力を示す。この(τbx,τby)は式(38)のように対数近似則で与えられる。 Here, (τ bx , τ by ) indicates the stress at the seabed. This (τ bx , τ by ) is given by a logarithmic approximation law as shown in equation (38).
ここで、CDは抗力係数を示す。抗力係数CDの値は0.0025、又は、式(39)による値のいずれか大きい方の値を用いる。 Here, C D represents the drag coefficient. The value of the drag coefficient C D is 0.0025, or, using the larger value one of the value according to formula (39).
ここで、H(x,y)は海底地形(海底面のzの値)を表す。H(x,y)を単にHとも表記する。また、zbは海底に最も近い計算格子を示す。ubは、計算格子zbでのx方向の流速を示す。vbは、計算格子zbでのy方向の流速を示す。
また、lnは自然対数を示す。z0の値は海底の局所的な祖度に依存する。例えば、z0の値を1センチメートル(cm)とする。
また、海底における境界条件の第2式は、式(40)のように示される。
Here, H (x, y) represents the seabed topography (the value of z on the seabed). H (x, y) is also simply expressed as H. Z b indicates a calculation grid closest to the seabed. u b represents the flow velocity in the x direction in the calculation grid z b . v b represents the flow velocity in the y direction on the calculation grid z b .
Further, ln represents a natural logarithm. The value of z 0 depends on the local ancestry of the seabed. For example, the value of z 0 is 1 centimeter (cm).
Further, the second equation of the boundary condition at the sea floor is expressed as equation (40).
海底における境界条件の第3式は、式(41)のように示される。 The third equation of the boundary condition at the sea floor is expressed as equation (41).
ここで、Esは、物質粒子の沈降量を示す。
上述した自由水面及び海底面に加え、河川、排水を流す点源等も境界条件にてモデル化することができる。境界条件は、定数又は関数値等の数値で示されていてもよいし、方程式で示されていてもよいし、これらの組み合わせで示されていてもよい。
Here, Es indicates the amount of sedimentation of the substance particles.
In addition to the free water surface and sea bottom described above, rivers, point sources for draining water, and the like can be modeled under boundary conditions. The boundary condition may be indicated by a numerical value such as a constant or a function value, may be indicated by an equation, or may be indicated by a combination thereof.
<座標変換>
内湾のように沿岸の急激な水深変化を表現するには直交座標(x,y,z,t)は有効ではない。そこで、上述のように設定した各式について鉛直方向に新しい座標(x*,y*,z*,t*)を導入し、全ての方程式の座標変換を行う。具体的には、式(42)のように変換を行う。
<Coordinate transformation>
The Cartesian coordinates (x, y, z, t) are not effective for expressing rapid changes in water depth along the coast as in the inner bay. Therefore, new coordinates (x * , y * , z * , t * ) are introduced in the vertical direction for each equation set as described above, and coordinate conversion of all equations is performed. Specifically, the conversion is performed as shown in Expression (42).
ここで、D=H+ηである。このため、z=η(すなわち、水面)でσ=0となる。また、z=−H(すなわち、海底)でσ=−1となる。 Here, D = H + η. Therefore, σ = 0 when z = η (that is, the water surface). In addition, σ = −1 at z = −H (that is, the sea floor).
<溶出サブモデル>
生態系モデルに閉鎖性海域や浅海域で重要な過程である底泥と海水との相互作用を溶出サブモデルとして取り込む。例えば溶出サブモデルの要素として、懸濁態有機炭素、懸濁態有機窒素、NH4、NO3、懸濁態有機りん、PO4、珪素(シリカ)、硫化水素(海水域)及び溶存酸素を採用することができるが、これに限らない。
水域環境シミュレーション装置100に用いる溶出サブモデルとして、例えばEPA(United States Environmental Protection Agency)で開発されたモデルなど、既存のモデルを用いることができる。
<Elution submodel>
The ecosystem model incorporates the interaction between bottom mud and seawater, which is an important process in closed and shallow waters, as an elution submodel. For example, as elements of the elution submodel, suspended organic carbon, suspended organic nitrogen, NH 4 , NO 3 , suspended organic phosphorus, PO 4 , silicon (silica), hydrogen sulfide (sea water), and dissolved oxygen It can be employed, but is not limited to this.
An existing model such as a model developed by EPA (United States Environmental Protection Agency) can be used as an elution submodel used in the water environment simulation apparatus 100.
モデルでは底泥中を好気層と嫌気層の2層に分割する。上層は直上水の溶存酸素濃度により好気層もしくは嫌気層のいずれかになる。一方、下層は常に嫌気層となる。水中より有機物が底泥に沈降し、底泥中での有機物の無機化(分解)を3種類の速度(易分解性、難分解性、無分解性)で示す。この分解により有機物が栄養塩に回帰し、その過程の中で酸素要求(SOD)が起こることを示している。また、回帰した栄養塩は海水中に溶出する。 In the model, the bottom mud is divided into an aerobic layer and an anaerobic layer. The upper layer becomes either an aerobic layer or an anaerobic layer depending on the dissolved oxygen concentration of the directly above water. On the other hand, the lower layer is always an anaerobic layer. The organic matter settles in the bottom mud from the water, and the mineralization (decomposition) of the organic matter in the bottom mud is shown at three speeds (easily degradable, hardly degradable, and nondegradable). This decomposition shows that organic matter returns to nutrients and oxygen demand (SOD) occurs in the process. In addition, the reverted nutrients are eluted in seawater.
図4は、溶出サブモデルの概略構成の例を示す説明図である。図4に示すように溶出サブモデルでは、底泥と海水との間での有機物、栄養塩及び溶存酸素の移動が示される。また、上述したように、底泥は好気層と嫌気層とに分けられる。溶出サブモデルでは好気層と嫌気層との間の有機物及び栄養塩の移動が示される。また、溶出サブモデルでは、有機物から栄養塩への無機化(分解)、及び、埋積物としての堆積が示される。
以下、数式を参照しながら溶出サブモデルについて説明する。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a schematic configuration of an elution submodel. As shown in FIG. 4, the elution submodel shows the movement of organic matter, nutrient salts, and dissolved oxygen between the bottom mud and seawater. Further, as described above, the bottom mud is divided into an aerobic layer and an anaerobic layer. The elution submodel shows the transfer of organic matter and nutrients between the aerobic and anaerobic layers. In addition, the elution submodel shows mineralization (decomposition) from organic matter to nutrient salts and deposition as a deposit.
Hereinafter, the elution submodel will be described with reference to mathematical expressions.
(有機物)
有機物の分解について、3種類の分解速度のクラスに分類する。G1は、20日で半減するクラス、G2は、1年で半減するクラス、G3は、堆積層へ沈降するまで分解を受けないクラスである。
好気層における粒子態有機炭素の増減は、式(43)のように示される。
(organic matter)
The decomposition of organic substances is classified into three types of decomposition rate classes. G 1 is a class that halves in 20 days, G 2 is a class that halves in 1 year, and G 3 is a class that does not undergo decomposition until it settles into a deposited layer.
The increase / decrease in the particulate organic carbon in the aerobic layer is represented by the formula (43).
ここで、「(T−20)」は、底泥溶出速度試験の標準水温を20℃にしていることを示している。
好気層における粒子態有機窒素の増減は、式(44)のように示される。
Here, “(T-20)” indicates that the standard water temperature in the bottom mud elution rate test is 20 ° C.
The increase / decrease in the particulate organic nitrogen in the aerobic layer is represented by the formula (44).
好気層における粒子態有機りんの増減は、式(45)のように示される。 The increase / decrease in the particulate organic phosphorus in the aerobic layer is shown by the formula (45).
ここで、H1は好気層の厚さを示す。H1の値は例えば0.1センチメートル(cm)にする。
また、iは、1、2、3のうちのいずれかの値を取る。iの値1、2、3は、それぞれクラスG1、G2、G3に対応付けられる。POC,1、PON,1、POP,1は、それぞれ好気層での粒子態有機炭素濃度、窒素濃度、りん濃度(単位:mg/l)を示す。POC,0、PON,0、POP,0は、それぞれ海水中での粒子態有機炭素濃度、窒素濃度、りん濃度を示す。POC,2、PON,2、POP,2は、それぞれ嫌気層での粒子態有機炭素濃度、粒子態有機窒素濃度、粒子態有機りん濃度を示す。なお、POC、PON、POPは、それぞれ粒子態有機炭素濃度、粒子態有機窒素濃度、粒子態有機りん濃度を示す。
また、fPOC,i、fPON,i、fPOP,iは、それぞれ粒子態有機炭素濃度、粒子態有機窒素濃度、粒子態有機りん濃度のクラスGiへの配分係数を示す。濃度に分配係数を乗算することで、クラス毎の濃度を得られる。分配係数は、例えば予め定数で与えられる。粒子の大きさによって沈降速度が異なるため、クラス毎に分けることでより高精度に演算を行える。
Here, H 1 indicates the thickness of the aerobic layer. The value of an H 1 is for example 0.1 centimeters (cm).
Further, i takes one of 1, 2, and 3. i values 1 , 2 , and 3 are associated with classes G 1 , G 2 , and G 3 , respectively. POC 1 , PON 1 , POP 1 , and 1 respectively represent the particulate organic carbon concentration, nitrogen concentration, and phosphorus concentration (unit: mg / l) in the aerobic layer. POC , 0 , PON , 0 , POP , 0 indicate the particulate organic carbon concentration, nitrogen concentration and phosphorus concentration in seawater, respectively. POC 1 , 2 , PON 2 , POP 2, 2 indicate the particulate organic carbon concentration, particulate organic nitrogen concentration, and particulate organic phosphorus concentration in the anaerobic layer, respectively. Note that POC, PON, and POP represent the particulate organic carbon concentration, the particulate organic nitrogen concentration, and the particulate organic phosphorus concentration, respectively.
Further, f POC, i, f PON , i, f POP, i denotes each particle state organic carbon concentration, particle state organic nitrogen concentration, the distribution coefficient to the class G i of particle states organic phosphorus concentration. By multiplying the density by the distribution coefficient, the density for each class can be obtained. The distribution coefficient is given as a constant in advance, for example. Since the sedimentation speed varies depending on the size of the particles, the calculation can be performed with higher accuracy by dividing each class.
例えば、fPOC,1=0.65,fPOC,2=0.20,fPOC,3=0.15とする。
また、例えば、fPON,1=0.65,fPON,2=0.28,fPON,3=0.07とする。
また、例えば、fPOP,1=0.65,fPOP,2=0.255,fPOP,3=0.095とする。
For example, f POC, 1 = 0.65, f POC, 2 = 0.20, f POC, 3 = 0.15.
For example, f PON, 1 = 0.65, fPON, 2 = 0.28, fPON, 3 = 0.07.
Further, for example, f POP, 1 = 0.65, f POP, 2 = 0.255, f POP, 3 = 0.095.
また、kPOC,i、kPON,i、kPOP,iは、それぞれPOC,i、PON,i、POP,iの分解率を示す。kPOC,1、kPON,1、kPOP,1の値は、例えば0.035(単位:day−l)に設定する。
また、POC,2、PON,2、POP,2の分解率を、例えば0.0018(単位:day−1)に設定する。
また、POC,3、PON,3、POP,3の分解率を、例えば0.0(単位:day−l)に設定する。
K POC, i , k PON, i , k POP, i indicate the decomposition rates of POC 1 , i 2 , PON 1 , i POP 1 , i , respectively. The values of k POC, 1 , k PON, 1 and k POP, 1 are set to 0.035 (unit: day −l ), for example.
Further, the decomposition rate of POC 2 , PON 2 , POP 2, 2 is set to 0.0018 (unit: day −1 ), for example.
Further, the decomposition rate of POC 3 , PON 3 , POP 3 is set to 0.0 (unit: day −l ), for example.
また、θPOC,i、θPON,i、θPOP,iは、それぞれ分解の温度係数を示す。
例えば、θPOC,1、θPON,1、θPOP,1の値をいずれも1.100に設定する。
また、例えば、θPOC,2、θPON,2、θPOP,2の値をいずれも1.150に設定する。
In addition, θ POC, i , θ PON, i , θ POP, i indicate decomposition temperature coefficients, respectively.
For example, the values of θ POC, 1 , θ PON, 1 , θ POP, 1 are all set to 1.100.
For example, the values of θ POC, 2 , θ PON, 2 and θ POP, 2 are all set to 1.150.
また、例えばθPOC,3、θPON,3、θPOP,3の値をいずれも0(なし)に設定する。
また、W2は、堆積速度(単位:m/day(メートル/日))を示す。Wnetは、海水から底泥への沈降速度(単位:m/day)を示す。W12は、混合物質移動係数を示す。堆積速度W2及び海水から底泥への沈降速度Wnetは、例えば定数で予め設定される。混合物質移動係数W12の算出については、式(58)を参照して後述する。
For example , the values of θ POC, 3 , θ PON, 3 , θ POP, 3 are all set to 0 (none).
W 2 represents the deposition rate (unit: m / day (meter / day)). W net indicates the sedimentation rate from seawater to bottom mud (unit: m / day). W 12 represents a mixed mass transfer coefficient. Deposition rate W 2 and sedimentation rate W net Non from seawater to sediment is preset, for example, constant. The calculation of the mixing mass transfer coefficient W 12, will be described later with reference to equation (58).
式(43)の右辺の第1項は、分解による粒子態有機炭素濃度の減少を示す。第2項は、好気層から嫌気層への沈降による粒子態有機炭素濃度の減少を示す。第3項は、海水中から好気層への沈降による粒子態有機炭素濃度の増加を示す。第4項は、好気層と嫌気層との混合による粒子態有機炭素濃度の増加を示す。
式(44)、(45)の右辺の各項も、粒子態有機炭素濃度をそれぞれ粒子態有機窒素濃度、粒子態有機りん濃度と読み替えて、式(43)の場合と同様である。
The first term on the right side of the formula (43) indicates a decrease in the particulate organic carbon concentration due to decomposition. The second term shows a decrease in the particulate organic carbon concentration due to sedimentation from the aerobic layer to the anaerobic layer. The third term shows an increase in the particulate organic carbon concentration due to sedimentation from seawater to the aerobic layer. The fourth term shows an increase in the particulate organic carbon concentration by mixing the aerobic layer and the anaerobic layer.
The terms on the right side of the equations (44) and (45) are also the same as in the equation (43) by replacing the particulate organic carbon concentration with the particulate organic nitrogen concentration and the particulate organic phosphorus concentration, respectively.
また、嫌気層における粒子態有機炭素の増減は、式(46)のように示される。 Moreover, increase / decrease of the particulate organic carbon in an anaerobic layer is shown like Formula (46).
また、嫌気層における粒子態有機窒素の増減は、式(47)のように示される。 Moreover, increase / decrease of the particulate organic nitrogen in an anaerobic layer is shown like Formula (47).
また、嫌気層における粒子態有機りんの増減は、式(48)のように示される。 In addition, the increase or decrease in particulate organic phosphorus in the anaerobic layer is represented by the formula (48).
ここで、H2は嫌気層の厚さを示す。H2の値は例えば10センチメートル(cm)にする。
式(46)の右辺の第1項は、分解による粒子態有機炭素濃度の減少を示す。第2項は、埋積物としての堆積による粒子態有機炭素濃度の減少を示す。埋積物として堆積した有機物等は、好気層又は海中へは拡散しないと考えられるため、嫌気層における濃度から除外する。式(46)の第3項は、好気層から嫌気層への沈降による粒子態有機炭素濃度の増加を示す。第4項は、好気層と嫌気層との増加による粒子態有機炭素濃度の減少を示す。
式(47)、(48)の右辺の各項も、粒子態有機炭素濃度をそれぞれ粒子態有機窒素濃度、粒子態有機りん濃度と読み替えて、式(46)の場合と同様である。
また、保存式の第1式は、式(49)のように示される。
Here, H 2 represents the thickness of the anaerobic layer. The value of H 2 is, for example, 10 centimeters (cm).
The first term on the right side of the formula (46) indicates a decrease in the particulate organic carbon concentration due to decomposition. The second term shows a decrease in particulate organic carbon concentration due to deposition as a deposit. Since organic matter and the like deposited as a buried material is considered not to diffuse into the aerobic layer or the sea, it is excluded from the concentration in the anaerobic layer. The third term of the formula (46) indicates an increase in the particulate organic carbon concentration due to the sedimentation from the aerobic layer to the anaerobic layer. The fourth term shows a decrease in the particulate organic carbon concentration due to an increase in the aerobic layer and the anaerobic layer.
The terms on the right side of the equations (47) and (48) are the same as those in the equation (46) by replacing the particulate organic carbon concentration with the particulate organic nitrogen concentration and the particulate organic phosphorus concentration, respectively.
Further, the first equation of the conservation equation is expressed as equation (49).
また、保存式の第2式は、式(50)のように示される。 Further, the second equation of the conservation equation is expressed as equation (50).
ここで、CT0、CT1、CT2は、有機物の濃度を示す。添え字の値「0」、「1」、「2」は、それぞれ海水中、好気層、嫌気層を示す。KL12は、好気層と嫌気層との間の拡散係数を示す。fd0は、海域の溶存態分画(溶存分画係数)を示す。
κ1 2については式(72)を参照して後述する。κ2は、好気層の反応速度(単位:m/day)を示す。κ2の値は、例えば0.0に設定される。
また、式(49)及び式(50)では、溶存態分画fdと粒子態分画fpとに分けて計算する。好気層の溶存態分画fd1は式(51)のように示される。
Here, C T0 , C T1 , and C T2 indicate the concentrations of organic substances. The subscript values “0”, “1”, and “2” indicate seawater, aerobic layer, and anaerobic layer, respectively. K L12 indicates a diffusion coefficient between the aerobic layer and the anaerobic layer. f d0 indicates the dissolved state fraction (dissolved fraction coefficient) of the sea area.
κ 1 2 will be described later with reference to equation (72). κ 2 indicates the reaction rate (unit: m / day) of the aerobic layer. kappa 2 values are set to, for example, 0.0.
Further, in Formula (49) and (50), calculated divided into a particle state fraction f p Dissolved fraction f d. Dissolved fraction f d1 aerobic layer is shown as equation (51).
好気層の粒子態分画fp1は式(52)のように示される。 Particle state fraction f p1 aerobic layer is shown as equation (52).
嫌気層の溶存態分画fd2は式(53)のように示される。 The dissolved fraction f d2 of the anaerobic layer is represented by the formula (53).
嫌気層の粒子態分画fp2は式(54)のように示される。 The particle state fraction fp2 of the anaerobic layer is represented by the formula (54).
ここで、m1、m2は、それぞれ好気層、嫌気層における粒子態濃度を示す。π1、π2は、それぞれ好気層、嫌気層における分配係数を示す。m1、m2、π1、π2の値は、例えば定数で予め設定される。
また、海水−底泥間の物質移動係数sは、式(55)のように示される。
Here, m 1 and m 2 represent the particle concentration in the aerobic layer and the anaerobic layer, respectively. π 1 and π 2 represent distribution coefficients in the aerobic layer and the anaerobic layer, respectively. The values of m 1 , m 2 , π 1 and π 2 are set in advance as constants, for example.
Moreover, the mass transfer coefficient s between seawater and bottom mud is shown as in equation (55).
ここで、SODは、底泥による酸素消費速度を示す。[O2(O)]は水中酸素を示す。
また、JT1は式(56)のように示される。
Here, SOD shows the oxygen consumption rate by bottom mud. [O2 (O)] represents oxygen in water.
J T1 is expressed as shown in Equation (56).
JT2は式(57)のように示される。 J T2 is expressed as in Expression (57).
ここで、kPOM,iは、懸濁態有機物の分解速度を示す。iの値「1」、「2」は、それぞれクラスG1、G2に対応付けられる。θPOM,i (T−20)は、分解の温度係数を示す。20℃が標準温度に設定されている。POMi1、POMi2は、それぞれ懸濁態有機物の好気層、嫌気層における濃度を示す。
また、混合物質移動係数W12は式(58)のように示される。
Here, kPOM, i indicates the decomposition rate of suspended organic matter. The values “1” and “2” of i are associated with classes G 1 and G 2 , respectively. θ POM, i (T-20) represents the temperature coefficient of decomposition. 20 ° C. is set as the standard temperature. POM i1 and POM i2 indicate the concentrations of suspended organic substances in the aerobic layer and the anaerobic layer, respectively.
The mixing mass transfer coefficient W 12 is shown as equation (58).
ここで、Dpは粒子混合拡散係数(単位:m2/day)を示す。粒子混合拡散係数Dpの値は、例えば1.2E−04(浮動小数点表示)に設定される。
また、θDpはDpの温度係数を示す。温度係数θDpの値は、例えば1.117に設定される。
また、GPOC,Rは好気層での水温20℃におけるPOC基準濃度(単位:mgC/g)を示す。GPOC,Rの値は例えば0.1に設定される。
また、KM,Dpは、酸素に対する粒子混合半飽和定数(単位:mg/L)を示す。KM,Dpの値は、例えば4.0に設定される。
好気層と嫌気層との間の溶存態物質の混合はベントスの活動に伴う混合によって分子拡散よりも大きくなる。この効果を式(59)で組み込む。
Here, Dp represents a particle mixing diffusion coefficient (unit: m 2 / day). The value of the particle mixture diffusion coefficient D p is set to, for example, 1.2E-04 (floating-point representation).
Further, theta Dp denotes the temperature coefficient of the D p. The value of the temperature coefficient θ Dp is set to 1.117, for example.
G POC, R indicates a POC reference concentration (unit: mgC / g) at a water temperature of 20 ° C. in the aerobic layer. The value of G POC, R is set to 0.1, for example.
KM and Dp represent the particle mixing half-saturation constant (unit: mg / L) with respect to oxygen. The values of KM and Dp are set to 4.0, for example.
The mixing of dissolved substances between the aerobic layer and the anaerobic layer becomes larger than the molecular diffusion due to the mixing accompanying the activity of bentos. This effect is incorporated by equation (59).
ここで、Ddは間隙水拡散係数(単位:m2/day)を示す。Ddの値は例えば1.0E−3(浮動小数点表示)に設定される。
また、θDdはDdの温度係数を示す。θDdの値は例えば1.08に設定される。
Here, D d represents a pore water diffusion coefficient (unit: m 2 / day). The value of D d is set to, for example, 1.0E-3 (floating point representation).
Θ Dd represents the temperature coefficient of Dd. The value of θ Dd is set to 1.08, for example.
(アンモニア)
好気層におけるアンモニアの溶出は式(60)のように示される。
(ammonia)
The elution of ammonia in the aerobic layer is represented by the formula (60).
ここで、NH4(0)、NH4(1)、NH4(2)は、それぞれ海水中、好気層、嫌気層におけるアンモニアの濃度を示している。すなわち、カッコ内の0、1、2は、それぞれ海水中、好気層、嫌気層を示している。上述したように、fd0は、海域の溶存態分画係数を示す。
嫌気層におけるアンモニアの溶出は式(61)のように示される。
Here, NH 4 (0), NH 4 (1), and NH 4 (2) indicate ammonia concentrations in seawater, an aerobic layer, and an anaerobic layer, respectively. That is, 0, 1, and 2 in parentheses indicate seawater, aerobic layer, and anaerobic layer, respectively. As described above, f d0 represents the dissolved state fraction coefficient of the sea area.
The elution of ammonia in the anaerobic layer is represented by the formula (61).
ここで、JN1は式(62)のように示される。 Here, J N1 is expressed as shown in Expression (62).
JN2は式(63)のように示される。 J N2 is expressed as in Equation (63).
また、アンモニアに関しては、fd1を表す式として式(51)に代えて式(64)を用いる。 Regarding ammonia, Formula (64) is used instead of Formula (51) as a formula representing f d1 .
ここで、NH4は、アンモニアの濃度を示す。fp1については式(52)を用いる。アンモニアに関しては、式(52)のfd1の値は、式(64)に基づく。
また、アンモニアに関しては、fd2を表す式として式(53)に代えて式(65)を用いる。
Here, NH 4 indicates the concentration of ammonia. Equation (52) is used for f p1 . For ammonia, the value of f d1 in equation (52) is based on equation (64).
Regarding ammonia, Formula (65) is used instead of Formula (53) as a formula representing f d2 .
fp2については式(54)を用いる。アンモニアに関しては、式(54)のfd2の値は、式(65)に基づく。
また、アンモニアが受ける硝化作用は式(66)のように示される。
using equation (54) for f p2. For ammonia, the value of f d2 in equation (54) is based on equation (65).
Further, the nitrification action received by ammonia is shown by the equation (66).
ここで、κNH4,1は、硝化反応速度(単位:m/day)を示す。κNH4,1の値は例えば0.131に設定される。
また、θNH4は、硝化反応の温度係数を示す。θNH4の値は例えば1.123に設定される。
また、KM,NH4は、アンモニアの硝化反応半飽和定数(単位:mgN/m3)を示す。KM,NH4の値は、例えば728に設定される。
また、θKM,NH4は、硝化反応半飽和定数の温度係数を示す。θKM,NH4の値は、例えば1.125に設定される。
また、KM,NH4,O2は、酸素に対する硝化反応半飽和定数(単位:mgO2/L)を示す。KM,NH4,O2の値は、例えば0.37に設定される。
Here, κNH4,1 indicates a nitrification reaction rate (unit: m / day). The value of κ NH4,1 is set to 0.131, for example.
Θ NH4 represents the temperature coefficient of the nitrification reaction. The value of θ NH4 is set to 1.123, for example.
KM , NH4 represents the nitrification reaction half-saturation constant (unit: mgN / m 3 ) of ammonia. The values of KM and NH4 are set to 728, for example.
Further, θ KM, NH 4 indicates the temperature coefficient of the nitrification reaction half-saturation constant. The values of θKM, NH4 are set to 1.125, for example.
KM , NH4, and O2 represent a nitrification reaction half-saturation constant (unit: mgO 2 / L) for oxygen. The values of KM, NH4, and O2 are set to 0.37, for example.
また、π1NH4は、好気層の分画係数(単位:L/kg)を示す。π1NH4の値は例えば1.0に設定される。
また、π2NH4は、嫌気層の分画係数(単位:L/kg)を示す。π2NH4の値は例えば1.0に設定される。
また、JN1は、好気層の分解窒素フラックス(単位:Mg・N/m2/day)を示す。JN1の値は例えば0.0に設定される。また、JN2は、嫌気層の分解窒素フラックス(単位:Mg・N/m2/day)を示す。JN2をJNとも表記する。海域や計算軌間等の条件に応じてパラメータを設定している。
なお、表記を明確にするために変数を[]でくくる場合がある。例えば、式(66)で、表記を明確にするために「NH4(1)」を[]でくくっている。
Further, π 1 NH 4 represents a fraction coefficient (unit: L / kg) of the aerobic layer. The value of π 1 NH 4 is set to 1.0, for example.
Further, π 2 NH 4 represents a fraction coefficient (unit: L / kg) of the anaerobic layer. The value of π 2 NH 4 is set to 1.0, for example.
J N1 represents a decomposition nitrogen flux (unit: Mg · N / m 2 / day) of the aerobic layer. The value of J N1 is set to 0.0, for example. J N2 represents a decomposition nitrogen flux (unit: Mg · N / m 2 / day) of the anaerobic layer. The J N2 with J N referred to. Parameters are set according to conditions such as the sea area and the calculation gauge.
In order to clarify the notation, variables may be enclosed in []. For example, in formula (66), “NH 4 (1)” is enclosed in [] for the sake of clarity.
(硝酸)
好気層における硝酸の溶出は式(67)のように示される。
(nitric acid)
The elution of nitric acid in the aerobic layer is represented by the formula (67).
嫌気層における硝酸の溶出は式(68)のように示される。 The elution of nitric acid in the anaerobic layer is represented by the formula (68).
ここで、JNO31は式(69)のように示される。 Here, J NO31 is expressed as shown in Equation (69).
ここで、J[NH4]は、海水への溶出フラックスを示す。
また、硝酸に関しては、κ1 2は式(70)のように示される。
Here, J [NH 4 ] represents an elution flux into seawater.
With respect to the nitrate, kappa 1 2 is shown as equation (70).
また、硝酸に関しては、κ2は式(71)のように示される。 Further, with respect to nitric acid, κ 2 is represented by the formula (71).
ここで、κNO3,1は好気層の脱窒反応速度(単位:m/day)を示す。κNO3,1の値は例えば0.10に設定される。
また、κNO3,2は嫌気層の脱窒反応速度(単位:m/day)を示す。κNO3,2の値は例えば0.25に設定される。
また、θNO3は脱窒の温度係数を示す。θNO3の値は例えば1.08に設定される。
また、硝酸に関しては、fd1を表す式として式(51)に代えて式(72)を用いる。
Here, κNO3,1 indicates the denitrification reaction rate (unit: m / day) of the aerobic layer. The value of κNO3 , 1 is set to 0.10, for example.
Further, κNO3,2 represents a denitrification reaction rate (unit: m / day) of the anaerobic layer. The value of κNO3 , 2 is set to 0.25, for example.
Θ NO3 represents the temperature coefficient of denitrification. The value of θ NO3 is set to 1.08, for example.
Regarding nitric acid, formula (72) is used instead of formula (51) as a formula representing f d1 .
fp1については式(52)を用いる。硝酸に関しては、式(52)のfd1の値は、式(72)に基づく。
また、硝酸に関しては、fd2を表す式として式(53)に代えて式(73)を用いる。
Equation (52) is used for f p1 . For nitric acid, the value of f d1 in equation (52) is based on equation (72).
Regarding nitric acid, Formula (73) is used instead of Formula (53) as a formula representing f d2 .
fp2については式(54)を用いる。硝酸に関しては、式(54)のfd2の値は、式(73)に基づく。 using equation (54) for f p2. For nitric acid, the value of f d2 in equation (54) is based on equation (73).
(硫化物)
好気層における硫化物の溶出は式(74)のように示される。
(Sulfide)
The elution of sulfide in the aerobic layer is represented by the equation (74).
ここで、S(0)、S(1)、S(2)は、それぞれ海水中、好気層、嫌気層における硫黄の濃度を示している。
嫌気層における硫化物の溶出は式(75)のように示される。
Here, S (0), S (1), and S (2) indicate sulfur concentrations in seawater, an aerobic layer, and an anaerobic layer, respectively.
The elution of sulfide in the anaerobic layer is represented by the formula (75).
ここで、硫黄に関しては、fd1を表す式として式(51)に代えて式(76)を用いる。 Here, regarding sulfur, Formula (76) is used instead of Formula (51) as a formula representing f d1 .
fp1については式(52)を用いる。硫黄に関しては、式(52)のfd1の値は、式(76)に基づく。
また、硫黄に関しては、fd2を表す式として式(53)に代えて式(77)を用いる。
Equation (52) is used for f p1 . For sulfur, the value of f d1 in equation (52) is based on equation (76).
As for sulfur, Formula (77) is used instead of Formula (53) as a formula representing f d2 .
fp2については式(54)を用いる。硫黄に関しては、式(54)のfd2の値は、式(77)に基づく。
ここで、π1S及びπ2Sは、分配係数を示す。π1S、π2Sの値は、例えば定数で予め設定される。
ここでJs2は、式(78)のように示される。
using equation (54) for f p2. For sulfur, the value of f d2 in equation (54) is based on equation (77).
Here, π 1S and π 2S indicate distribution coefficients. The values of π 1S and π 2S are set in advance as constants, for example.
Here, J s2 is expressed as in Expression (78).
また、αO2,NO3は、脱窒作用による酸素消費量(単位:g O2/m3)を示す。αO2,NO3の値は例えば2.8571に設定される。αO2,Cは、脱窒作用による有機炭素消費量を示す。JCは、海への炭素フラックスを示す。
また、硫黄に関してはκ1 2は、式(79)のように示される。
Α O2 and NO3 indicate oxygen consumption (unit: g O 2 / m 3 ) due to denitrification. The value of αO2 , NO3 is set to 2.8571, for example. α O2, C indicates the amount of organic carbon consumed by denitrification. JC indicates the carbon flux to the sea.
In addition, with respect to sulfur, κ 1 2 is represented by the formula (79).
ここで、κH2S,d1は、溶存態硫化物の酸化反応速度(単位:m/day)を示す。κH2S,d1の値は例えば0.20に設定される。
また、κH2S,p1は、粒子態硫化物の酸化反応速度(単位:m/day)を示す。κH2S,p1の値は例えば0.40に設定される。
また、θH2Sは、硫化物酸化の温度係数を示す。θH2Sの値は、例えば1.08に設定される。
Here, κ H2S, d1 indicates the oxidation reaction rate (unit: m / day) of the dissolved sulfide. The value of κ H2S, d1 is set to 0.20, for example.
Moreover, (kappa) H2S, p1 shows the oxidation reaction rate (unit: m / day) of a particulate sulfide. The value of κ H2S, p1 is set to 0.40, for example.
Θ H2S represents a temperature coefficient of sulfide oxidation. The value of theta H2 S is set to, for example, 1.08.
また、KM,H2S,O2は、硫化物酸化定数(単位:mg O2/L)を示す。KM,H2S,O2の値は、例えば4.0に設定される。
また、π1Sは好気層の分画係数(単位:L/kg)を示す。π1Sの値は例えば100に設定される。
また、π2Sは嫌気層の分画係数(単位:L/kg)を示す。π2Sの値は例えば100に設定される。
KM, H2S, and O2 represent sulfide oxidation constants (unit: mg O2 / L). The values of KM, H2S, and O2 are set to 4.0, for example.
Further, π 1S represents the aerobic fractionation coefficient (unit: L / kg). The value of π 1S is set to 100, for example.
Further, π 2S represents an anaerobic fractionation coefficient (unit: L / kg). The value of π 2S is set to 100, for example.
(溶存酸素)
酸素消費量SOD(単位:g O2/m3)は、式(80)のように、メタン酸化による酸素要求量(CSOD、単位:g O2/gN)と、硝化作用に伴う酸素消費量(NSOD)との和で示される。
(Dissolved oxygen)
The oxygen consumption amount SOD (unit: g O 2 / m 3 ) is the oxygen demand amount (CSOD, unit: g O 2 / g N) due to methane oxidation and the oxygen consumption amount associated with nitrification as shown in the equation (80). It is shown as the sum of (NSOD).
また、底泥中の有機炭素分解に伴う酸素要求量CSODは、式(81)のように示される。 Moreover, oxygen demand CSOD accompanying organic carbon decomposition in bottom mud is shown like Formula (81).
また、底泥中の硝化作用に伴う酸素消費量NSODは、式(82)のように示される。 Moreover, oxygen consumption NSOD accompanying the nitrification action in bottom mud is shown like a formula (82).
ここで、[ΣH2S(1)]は、好気層の総硫化物濃度(単位:g O2/m3)を示す。
また、αO2,NH4は、硝化による酸素消費量(単位:g O2/gN)を示す。αO2,NH4の値は、例えば4.5714に設定される。θNH4 (T−20)は、水温20℃時の硝化の温度定数を示す。θNH4 (T−20)の値として、例えば1.076〜1.127の範囲内の定数を用いることができる。kNH4,1 2は、好気層での消化率定数の値を示す。kNH4,1 2の値として、例えば0.894を用いることができる。kM,NH4は、硝化の半飽和定数を示す。kM,NH4の値として、例えば0.63〜1.19の範囲内の定数を用いることができる。θM,NH4 (T=20)は、水温20℃時の温度定数を示す。KO2,NH4は、嫌気層での酸素濃度の半飽和定数を示す。KO2,NH4の値として、例えば0.25〜2.0の範囲内の定数を用いることができる。
Here, [ΣH 2 S (1)] indicates the total sulfide concentration (unit: g O2 / m3) of the aerobic layer.
Further, α O2 and NH4 indicate oxygen consumption (unit: g O2 / gN) due to nitrification. The value of αO2 , NH4 is set to 4.5714, for example. θ NH4 (T-20) represents a temperature constant of nitrification at a water temperature of 20 ° C. As the value of θ NH4 (T-20) , for example, a constant in the range of 1.076 to 1.127 can be used. k NH4,1 2 shows the values of digestibility constants in aerobic layer. As k NH4,1 2 values, for example, it can be used 0.894. k M, NH4 represents a half-saturation constant of nitrification. As the values of k M and NH 4 , for example, constants in the range of 0.63 to 1.19 can be used. θ M, NH4 (T = 20) indicates a temperature constant at a water temperature of 20 ° C. K O2 and NH4 indicate a half-saturation constant of oxygen concentration in the anaerobic layer. As the value of K O2 and NH4 , for example, a constant in the range of 0.25 to 2.0 can be used.
(りん)
りんの溶出は、式(83)のように示される。
(Rin)
Phosphorus elution is shown as in equation (83).
ここで、PO4(1)は、好気層でのりん酸の濃度を示す。PO4(2)は、嫌気層でのりん酸の濃度を示す。
また、りんに関しては、好気層における分配係数π1は式(84)のように示される。
Here, PO 4 (1) indicates the concentration of phosphoric acid in the aerobic layer. PO 4 (2) indicates the concentration of phosphoric acid in the anaerobic layer.
As for phosphorus, the distribution coefficient π 1 in the aerobic layer is expressed by the equation (84).
ここで、JP2は、嫌気層の分解りんフラックス(単位:mg P/m2/day)を示す。
また、ΔπPO4,1は、好気層のりん酸の段階的分画係数(単位:L/kg)を示す。ΔπPO4,1の値は、例えば300に設定される。
また、πPO4,2は、好気層のりん酸の段階的分画係数(単位:L/kg)を示す。ΔπPO4,1の値は、例えば100に設定される。
また、[O2(0)]crit,PO4は、好気層での分画係数を段階的に減少開始をさせる海水中酸素濃度(単位:mg/kg)を示す。[O2(0)]crit,PO4の値は、例えば2.0に設定される。
また、りんに関しては、fd1、fp1、fd2、fp2を示す式として、それぞれ式(51)、式(52)、式(53)、式(54)を用いる。
(シリカ)
シリカの溶出は、式(85)のように示される。
Here, JP2 represents the decomposition phosphorus flux (unit: mg P / m 2 / day) of the anaerobic layer.
Δπ PO4,1 indicates a stepwise fractionation coefficient (unit: L / kg) of phosphoric acid in the aerobic layer. The value of Δπ PO4,1 is set to 300, for example.
In addition, πPO4,2 represents a step fraction coefficient (unit: L / kg) of phosphoric acid in the aerobic layer. The value of Δπ PO4,1 is set to 100, for example.
[O2 (0)] crit, PO4 indicates the oxygen concentration in seawater (unit: mg / kg) that causes the fractionation coefficient in the aerobic layer to start decreasing stepwise. [O2 (0)] The values of crit and PO4 are set to 2.0, for example.
As for phosphorus, Expressions (51), (52), (53), and (54) are used as expressions indicating f d1, f p1, f d2, and f p2 , respectively.
(silica)
The elution of silica is shown as in formula (85).
また、H2(dPSi/dt)は式(86)のように示される。 Further, H 2 (dP Si / dt) is expressed as in Expression (86).
ここで、PSiは懸濁態の生物由来シリカの濃度を示す。SSiは溶存態シリカの生成速度を示す。
また、JPSiは式(87)のように示される。
Here, P Si indicates the concentration of suspended biological silica. S Si indicates the generation rate of dissolved silica.
JPSI is expressed as shown in Expression (87).
また、k2は、式(88)のように示される。 Also, k 2 is as shown in equation (88).
また、π1は、式(89)のように示される。 Further, π 1 is expressed as in Expression (89).
また、kSiは、藻類由来の粒子態シリカの溶解速度定数(単位:d−1)を示す。kSiの値は、例えば0.50に設定される。
また、θSi3は、シリカ酸化の温度係数を示す。θSi3の値は、例えば1.10に設定される。
また、[Si]Satは、間隙水中のシリカの飽和濃度(単位:mg Si/m3)を示す。[Si]Satの値は例えば40000に設定される。
Moreover, kSi shows the dissolution rate constant (unit: d <-1> ) of the particulate silica derived from algae. The value of k Si is set to 0.50, for example.
Θ Si3 indicates a temperature coefficient of silica oxidation. The value of θ Si3 is set to 1.10, for example.
[Si] Sat represents the saturation concentration of silica in the pore water (unit: mg Si / m 3 ). The value of [Si] Sat is set to 40000, for example.
また、KM,PSiは、粒子態シリカの分解に対する半飽和定数(単位:mg Si/m3)を示す。KM,PSiの値は、例えば5.0E+07(50000000)に設定される。あるいは、KM,PSiの単位としてmg Si/gを用いるようにしてもよい。この場合、KM,PSiの値は、例えば100に設定される。
また、ΔπSi,1は、好気層のシリカの段階的分画係数(単位:L/kg)を示す。ΔπSi,1の値は例えば10に設定される。
また、πSi,2は、嫌気層のシリカの分画係数(単位:L/kg)を示す。πSi,2の値は例えば100に設定される。
また、JPSiは海水中から底泥への粒子態シリカのフラックス(単位:mg Si/m2−d)を示す。
また、シリカに関しては、fd2を示す式として式(53)を用いる。
K M, PSi represents a half-saturation constant (unit: mg Si / m 3 ) for the decomposition of particulate silica. The value of KM , PSi is set to 5.0E + 07 (50000000), for example. Alternatively, mg Si / g may be used as a unit of KM and PSi . In this case, the values of KM and PSi are set to 100, for example.
Δπ Si, 1 indicates a stepwise fractionation coefficient (unit: L / kg) of silica in the aerobic layer. The value of Δπ Si, 1 is set to 10, for example.
Further, π Si, 2 represents a fractionation coefficient (unit: L / kg) of silica in the anaerobic layer. The value of π Si, 2 is set to 100, for example.
JPSi represents the particulate silica flux from seawater to the bottom mud (unit: mg Si / m 2 -d).
As for silica, Formula (53) is used as a formula indicating f d2 .
<水質モデル>
水質モデルでは、生物の活動の水質への影響を中心に、水中に含まれる物質量(濃度)の変化を演算する。以下では、珪藻類に関連する炭素の循環を例に説明する。
図5は、水質モデルが模擬する珪藻類に関連する物質の循環の例を示す説明図である。
図5に示すように、珪藻が珪藻類に関連する物質量は、珪藻が二枚貝及び動物プランクトンに捕食されることで減少する。また、珪藻の死滅によって懸濁態有機物の量が増加し、珪藻の代謝によって溶存態有機物の量が増加する。また、珪藻の光合成に及び呼吸により、溶存酸素の量が変化する。また、珪藻の呼吸、死滅及び光合成によってりん酸態りん、アンモニア態窒素、及び、シリカの量が変化し、りん酸態りんは、硝酸及び亜硝酸に分解される。
珪藻類に関連する炭素量の変化は式(90)のように示される。
<Water quality model>
In the water quality model, the change in the amount (concentration) of substances contained in water is calculated with a focus on the effects of biological activities on water quality. In the following, the carbon cycle related to diatoms will be described as an example.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the circulation of substances related to diatoms simulated by the water quality model.
As shown in FIG. 5, the amount of diatom-related substances related to diatoms decreases as diatoms prey on bivalves and zooplankton. In addition, the amount of suspended organic matter increases due to the death of diatoms, and the amount of dissolved organic matter increases due to metabolism of diatoms. In addition, the amount of dissolved oxygen changes due to photosynthesis and respiration of diatoms. In addition, the amount of phosphate phosphorus, ammonia nitrogen, and silica is changed by respiration, killing, and photosynthesis of diatoms, and phosphate phosphorus is decomposed into nitric acid and nitrous acid.
The change in the amount of carbon related to diatoms is shown as in equation (90).
ここで、Pdcは珪藻類の炭素量(単位:mgC/l)を示す。Pmdは最適環境下での珪藻類の炭素量の増加速度(単位:day−1)を示す。Pmdの値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。Pmdの値として、例えば2.25を用いることができる。
fd(T)は珪藻類の水温制限関数を示す。水温制限関数fd(T)は、珪藻類の増殖速度に対する水温の影響を模擬する関数である。珪藻類など植物プランクトンの増殖は、環境水温が最適水温に達するまで活性化し、最適水温よりも上昇すると活性が落ちる。この成長(活性)と水温変化の関係は、正規分布曲線に類似する。そこで、水温制限関数fd(T)を式(91)のように設定する。
Here, Pdc indicates the carbon content of diatoms (unit: mgC / l). Pmd indicates the rate of increase in carbon content of diatoms (unit: day −1 ) under the optimum environment. The value of Pmd is set in advance based on, for example, observation or test. As the value of Pmd, for example, 2.25 can be used.
fd (T) represents the water temperature limiting function of diatoms. The water temperature limiting function fd (T) is a function that simulates the influence of the water temperature on the growth rate of diatoms. The growth of phytoplankton such as diatoms is activated until the environmental water temperature reaches the optimum water temperature, and the activity decreases when the temperature rises above the optimum water temperature. The relationship between this growth (activity) and water temperature change is similar to a normal distribution curve. Therefore, the water temperature limiting function fd (T) is set as shown in Expression (91).
ここで、Tは水温(単位:℃)を示す。Toptは最適水温(単位:℃)を示す。KTg1は最適水温以下の成長にかかわる水温係数(単位:℃−1)を示す。KTg2は、最適水温を超えた場合の成長にかかわる水温係数(単位:℃−1)を示す。Topt,KTg1、KTg2の値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。Toptの値として例えば20(℃)を用いることができる。KTg1の値として例えば、0.0042(/℃)を用いることができる。KTg2の値として例えば、0.006(/℃)を用いることができる。 Here, T represents the water temperature (unit: ° C.). Topt indicates the optimum water temperature (unit: ° C.). KTg1 represents a water temperature coefficient (unit: ° C. −1 ) related to growth below the optimum water temperature. KTg2 indicates a water temperature coefficient (unit: ° C −1 ) related to growth when the optimum water temperature is exceeded. The values of Topt, KTg1, and KTg2 are set in advance based on, for example, observation or test. For example, 20 (° C.) can be used as the value of Topt. For example, 0.0042 (/ ° C.) can be used as the value of KTg1. For example, 0.006 (/ ° C.) can be used as the value of KTg2.
また、f(I)は光制限関数を示す。光制限関数f(I)は、生物の増殖速度に対する光の影響を模擬する関数である。植物プランクトンの増殖にかかわる光制限は、光量が最適光量に達するまで活性化し、最適光量よりも増加すると活性が落ちる。そこで、光制限関数f(I)を式(92)のように設定する。 F (I) represents a light limiting function. The light limiting function f (I) is a function that simulates the influence of light on the growth rate of an organism. The light restriction related to the growth of phytoplankton is activated until the light amount reaches the optimum light amount, and the activity decreases when the light amount increases beyond the optimum light amount. Therefore, the light limiting function f (I) is set as shown in Equation (92).
ここで、abは式(93)のように示される。 Here, ab is expressed as in Equation (93).
また、axは式(94)のように示される。 Moreover, ax is shown like Formula (94).
ここで、FDは日照率を示す。日照率FDは、例えば気象データに基づいて予め設定される。FDの値として例えば0.4〜0.6の範囲内の定数を用いることができる。
また、Kessは光の全消散係数(単位:m−1)を示す。光の全消散係数Kessは、
植物プランクトンの現存量が増加するにつれて、植物プランクトン自らによる光の吸収(細胞による光の吸収)が大きくなり、深いところでの植物プランクトン群集が利用できる光のエネルギーが減少するという関係を示す。光の全消散係数Kessは、式(95)のように示される。
Here, FD indicates the sunshine rate. The sunshine rate FD is set in advance based on, for example, weather data. For example, a constant in the range of 0.4 to 0.6 can be used as the value of FD.
Kess represents the total extinction coefficient of light (unit: m −1 ). The total extinction coefficient Kess of light is
As the existing amount of phytoplankton increases, the light absorption by the phytoplankton itself (light absorption by the cells) increases, and the light energy that can be used by the phytoplankton community in the deeper area is reduced. The total extinction coefficient Kess of light is expressed as shown in Equation (95).
ここで、Kebは水中での吸収係数(場の吸光係数)(単位:m−1)を示す。Kebの値として0.7を用いることができる。また、Kechlは、植物プランクトン(クロロフィルa量)による吸収係数(単位:m2/mgchl)を示す。Kechlの値として、17を用いることができる。Pcは、大型藻類の炭素量(単位:mgc/l)を示す。Pdcは、上記のように珪藻類の炭素量(単位:mgC/l)を示す。Pccは、渦鞭毛藻類の炭素量(単位:mgC/l)を示す。CChlは、炭素量とクロロフィルa量との比(単位:g C/mg chl)を示す。CChlの値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。CChlの値として、例えば、5〜100の範囲内の値を用いることができる。
また、Δzは、計算格子の厚さ(すなわち、鉛直方向の格子間距離)を示す。ZDは、水面から計算格子の上面までの距離(単位:m)を示す。
また、Isは、最適光量(単位:ly/day)を示す。植物プランクトンが光の変化に順応するための時間を考慮して、最適光量Isを式(96)のように設定する。
Here, Keb represents an absorption coefficient in water (absorption coefficient of field) (unit: m −1 ). As the value of Keb, 0.7 can be used. Kechl represents an absorption coefficient (unit: m 2 / mgchl) by phytoplankton (chlorophyll a amount). As the value of Kechl, 17 can be used. Pc represents the carbon content (unit: mgc / l) of macroalgae. Pdc indicates the carbon content of diatoms (unit: mgC / l) as described above. Pcc indicates the amount of carbon of dinoflagellates (unit: mgC / l). CChl indicates the ratio (unit: g C / mg chl) between the amount of carbon and the amount of chlorophyll a. The value of CCh1 is set in advance based on observations or tests, for example. As the value of CChl, for example, a value within the range of 5 to 100 can be used.
Δz represents the thickness of the calculation grid (that is, the distance between the grids in the vertical direction). ZD represents the distance (unit: m) from the water surface to the upper surface of the calculation grid.
Further, Is indicates an optimum light amount (unit: ly / day). Considering the time for the phytoplankton to adapt to the change in light, the optimum light amount Is is set as shown in Equation (96).
ここで、Ioは、水面での日日射量を示す。I1は、前日の日日射量(単位:ly/day)を示す。I2は、2日前の日日射量(単位:ly/day)を示す。Io、I1及びI2の値は、例えば気象データに基づいて設定される。
Doptは、植物プランクトンの最大増殖水深(単位:m)を示す。植物プランクトンの最大増殖水深Doptの値として、1を用いることができる。
また、fd(N)は栄養塩制限関数を示す。栄養塩制限関数fd(N)は、生物の増殖速度に対する栄養塩の濃度の影響を模擬する関数であり、式(97)のように示される。
Here, Io indicates the amount of solar radiation on the water surface. I1 indicates the amount of solar radiation on the previous day (unit: ly / day). I2 indicates the amount of solar radiation (unit: ly / day) two days ago. The values of Io, I1, and I2 are set based on, for example, weather data.
Dopt indicates the maximum growth depth (unit: m) of phytoplankton. As the value of the maximum growth depth Dopt of phytoplankton, 1 can be used.
Fd (N) represents a nutrient limitation function. The nutrient limitation function fd (N) is a function that simulates the influence of the nutrient concentration on the growth rate of the organism, and is expressed as in Equation (97).
ここで、KHnは、窒素摂取にかかわる半飽和定数(単位:gN/m3)を示す。KHnの値として、例えば0.01を用いることができる。KHpは、りん摂取にかかわる半飽和定数(単位:g P/m3)を示す。KHpの値として、例えば0.001を用いることができる。NH4、NO3は、それぞれアンモニア態窒素の濃度、硝酸態窒素の濃度(いずれも単位は、g N/m3)を示す。PO4は、オルトりん酸態りん濃度(単位:g P/m3)を示す。 Here, KHn represents a half-saturation constant (unit: gN / m 3 ) related to nitrogen intake. As the value of KHn, for example, 0.01 can be used. KHp represents a half-saturation constant (unit: g P / m 3 ) related to phosphorus intake. As the value of KHp, for example, 0.001 can be used. NH 4 and NO 3 indicate the concentration of ammonia nitrogen and the concentration of nitrate nitrogen (both units are g N / m 3), respectively. PO 4 represents the orthophosphate phosphorus concentration (unit: g P / m 3 ).
また、BMrdは、最適水温時の呼吸速度(単位:day−1)を示す。最適水温時の呼吸速度Mrdの値として、例えば0.01を用いることができる。
また、KTbmは、呼吸にかかわる水温係数(単位:℃−1)を示す。呼吸にかかわる水温係数KTbmの値として、0.069を用いることができる。また、Tは水温(単位:℃)を示す。水温Tの値は、例えば気象データに基づいて設定される。Toptは、上述したように最適水温を示す。
BMrd indicates the respiration rate (unit: day −1 ) at the optimum water temperature. As the value of the respiration rate Mrd at the optimum water temperature, for example, 0.01 can be used.
KTbm represents a water temperature coefficient (unit: ° C. −1 ) related to respiration. As a value of the water temperature coefficient KTbm related to respiration, 0.069 can be used. T represents the water temperature (unit: ° C.). The value of the water temperature T is set based on, for example, weather data. Topt indicates the optimum water temperature as described above.
また、BPrdは、最適水温時の死滅速度(単位:℃−1)を示す。最適水温時の死滅速度BPrdの値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。最適水温時の死滅速度BPrdの値として0.08〜0.0215の範囲内の定数を用いることができる。
また、KTbpは、死滅にかかわる水温係数(単位:℃−1)を示す。死滅にかかわる水温係数KTbpの値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。死滅にかかわる水温係数KTbpの値として、例えば0.069を用いることができる。
BPrd indicates the killing rate (unit: ° C. −1 ) at the optimum water temperature. The value of the death rate BPrd at the optimal water temperature is set in advance based on, for example, observation or test. A constant in the range of 0.08 to 0.0215 can be used as the value of the killing rate BPrd at the optimum water temperature.
KTbp represents a water temperature coefficient (unit: ° C. −1 ) related to death. The value of the water temperature coefficient KTbp related to death is preset based on, for example, observation or test. For example, 0.069 can be used as the value of the water temperature coefficient KTbp related to death.
また、Svpdcは、植物プランクトンの沈降速度(単位:m/day)を示す。植物プランクトンの沈降速度Svpdcの値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。植物プランクトンの沈降速度Svpdcの値は、例えば0.02〜0.5の範囲内の定数値に設定することができる。 Svpdc indicates the sedimentation rate of phytoplankton (unit: m / day). The value of the phytoplankton sedimentation rate Svpdc is set in advance based on, for example, observation or test. The value of the phytoplankton sedimentation rate Svpdc can be set to a constant value in the range of 0.02 to 0.5, for example.
また、ZPmは、動物プランクトンの最適環境下での増殖速度(単位:day−1)を示す。ZPmは、渦鞭毛藻の現存量Pcc、珪藻の現存量Pdc、及び、粒子態有機物の現存量POCに基づいて、式(98)のように示される。 ZPm represents the growth rate (unit: day −1 ) of zooplankton under the optimum environment. ZPm is represented by the formula (98) based on the existing amount Pcc of dinoflagellate, the existing amount Pdc of diatom, and the existing amount POC of particulate organic matter.
ここで、ZPmaxは、動物プランクトンの増殖速度の最大値(単位:day−1)を示す。ZPmaxの値は、実験によって求めることができる。具体的には、動物プランクトンの成体雌を採集して実験室にて翌朝までに産出された約千個の卵を1つの集団として準備する。培養した植物プランクトンを餌として潤沢に与えながら、一定温度で保ち孵化から成体に発育するまでに要した日数を計測し、成長速度を算出する。成長速度は水温上昇によって増大するが、餌供給量が潤沢な実験条件下で得られたことから、この水温における最大成長速度と見なすことができる。
Prpfcは、植物プランクトンの摂取率を示す。植物プランクトンの摂取率Prpfcの値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。植物プランクトンの摂取率Prpfcの値として、例えば0.5を用いることができる。
Prpfocは、懸濁態有機物の摂取率を示す。懸濁態有機物の摂取率Prpfocの値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。懸濁態有機物の摂取率Prpfocの値として、例えば0.5を用いることができる。
Zoominは、動物プランクトンの最少現存量(単位:gC/m3)を示す。動物プランクトンがゼロになるとその後の計算で増殖できなくなるため最少現存量を設定している。動物プランクトンの最少現存量Zoominの値として、0.001を用いることができる。
Zsp2は、植物プランクトン摂取にかかわる半飽和係数を示す。植物プランクトン摂取にかかわる半飽和係数Zsp2の値は、例えば観測または試験に基づいて予め設定される。植物プランクトン摂取にかかわる半飽和係数Zsp2の値として、0.3を用いることができる。
f(T)は大型藻類の水温制限関数を示す。fd(T)は、上述したように珪藻類の水温制限関数を示す。f(T)として、式(91)のfd(T)をf(T)と読み替えて用いる。
Zcは、動物プランクトンの炭素量(単位:mgC/l)を示す。
Shcは、二枚貝による摂取量(単位:gC/m2/day)を示す。
Here, ZPmax indicates the maximum value (unit: day −1 ) of the growth rate of zooplankton. The value of ZPmax can be obtained by experiment. Specifically, adult zooplankton females are collected and about 1000 eggs produced by the next morning in the laboratory are prepared as a group. While abundantly feeding the cultured phytoplankton as a bait, keep the temperature constant and measure the number of days required from hatching to adult growth to calculate the growth rate. Although the growth rate increases with increasing water temperature, it can be regarded as the maximum growth rate at this water temperature because the feed supply was obtained under abundant experimental conditions.
Prpfc indicates the phytoplankton intake rate. The value of the phytoplankton intake rate Prpfc is preset based on, for example, observations or tests. As the value of the phytoplankton intake rate Prpfc, for example, 0.5 can be used.
Prpfoc indicates the intake rate of suspended organic matter. The value of the uptake rate Prpfoc of the suspended organic matter is set in advance based on, for example, observation or test. For example, 0.5 can be used as the value of the suspended organic matter intake rate Prpfoc.
Zoomin indicates the minimum existing amount of zooplankton (unit: gC / m 3 ). When the zooplankton reaches zero, it cannot grow in the subsequent calculations, so the minimum existing amount is set. A value of 0.001 can be used as the value of the minimum zooplankton existing amount Zoomin.
Zsp2 indicates a half-saturation coefficient related to phytoplankton intake. The value of the half-saturation coefficient Zsp2 related to phytoplankton intake is set in advance based on, for example, observations or tests. As the value of the half-saturation coefficient Zsp2 related to phytoplankton intake, 0.3 can be used.
f (T) represents the water temperature limiting function of macroalgae. As described above, fd (T) represents a water temperature limiting function of diatoms. As f (T), fd (T) in formula (91) is used as f (T).
Zc represents the carbon content of zooplankton (unit: mgC / l).
Shc indicates the amount of intake by bivalves (unit: gC / m 2 / day).
式(90)の右辺の「Pmd・fd(T)・f(I)・fd(N)」と「Pdc」との積は、珪藻の増殖による炭素量の変化(ここでは、珪藻に関する炭素量の変化)を示す。また、「BMrd・eKTbm(T−Topt)」と「Pdc」との積は、珪藻の呼吸による炭素量の変化を示す。「BPrd・eKTbp(T−Topt)」と「Pdc」との積は、珪藻の死滅による炭素量の変化を示す。「Svpdc・(e/dz)と「Pdc」との積は、珪藻の沈降による炭素量の変化を示す。「Zpm・f(T)・Zc」は、動物プランクトンが珪藻を捕食することによる炭素量の変化を示す。「Shc」は、上記のように二枚貝が珪藻を摂取することによる炭素量の変化を示す。 The product of “Pmd · fd (T) · f (I) · fd (N)” and “Pdc” on the right side of the formula (90) is the change in carbon amount due to diatom growth (here, the carbon amount related to diatoms). Change). The product of “BMrd · e KTbm (T-Top) ” and “Pdc” indicates a change in carbon amount due to respiration of diatoms. The product of “BPrd · e KTbp (T-Top) ” and “Pdc” indicates the change in carbon content due to the diatom death. The product of “Svpdc · (e / dz) and“ Pdc ”indicates the change in carbon content due to sedimentation of diatoms. “Zpm · f (T) · Zc” indicates a change in the amount of carbon caused by zooplankton preying on diatoms. “Shc” indicates the change in the carbon content due to the bivalve intake of diatoms as described above.
水質モデルは、珪藻の場合と同様に、渦鞭毛藻、動物プランクトン、大型藻類の各々に関連する物質の循環を模擬する。また、水質モデルは、懸濁態有機炭素の沈降、及び、懸濁態有機炭素から溶存態有機炭素への分解など有機炭素の循環を模擬する。また、水質モデルは、陸源負荷に関する有機物の量の変化を模擬する。また、水質モデルは、炭素の循環の場合と同様に、りんの循環、窒素の循環、溶存酸素の循環、及び、シリカの循環を模擬する。 The water quality model simulates the circulation of substances related to each of dinoflagellates, zooplankton and macroalgae, as in the case of diatoms. The water quality model simulates the circulation of organic carbon such as sedimentation of suspended organic carbon and decomposition of suspended organic carbon into dissolved organic carbon. The water quality model also simulates changes in the amount of organic matter related to land load. The water quality model simulates the circulation of phosphorus, the circulation of nitrogen, the circulation of dissolved oxygen, and the circulation of silica, as in the case of the circulation of carbon.
<透明度の算出>
透明度の算出式は、式(99)のように示される。
<Calculation of transparency>
The equation for calculating the transparency is shown as equation (99).
ここで、式(99)の右辺の分母「0.139×”全SS濃度”+0.019×”クロロフィルa濃度”+0.04」は、光束消散係数(Kd)を示す。従って、海域毎の定数は、透明度×光束消散係数(Kd)となる。透明度を測定し、光束消散係数を算出しておくことで、海域毎の定数を求めることができる。例えば東京湾の場合、海域毎の定数の値を1.5とする。また、伊勢湾の場合及び瀬戸内海の場合、海域毎の定数の値を1.6とする。
式(99)に示されるように、透明度の算出に際し、全SS(Suspended Solid、懸濁物質)濃度とクロロフィルa濃度とを求める必要がある。全SS濃度は無機SS濃度と有機SS濃度との二つに分けて、プログラム演算にて算出する。全SS濃度を求める式は、式(100)のように示される。
Here, the denominator “0.139 ד total SS concentration ”+ 0.019 ד chlorophyll a concentration ”+0.04” on the right side of the equation (99) represents the luminous flux extinction coefficient (K d ). Therefore, the constant for each sea area is transparency × luminous flux extinction coefficient (Kd). By measuring the transparency and calculating the light flux extinction coefficient, a constant for each sea area can be obtained. For example, in the case of Tokyo Bay, the constant value for each sea area is set to 1.5. In the case of Ise Bay and the Seto Inland Sea, the constant value for each sea area is 1.6.
As shown in the equation (99), when calculating the transparency, it is necessary to obtain the total SS (Suspended Solid) concentration and the chlorophyll a concentration. The total SS concentration is calculated by a program calculation by dividing into two, an inorganic SS concentration and an organic SS concentration. The equation for obtaining the total SS concentration is shown as equation (100).
ここで、上述したようにPOC、PON、POPは、それぞれ粒子態有機炭素濃度、粒子態有機窒素濃度、粒子態有機りん濃度を示す。
無機SSとして、特に流入河川からの無機SSを模擬する。具体的には、河川毎に低水時、出水時それぞれのL−Q式を予め求めておく。L−Q式は、河川の流量Qと、浮遊土砂輸送量Lとの関係を示す式である。
シミュレーション演算部191は、このL−Q式に河川の流量を適用して浮遊土砂輸送量Lを算出し、浮遊土砂輸送量Lに基づいて陸起源SS(河川から流入する無機SS)の量を算出する。例えば、河川から流入する浮遊土砂のうち8%は浮遊砂であり河口付近に沈降することから、シミュレーション演算部191は、残りの92%がシミュレーション対象の水域に流入すると算出する。
Here, as described above, POC, PON, and POP represent the particulate organic carbon concentration, the particulate organic nitrogen concentration, and the particulate organic phosphorus concentration, respectively.
As an inorganic SS, an inorganic SS from an inflow river is simulated. Specifically, the LQ equation for each river is calculated in advance at the time of low water and at the time of water discharge. The LQ equation is an equation showing the relationship between the river flow rate Q and the suspended sediment transport amount L.
The simulation calculation unit 191 calculates the floating sediment transport amount L by applying the river flow rate to the LQ equation, and calculates the amount of land-derived SS (inorganic SS flowing from the river) based on the floating sediment transport amount L. calculate. For example, 8% of the suspended sediment flowing in from the river is suspended sand and settles near the mouth of the river, so the simulation calculation unit 191 calculates that the remaining 92% flows into the simulation target water area.
また、無機SSを粒径に応じて1μm未満、1μm以上〜4μm未満、4μm以上〜16μm未満、16μm以上の4つに区分する。例えば、1μm未満、1μm以上〜4μm未満、4μm以上〜16μm未満の各区分の割合をそれぞれ2%、8%、50%、40%に設定しておく。シミュレーション演算部191は、L−Q式に基づいて算出した無機SS量に割合を乗算して区分毎の無機SS量を算出する。そして、シミュレーション演算部191は、1μm未満、1μm以上〜4μm未満、4μm以上〜16μm未満、16μm以上の各区分の沈降速度(単位:m/day)を、それぞれなし(0)、0.28、4.53、18.07としてシミュレーションを行う。 Further, the inorganic SS is divided into four types of less than 1 μm, 1 μm or more to less than 4 μm, 4 μm or more to less than 16 μm, or 16 μm or more according to the particle size. For example, the ratio of each section of less than 1 μm, 1 μm or more to less than 4 μm, or 4 μm or more to less than 16 μm is set to 2%, 8%, 50%, or 40%, respectively. The simulation calculation unit 191 calculates the inorganic SS amount for each section by multiplying the inorganic SS amount calculated based on the LQ equation by the ratio. Then, the simulation calculation unit 191 has a settling velocity (unit: m / day) for each section of less than 1 μm, 1 μm or more to less than 4 μm, 4 μm or more to less than 16 μm, or 16 μm or more (0), 0.28, Simulation is performed as 4.53 and 18.07.
有機SS濃度はPOC、PON及びPOPから求めることができる。POC、PON、POPは、それぞれ水質モデルにて層毎、かつ、メッシュ毎(格子毎)に求められる。層毎、かつ、メッシュ毎に求めたPOC、PON及びPOPを集計することで、有機SS濃度を求めることができる。
また、全ての植物プランクトンがクロロフィルa色素を含むことから、クロロフィルa濃度は、海水にある植物プランクトンの量を指す。例えば、植物プランクトンのうち代表的な珪藻及び渦鞭毛藻の量(珪藻の炭素量Pdc、及び、渦鞭毛藻の炭素量Pcc)を算出し、その合計量をクロロフィルa濃度として用いることができる。
The organic SS concentration can be obtained from POC, PON and POP. POC, PON, and POP are obtained for each layer and each mesh (for each lattice) in the water quality model. By summing up POC, PON and POP obtained for each layer and for each mesh, the organic SS concentration can be obtained.
Moreover, since all phytoplankton contains the chlorophyll a pigment | dye, the chlorophyll a density | concentration points out the quantity of the phytoplankton in seawater. For example, the amount of typical diatoms and dinoflagellates (carbon amount Pdc of diatoms and carbon amount Pcc of dinoflagellates) among phytoplankton can be calculated, and the total amount can be used as the chlorophyll a concentration.
次に、シミュレーションを実行するためのプログラムについて説明する。
<可変格子の採用>
図6は、可変格子の設定例を示す説明図である。同図に示すように、詳細に求めたい箇所の格子を細かくし、重要性が薄い所は大きい格子を設定する。これにより、格子を細かく設定した箇所については詳細な演算結果を得ることができる。また、大きい格子を設定した箇所については、演算量を低減させることができる。
Next, a program for executing the simulation will be described.
<Adoption of variable lattice>
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of setting a variable grating. As shown in the figure, the grid of the portion to be obtained in detail is made fine, and a large grid is set in a place where importance is low. Thereby, a detailed calculation result can be obtained for a portion where the lattice is set finely. In addition, it is possible to reduce the amount of calculation for a place where a large lattice is set.
ここで、格子間の距離(Δx及びΔy)の値を2次元配列の変数に設定する。また、プログラム内で計算に用いる格子間距離を適切に扱うことで、可変格子の計算を可能にしている。
図7は、2次元配列の変数に設定された格子間距離を用いるプログラムの例を示す説明図である。同図は、フラックスを求めるときのループの例を示している。変数H1はx方向の格子間距離(Δx)を示す。変数H2は、y方向の格子間距離(Δy)を示す。
但し、2次元配列の変数に設定された格子間距離を用いる箇所は図7に示す箇所に限らず複数個所存在する。
Here, the value of the distance (Δx and Δy) between the lattices is set as a variable of the two-dimensional array. In addition, variable lattices can be calculated by appropriately handling the inter-lattice distance used for calculation in the program.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a program that uses the interstitial distance set as a variable of a two-dimensional array. This figure shows an example of a loop for obtaining the flux. The variable H1 indicates the interstitial distance (Δx) in the x direction. The variable H2 indicates the interstitial distance (Δy) in the y direction.
However, the locations using the interstitial distances set in the variables of the two-dimensional array are not limited to the locations shown in FIG.
<安定計算の改良>
コンピュータの計算では丸め誤差が発生する。倍精度浮動小数点数を用いれば、丸め誤差を少なくなり、精度を高めることができる。しかし、すべての項目を倍精度浮動小数点数で計算すると、単精度浮動小数点数で計算する場合と比べて10倍以上の時間かがかるなど演算時間を要し、また、コンピュータに負荷がかかる。
そこで、水位、垂直渦動粘性係数、及び、垂直渦動拡散係数を倍精度浮動小数点数で表現し、他のデータについては単精度浮動小数点で表現して演算を行う。これにより、精度良く演算を行うことができ、かつ、全てのデータを倍精度浮動小数点で表現する場合よりも演算時間及びコンピュータの負荷の増加を抑制することができる。
<Improved stability calculation>
Rounding errors occur in computer calculations. If double precision floating point numbers are used, rounding errors can be reduced and the precision can be increased. However, if all items are calculated with double-precision floating-point numbers, computation time is required, such as taking 10 times or more time compared with the case of calculating with single-precision floating-point numbers, and a load is imposed on the computer.
Therefore, the water level, vertical eddy viscosity coefficient, and vertical eddy diffusion coefficient are expressed by double precision floating point numbers, and other data is expressed by single precision floating point numbers. As a result, the calculation can be performed with high accuracy, and the increase in the calculation time and the load on the computer can be suppressed as compared with the case where all the data is expressed in double precision floating point.
<演算の高速化(1)>
本モデルでは、計算時間の大部分がI,J,Kのループ処理で時間が掛かっている。ループの改良を行うことで、処理速度を改良した。改良したループは生態系を含み100を超えており、同様な処理を行っている。下記に例として、元のプログラムを示し、その後の改良方法を説明する。
<Acceleration of calculation (1)>
In this model, most of the calculation time takes time in the loop processing of I, J, and K. The processing speed was improved by improving the loop. The improved loop, including the ecosystem, is over 100 and is treated in the same way. The original program is shown as an example below, and the subsequent improvement method is described.
図8は、高速化処理を行わない場合のプログラムの例を示す説明図である。同図のI、J、Kのループは、それぞれx方向、y方向、z方向の座標を示す。図8のプログラムでは、I及びJの全範囲に対してループを実行している。
図9は、高速化処理を行った場合のプログラムの例を示す説明図である。図9のプログラムでは、I、Jの最大値を予めINUM(n)、JNUM(n)に格納しておく。そして、格納した最大値の範囲内でループを実行する。このように、水域の範囲外の部分に対してループの実行を抑制することで、例えば東京湾のシミュレーションでは演算時間を3分の1に短縮することができた。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a program when the high-speed processing is not performed. The loops I, J, and K in the same figure indicate coordinates in the x direction, the y direction, and the z direction, respectively. In the program of FIG. 8, a loop is executed for the entire range of I and J.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of a program when the high-speed processing is performed. In the program of FIG. 9, the maximum values of I and J are stored in advance in INUM (n) and JNUM (n). Then, the loop is executed within the range of the stored maximum value. In this way, by suppressing the execution of the loop for the portion outside the range of the water area, for example, in the simulation of Tokyo Bay, the calculation time could be reduced to one third.
<演算の高速化(2)>
鉛直ループを水平ループの内側に配置して、IF文の実行回数を減少させた。ここでいう鉛直ループは、格子点を鉛直方向(z軸方向)に順に処理するループである。水平ループは、格子点を水平方向(x軸方向、y軸方向それぞれ)に順に処理するループである。
図10は、鉛直ループを水平ループの内側に配置したプログラムの例を示す説明図である。同図に示すプログラムでは、変数I、Jのループが水平方向のループの例に該当し、変数Kのループが鉛直方向のループの例に該当する。変数I,Jのループは、行L11で始まり、行L17で終了する変数nのループによって実行される。変数I、Jの値は、それぞれ行L12、L13で設定される。また、変数Kのループは、行L15で始まり、行L16で終了する。
行L14のIF文は、変数I,Jの値が決まっている状態で行う必要があり、変数I、Jのループの内側で行う必要がある。一方、行L12のIF文には変数Kは出現していない。このため、行L11のIF文が変数Kのループの内側にある必要は無い。
<Acceleration of calculation (2)>
The vertical loop was placed inside the horizontal loop to reduce the number of IF statement executions. Here, the vertical loop is a loop that sequentially processes lattice points in the vertical direction (z-axis direction). The horizontal loop is a loop that sequentially processes lattice points in the horizontal direction (x-axis direction and y-axis direction).
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a program in which the vertical loop is arranged inside the horizontal loop. In the program shown in the figure, the loop of variables I and J corresponds to an example of a horizontal loop, and the loop of variable K corresponds to an example of a vertical loop. The loop of variables I and J is executed by the loop of variable n starting at line L11 and ending at line L17. The values of variables I and J are set in rows L12 and L13, respectively. The loop for variable K begins at line L15 and ends at line L16.
The IF statement in the line L14 needs to be performed in a state where the values of the variables I and J are determined, and must be performed inside the loop of the variables I and J. On the other hand, the variable K does not appear in the IF statement in the line L12. For this reason, the IF statement in line L11 does not need to be inside the loop of variable K.
水平ループ(変数I、Jのループ)が鉛直ループ(変数Kのループ)の内側に位置する場合、IF文も鉛直ループの内側に位置することになり、鉛直ループを実行する毎にIF文を繰り返し実行する必要がある。
それに対し、図10の例では、行L12のIF文が、行L15から始まる鉛直ループの外側に位置している。これにより、図10の例では、鉛直ループを実行する毎にIF文を繰り返し実行する必要がない。
If the horizontal loop (variable I, J loop) is located inside the vertical loop (variable K loop), the IF statement will also be located inside the vertical loop. Must be repeated.
On the other hand, in the example of FIG. 10, the IF statement in the row L12 is located outside the vertical loop starting from the row L15. Thereby, in the example of FIG. 10, it is not necessary to repeatedly execute the IF statement every time the vertical loop is executed.
このように、IF文が鉛直ループの外に位置することで、鉛直ループの並列化を比較的容易に行うことができる。また、IF文を実行回数が減る点でCPU負荷を軽減させることができる。
また、図10の例では、配列の宣言についても鉛直ループの方が内側に位置するようにしている。これにより、ベクトル計算が行えるように最適化している。具体的には、図9の例では、プログラム上部での変数宣言で、AVD(MAXNUM,K)としている。これに対し、図10の例では、プログラム上部での変数宣言で、AVD(K,MAXNUM)としている。
図10のように鉛直ループを水平ループの内側に位置させ、また、配列の宣言についても鉛直ループの方を内側に位置させることで、実験では、鉛直ループが水平ループの外側に位置し、配列の宣言についても鉛直ループの方が外側に位置している場合よりも処理時間を5分の2に短縮することができた。
As described above, the IF sentence is located outside the vertical loop, so that the vertical loops can be parallelized relatively easily. Further, the CPU load can be reduced in that the number of execution times of the IF statement is reduced.
In the example of FIG. 10, the vertical loop is positioned inside the array declaration. Thus, optimization is performed so that vector calculation can be performed. Specifically, in the example of FIG. 9, AVD (MAXNUM, K) is used in the variable declaration at the top of the program. On the other hand, in the example of FIG. 10, the variable declaration at the top of the program is AVD (K, MAXNUM).
As shown in FIG. 10, the vertical loop is positioned inside the horizontal loop as shown in FIG. 10, and the vertical loop is also positioned inside the array declaration. In the experiment, the vertical loop is positioned outside the horizontal loop. The processing time was also reduced by two-fifths compared to the case where the vertical loop was located outside.
<演算の高速化(3)>
ループの並列化により処理時間を短縮させる。並列には、例えばOpenMP(Open Multi-Processing)の技術を用いる。
図11はループを並列化したプログラムの例を示す説明図である。同図の例では、変数I、Jのループを変数nのループにて実行している。具体的には、変数nのループは、行L22で開始し、行L25で終了する。このループ内の行L23、L24で、それぞれ変数I、Jの値を設定している。
また、行L21で並列化を宣言しており、変数nのループを並列実行する。これにより、実験では、12コアのCPUを用いて11倍程度の高速化を行うことができた。
<Acceleration of calculation (3)>
Reduce processing time by parallelizing loops. In parallel, for example, OpenMP (Open Multi-Processing) technology is used.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a program in which loops are parallelized. In the example shown in the figure, a loop of variables I and J is executed in a loop of variable n. Specifically, the loop of variable n starts at line L22 and ends at line L25. The values of variables I and J are set in rows L23 and L24 in this loop, respectively.
Further, parallelization is declared in line L21, and the loop of the variable n is executed in parallel. As a result, in the experiment, the speed could be increased by about 11 times using a 12-core CPU.
以上のように、モデル記憶部181は、シミュレーション対象の水域に設定された格子毎に設定され、格子内に含まれる橋脚の投影面積及び体積をパラメータとして橋脚が水流に及ぼす影響を算出する支配方程式を含む水流のモデルを記憶する。また、シミュレーション処理部191は、モデル記憶部181が記憶しているモデルに基づいて、シミュレーション対象の水域における水流を算出する。
これにより、水域環境シミュレーション装置100では、水域に橋が設けられている場合でもシミュレーションを精度良く行うことができる。特に、水域環境シミュレーション装置100では、橋脚の形状にかかわらず投影面積及び体積をパラメータとして用いることができ、従って、橋脚の形状毎に支配方程式をカスタマイズする必要がない。この点で、ユーザの負担を軽減することができる。
As described above, the model storage unit 181 is set for each grid set in the simulation target water area, and uses the projected area and volume of the pier included in the grid as parameters, and the governing equation for calculating the influence of the pier on the water flow. A model of water flow including The simulation processing unit 191 calculates a water flow in the simulation target water area based on the model stored in the model storage unit 181.
Thereby, in the water environment simulation apparatus 100, simulation can be performed with high accuracy even when a bridge is provided in the water area. In particular, in the water environment simulation apparatus 100, the projection area and volume can be used as parameters regardless of the shape of the pier, and therefore it is not necessary to customize the governing equation for each shape of the pier. In this respect, the burden on the user can be reduced.
また、格子間距離記憶部182は、シミュレーション対象の水域内の位置毎に設定された格子間距離を記憶する。格子点座標算出部192は、格子間距離記憶部182が記憶している格子間距離に基づいて、格子点の座標を算出する。
これにより、水域環境シミュレーション装置100では、シミュレーション対象の水域の形状に応じて柔軟に格子を設定することができる。
なお、実験の結果、隣り合う格子間距離の変化率を±8パーセント(%)以内にすることで、計算を安定させることができた。また、水域環境シミュレーション装置100またはユーザが、座標を変数(パラメータ)とする2次関数を用いて格子間距離を算出し、格子を設定するようにしてもよい。これにより、スムーズな水流を再現することができる。
The interstitial distance storage unit 182 stores the interstitial distance set for each position in the simulation target water area. The grid point coordinate calculation unit 192 calculates the coordinates of the grid point based on the inter-lattice distance stored in the inter-lattice distance storage unit 182.
Thereby, in the water area environment simulation apparatus 100, a lattice can be set flexibly according to the shape of the water area to be simulated.
As a result of the experiment, it was possible to stabilize the calculation by setting the change rate of the distance between adjacent lattices within ± 8 percent (%). Alternatively, the water environment simulation apparatus 100 or the user may set the lattice by calculating the inter-grid distance using a quadratic function with coordinates as variables (parameters). Thereby, a smooth water flow can be reproduced.
また、データ記憶部183は、水位、鉛直渦動粘性係数、及び、鉛直渦動拡散係数が他の数値よりも桁数の多い数値で表されたデータを記憶する。例えば、データ記憶部183は、水位、鉛直渦動粘性係数、及び、鉛直渦動拡散係数を倍精度小数で記憶し、他のデータを単精度小数で記憶する。そして、シミュレーション処理部191は、データ記憶部183が記憶するデータを用いてシミュレーション対象の水域における水流を算出する。
このように、データの種類に応じて精度を使い分けることで、水域環境シミュレーション装置100では、必要な記憶容量の増大を抑制し、かつ、高精度にシミュレーションを行うことができる。
In addition, the data storage unit 183 stores data in which the water level, the vertical eddy viscosity coefficient, and the vertical eddy diffusion coefficient are expressed by numerical values having more digits than other numerical values. For example, the data storage unit 183 stores the water level, the vertical eddy viscosity coefficient, and the vertical eddy diffusion coefficient in double precision decimals, and stores other data in single precision decimals. And the simulation process part 191 calculates the water flow in the water area of a simulation object using the data which the data memory | storage part 183 memorize | stores.
Thus, by properly using the accuracy according to the type of data, the water area environment simulation device 100 can suppress an increase in necessary storage capacity and perform simulation with high accuracy.
また、格子数記憶部184は、水平方向における格子の行毎及び列毎に格子の数を記憶する。そして、ループ処理部193は、格子数記憶部184が記憶する格子の数の範囲内で行方向のループ及び列方向のループを実行する。シミュレーション処理部191は、ループ処理部193が実行するループにて格子毎に当該格子内における水流を算出する。
これにより、水域環境シミュレーション装置100では、格子数にかかわらずループを一定回数実行する場合よりもループの実行回数を低減させることができる。これにより、水域環境シミュレーション装置100では、水域環境シミュレーション装置100の処理負荷を低減させ、かつ、シミュレーションの実行時間を短縮することができる。
The grid number storage unit 184 stores the number of grids for each row and column of the grid in the horizontal direction. Then, the loop processing unit 193 executes a loop in the row direction and a loop in the column direction within the range of the number of lattices stored in the lattice number storage unit 184. The simulation processing unit 191 calculates the water flow in the grid for each grid in the loop executed by the loop processing unit 193.
Thereby, in the water environment simulation apparatus 100, the number of executions of the loop can be reduced as compared with the case where the loop is executed a predetermined number of times regardless of the number of lattices. Thereby, in the water area environment simulation apparatus 100, the processing load of the water area environment simulation apparatus 100 can be reduced, and the simulation execution time can be shortened.
また、ループ処理部は、水平方向における格子の行及び列の演算を同一のループの並列処理にて実行する。
これにより、水域環境シミュレーション装置100では、鉛直方向のループを水平方向のループの内側に配置することができ、ループの上限を判定するIF文の実行回数を減少させることができる。これにより、水域環境シミュレーション装置100では、ループの並列化率を高め、水域環境シミュレーション装置100の処理負荷を低減させ、かつ、シミュレーションの実行時間を短縮することができる。
In addition, the loop processing unit performs grid row and column operations in the horizontal direction by parallel processing of the same loop.
Thereby, in the water environment simulation apparatus 100, the vertical loop can be arranged inside the horizontal loop, and the number of executions of the IF statement for determining the upper limit of the loop can be reduced. Thereby, in the water environment simulation apparatus 100, the parallelization rate of the loop can be increased, the processing load of the water area environment simulation apparatus 100 can be reduced, and the simulation execution time can be shortened.
また、シミュレーション処理部191は、シミュレーション対象の水域内に設定された格子毎に水質及び汚濁を算出し、得られた水質及び汚濁に基づいて、格子点毎に透明度を算出する。
このように、水域環境シミュレーション装置100によれば、シミュレーション対象の水域における透明度を算出し、この透明度に基づいて水域の水質を評価することができる。
In addition, the simulation processing unit 191 calculates water quality and pollution for each grid set in the simulation target water area, and calculates transparency for each grid point based on the obtained water quality and pollution.
Thus, according to the water area environment simulation device 100, the transparency in the water area to be simulated can be calculated, and the water quality of the water area can be evaluated based on this transparency.
100 水域環境シミュレーション装置
110 表示部
120 操作入力部
130 データ入出力部
180 記憶部
181 モデル記憶部
182 格子間距離記憶部
183 データ記憶部
184 格子数記憶部
190 制御部
191 シミュレーション処理部
192 格子点座標値算出部
193 ループ処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Water environment simulation apparatus 110 Display part 120 Operation input part 130 Data input / output part 180 Storage part 181 Model storage part 182 Interstitial distance storage part 183 Data storage part 184 Grid number storage part 190 Control part 191 Simulation processing part 192 Grid point coordinate Value calculation unit 193 Loop processing unit
本発明の第1の態様によれば、水域環境シミュレーション装置は、シミュレーション対象の水域に設定された格子毎に、当該格子内における橋脚の投影面積及び体積をパラメータとして橋脚による抵抗の影響を示す項を含む式であって乱流エネルギーが物質の混合に及ぼす影響を示す式を含む水流のモデルを記憶するモデル記憶部と、前記モデルに基づいて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出するシミュレーション処理部と、を備える。 According to a first aspect of the present invention, water environment simulation apparatus, each grating set in simulated body of water, indicating the influence of the resistance by the pier the projected area and the volume of the pier which definitive within the lattice as a parameter A model storage unit that stores a model of a water flow including an equation including a term and an equation indicating an effect of turbulent energy on the mixing of the substance, and a simulation process for calculating a water flow in the simulation target water area based on the model A section.
前記水域環境シミュレーション装置が、水位、鉛直動粘性係数、及び、鉛直拡散係数が他の数値よりも桁数の多い数値で表されたデータを記憶するデータ記憶部を備え、前記シミュレーション処理部は、前記データ記憶部が記憶するデータを用いて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出するようにしてもよい。The water area environment simulation device includes a data storage unit that stores data in which a water level, a vertical kinematic viscosity coefficient, and a vertical diffusion coefficient are represented by numerical values having more digits than other numerical values, and the simulation processing unit includes: You may make it calculate the water flow in the water area of the said simulation object using the data which the said data storage part memorize | stores.
前記水域環境シミュレーション装置が、前記シミュレーション対象の水域内の位置毎に、当該位置に応じた大きさで設定された格子間距離を記憶する格子間距離記憶部と、前記格子間距離に基づいて格子点の座標を算出する格子点座標算出部と、を備え、前記シミュレーション処理部は、前記シミュレーション対象の水域における水流の模擬を、前記データ記憶部が記憶するデータを用いて、前記格子点座標算出部が算出した格子点毎に行うようにしてもよい。The water area environment simulation device includes an interstitial distance storage unit that stores an interstitial distance set in a size corresponding to the position for each position in the simulation target water area, and a lattice based on the interstitial distance. A lattice point coordinate calculation unit that calculates the coordinates of the points, and the simulation processing unit calculates the lattice point coordinates by using the data stored in the data storage unit to simulate the water flow in the simulation target water area. It may be performed for each lattice point calculated by the unit.
前記水域環境シミュレーション装置が、水平方向における前記格子の行毎及び列毎に前記格子の数を記憶する格子数記憶部を備え、前記シミュレーション処理部は、水平方向における前記格子の行及び列に応じた2次元配列を、前記格子数記憶部が記憶する前記格子の数に基づいて1次元配列に置き換えて、ループにて格子毎に当該格子内における水流を算出するようにしてもよい。 The water environment simulation apparatus includes a grid number storage unit that stores the number of grids for each row and column of the grid in the horizontal direction , and the simulation processing unit corresponds to the rows and columns of the grid in the horizontal direction. Alternatively, the two-dimensional array may be replaced with a one-dimensional array based on the number of grids stored in the grid number storage unit , and the water flow in the grid may be calculated for each grid in a loop.
前記水域環境シミュレーション装置が、水平方向における前記格子の行及び列の演算を同一のループの並列処理にて実行するループ処理部を備えるようにしてもよい。 The water environment simulation apparatus may include a loop processing unit that executes the calculation of the rows and columns of the grid in the horizontal direction by parallel processing of the same loop.
前記シミュレーション処理部は、少なくとも珪藻の炭素含有量及び渦鞭毛藻の炭素含有量の合計量に基づいて透明度を算出するようにしてもよい。
前記シミュレーション処理部は、水中の浮遊物を粒子の大きさで4段階に分類し、各大きさの粒子の濃度を算出するようにしてもよい。
前記シミュレーション処理部は、底泥中における有機物、りん化合物、及び、窒素の窒素化合物の分解及び水中への溶出のシミュレーションを行うようにしてもよい。
The simulation processing unit may calculate transparency based on at least a total amount of carbon content of diatoms and carbon content of dinoflagellates .
The simulation processing unit may classify the suspended matters in the water into four stages according to the size of the particles, and calculate the concentration of each size of the particles.
The simulation processing unit may perform a simulation of decomposition of organic compounds, phosphorus compounds, and nitrogen compounds in the bottom mud and elution into water.
本発明の第2の態様によれば、水域環境シミュレーション方法は、シミュレーション対象の水域に設定された格子毎に、当該格子内における橋脚の投影面積及び体積をパラメータとして橋脚による抵抗の影響を示す項を含む式であって乱流エネルギーが物質の混合に及ぼす影響を示す式を含む水流のモデルを記憶するモデル記憶部を備える水域環境シミュレーション装置が、前記モデルに基づいて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出する水流状態算出ステップを含む。 According to a second aspect of the present invention, water environment simulation method, each grating set in simulated body of water, indicating the influence of the resistance by the pier the projected area and the volume of the pier which definitive within the lattice as a parameter A water area environment simulation apparatus comprising a model storage unit that stores a model of a water flow including an expression including a term and an expression indicating an influence of turbulent energy on mixing of a substance, in the water area to be simulated based on the model A water flow state calculating step for calculating the water flow;
本発明の第3の態様によれば、プログラムは、シミュレーション対象の水域に設定された格子毎に、当該格子内における橋脚の投影面積及び体積をパラメータとして橋脚による抵抗の影響を示す項を含む式であって乱流エネルギーが物質の混合に及ぼす影響を示す式を含む水流のモデルを記憶するモデル記憶部を備えるコンピュータに、前記モデルに基づいて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出する水流状態算出ステップを実行させるためのプログラムである。 According to a third aspect of the present invention, the program for each grating set in simulated body of water, including a term indicating the influence of the resistance by the pier the projected area and the volume of the pier which definitive within the lattice as a parameter A water flow state for calculating a water flow in the simulation target water area based on the model in a computer having a model storage unit that stores a model of a water flow including a formula indicating an effect of turbulent energy on the mixing of substances A program for executing a calculation step.
Claims (8)
前記モデルに基づいて前記シミュレーション対象の水域における水流を模擬するシミュレーション処理部と、
を備える水域環境シミュレーション装置。 A model storage unit for storing a water flow model including a governing equation for calculating the influence of the pier on the water flow, using the projected area and volume of the pier included in the lattice as parameters, for each lattice set in the water area to be simulated; ,
A simulation processing unit for simulating water flow in the water area to be simulated based on the model;
A water environment simulation device.
前記格子間距離に基づいて格子点の座標を算出する格子点座標算出部と、を備える請求項1に記載の水域環境シミュレーション装置。 An interstitial distance storage unit that stores interstitial distances set for each position in the water area of the simulation target;
The water area environment simulation device according to claim 1, further comprising: a lattice point coordinate calculation unit that calculates coordinates of lattice points based on the inter-grid distance.
前記シミュレーション処理部は、前記データ記憶部が記憶するデータを用いて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出する、請求項1または請求項2に記載の水域環境シミュレーション装置。 A data storage unit for storing data in which the water level, the vertical eddy viscosity coefficient, and the vertical eddy diffusion coefficient are represented by numerical values having more digits than other numerical values,
The water area environment simulation apparatus according to claim 1, wherein the simulation processing unit calculates a water flow in the water area to be simulated using data stored in the data storage unit.
前記格子数記憶部が記憶する前記格子の数の範囲内で行方向のループ及び列方向のループを実行するループ処理部とを備え、
前記シミュレーション処理部は、前記ループ処理部が実行するループにて格子毎に当該格子内における水流を算出する、請求項1から3のいずれか1項に記載の水域環境シミュレーション装置。 A grid number storage unit that stores the number of grids for each row and column of the grid in the horizontal direction;
A loop processing unit for executing a loop in the row direction and a loop in the column direction within the range of the number of the lattices stored in the lattice number storage unit;
The water environment simulation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the simulation processing unit calculates a water flow in the lattice for each lattice in a loop executed by the loop processing unit.
前記モデルに基づいて前記シミュレーション対象の水域における水流を算出する水流状態算出ステップを実行させるためのプログラム。 For each grid set in the water area to be simulated, a model storage unit for storing a water flow model including a governing equation for calculating the influence of the pier on the water flow using the projected area and volume of the pier included in the grid as parameters Computer
A program for executing a water flow state calculation step of calculating a water flow in the simulation target water area based on the model.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016182373A JP6159456B1 (en) | 2016-09-16 | 2016-09-16 | Water environment simulation apparatus, water environment simulation method and program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016182373A JP6159456B1 (en) | 2016-09-16 | 2016-09-16 | Water environment simulation apparatus, water environment simulation method and program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6159456B1 JP6159456B1 (en) | 2017-07-05 |
JP2018045661A true JP2018045661A (en) | 2018-03-22 |
Family
ID=59273006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016182373A Active JP6159456B1 (en) | 2016-09-16 | 2016-09-16 | Water environment simulation apparatus, water environment simulation method and program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6159456B1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021171730A1 (en) * | 2020-02-25 | 2021-09-02 | Arithmer株式会社 | Information processing method, program, information processing device, and model generation method |
JP2021135999A (en) * | 2020-02-25 | 2021-09-13 | Arithmer株式会社 | Information processing method, program, information processor and model generation method |
WO2023033029A1 (en) * | 2021-08-31 | 2023-03-09 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 | Method of estimating turbulence kinetic energy dissipation rate, device for estimating turbulence kinetic energy dissipation rate, program for estimating turbulence kinetic energy dissipation rate, and non-transitory computer-readable storage medium |
CN116307865A (en) * | 2023-03-03 | 2023-06-23 | 中国水利水电科学研究院 | Comprehensive evaluation method for water conservation amount |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113973765B (en) * | 2021-09-30 | 2023-08-04 | 珠海市现代农业发展中心(珠海市金湾区台湾农民创业园管理委员会、珠海市农渔业科研与推广中心) | New prawn culture simulation device and simulation method based on Internet of things |
JP2023070486A (en) * | 2021-11-09 | 2023-05-19 | 株式会社日立製作所 | Evaluation system, method, and program |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06348790A (en) * | 1993-06-10 | 1994-12-22 | Canon Inc | Shape modeling device |
JP2005115701A (en) * | 2003-10-08 | 2005-04-28 | Port & Airport Research Institute | Method of setting numerical analysis condition using electronic data of geography and building |
-
2016
- 2016-09-16 JP JP2016182373A patent/JP6159456B1/en active Active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021171730A1 (en) * | 2020-02-25 | 2021-09-02 | Arithmer株式会社 | Information processing method, program, information processing device, and model generation method |
JP2021135999A (en) * | 2020-02-25 | 2021-09-13 | Arithmer株式会社 | Information processing method, program, information processor and model generation method |
WO2023033029A1 (en) * | 2021-08-31 | 2023-03-09 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 | Method of estimating turbulence kinetic energy dissipation rate, device for estimating turbulence kinetic energy dissipation rate, program for estimating turbulence kinetic energy dissipation rate, and non-transitory computer-readable storage medium |
CN116307865A (en) * | 2023-03-03 | 2023-06-23 | 中国水利水电科学研究院 | Comprehensive evaluation method for water conservation amount |
CN116307865B (en) * | 2023-03-03 | 2023-08-22 | 中国水利水电科学研究院 | Comprehensive evaluation method for water conservation amount |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6159456B1 (en) | 2017-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6159456B1 (en) | Water environment simulation apparatus, water environment simulation method and program | |
Hofmann et al. | Modeling the dynamics of continental shelf carbon | |
Jingqiao et al. | Three-dimensional eutrophication model and application to Taihu Lake, China | |
Sundquist | Geologic analogs: their value and limitations in carbon dioxide research | |
Frieder et al. | A macroalgal cultivation modeling system (MACMODS): evaluating the role of physical-biological coupling on nutrients and farm yield | |
Kim et al. | An offline unstructured biogeochemical model (UBM) for complex estuarine and coastal environments | |
Ascione Kenov et al. | Advances in modeling of water quality in estuaries | |
Chenillat et al. | Quantifying tracer dynamics in moving fluids: a combined Eulerian-Lagrangian approach | |
Absalon et al. | Multi-faceted environmental analysis to improve the quality of anthropogenic water reservoirs (Paprocany reservoir case study) | |
Chau | A three-dimensional eutrophication modeling in Tolo Harbour | |
Wiegert et al. | A model view of the marsh | |
Fayman et al. | Transport of the Tumen River water to the Far Eastern Marine Reserve (Posyet Bay) based on in situ, satellite data and Lagrangian modeling using ROMS current velocity output | |
Ma et al. | Development and evaluation of a GPU-based coupled three-dimensional hydrodynamic and water quality model | |
Yi et al. | Modeling the effect of artificial flow and sediment flux on the environment and plankton of an estuary | |
Dippner et al. | Lagrangian residence time in the Bay of Gdańsk, Baltic Sea | |
Dou et al. | Eutrophication model driven by light and nutrients condition change in sluice-controlled river reaches | |
Liu et al. | Numerical modeling of the tidal wave run-up and the eelgrass habitat at the Laizhou Bay | |
Ma et al. | Prediction study on the spatiotemporal distribution of Yesso scallop larvae based on a coupled biophysical model | |
Zhong et al. | Numerical study of hydrodynamic effects on Manila clam population distribution and transport in the Southwest Laizhou Bay, China | |
Jiang et al. | Modeling impact of culture facilities on hydrodynamics and solute transport in marine aquaculture waters of North Yellow Sea | |
Sentchev et al. | Modelling distribution of flounder larvae in the eastern English Channel: sensitivity to physical forcing and biological behaviour | |
Li et al. | A review of reservoir carbon Cycling: Key Processes, influencing factors and research methods | |
Hilario et al. | Predicting transport of nutrients from three tributary rivers of Taal Lake, Philippines | |
Tambara et al. | Modeling metabolism in an integrated subtropical watershed-reservoir system | |
Pinton et al. | Understanding How the Release of E. coli and Nutrients from Septic Tanks into the Guana-Tolomato-Matanzas Estuary and the Adjacent Ocean Affect Human |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170424 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170523 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170609 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6159456 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |