トンネル排水のｐＨ

今日届いた応用地質の12月号に、アルカリ性トンネル排水のpH低減を目的とした論文が載っていました。

トンネル施工中は、吹付コンクリートが路盤に混ざったり、湧水がコンクリートに接触したりするため、濁水処理プラントではpHも調整します。施工後は通常の排水となりますが、それでも高アルカリのためpHを調整する必要がある場合には、この論文のようなメンテナンスフリーの設備ができれば便利だと思います。
ただし、クリアーすべき問題も多くあるでしょう。たとえば、①湧水処理量、②スケールの発生と改良効率③本体・下流側流路の材料（コンクリート不可）などです。

この論文に連名となっている先生は、北海道をベースに自然由来の汚染分野で御活躍されているようです。しかし、昨年度の応用地質学会発表会で「私はPHREEQのことは良く知らないが、計算で平衡を考えなくても、自然に二酸化炭素が溶ければpHは8強になる。」と言われていました。自然に解けるということが計算上の平衡を意味することを当時は御理解されていなかったようです。
今回の論文でも、酸素分圧を考慮していない、飽和度（過飽和speciesの沈殿）を考慮していないなど稚拙な感が否めません。しかし、こういった有名な先生方が地球化学ベースの対策工を発表され続ければ、「お墨付き」の対策工として認められる可能性もあります。今後の動向には気を止めておきましょう。

Calciteが解けた場合のｐH

昨日の続きです。

Ｃａｌｃｉｔｅが完全に大気を遮断した状態で地下水や雨水と平衡になった場合、MaxでpH=9.9まで上昇します。これは計算すれば容易に求められます。しかし、このような状況は自然界にないでしょう。

大気と平衡になった場合、そちらの影響のほうが大きく、pHは7弱となり上昇しません。

昨日書きましたが、自然界の場合はその間に落ち着くわけです。

石灰岩地帯の井戸水の水質を測定したことがありますが、

ボーリング井戸でpH=8.1、掘りぬき井戸でpH=6.8に大体落ち着きました。

水道水の基準pH=8.6を超過していませんが、快適水質項目目標値や農業用水の基準pH=7.5は超過しています。地元の方はそれを飲まれているので、健康に問題はないのでしょう。

http://www.mhlw.go.jp/topics/bukyoku/kenkou/suido/kijun/dl/k50.pdf

ちょうど今日届いた、地盤工学会誌にこういった溶出の話が載っていました。

シミュを用いた詳細な予測の話ではなく、現状の整理といった内容でしたが、なかなか良く整理されていたと思います。実務的にはこの辺が落としどころでしょう。どなたが書かれたのか？と思って著者を見てみると、研究者でした。複雑ですね。

盛土材からの浸出水

「石灰岩を盛土に使用したいが、アルカリ性の浸出水が農作物に影響があるかどうか？」
「黄鉄鉱を含む盛土材で酸性水が発生し、環境に負荷がかかるか？」

こういったpHの問題、最近多いですね。
前にも触れましたが、不飽和浸透流＋化学反応の連成問題です。
http://phreeqc.blogspot.com/search/label/%E7%86%B1%EF%BC%8D%E6%B0%B4%EF%BC%8D%E5%BF%9C%E5%8A%9B%EF%BC%8D%E5%8C%96%E5%AD%A6%E9%80%A3%E6%88%90

通過する雨の量と流速、比表面積次第なので、どんな答えでもありえます。ただ、鉱物の溶解によるpHのMax、Minは決まりますので、その間と言ってしまえば乱暴ですが、まあ、その間で変動するわけです。当然、カラム試験とシミュで計算すれば、より良い答えが出ます。

あちこちで施工されてきたコンクリート構造物、場所打ち杭、薬液注入の方がよほど影響があると思うのですが、あまり気にされていませんよね。今、「自然地盤由来」といったキーワードに踊らされている感があります。地に足を付けた検討が必要です。

地すべり 水抜きボーリングの目詰まり（その2）

もともとは、通水井戸の目詰まりの可能性を考えるため関連資料を探していましたが、出てきたのは地すべり施設関連ばかりでした。
その中でも、農林さんの「北陸地方の地すべりにおける水抜きボーリング工の目詰まりの実態と要因、地すべり学会誌43巻4号」では非常に詳細な水質データが掲載されています。
http://www.jstage.jst.go.jp/browse/jls/43/4/_contents/-char/ja/
これだけ調べるのは、大変だったことでしょう。

このデータを使ってPHREEQCでFerrihydriteの沈殿量を求めると、下図のようになります。

拡大すると・・・↓

農林さんの場合、沈殿量が2E-6mol/kgで、「閉塞なし」と判定できるようです。

土研さんも「地下水排除施設集水管の目詰まりに関する検討、地すべり学会誌39巻4号」で水質データを公表しています。

http://www.journalarchive.jst.go.jp/japanese/jnltoc_ja.php?cdjournal=jls1964&cdvol=39&noissue=4

こちらは、以下のようになります。

拡大すると・・・↓

コチラはやや不明瞭ですが、農林さんと同じように沈殿量が2E-6mol/kgで、「閉塞なし」と判定できるようです。

流動阻害対策の通水井戸、地下空洞の水封ボーリングなどでも、地すべりの水抜きボーリング同様に目詰まりの影響を検討しないといけない訳ですが、基本、「目詰まりする」と事前に判明しても、その位置に設けないといけない施設なんですよね。計算で結果がわかっても、心積もりができるといった程度でしょうか？

地すべり 水抜きボーリングの目詰まり(その1)

 地すべり対策工で実施する水抜きボーリングの長期的目詰まりについては、
その防止や施設点検の優先順位付け等の観点から、
土木研究所や農林水産省で研究されています。
http://www.db.pwri.go.jp/kenkyu/datail.asp?NO=1082
http://www.maff.go.jp/j/nousin/noukan/tyotei/t_zisuberi/pdf/mezumari.pdf

面白いことに、坑口にエルボーを付けて空気が入らないようにした対策を
農林さんは効果アリ、土研さんは効果なしと正反対の判定をされています。

共通しているのが、2価の鉄イオンの量がキーだということ。
酸化してFerrihydrite↓になるわけですが、
餌が多いとバクテリアも住み着いて、より沈殿しやすくなるんですね。
日本は遅れていて、こういった現象を国の研究機関がWで調べています。
その研究成果？は学会誌にも載ってしまいます。
海外では本屋のテキストに載っているんですけど・・・

それはさておき、水質調べて地球化学コードでFerrihydriteの沈殿量調べると、
定量的な判定が可能となります。

続きは、また後日。

Dtransuの高速化

Dtransuの並列化は置いておき、とりあえずソース内の連立方程式の収束許容値を甘く設定し、コンパイルしてみました。
PCGエラーが1.5×10^-4程度だったので、その3倍を設定し、定常チェック。その後、非定常を計算してみたところ、10^-9の場合の結果とほとんど差が出ませんでした。最小メッシュ1mで、最大2cmの差です。しかも、局所的。

驚いたのは、22万節点で17年×6ケースの計算時間が28時間強。以前は4日かかっていましたので、恐るべき高速化です。今まで、モデルに対し厳しすぎる精度を求めていたんですね。なお。CPUはCore i7-980Xを4GHzまでO.C.して計算しました。

その後、並行計算を9ケース＋他の負荷作業1種に増やしてみたところ、残念なことに計算が2日以上かかってしまいました。12スレッドあるとはいえ、コア数以上の働きをさせると、遅くなるようです。

地質モデルの妥当性

2次元でも、3次元でもボーリングから断面、あるいは3次元構造を推定するわけですが、その推定手法は地質学・堆積学・層序学など地質屋サンの腕の見せ所になります。また、地下深部で等価とみなせる場合には地球統計学も使えます。

しかし、ボーリングが多過ぎて、実務上、全てを3次元モデルに反映できない場合、どのような基準で取捨選択するか？という問題は難しいですね。柱状図やXMLがあれば比較的容易ですが、簡易柱状図しかないと、土層区分深度をCADで拾って行く必要があり、大きな手間です。

何か、説明しやすい取捨選択の方法を探さないといけません。