水槽中の流速を測る 予備テスト編

何気なくマリンアクアリストのバックナンバーをパラパラめくっている
ときの事，ある記事に目が留まりました．
MarinAquarisut No.42 「サンゴにおける水流環境の重要性」74-77

その内容を要約すると，

・海水の流動とサンゴの代謝物排出・取り込みの速度は密接に関連
・流れ→浸透効率の向上→スムーズな物質のやりとり→サンゴの代謝の促進
・水流に応じてサンゴの光合成・呼吸が活性化
・白化が起こる高水温下での2週間以内の斃死率は
　　停滞（<3cm/s）100％にくらべて流れの速い域（50cm/s）0%
・ストレスによるサンゴ白化が水流によって抑制
・サンゴ白化が水流によって回復促進
・枝状サンゴの1種であるコユビミドリイシでは流速（20cm/s)で光障害の
　程度が少ない
・水流→光障害抑制→白化抑制？？

といったものです．
水流の重要性が十分に理解できます．

この記事の元ネタは文部科学省のCOEプログラムに採択されていた研究成果の
一部のようで，アブストですが，これが元ネタのようです．

［COE研究員研究概要］水流が白化からサンゴを救う？
アブストラクトのpdfファイル

これは，さらに下の研究の一部です．

［本文全ページ］琉球大学21世紀COEプログラム「サンゴ礁島嶼系の生物多様性の総合解析－アジア太平洋域における研究教育拠点形成－」最終報告書
最終報告書のpdfファイル←重たいです．
これも概要ですが，色々な研究の集大成です．ここから孫引きしていくのもイイかと．

ということで，水流の重要性が理解できて，えらく感銘を受けました(^^



流速を測る方法はいくつもありますが，高価な機材が必要で
ホビーにそれはありえません．
そこで，なんとか海水の流速を測れないかと考えていたのですが，
次の記事に載せているビデオからヒントを得ました．
ベルス復活
ベルスが水中漂う白い玉に何度も反応するというお気に入りの内容の動画ですが，
この白い玉はシュアーのSサイズで，撮影に用いたカメラは安物の
ネットワークカメラで，
器具レビュー（２）Webカメラ
こちらで紹介したものです．



コントラストの関係なのか，小さいものでも結構はっきり判別できそうな
ことから，比重が小さな餌を水中に漂わせて，その動きをビデオカメラで撮影して，
その画像と経過時間から流速を推定できないか，と考えた次第です．
今回，どのくらいこの方法が使えそうか，予備テストとして試してみました．



先ずは撮影です．
水槽の前面に30cmの間隔でビニールテープを貼付し，
普段子供の運動会の撮影にしか利用されない旧式のビデオカメラによって
水中を浮遊するメディフィッシュをドバっと投入して，その動きを撮影しました．

[高画質で再生]

流速_予備テスト　[無料blog]

魚を事前に手で追い払ったのですが，真ん中で夢中で食事されている方には効果
ありませんでした．
そこそこ，白い餌の動きが読み取れます．


次に動画の再生時間が細かく読み取れて，コマ送りが自由にできる動画再生ソフトウエア
で表示させました．

上記の機能を持つ動画再生ソフトウエアを探しましたが，結局いい物を見つけられず，
灯台下暗しで「Quick Time Player」を使いました．


この様に再生時間が1/100秒まで表示できます．



ナンヨウボスにキ○ガイのように食べられまくって，流れる餌の判別も大変でしたが，
ある一つの餌の粒をガンバッテ追いかけました．

黄色い○がターゲットの餌を示しています．


そして，ターゲットの一連の動きを繋げて，その距離と経過時間をまとめた
結果です．30cmの間隔をあけて貼付した黒いビニールテープの距離を基準に
各区間の距離を求めて，そのときの経過時間を示してあります．


　区間　流速[cm/sec]
　 0-1　　　9.02
　 1-2　　　8.10
　 2-3　　　6.12
　 3-4　　　4.21
　 4-5　　　7.27
　 5-6　　　5.77

　全体経路の平均流速
　6.43[cm/sec]

これから，水槽前面中央の平均流速は6.4cm/secくらいと分かりました．
参考文献からすると，流速は遅いのでしょうか．．．


この水槽の水流は，
ろ過層からポンプアップされた水とフローを取り付けたマキシジェット500による
水槽全体を大きく循環させる水流と，Vortech　MP20によるショートパルスモード
による攪拌によって行っています．
Vortechの出力は1/4くらいに絞って，あまりきれいな定常波にならないように
タイミングを調整してあります．


画像によって流速を測る方法は例えば，
粒子画像流速測定法（PIV：Particle Image Velocimetry)というありがたい方法がありますが，

ここでは，
海水水槽のための餌画像流速測定方法
Fish-food Image Velocimetry Measurement method for Reef Tank
"FIVM"　と勝手に呼ぶことにします(^^


今回，水槽中の流速を測るための予備テストとして，FIVMによる方法を
実施した訳ですが，そこで感じた課題です．

課題
（１）対象ターゲットが多いと識別が困難
（２）奥行き方向の移動量に起因する測定誤差
（３）サンゴ，ライブロック近傍で生じる乱流の取り扱い
　　　測定できるのは結局広い区画の層流
（４）生体に餌を横取りされる
（５）裏面など観察が困難な場所の測定
（６）画像を取得したあとのデータ解析がかなり面倒

冒頭で紹介した参考文献では流速をどのように測定しているのかは
分かりませんが（高価なドップラー式測定器なんかを使っているのでしょうか？）
たぶんサンゴ近傍ではなく，開けた空間（水中）の平均流速を測っているのではと
予想しています．（３）はあまり問題にはならなそう．
（２）は奥行きへの移動に関しては，たとえば30°の傾きで奥に移動した場合でも，
その距離は1.2倍程にしかなりません．
参考文献では流速を，<3cm/sec，10cm/sec，20cm/secと比較していて，
このオーダから見ても測定誤差として扱ってもよさそうです．

（５）の裏面や陰の測定は他の測定結果から推測するとして，
実際のところ（６）のデータ処理が一番の問題だと感じてます．

このネタ，次回に続くか自信ありません(^^;


e/