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문제 정의
- 또한, 확산관의 기하학적 변화에 따른 오염물질의 희석과정을 쉽게 예측할 수 있어, 최적의 확산관을 설계하는데 유용하게 이용할 수 있다(김, 2000). 본 연구에서는 도입된 모형의 적용성을 확인하기 위하여 수리모형실험값과 이론식값(theory equation)을 비교 . 분석하였다.
- B는 등슬롯확산관의 폭을 나타낸다. 본 연구에서는 체적플럭스비에 대한 희석률의 변화값을 추출하여 모형의 적용성을 확인하였다. 체적플럭스 IZ에 대한 희석률 변화를 Fig.
- 또한, 온/염배수 방류와 관련된 예측, 설비 및 설계, 관리및 운용 등에 관한 체계적인 연구가 진행되어야 한다. 이에 본 연구에서는 온수와 염수를 동시에 고려한 방류시스템의 최적설계를 위한 기초자료를 제공하기 위하여 방류수의 거동양상특호], 근역에서의 혼합특성을 분석하였다. 온배수 및 염배수에 관련된 연구는 80년대 초부터 2차원 유한요소전역모형인 CAFE와 DISPER를 이용하여 온배수 확산을 이해하는 연구가 시도되었고(Kaufman and Adams, 1981) 국내 해양연구소에서 이 모형을 이용하여 1982년도에 영광원전 주위에 적용한 바 있다.
제안 방법
- 3월 버전인 CORMIX- V5.0GTR의 계산값과 비교하여 적용성을 확인하였다.
- 개수로(폭 5m, 깊이 lm)를 통한 표층방류시 영향을 검토하였다. Fig.
- 단일공에 의한 방류시 영향예측은 방류공 직경에 따른 방류유속의 변화(2.63m/s, 3.18m/s, 3.93m/s)에 따라 수행하였으며, 결과는 Fig. 4에 희석률의 변화를 나타내었다. 방류공 직경이 작을수록 즉, 방류시 유속이 클수록 희석률이 높아지고 있으나 모든 실험안에 대하여 기준역으로 설정된 300m 이외에서 1℃ 이상의 수온증가가, 2ppt 이상의 염도증가가 나타나고 있다.
- 방류의 형태는 공학적으로 가장 적합하다고 판단되는 구조를 기준으로 하였는데, 먼저 표층방류는 수리학적인 단면을 고려한 개수로(open channel)를, 수중방류시 방류공의 직경에 따른 방류유속의 범위는 일반적으로 3~9m/sec를 고려하나 (Adams 1981) 실제에 있어서 펌프 양정고와 구조물이 받는 하중 때문에 3m/sec 정도를 기준으로 결정하였다.(한전, 2007) 또한, 확산관은 다공 방류(multi-port discharge)와 수평방류를 원칙으로 하나, 타 방류방식과의 비교를 위하여 단일 방류 (one-port discharge)와 표층방류를 도입하였다.
- Mixing Zone Expert System) 이다. 본 모형은 미환경청의 지원을 받아 개발된 길이축적 모형으로, 초기혼합 및 희석과정을 모의하도록 개발되었다. 프로그램은 3개의 부프로그램으로 이루어져 있으며 각각 수중단일확산관(submerged single-port diffusers), 수중다공확산관(submerged multi-port diffusers), 표층방류(surface discharge)에 의해 방류되는 오염물질의 희석 및 거동양상을 모의하게 된다.
- 1 에 나타내었다. 수리실험 모형은 실제로 존재하는 원형 (prototype)을 모형화한 것이 아니므로 상사법칙에 따라 제작하지 않았고, 실험의 목적인 다공확산관에 의해 발생되는 온도장 변화와 이에 따른 최소희석률을 분석하는데 주안점을 두었다. 사용한 확산관은 전체길이(Ld)가 0.
- 방류시 영향을 검토하였다. 실험안은 다공확산관의 조건중 희석률에 큰 영향을 주는 방류직경 변화에 따른 방류유속변화 (2.63m/s, 3.18m/s, 3.93m/s), 확산관의 길이 (diffuser length) 의 변화(50m, 100m, 150m), 방류각도(discharge angle)의 변화(15°, 30°, 45°, 60°)를 조절하여 민감도 분석을 실시하였다. 실험안별 입력자료는 Table 6 에 정리하였다.
- 분석하였다. 이어 적용될 현장에 대한 해양환경 조건을 파악하고 제조건에 대한 고찰을 거쳐 실험안을 선정하였디、실험결과는 초기희석률(initial dilution)과 초과온도(excess temperature), 그리고 초과염도(excess salinity)를 제한사항(regulation)을 기준으로 평가 . 분석하였다.
- 표층방류, 수중 단일방류, 수중 다중방류 이렇게 3가지 형태로 구분하여 시뮬레이션을 실시하였다. 표층방류는 개수로를 사용하여 유출속도는 2.
- 본 모형은 미환경청의 지원을 받아 개발된 길이축적 모형으로, 초기혼합 및 희석과정을 모의하도록 개발되었다. 프로그램은 3개의 부프로그램으로 이루어져 있으며 각각 수중단일확산관(submerged single-port diffusers), 수중다공확산관(submerged multi-port diffusers), 표층방류(surface discharge)에 의해 방류되는 오염물질의 희석 및 거동양상을 모의하게 된다.
- 해안에서부터 600m 떨어진 동일한 위치에서 다공확산관으로 방류시 영향을 검토하였다. 실험안은 다공확산관의 조건중 희석률에 큰 영향을 주는 방류직경 변화에 따른 방류유속변화 (2.
- 해안에서부터 외해쪽으로 600m 떨어진 수심 11m 지점에 수중 단일확산관에 의한 방류시 영향을 검토하였다. 단일공에 의한 방류시 영향예측은 방류공 직경에 따른 방류유속의 변화(2.
- (한전, 2007) 또한, 확산관은 다공 방류(multi-port discharge)와 수평방류를 원칙으로 하나, 타 방류방식과의 비교를 위하여 단일 방류 (one-port discharge)와 표층방류를 도입하였다. 확산관의 형태는 일정한 흐름방향에서 희석을 최대화하기 위하여 주 흐름방향에 직각으로 설치하는 것을 원칙 (Layton, 1976)으로 하여 일방향확산관 중 공류형확산관을 채택하였으며 확산관의 위치는 흐름방향과 직각인 직교배치법을 선택하고, 도수관(feeder pipe)의 연직유도관(riser)에 방류공을 부착하는 것으로 원칙으로 하였다. 확산관 형태 자세한 사항은 다음 절의 모형 수립에 정리하였다.
대상 데이터
- 수리실험 모형은 실제로 존재하는 원형 (prototype)을 모형화한 것이 아니므로 상사법칙에 따라 제작하지 않았고, 실험의 목적인 다공확산관에 의해 발생되는 온도장 변화와 이에 따른 최소희석률을 분석하는데 주안점을 두었다. 사용한 확산관은 전체길이(Ld)가 0.95m이고 방류공(pcRt)의 개수는 20개로 방류공간의 간격 (spacing)은 0.05m이다. 그리고 포트의 수평방향에 대한 각은 전체적인 희석률에 대한 고려와 해저면의 세굴에 대한 영향을 고려하여 수평면에 대해 22.
- 연구해역은 서남아시아 중서부 연안으로 Fig.2에서 보이는 바와 같이, 측량구역내의 수심은 북측해안에서 -0.7m(간조시노출), 측량해역의 남측연안에서 13.3m까지 다양하게 나타나고 있다. 또한, 해저경사가 아주 완만하게 형성된 지형이다.
이론/모형
- 방류영향 예측 및 근역혼합특성 분석을 통한 방류시스템의 최적 설계를 위한 수단으로 채용된 모형은 잘 알려진 CORMIX (Cornell Mixing Zone Expert System) 이다. 본 모형은 미환경청의 지원을 받아 개발된 길이축적 모형으로, 초기혼합 및 희석과정을 모의하도록 개발되었다.
성능/효과
- 또한, 다공확산관의 각 영향인자별 민감도 분석결고}, 확산관의 길이가 희석률에 가장 큰 영향을 주고 방류유속이 두 번째로 큰 영향인자인 것으로 나타났다. 그리고 수직방류각도 15° ~30° 범위에서는 희석률의 변화가 작으나 30‘보다 크면 희석률이 감소되었다.
- 4에 희석률의 변화를 나타내었다. 방류공 직경이 작을수록 즉, 방류시 유속이 클수록 희석률이 높아지고 있으나 모든 실험안에 대하여 기준역으로 설정된 300m 이외에서 1℃ 이상의 수온증가가, 2ppt 이상의 염도증가가 나타나고 있다. 희석률에 있어서도 표층방류 보다는 큰 초기 희석률을 보이고 있지만 여전히 부족한 양상을 나타내고 있다, 단일공 방류형식은 방류량이 많을 경우에는 초기희석률이 만족한다.
- 5에서 보여주고 있다. 방류유속을 증가시키는 것보다 확산관의 전체 길이를 늘이는 것이 희석률 증가에 더욱 도움이 되는 것으로 나타났다. 이는 플룸의 중첩현상이 약해져 혼합장의 재유입이 감소하기 때문인 것으로 사료된다.
- 상기의 분석결과를 토대로 결과를 요약하면 방류형식에 중다공확산관에 의한 온/염배수의 방류가 초기희석률이 가장 높게 나타났으며, 법적 수질기준에도 가장 잘 부합하는 것으로 나타났다. 또한, 다공확산관의 각 영향인자별 민감도 분석결고}, 확산관의 길이가 희석률에 가장 큰 영향을 주고 방류유속이 두 번째로 큰 영향인자인 것으로 나타났다.
- 1 에 도시하였다. 예상한 바와 같이 모두 체적플럭스가 증가함에 따라 희 석 률이 증가하는 경향을 보이 며, 수리실험 값과 C0RWX2 값이 산정공식에 의한 값보다 다소 과소추정되는 경향이 보이지만 그 변화는 아주 작은 것으로 나타났다. 이러한 결과로 근역에서의 희석률에 대한 계산의 신뢰성은 확보되었다고 판단되며 실험을 수행하였다.
- 또한, 방류 조건은 온수와 염수가 합해져서 같은 확산관을 통하여 방류될 경우에 대한 각각의 수질변수를 Table 3에 제시하였다. 유속은 중층 수심의 평균 유속인 0.08nVsec를, 해역의 수온은 수질조사 결과를 바탕으로 해안에서 100m, 1000m에서의 거리별 . 수심별 변화가 적고 계절별 변화가 뚜렷하지 않은 점을 고려하여 전자의 중층 수온인 21.
- 전체적으로 희석률은 표층방류나 단일확산관 방류에 비해 아주 높은 초기희석률을 나타냈다. CASE 1은 방류유속 변화에 따른 희석률을 Fig.
- 수질기준으로 설정한 300m 이외에서 1℃ 이상의 온도증가와 2ppt 이상의 염도증가를 보이고 있으며, 이러한 불량한 결과는 희석률 변화에서 보이듯 초기에 희석률을 극대화하지 못하기 때문인 것으로 사료된다. 즉 본 해역에서의 표층 방류 형식은 바람직하지 않은 것으로 나타났다.
- 즉 전체 확산관의 길이는 플룸의 중첩을 최소화 하고 3m/s 이상의 방류유속을 확보하여 주변수와의 연행을 촉진시키고 수직 방류각을 15° ~30° 범위에서 방류할 수 있게 한다면 가장 희석률을 높일 수 있는 이상적인 설계가 될 것이다.
후속연구
- 필요하다. 따라서 손실수두가 커지게 되고 경제적인 부담이 아주 커지기 때문에 본 연구의 성과는 법적 수질기준을 만족하면서 보다 경제적인 관점에서 최적의 온/염배수의 방류시스템의 최적설계방안으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 그러나 국외적으로 종합 플랜트 사업이 활발히 진행되고, 서남아시아 지역을 비롯한 아프리카, 동남아 등 물부족국가에서 담수 설비 수요가 급증하고 있다. 따라서, 담수플랜트뿐만 아니라 발전과 화공시설을 겸한 종합 플랜트 건설이 활발해짐에 따라 냉각수로 사용되고 난 후 배출되는 온배수와 담수화의 폐기물인 고농도의 염배수에 의한 주변해역의 수질환경 변화를 예측하고 저감시키기 위한 노력이 필요할 것이다. 또한, 온/염배수 방류와 관련된 예측, 설비 및 설계, 관리및 운용 등에 관한 체계적인 연구가 진행되어야 한다.
- 따라서, 담수플랜트뿐만 아니라 발전과 화공시설을 겸한 종합 플랜트 건설이 활발해짐에 따라 냉각수로 사용되고 난 후 배출되는 온배수와 담수화의 폐기물인 고농도의 염배수에 의한 주변해역의 수질환경 변화를 예측하고 저감시키기 위한 노력이 필요할 것이다. 또한, 온/염배수 방류와 관련된 예측, 설비 및 설계, 관리및 운용 등에 관한 체계적인 연구가 진행되어야 한다. 이에 본 연구에서는 온수와 염수를 동시에 고려한 방류시스템의 최적설계를 위한 기초자료를 제공하기 위하여 방류수의 거동양상특호], 근역에서의 혼합특성을 분석하였다.
- 물론 방류수심이 깊어질수록, 주변의 흐름이 빨라질수록 희석률은 자연히 높아지게 되지만, 이번 연구의 대상지역인 서남아시아 지역은 먼 바다로 나아감에 따라 수심의 변화가 미미하기 때문에 일정 수준의 수심을 확보하려면 아주 긴 도수관이 필요하다. 따라서 손실수두가 커지게 되고 경제적인 부담이 아주 커지기 때문에 본 연구의 성과는 법적 수질기준을 만족하면서 보다 경제적인 관점에서 최적의 온/염배수의 방류시스템의 최적설계방안으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
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