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Jun 19, 2023

粗大有機固体の沈降速度

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12436 (2023) この記事を引用 116 アクセス メトリクスの詳細 粒子の沈降速度は、雨水モデリングと

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12436 (2023) この記事を引用

116 アクセス

メトリクスの詳細

粒子の沈降速度は、雨水のモデリングと設計において不可欠なパラメーターです。 沈降速度は、雨水粒子の運命と輸送、および粒子が流域内の栄養負荷に寄与しているかどうかを予測するために使用できます。 無機粒子の沈降速度の予測は一般によく研究されており、よく理解されています。 有機粒子の物理的特性は大きく異なる傾向があり、現在、有機粒子の沈降速度を推定するための設定された基準や経験式はありません。 この論文では、ファーガソンとチャーチによって開発されたもののような沈降速度方程式の文脈で有機粒子がどのように沈降するかをよりよく理解するために、木の葉と種子の沈降速度実験から得られたデータを紹介します。 収集されたデータの分析により、ファーガソンとチャーチの式で使用される 2 つの抗力係数のうち 2 番目 (C2) が粒子の種類と形状に影響されやすいことがわかりました。 粒子のタイプおよび種ごとに C2 を平均すると、観察された沈降速度とファーガソンおよびチャーチの式によって予測された沈降速度との間に相関関係が見られました (R2 = 0.83)。 これらの結果により、雨水のモデラーや設計者は、一般的な有機粒子を沈下速度の観点から表現する方法をより深く理解できるようになります。 より多様な有機粒子の種類と種に関するさらなる研究は、ここで提示されたデータセットを拡張することになるでしょう。

都市化により、不浸透性の表面が大半を占める都市では水管理に特有の課題が生じています。 都市人口が増加し続け、気候変動により気象現象が激化する中、人間と環境の利益のために水を処理、貯蔵、浸透させる必要性が最も重要になっています1。 雨水、つまり不浸透性の表面から流れ出る雨水は、汚染物質を特に広範囲に運ぶものとして知られています。 雨水は化学的、物理的、生物学的汚染物質を受け入れ水に運び、水質と水生生息環境を悪化させます2。

雨水は、基本的な科学原理に基づいて雨水流出を浸透、貯留、処理するように設計された構造である雨水管理措置 (SCM) を使用して処理されます3。 都市部の住宅地では、粗大な無機および有機の破片が非常に懸念される汚染物質です2。 粗い有機および無機粒子は、金属4、栄養素が結合した堆積物5、および栄養素を浸出させる物質6で構成されています。

多くの都市部の住宅用 SCM は雨水の処理に沈降に依存しており 3、沈降速度が設計と評価における重要なパラメーターとなっています。 たとえば、雨水ますは、道路沿いや駐車場に沿って見られる非常に一般的な SCM です。 雨水ますは、雨水を貯留し、出口で水を放出する前に沈殿物をたらいの底に沈めることにより、下流の水域に入る全浮遊物質と全リンを減らします7。

沈降速度 (w) は粒子の物理的特性であり、粒子のサイズ、形状、密度に依存します。 さまざまな粒子サイズの沈降速度を雨水処理モデルに使用して、盆地の捕集効率を推定することができます8。 沈降速度の値の範囲を使用して堆積を推定することもできます。この情報は、浸透池がどのくらいで満杯になり、浚渫が必要になるかを知らせるのに必要です。

いくつかの研究では、非球形鉱物粒子の沈降速度を調査および予測しています9、10、11、12。 沈降速度は、既知の直径 (D) と比重 (SG) を持つ粒子について、ストークスの法則 13 を使用して計算できます。 ストークスの法則の計算では、落下する粒子が球形であると想定されており、これは一般に鉱物または堆積物の粒子に当てはまります。 抗力係数 C1 (層流に適用) と C2 (乱流に適用) を調整して、非球形鉱物の沈降速度を予測できます11。