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Jun 19, 2023

거친 유기 고체의 침전 속도

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12436(2023) 이 기사 인용 116 액세스 측정항목 세부정보 입자의 침전 속도는 빗물 모델링 및

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12436(2023) 이 기사 인용

116 액세스

측정항목 세부정보

입자의 침강 속도는 우수 모델링 및 설계의 필수 매개변수입니다. 침강 속도는 빗물 입자의 운명과 이동을 예측하고 입자가 유역의 영양분 부하에 기여하는지 여부를 예측하는 데 사용될 수 있습니다. 무기 입자의 침전 속도 예측은 일반적으로 잘 연구되고 이해됩니다. 유기 입자는 물리적 특성이 크게 달라지는 경향이 있으며 현재 유기 입자의 침강 속도를 추정하기 위한 설정된 표준이나 경험식은 없습니다. 이 논문은 Ferguson과 Church가 개발한 것과 같은 정착 속도 방정식의 맥락에서 유기 입자가 어떻게 정착하는지 더 잘 이해하기 위해 나무 잎과 씨앗의 정착 속도 실험에서 얻은 데이터를 제시합니다. 수집된 데이터를 분석한 결과 Ferguson 및 Church 방정식에 사용된 두 가지 항력 계수(C2) 중 두 번째가 입자 유형 및 모양에 민감한 것으로 나타났습니다. 입자 유형 및 종별로 C2를 평균화함으로써 관찰된 침강 속도와 Ferguson and Church 방정식(R2 = 0.83)에 의해 예측된 침강 속도 사이에 상관관계가 있었습니다. 이러한 결과를 통해 폭우 모델러와 설계자는 침전 속도 측면에서 일반적인 유기 입자를 표현하는 방법을 더 잘 이해할 수 있게 되었습니다. 더 다양한 유기 입자 유형 및 종에 대한 추가 연구는 여기에 제시된 데이터 세트를 확장할 것입니다.

도시화로 인해 불투수성 표면이 지배적인 도시의 물 관리에 있어 독특한 문제가 발생했습니다. 도시 인구가 지속적으로 증가하고 기후 변화로 인해 기상 현상이 심화됨에 따라 인간과 환경의 이익을 위해 물을 처리, 저장 및 침투시키는 것이 무엇보다 중요해졌습니다1. 불투수 표면에서 흘러나오는 빗물인 빗물은 특히 광범위한 오염물질 운반체로 알려져 있습니다. 빗물은 화학적, 물리적, 생물학적 오염물질을 방류수로 운반하여 수질과 수생 서식지를 저하시킵니다2.

우수는 기본적인 과학적 원리에 기초하여 우수 유출수를 침투, 저장 또는 처리하도록 설계된 구조인 우수 통제 조치(SCM)를 사용하여 처리됩니다3. 도시 주거 지역에서는 거친 무기 및 유기 잔해가 높은 관심을 끄는 오염 물질입니다2. 거친 유기 및 무기 입자는 금속4, 영양분이 결합된 퇴적물5, 영양분을 침출하는 물질6로 구성됩니다.

많은 도시 주거용 SCM은 빗물 처리를 위해 퇴적에 의존하므로3 침강 속도가 설계 및 평가의 핵심 매개변수가 됩니다. 예를 들어 빗물 유역은 도로와 주차장에서 발견되는 매우 일반적인 SCM입니다. 우수 유역은 우수를 저장하고 퇴적물이 유역 바닥에 가라앉은 후 배출구에서 물을 방출함으로써 하류 수역으로 유입되는 총 부유 고형물과 총 인을 낮춥니다7.

침강 속도(w)는 입자의 크기, 모양 및 밀도에 따라 달라지는 입자의 물리적 특성입니다. 다양한 입자 크기에 대한 침전 속도는 빗물 처리 모델링에서 유역의 포집 효율을 추정하는 데 사용될 수 있습니다8. 침전물은 다양한 침전 속도 값을 사용하여 추정할 수도 있으며, 이 정보는 침투 유역이 얼마나 빨리 채워지고 준설되어야 하는지 알려주는 데 필요합니다.

여러 연구에서 비구형 광물 입자 침전 속도9,10,11,12를 탐색하고 예측합니다. Stokes의 법칙13을 사용하여 직경(D)과 비중(SG)이 알려진 입자에 대해 침전 속도를 계산할 수 있습니다. 스톡스의 법칙 계산에서는 떨어지는 입자가 구형이라고 가정하며 이는 일반적으로 광물 또는 퇴적물 입자에 유효합니다. 항력 계수 C1(층류에 적용 가능) 및 C2(난류에 적용 가능)를 조정하여 비구형 광물 침전 속도11를 예측할 수 있습니다.