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문제 정의
- 3) 따라서 본 연구에서는 비산먼지로 인한 피해예상지역인 가덕도 주변에 모래비산에 대한 영향과 재하성토용 바다모래 특성 등의 기초자료를 조사한 후, 유출계수를 산정하여 사업시행으로 인한 비산먼지(PM-10) 발생량 산정에 적용하고자 한다. 이를 위하여 연구에서는 자동기상관측 장비(Automatic Weather System)를 연구대상지역에 설치하여 운용함으로써 국지기상자료를 확보하고 있으며, 이를 고도에 따른 연기확산계수 및 풍속의 변화를 대기경계층 상사이론을 이용하여 계산해 확산모델에 반영하도록 개정된 3D 모델인 AERMOD에 적용시켜서 지역 특성을 최대한 고려하였다.
가설 설정
- 본 연구 대상 지역의 매립 해사의 경우 미국 농무성 범위에 따른 토성 구분에서 전형적인 모래질 토성을 나타내고 있으므로, Table 2에 나타난 바와 같이 지표면의 거칠기(Z0)는 모래가 많은 사막 지역과 비슷하다고 가정하여 10 cm로 가정하였다. 또한 관측 고도의 높이(Zs) 10 m이므로 1000 cm이며, Karman 상수인 K는 0.
- 해사를 부유시키는 입구 바람속도의 결정에 있어서 임계속도는 매우 중요한 인자이며, 식 (1)은 Gillete dust 경험식을 근거로 하여 임계속도를 구하게 된다. 임계속도는 수분량(Ws)에 따라 계산방법이 달라지며, 수분량이 0.5보다 클 경우에 비산되는 모래는 없는 것으로 가정하여 계산하게 된다.4)
제안 방법
- 매립해사를 이용하여 신항만 배후부지 조성을 하고 있는 신항만 건설공사사업으로 인해 발생하는 비산먼지 발생량산정 및 주변지역의 비산먼지에 의한 피해 예측을 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 대상 지역의 경우, 겨울철 강한 북서풍에 의해 해사가 비산되어 주변지역에 영향을 줄 수 있으므로 여러 경험식들을 토대로 풍속(11 m/s, 9 m/s, 7 m/s, 5 m/s, 3 m/s)에 따른 발생량을 산정하여 AERMOD를 통한 가덕도 인근 지역의 비산먼지 농도 예측하였다.
- 비산먼지에 의한 피해를 조사하기 위해 환경기준 설정항목 중 PM10에 대해서 조사하였고, 현재 국내 PM10 환경기준은 대기환경보전법에 따라 연간평균치는 50 µg/m3 이하이고 24시간 평균치는 100 µg/m3 이하이다.
-
3) 매립해사와 일반토양의 비교
비산입자의 형성모양 및 표면특성 분석을 위해서 피해예상지역인 선창, 항월 지역의 여지를 분석하여 이 포집된 입자의 비교를 위해 매립지의 비산입자 그리고, 일반 토양의 입자를 비교하였다. Fig.
- 매립해사의 밀도 측정은 입자밀도(particle density)와 용적밀도(bulk density)로 나눌 수 있으며 측정방법은 다음과 같다. 우선 토양시료의 입자밀도는 graduated cylinder법으로부터 얻었는데 시료의 진부피는 물과 시료를 1:1로 혼합하여 일정시간이 경과 후 시료의 부피를 측정하였으며 시료의 무게는 용기무게를 감한 시료의 무게(g)로 구하였다.
- 7로 설정하였다. 이는 본 연구의 배출량 산정 시 비산 방지망으로 인한 농도가 고려되지 않았기 때문에 저감율에 대한 factor를 적용하였다.
- 3) 따라서 본 연구에서는 비산먼지로 인한 피해예상지역인 가덕도 주변에 모래비산에 대한 영향과 재하성토용 바다모래 특성 등의 기초자료를 조사한 후, 유출계수를 산정하여 사업시행으로 인한 비산먼지(PM-10) 발생량 산정에 적용하고자 한다. 이를 위하여 연구에서는 자동기상관측 장비(Automatic Weather System)를 연구대상지역에 설치하여 운용함으로써 국지기상자료를 확보하고 있으며, 이를 고도에 따른 연기확산계수 및 풍속의 변화를 대기경계층 상사이론을 이용하여 계산해 확산모델에 반영하도록 개정된 3D 모델인 AERMOD에 적용시켜서 지역 특성을 최대한 고려하였다. 이를 통해 공사 시에 비산먼지가 풍속 및 계절에 따라 인근 주민에게 어느 지역까지 얼마만큼의 피해를 주는지를 예측하며 이를 유출계수를 통하여 산정된 발생량과 비교 · 분석함으로써 바람의 영향이 큰 지역에 대한 비산먼지 피해 예상 지역의 보다 정확한 예측이 가능할 것으로 기대된다.
- PM10 측정 시 미니볼륨에어 샘플러법을 사용하였다. 측정은 Mini Volume Air Sampler(미국 Air Metrecs사 제품)를 사용하였으며, 흡인유속은 7.0 l/min으로 조정하여 47 mm Quartz Fiber filter에 24시간 동안 PM10 시료를 흡인 포집하였다. 이 포집장치는 진공도가 높고 유량이 크며, 운반이 용이하고 맥동이 없이 고르게 작동하는 것이 특징이다.
- 토양시료의 용적밀도는 원통(V)에 다짐을 실시한 후에 시료를 완전히 포화시킨 후의 무게(Sw1)와 건조시킨 후의 무게(Sw2)차를 이용하여 구하였다.
- 4에 나타내었다. 풍속에 따른 발생 예측량에 대한 가덕도 지역의 영향을 살펴보기 위하여 대상지역의 지형에 대하여 등농도 곡선을 나타내었다. 선창마을의 경우 대부분의 지역이 환경기준인 100 µg/m3을 초과하는 것으로 나타났으며 일부 지역은 130 µg/m3을 초과하는 것으로 나타났다.
- 현재 배출량을 적용하여 예측영역의 미세먼지 농도를 예측하였다. 각각의 공사 전 현황농도는 부산신항개발사업 환경영향평가서의 결과를 따른다.
대상 데이터
- 본 연구 대상 지역의 위치는 부산신항만 남컨테이너 부두[2-2단계하부] 축조공사 예정지역으로 부산광역시 강서구 가덕도 북서측 해역 일원에 위치하고 있다. Fig. 2에서 나타낸 바와 같이 발생원지점(A1)을 기준으로 동남 및 동남동 방향에 위치하고 있는 (A2)에서 (A5)까지의 네 지점을 연구 대상 지역으로 선정하여 예측 및 현장 실측을 통해 계절풍으로 인한 영향을 살펴보고자 하였다. 매립지의 북서쪽 경계면(G1)의 거리는 1130 m, 남서쪽 경계면(G2)의 거리는 650 m, 북동쪽 경계면(G3)의 거리는 540 m로 조사되었으며, 계획구간의 총 면적은 앞서 나타낸 바와 같이 637,000 m2으로 나타났다.
- 국제 경쟁력을 보유한 중추 항만으로서의 역할을 수행하고, 항만과 도시 기능의 조화에 따른 종합 항만으로서의 위상을 높이며, 아울러 2000년대 항만 물동량의 원활한 처리를 위해 항만시설을 확충하여 세계 해운의 주항로에 인접한 부산 가덕도 일원과 진해시 용원동, 안골동, 재덕동 일원을 동북아 국제 물류 중심항만으로 육성하고자 신항만 건설 사업이 진행되고 있다. 본 연구 대상 지역의 위치는 부산신항만 남컨테이너 부두[2-2단계하부] 축조공사 예정지역으로 부산광역시 강서구 가덕도 북서측 해역 일원에 위치하고 있다. Fig.
- 측정일자는 2007년 9월 10일부터 2008년 11월 30일 사이이며 Table 1과 같이 사업시행으로 인해 피해가 예상되는 사업지역인 신항만 매립지와 주변 지역인 선창 선착장과 외눌마을 지역을 포함한 총 4개 지역을 선정하여 조사를 실시하였다. Fig.
이론/모형
- PM10 측정 시 미니볼륨에어 샘플러법을 사용하였다. 측정은 Mini Volume Air Sampler(미국 Air Metrecs사 제품)를 사용하였으며, 흡인유속은 7.
- 본 연구의 발생원지점으로부터 영향을 받을 수 있는 가덕도지역은 산악과 구릉지대로 이루어져 있어 지형의 영향을 크게 받는 것으로 판단되었다. 따라서 미국 EPA에서 권장하고 있는 모델 중 지형을 고려하여 산업단지, 발전소, 소각시설과 같은 복합오염원과 점오염원에 대한 대기오염농도를 예측할 수 있는 대기확산모델인 AERMOD 모델을 이용하였다.
- 함수율 측정은 토양공정시험법에 따라 측정하였으며 분석법은 다음과 같다. 평량병 또는 증발접시를 미리 105~110°C에서 1시간 건조시킨 다음 데시케이터 안에서 방냉하였다.
성능/효과
- 3에서 매립지 및 피해예상지역인 선창과 항월, 그리고 외눌지역의 비산모래입자와 일반 토양입자의 SEM Photograph를 나타내었다. 이중 (a) 매립지와 (b) 선창 그리고 (c) 외눌에서의 입자는 대부분이 그림과 같은 침사형의 모래입자를 가지는 것으로 조사되었다. 하지만 (d) 항월에서의 입자 분석결과 표면이 (d) 일반모래의 입자와 유사한 형태를 가지는 것으로 조사되었다.
- 11 m/s의 풍속에 대한 발생량에 비하여 평균 풍속 및 최대풍속이 적기 때문에 발생량 예측 결과는 감소하였으며 항월의 발생 예측량이 율리의 예측량에 비하여 크게 차이가 없는 것으로 나타났다. 이것은 1월의 풍향이 NNW와 NW의 값이 나타났기 때문이다.
- 11.0 m/s의 최대풍속 발생 시 선창지역 전체는 100 µg/m3 이상으로 나타났으며 일부 지역은 130 µg/m3을 초과하는 것으로 예상되었고, 외눌 지역의 경우 발생지역과 인접한 지역이 100 µg/m3을 초과하는 것으로 나타났다.
- AERMOD를 이용한 매립해사의 피해영향 연구결과, 실측 시 겨울철 주 풍향 NW, NNW, WNW일 때 각각 최대풍속 9.0 m/s 초과 시 환경기준(24시간 100 µg/m3)에 근접하였다.
- Fig. 6을 살펴보면 선창지역의 경우 11월 17일의 풍향별 평균풍속은 가장 높은 빈도를 보이는 NNW에 집중되어 있는 것을 알 수 있으나 12월 3일의 경우를 살펴보면 풍향빈도는 WNW이 가장 높은 빈도를 보이고 있었으며, 풍향별 평균풍속을 살펴보면 오히려 NNW에서 더 높은 풍속을 보이고 있다. 따라서 12월 3일은 NNW의 영향이 더 큰 것으로 판단된다.
- Fugitive Dust 실험식을 통하여 풍속 11 m/s와 9 m/s의 비산먼지 원단위 발생량은 각각 26.56 µg/sec · m2, 11.84 µg/sec · m2로 산정되었으며, 11 m/s에서 단위 면적당 가장 많은 비산 먼지가 발생하였다.
- 02 g/cm3로 조사되었다. 다음으로 매립해사에 포함되어 있는 일반모래입자와 해사중의 패류껍질을 분류하여 입자의 밀도와 용적밀도를 구하였으며 그 결과 일반모래의 입자밀도는 2.66 g/cm3, 용적밀도 1.02 g/cm3으로 나타났으며 매립해사 중 약 94.7%의 구성 비율을 나타냈다. 패류껍질의 입자밀도는 1.
- 풍속에 따른 발생 예측량에 대한 가덕도 지역의 영향을 살펴보기 위하여 대상지역의 지형에 대하여 등농도 곡선을 나타내었다. 모든 케이스가 예측 배출량에 따라 농도만 다르게 나타날 뿐, 수평 분포는 거의 동일하게 나타났다. 농도의 변화량은 매립지 인근에서 높게 나타났으며 매립지에 근접할수록 이격거리에 대한 매립지의 농도 변화량이 커짐을 볼 수 있다.
- 매립지의 북서쪽 경계면(G1)의 거리는 1130 m, 남서쪽 경계면(G2)의 거리는 650 m, 북동쪽 경계면(G3)의 거리는 540 m로 조사되었으며, 계획구간의 총 면적은 앞서 나타낸 바와 같이 637,000 m2으로 나타났다. 본 연구의 발생원지점으로부터 영향을 받을 수 있는 가덕도지역은 산악과 구릉지대로 이루어져 있어 지형의 영향을 크게 받는 것으로 판단되었다. 따라서 미국 EPA에서 권장하고 있는 모델 중 지형을 고려하여 산업단지, 발전소, 소각시설과 같은 복합오염원과 점오염원에 대한 대기오염농도를 예측할 수 있는 대기확산모델인 AERMOD 모델을 이용하였다.
- 아울러, 풍속이 5 m/s에서 11 m/s로 증가함에 따라 PM10의 배출량은 0.395~10.95 g/sec로 증가하였으며 비산먼지 원단위 발생량 또한 0.94 µg/sec · m2~26.56 µg/sec · m2로 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 3%의 구성 비율을 나타내었다. 이 결과에 나타난 바와 같이 일반모래에 비해 패류껍질이 포함되어 있는 매립해사의 밀도가 더 낮게 나타남으로써 바람에 의한 매립해사 비산먼지의 발생량이 더 증가할 것으로 판단된다.
- 이 조사를 통해서 피해지역인 선창 및 외눌지역은 현재 매립공사가 진행 중인 매립지의 모래의 입자와 유사한 것으로 판단되나 항월지역의 경우 대부분 매립공사에 의한 영향이기는 하나 일부 흙과 비슷한 형태의 입자가 분석된 것으로 보아 이는 인근 지역의 공사먼지의 영향인 것으로 조사되었다.
- 풍속 9 m/s에 대한 발생량에 따른 각 지점의 농도를 살펴보면 선창은 24시간 미세먼지 배출기준인 100 µg/m3을 초과할 것으로 판단되며 외눌의 경우도 일부 초과되는 지역이 포함되는 것으로 나타났다.
- 89 µg/sec · m2로 11 m/s에서 단위 면적당 가장 많은 비산 먼지가 발생하였다. 풍속이 증가함에 따라 PM10의 배출량은 증가하며 비산먼지 원단위 발생량은 급격히 증가하는 것을 알 수 있다.
후속연구
- 이를 통해 공사 시에 비산먼지가 풍속 및 계절에 따라 인근 주민에게 어느 지역까지 얼마만큼의 피해를 주는지를 예측하며 이를 유출계수를 통하여 산정된 발생량과 비교 · 분석함으로써 바람의 영향이 큰 지역에 대한 비산먼지 피해 예상 지역의 보다 정확한 예측이 가능할 것으로 기대된다.
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