水質 - 濁度分析

濁度分析は、変色事象を予測するためのツールとして使用できます。分析結果を使用すると、ネットワーク内の水質を改善し、顧客からの苦情を減らすために、フラッシング戦略を策定できます。

水質シミュレーションに濁度分析を含めるには、ランをスケジュールするときに[水質オプション]ダイアログの[濁度分析を実行]オプションをオンにします。

濁度分析に必要なモデル パラメータの詳細については、「水質パラメータ」のトピックを参照してください。

濁度分析を実行すると、追加で次の結果が得られます。

• 濁度: ノードの濁度
• 保存された濁度比: この管内の管壁に付着した物質の総量に対する変色物質の量の比率
• ピーク濁度: 水質タイム ループの完了時にこの管内にあったすべてのセグメントの濁度のピーク値

技術的な詳細について

InfoWorks WS 濁度分析モデルは、Furnass らの論文(2014)で公開された給水システムにおける変色物質の浸食と再生成をモデル化するアプローチを応用したものです。

Furnass らの論文(2014)では、管壁に付着する変色物質の量が実体状態関数 φ(θ, t)によって表されます。これは事実上、せん断応力分布関数であり、特定のせん断応力 θ に対して管壁に付着する変色材料の相対量であると定義されます。

このアプローチは浸食プロセスよりも再生成からより多くの影響を受けますが、InfoWorks WS の実装では浸食プロセスのみをモデル化します。これは通常、再生成が数ヵ月から数年という長いタイム フレームにわたって発生するためです。

Furnass らの論文(2014)によると、完全なせん断応力分布関数を必要とするのは再生成プロセスですが、これを出発点として保持しておくと便利です。

侵食により、適切な範囲の θで φ を自由に積分できます。φ がゼロ以外で θ が最も低い値を θ_C とすると、これは実質的に腐食層のせん断強度であり、次のように書き換えることができます。

(1)

ここで、Ψ は保存された濁度体積比であると識別できます。φ の取る値が少なくとも最初は 0 または 1 のみで、整数範囲全体では 1 と等しい場合、次のように書き換えることができます。

(2)

したがって、腐食層のせん断強度と保存された濁度体積比の方程式は次のようになります。

(3)

入力必須のパラメータは 2 つだけです。θ_max は最大せん断強度で、もう 1 つは初期せん断強度 θ_C の初期値です。

Furnass らの論文(2014)の修正版では、侵食は次のように示されています。

(4) 説明: θa は時間 t で壁に適用されるせん断応力です。

これを θ_C から θ_a まで θ で積分すると、次が得られます。

(5)

InfoWorks WS では、次のように書き換えられています。

(6)

指数 2 を n に一般化します。パラメータ γ_e(侵食係数)は、単位が s^-1 であり、侵食指数 n の値とともに入力として必須です。

Furnass らの論文(2014)では、管壁の単位面積からの物質放出率の式を示しており、θで積分した後に、次のように書き換えられています。

(7)

リリース係数 λ は、単位が NTU.m であり、入力として必須です。

したがって、時間 Δt での侵食による濁度 ΔT の変化を得るには、掃引された面積 A_s で乗算し、物質が放出される体積 QΔt で除算します。つまり、次の式を使用します。

(8)

次が得られます。

(9)