국내 주요 상수 취수원은 동일한 하천 및 호수에 하수 처리장이 위치해 있어 처리 방출수로 인한 악영향을 받게 된다. 또한 하천을 따라 건설된 도로나 교량에서 발생하는 교통사고나 수질 오염사고로 인한 하천 내의 오염물 유입은 취수장 운영에 큰 어려움을 주게 된다. 특히 우리나라 주요 상수원에 해당하는 팔당호의 경우 호수면적에 비해 유역면적이 상당히 크기 때문에 다양한 수질 오염사고에 노출되어 있다. 따라서 사전에 발생 가능한 수질사고를 모의하고 이에 대한 대책을 모색하는 일이 매우 중요하다. 본 연구에서는 팔당호 주변에서 발생할 수 있는 수질 오염사고에 대한 수질모의를 수행하였다. 2차원 수치모형을 이용하여 사고로 유입된 오염물질의 혼합거동을 모의하였고, 팔당호에 위치한 주요 취수장에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해서 2차원 흐름모형인 RMA-2를 이용하여 유속장을 모의하고, 이 결과를 2차원 하천수질 해석모형인 RAM4에 입력하여 오염물질의 시간에 따른 거동을 분석하였다. 갈수기 수질사고 발생시 저감방안으로써 남한강과 북한강의 유량증대에 따른 오염물질의 희석 및 수세 효과에 대해 분석하였다. 분석결과 유량증대에 따라 오염물질의 최대 농도는 더 높아지면서 더 빠르게 이동하는 현상을 관찰할 수 있었다. 따라서 오염물질이 주입된 지점에서의 초기 희석 효과보다는 빨라진 흐름에 의한 수세 효과가 훨씬 더 크게 나타난 것으로 판단된다. 이를 통해 독성 오염물질로 인한 수질사고 발생시 유량증대에 의한 수세 효과가 취수장 운영에 있어 유리한 대책이 될 수 있음을 확인할 수 있다.
국내 주요 상수 취수원은 동일한 하천 및 호수에 하수 처리장이 위치해 있어 처리 방출수로 인한 악영향을 받게 된다. 또한 하천을 따라 건설된 도로나 교량에서 발생하는 교통사고나 수질 오염사고로 인한 하천 내의 오염물 유입은 취수장 운영에 큰 어려움을 주게 된다. 특히 우리나라 주요 상수원에 해당하는 팔당호의 경우 호수면적에 비해 유역면적이 상당히 크기 때문에 다양한 수질 오염사고에 노출되어 있다. 따라서 사전에 발생 가능한 수질사고를 모의하고 이에 대한 대책을 모색하는 일이 매우 중요하다. 본 연구에서는 팔당호 주변에서 발생할 수 있는 수질 오염사고에 대한 수질모의를 수행하였다. 2차원 수치모형을 이용하여 사고로 유입된 오염물질의 혼합거동을 모의하였고, 팔당호에 위치한 주요 취수장에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해서 2차원 흐름모형인 RMA-2를 이용하여 유속장을 모의하고, 이 결과를 2차원 하천수질 해석모형인 RAM4에 입력하여 오염물질의 시간에 따른 거동을 분석하였다. 갈수기 수질사고 발생시 저감방안으로써 남한강과 북한강의 유량증대에 따른 오염물질의 희석 및 수세 효과에 대해 분석하였다. 분석결과 유량증대에 따라 오염물질의 최대 농도는 더 높아지면서 더 빠르게 이동하는 현상을 관찰할 수 있었다. 따라서 오염물질이 주입된 지점에서의 초기 희석 효과보다는 빨라진 흐름에 의한 수세 효과가 훨씬 더 크게 나타난 것으로 판단된다. 이를 통해 독성 오염물질로 인한 수질사고 발생시 유량증대에 의한 수세 효과가 취수장 운영에 있어 유리한 대책이 될 수 있음을 확인할 수 있다.
In Korea, many water intake plants are easily affected by effluents of sewage treatment plants because sewage treatment plants are usually located upstream or nearby the plants of the same riverine area. Furthermore, the inflow of harmful contaminants owing to pollutant spills or transportation acci...
In Korea, many water intake plants are easily affected by effluents of sewage treatment plants because sewage treatment plants are usually located upstream or nearby the plants of the same riverine area. Furthermore, the inflow of harmful contaminants owing to pollutant spills or transportation accidents of vehicles using the roads and bridges intersecting the river causes significant impact on the management of water intake plants. Paldang lake, the main water intake plants in Korea, is especially exposed to various water pollution accidents, because the drainage basin area is significantly large compared to the water surface area of the lake. Therefore it is necessary to predict the possible pollutant spill in advance and consider measurements in case of water pollution. In this study, water quality prediction was performed in Paldang Lake in Korea durig the dry season using two-dimensional numerical models. In order to represent the cases of pollutant accidents, the difference of pollutant transport patterns with varying injection points was analyzed. Numerical simulations for hydrodynamics of water flow and water quality predictions were performed using RMA-2 and RAM4 respectively. As a result of simulation, the difference of pollutant transport with the injection points was analyzed. As a countermeasure against the pollutant accident, the augmentation of the flow rate is proposed. In comparison with the present state, the rapid dilution and flushing effects on the pollutant cloud could be expected with increase of flow rate. Thus, increase of flow rate can be used for operation of water intake plants in case of pollutant spill accidents.
In Korea, many water intake plants are easily affected by effluents of sewage treatment plants because sewage treatment plants are usually located upstream or nearby the plants of the same riverine area. Furthermore, the inflow of harmful contaminants owing to pollutant spills or transportation accidents of vehicles using the roads and bridges intersecting the river causes significant impact on the management of water intake plants. Paldang lake, the main water intake plants in Korea, is especially exposed to various water pollution accidents, because the drainage basin area is significantly large compared to the water surface area of the lake. Therefore it is necessary to predict the possible pollutant spill in advance and consider measurements in case of water pollution. In this study, water quality prediction was performed in Paldang Lake in Korea durig the dry season using two-dimensional numerical models. In order to represent the cases of pollutant accidents, the difference of pollutant transport patterns with varying injection points was analyzed. Numerical simulations for hydrodynamics of water flow and water quality predictions were performed using RMA-2 and RAM4 respectively. As a result of simulation, the difference of pollutant transport with the injection points was analyzed. As a countermeasure against the pollutant accident, the augmentation of the flow rate is proposed. In comparison with the present state, the rapid dilution and flushing effects on the pollutant cloud could be expected with increase of flow rate. Thus, increase of flow rate can be used for operation of water intake plants in case of pollutant spill accidents.
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문제 정의
본 논문에서는 2차원 흐름모형인 RMA-2를 이용하여 팔당호의 갈수기 흐름조건에 대한 흐름모의를 수행한 후, 2차원 수질모형인 RAM4를 이용하여 다양한 수질오염 사고에 대해 모의하였다. 갈수기 수질사고 등으로 인해 질량 형태로 하천에 유입되는 비보존성 오염물질의 혼합특성 분석을 위해 양수대교와 용담대교에서 오염물질이 순간적으로 질량 주입되는 수질사고를 가정하여 이에 대한 모의를 수행하였다. 양수대교의 경우 교량의 좌안, 중앙, 우안에서 10 ton의 페놀을 주입하여 모의함으로써 오염물질 유입 위치에 따른 오염 물질 거동의 차이를 분석하였다.
또한 수체에 질량형태로 유입되는 오염물질을 농도로 변환하지 않고 직접 입력할 수 있기 때문에 순간적인 오염물질 유입사고를 모의하기에 적합하다(서일원, 2008). 따라서 본 연구와 같이 수질사고로 인한 오염물질의 거동과 이에 따른 영향 검토에 적합하다고 판단된다. RAM4 모형의 특장점 및 RMA-4와의 비교 내용을 표 1에 수록하였다(서울대학교, 2004).
본 논문에서는 2차원 흐름모형인 RMA-2를 이용하여 팔당호의 갈수기 흐름조건에 대한 흐름모의를 수행한 후, 2차원 수질모형인 RAM4를 이용하여 다양한 수질오염 사고에 대해 모의하였다. 갈수기 수질사고 등으로 인해 질량 형태로 하천에 유입되는 비보존성 오염물질의 혼합특성 분석을 위해 양수대교와 용담대교에서 오염물질이 순간적으로 질량 주입되는 수질사고를 가정하여 이에 대한 모의를 수행하였다.
수질사고 등으로 인해 질량 형태로 하천에 유입되는 비보존성 오염물질의 혼합특성을 분석하기 위하여 팔당호에 위치한 양수대교와 용담대교에서 오염물질을 주입하는 조건으로 RAM4 모의를 수행하였다. 본 수치모의의 목적은 주요 상수원인 팔당호의 발생할 수 있는 수질사고에 대비하여 오염물질의 거동을 분석하고 나아가서 오염물질이 취수장에 미치는 영향을 검토하는 것이기 때문에 오염물질로서 독성이 강한 페놀을 가정하여 주입하였다. 페놀의 경우 낙동강 수질사고 등에서 나타났듯이 독성이 매우 강하기 때문에 우리나라의 경우 음용수 허용기준치가 0.
본 연구에서는 팔당호 주변에서 발생할 수 있는 수질 오염사고에 대한 수질모의를 수행하였다. 2차원 수치모형을 통하여 사고로 유입된 오염물질의 혼합 거동을 모의하였고, 팔당호에 위치한 주요 취수장에 미치는 영향을 분석하였다.
용담대교 수질사고 수치모의에서는 수질사고 저감방안으로 북한강과 남한강 유량 증대에 따른 오염물질의 희석 및 수세 효과에 대해 살펴보았다. 북한강과 남한강 유량을 갈수기 유량의 3.
용담대교 수질사고의 경우 하천 유량증대로 인한 희석(dilution) 및 수세(flushing) 효과를 알아보기 위하여 북한강과 남한강의 유량을 400 m3/s로 증가시켜 오염운의 거동이 어떻게 변하는지 살펴보았다. 북한강과 남한강의 유량을 증가시켜 RMA-2를 모의한 결과, 북한강 유량증대의 경우 북한강의 유속이, 남한강 유량증대의 경우 남한강의 유속이 크게 증가하는 것으로 나타났다.
가설 설정
양수대교와 마찬가지로 비보존성 오염물질인 페놀이 10 ton 투입되었을 경우를 가정하였으며 감쇠계수는 0.1 /day, 종·횡방향 분산계수는 각각 10 m2/s와 1m 2/s를 입력하였다.
RAM4의 모의조건으로서 종분산계수는 10 m2/s, 횡분산계수는 1 m2/s를 입력하였다. 유입되는 페놀의 질량은 10 ton으로 가정하였고, 페놀의 감쇠계수는 0.1 /day로 입력하였다. 이는 국내외 연구에서 제안한 자료를 바탕으로 한 것이다(Arutchelvan 등, 2005; Kumar 등, 2006).
제안 방법
본 연구에서는 팔당호 주변에서 발생할 수 있는 수질 오염사고에 대한 수질모의를 수행하였다. 2차원 수치모형을 통하여 사고로 유입된 오염물질의 혼합 거동을 모의하였고, 팔당호에 위치한 주요 취수장에 미치는 영향을 분석하였다. RMA-2를 이용하여 유속장을 모의하고, 이 결과를 RAM4에 입력하여 시·공간에 따른 오염물질의 농도 분포를 분석하였다.
RMA-2를 이용하여 유속장을 모의하고, 이 결과를 RAM4에 입력하여 시·공간에 따른 오염물질의 농도 분포를 분석하였다.
025를 적용하였고, 와점성계수의 경우 Peclet 컨트롤 모의(Peclet 수=40)를 선택하였다. 계산 시간 간격은 0.5 시간으로 설정하였고 핫스타트 기능을 사용하여 비정상상태 모의 수행 후 정상상태 모의를 수행하여 최종 흐름결과를 얻었다.
5 m의 왕복 4차선 도로이다. 규모가 비교적 큰 교량이기 때문에 오염물질 유입 위치에 따라 오염물질의 거동에 차이가 있으리라 판단하여 오염물질 주입지점을 교량의 좌안, 중앙, 우안으로 나누어 모의하였다. RAM4의 모의조건으로서 종분산계수는 10 m2/s, 횡분산계수는 1 m2/s를 입력하였다.
RMA-2를 이용하여 유속장을 모의하고, 이 결과를 RAM4에 입력하여 시·공간에 따른 오염물질의 농도 분포를 분석하였다. 또한 수질사고 발생시 저감방안으로써 남한강과 북한강의 유량 증대에 따른 오염물질의 희석 및 세척 효과를 분석하였다.
수질사고 등으로 인해 질량 형태로 하천에 유입되는 비보존성 오염물질의 혼합특성을 분석하기 위하여 팔당호에 위치한 양수대교와 용담대교에서 오염물질을 주입하는 조건으로 RAM4 모의를 수행하였다. 본 수치모의의 목적은 주요 상수원인 팔당호의 발생할 수 있는 수질사고에 대비하여 오염물질의 거동을 분석하고 나아가서 오염물질이 취수장에 미치는 영향을 검토하는 것이기 때문에 오염물질로서 독성이 강한 페놀을 가정하여 주입하였다.
갈수기 수질사고 등으로 인해 질량 형태로 하천에 유입되는 비보존성 오염물질의 혼합특성 분석을 위해 양수대교와 용담대교에서 오염물질이 순간적으로 질량 주입되는 수질사고를 가정하여 이에 대한 모의를 수행하였다. 양수대교의 경우 교량의 좌안, 중앙, 우안에서 10 ton의 페놀을 주입하여 모의함으로써 오염물질 유입 위치에 따른 오염 물질 거동의 차이를 분석하였다. 분석결과 좌안 및 중앙 주입의 경우 팔당 1~3 취수장의 최대 농도값이 0.
하천수질측정망으로는 삼봉리, 대성리, 강상, 팔당댐 4개 측점, 호소수로는 팔당댐 1, 2, 3, 4, 5의 5개 측점을 운영하고 있다. 조사항목은 수온, DO, BOD, COD, SS, TN, TP, NH3-N, NO3-N, 페놀류, 전기 전도도, 분원성 대장균군수 등이며 측정 빈도는 월 1회이다(환경부, 1997). 한강물환경연구소가 팔당댐 수질측정망 중 취수장에 가장 가까운 팔당댐 2 측점에서 조사한 최근 5년간 연평균 수질현황은 표 3과 같다.
대상 데이터
RMA-2의 입력 자료인 상·하류 경계단의 수위 및 유량은 하천정비기본계획 보고서의 자료를 이용하였다.
56 m3/s로 결정하였다. 모의 영역의 하류 경계단인 팔당댐 지점에서의 수심은 저수위(low water level)인 25.0 m로 선정하였다. 이상의 흐름모의 경계조건을 그림 3에 나타내었다.
본 연구의 대상영역은 팔당호로서 서울에서 동쪽으로 약 45 km 떨어진 경기도 남양주시 능내리에 위치하고 있다(그림 1). 팔당호는 수도권의 상수원수로서 매우 중요한 기능을 맡고 있으며 현재 4개의 취수구(팔당 1~3 및 광주-용인 취수장)에서 상수원수를 취수하고 있다(그림 2).
용담대교는 남한강 하류인 경기도 양평군 양수리에서 신원리에 걸쳐 있는 길이 2,380 m, 폭 10.75 m의 2차선 교량이다. 1997년에 개통되었으며 교량 폭이 좁고 차량통행이 많기 때문에 수질사고가 일어날 수 있는 확률이 높다.
하상 지형자료는 한강수계치수기본계획보고서(건설부, 1992) 및 경안천수계하천정비기본계획보고서(건설교통부, 2001)의 평면도 및 횡단면 자료로부터 취득하였다. 총 절점 수는 4914개이며 총 요소 수는 1634개로서 2차 삼각요소가 356개, 2차 사각요소가 1278개로 구성하였다. 본 격자의 최저 하상고는 1.
팔당호 대상지역에 대하여 전후처리기인 SMS를 사용하여 격자를 구성하였으며 결과는 그림 3과 같다. 하상 지형자료는 한강수계치수기본계획보고서(건설부, 1992) 및 경안천수계하천정비기본계획보고서(건설교통부, 2001)의 평면도 및 횡단면 자료로부터 취득하였다. 총 절점 수는 4914개이며 총 요소 수는 1634개로서 2차 삼각요소가 356개, 2차 사각요소가 1278개로 구성하였다.
이론/모형
이다. 2차원 이송-분산방정식의 종분산계수는 Elder(1959)가 제안한 식을 이용하여 산정한다.
본 연구에서 RMA-2를 사용한 것은 기존에 하천수리 해석에 가장 빈번히 사용된 모형이 본 모형이기 때문이다. Gee와 Wilcox(1985), 박무종 등(1994), 오정선 등(2004) 등 많은 연구자들이 본 모형을 사용하여 흐름해석을 수행한 바 있으며 따라서 많은 검증이 이루어졌다는 판단으로 RMA-2를 사용하였다.
위의 과정에 의해서 생성된 대수방정식을 풀어서 얻어낸 결과값이 모의 결과 C(x, y, t)가 된다. RAM4는 유한요소법의 여러 수치기법 중 Galerkin 법을 사용시 발생하는 이송항에 의한 수치해의 불안정성을 보완하기 위하여 SU-PG(Streamwise Upwind Petrov-Galerkin)법을 수치기법으로 사용하였다. 형상함수는 선형형상함수(linear shape function) 및 2차 형상함수(quadratic shape function)를 사용하였고 요소망은 선형 사각요소(bilinear rectangular element), 2차 사각요소(quadratic rectangular element), 선형삼각요소(linear triangular element), 2차 삼각요소(quadratic triangular element)를 사용하였다.
2차원 하천해석 수치모형 중 국내외에서 많이 사용하고 있는 모델 중 하나는 RMA 모형이다. RMA 모형은 미공병단 수로 실험소(Waterways Experiment Station)의 TABS-2모형을 원형으로 하며, Resource Management Association사의 이름을 따서 명명되었다. 2차원 수질해석 모형인 RMA-4는 2차원 흐름해석모형인 RMA-2와 함께 GUI 지원모형인 SMS와 결합하여 널리 사용되고 있다.
RMA-2 모형은 수치기법으로 유한차분법의 일종인 가중잔차 Galerkin 법을 사용하고 있으며, 공간에 대한 적분법으로 Gaussian 적분법, 시간에 대한 적분법으로 비선형 유한차분근사법을 이용한다. 유한차분법의 형상함수는 유속에 대해서 2차 함수이며, 수위에 대해서는 1차 함수로 혼합보간기법이 적용된다.
형상함수는 선형형상함수(linear shape function) 및 2차 형상함수(quadratic shape function)를 사용하였고 요소망은 선형 사각요소(bilinear rectangular element), 2차 사각요소(quadratic rectangular element), 선형삼각요소(linear triangular element), 2차 삼각요소(quadratic triangular element)를 사용하였다. 매트릭스 솔버로는 프론탈 해법(frontal solution technique)을 채택하였다. RAM4 모형의 정확성에 대해서는 이명은(2007) 및 이명은과 서일원(2008)이 검증한 바 있다.
본 연구에서 팔당호에 유입된 오염물질의 혼합거동을 분석하기 위해서 2차원 하천수질 해석모형인 RAM4 모형을 사용하였다. RAM4 모형은 21세기 프론티어연구개발사업의 지원으로 개발된 RAMS(River Analysis and Modeling System) 모형의 하천수질 해석모듈이다.
본 연구에서는 기존의 하천수리 해석에 가장 빈번히 사용된 모형으로서 다양한 연구를 통해 검증이 잘 이루진 RMA-2를 사용하였다. 흐름모형인 RMA-2는 천수방정식을 지배방정식으로 하는 2차원 유한요소 수치모형으로서 상류흐름(subcritical flow)의 수위와 수평 방향의 2차원 유속 성분을 계산한다.
그러나 수심방향으로 혼합이 완료된 후에는 수심방향 농도 변화는 무시되며 수평 방향과 흐름방향의 농도 변화가 중요해진다. 여기서는 수심 평균된 농도장을 해석하기 위하여 2차원 이송-분산 방정식을 사용할 수 있다. 2차원 하천해석 수치모형 중 국내외에서 많이 사용하고 있는 모델 중 하나는 RMA 모형이다.
유속장 모의를 위해 흐름모형인 RMA-2를 적용하였다. 유량에 대한 모의조건으로서 갈수기를 선택하였는데, 이는 오염물질의 사고유입 시 하천 및 호소의 수질에 미치는 영향이 갈수기에 더 심각할 것이라는 판단에 근거한 것이다.
유한차분법의 형상함수는 유속에 대해서 2차 함수이며, 수위에 대해서는 1차 함수로 혼합보간기법이 적용된다. 해를 구하는 방법으로는 완전 음해법, 반복 계산법으로는 각 시간 단계마다 Newton-Raphson 방법을 사용한다.
RAM4는 유한요소법의 여러 수치기법 중 Galerkin 법을 사용시 발생하는 이송항에 의한 수치해의 불안정성을 보완하기 위하여 SU-PG(Streamwise Upwind Petrov-Galerkin)법을 수치기법으로 사용하였다. 형상함수는 선형형상함수(linear shape function) 및 2차 형상함수(quadratic shape function)를 사용하였고 요소망은 선형 사각요소(bilinear rectangular element), 2차 사각요소(quadratic rectangular element), 선형삼각요소(linear triangular element), 2차 삼각요소(quadratic triangular element)를 사용하였다. 매트릭스 솔버로는 프론탈 해법(frontal solution technique)을 채택하였다.
성능/효과
01 mg/L 이상을 유지하고 있음을 볼 수 있었다. 따라서 실제로 오염물질이 팔당호에 유입되었을 경우 수질이 회복되기 위해서 상당한 기일이 필요함을 예측할 수 있었다.
따라서 주입 지점 근역에서의 초기농도 희석 효과보다는 빨라진 유속에 의한 수세 효과가 훨씬 크게 나타나는 것으로 판단된다. 또한 농도 곡선의 하강부가 유량 증대 전에 비하여 급격히 감소하여 오염물질(페놀) 농도가 주입 후 4일 경과 후에 음용수 기준인 0.005 mg/L 이하로 떨어지는 것을 알 수 있었다. 이는 팔당호 내 수질사고 발생시 유량증대에 의한 수세 효과가 취수장 운영에 유리한 대안이 될 수 있음을 의미한다.
12 mg/L로 나타나, 좌안 및 중앙 주입이 우안 주입에 비해 팔당호 내 취수장에 미치는 영향이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 첨두 농도 이후 하강곡선이 매우 완만하게 감소하면서 긴 꼬리를 형성하고 있어서 12.5일이 경과 후에도 페놀의 농도가 0.01 mg/L 이상을 유지하고 있음을 볼 수 있었다. 따라서 실제로 오염물질이 팔당호에 유입되었을 경우 수질이 회복되기 위해서 상당한 기일이 필요함을 예측할 수 있었다.
용담대교 수질사고 수치모의에서는 수질사고 저감방안으로 북한강과 남한강 유량 증대에 따른 오염물질의 희석 및 수세 효과에 대해 살펴보았다. 북한강과 남한강 유량을 갈수기 유량의 3.7~4.5배 증대시켜 수치모의를 수행한 결과, 유량 증대 전에 비하여 오염물질의 최고 농도는 더 높아지면서 더 빨리 이동함을 볼 수 있었다. 특히 남한강 유량 증대의 경우 팔당 2 취수장에서의 최대 농도의 도달시간이 유량 증대 전에 비하여 3일 가량 빨라지고, 최대 농도는 2배 정도 높아지는 것을 확인할 수 있다.
/s로 증가시켜 오염운의 거동이 어떻게 변하는지 살펴보았다. 북한강과 남한강의 유량을 증가시켜 RMA-2를 모의한 결과, 북한강 유량증대의 경우 북한강의 유속이, 남한강 유량증대의 경우 남한강의 유속이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 유속의 증가는 오염원의 이동을 가속시켜 수세 효과를 가져오는 것으로 판단된다.
양수대교의 경우 교량의 좌안, 중앙, 우안에서 10 ton의 페놀을 주입하여 모의함으로써 오염물질 유입 위치에 따른 오염 물질 거동의 차이를 분석하였다. 분석결과 좌안 및 중앙 주입의 경우 팔당 1~3 취수장의 최대 농도값이 0.14~0.15 mg/L인 반면 우안 주입의 경우 0.12 mg/L로 나타나, 좌안 및 중앙 주입이 우안 주입에 비해 팔당호 내 취수장에 미치는 영향이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 첨두 농도 이후 하강곡선이 매우 완만하게 감소하면서 긴 꼬리를 형성하고 있어서 12.
이 그림은 양수대교의 좌안, 중앙, 우안에 주입된 오염물질(페놀)이 이송-분산 및 감쇠 과정을 거쳐서 혼합된 후, 팔당호 좌안에 위치한 4개의 취수장에 도달했을 때 나타나는 농도를 시간에 따라 도시한 것이다. 전술하였듯이 우안 주입이 좌안 및 중앙 주입의 경우보다 취수장에 미치는 영향이 작음을 확인할 수 있다. 팔당 1~3 취수장의 최대 농도값이 좌안 및 중앙 주입의 경우 0.
5 km2으로서 호소면적에 대한 유역면적의 비율이 약 700이다. 표 2에 수록한 호소면적 대 유역면적비의 값을 살펴보면, 국내외 주요 호수보다 팔당호의 호소면적에 대한 유역면적의 비가 매우 큼을 알 수 있다. 이는 상대적으로 넓은 유역에서 오염물질이 유입된다는 뜻이고 따라서 팔당호가 수질오염 및 수질사고에 매우 취약함을 의미한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Lee와 Seo, 2007에 따르면, RAM4가 오염물질의 사고 유입을 모의하는 데에 매우 적합한 모형인 이유는?
RAM4는 국내에서 개발된 2차원 하천 수질해석 프로그램으로서 사행하천에서의 오염물질의 혼합거동을 정확하게 재현하지 못하는 RMA-4의 단점을 보완한 모형이다(서일원, 2008). 또한 RAM4는 수질사고 등에 의해 순간적으로 유입되는 질량 형태의 오염물질을 모의영역의 경계와 내부 격자에 직접 입력할 수 있어서 오염물질의 사고 유입을 모의하는 데에 매우 적합한 모형이다(Lee와 Seo, 2007).
하천에서 오염물질이 유입되어 혼합되는 과정의 두 단계는 무엇인가?
하천에서 오염물질이 유입되어 혼합되는 과정은 크게 두 단계로 나누어 볼 수 있다. 첫 번째 단계는 근역혼합으로서, 유입되는 오염물질이 가지는 부력과 모멘텀이 혼합 과정에 큰 영향을 미치는 영역이다. 대부분의 하천의 경우, 수심이 상대적으로 작기 때문에 근역에서 수심 방향 혼합이 완료된다. 두 번째 단계는 원역혼합단계로서 근역혼합 후에 부력과 초기 모멘텀의 영향이 감소하면서 하천의 난류와 흐름에 따라 혼합이 진행되는 영역이다. 근역에서의 혼합거동을 살펴보기 위해서는 3차원 이송-확산 방정식이 필요하다.
본 연구에서, 갈수기 수질사고 등으로 인해 질량 형태로 하천에 유입되는 비보존성 오염물질의 혼합특성 분석을 위해 양수대교에서 오염물질이 순간적으로 질량 주입되는 수질사고를 가정하여 이에 대한 모의를 수행한 결과는 무엇인가?
갈수기 수질사고 등으로 인해 질량 형태로 하천에 유입되는 비보존성 오염물질의 혼합특성 분석을 위해 양수대교와 용담대교에서 오염물질이 순간적으로 질량 주입되는 수질사고를 가정하여 이에 대한 모의를 수행하였다. 양수대교의 경우 교량의 좌안, 중앙, 우안에서 10 ton의 페놀을 주입하여 모의함으로써 오염물질 유입 위치에 따른 오염 물질 거동의 차이를 분석하였다. 분석결과 좌안 및 중앙 주입의 경우 팔당 1~3 취수장의 최대 농도값이 0.14~0.15 mg/L인 반면 우안 주입의 경우 0.12 mg/L로 나타나, 좌안 및 중앙 주입이 우안 주입에 비해 팔당호 내 취수장에 미치는 영향이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 첨두 농도 이후 하강곡선이 매우 완만하게 감소하면서 긴 꼬리를 형성하고 있어서 12.5일이 경과 후에도 페놀의 농도가 0.01 mg/L 이상을 유지하고 있음을 볼 수 있었다. 따라서 실제로 오염물질이 팔당호에 유입되었을 경우 수질이 회복되기 위해서 상당한 기일이 필요함을 예측할 수 있었다.
참고문헌 (23)
건설교통부(2001) 경안천수계하천정비기본계획보고서.
건설교통부(1992) 한강수계치수기본계획(하천정비기본계획).
경기개발연구원(2008) 팔당호 수질사고 예경보 시스템 개발에 관한 기초연구.
김형일, 이종설, 허준행, 조원철(1998) 한강하류부에서의 오염물질의 거동 특성 연구. 한국수자원학회 논문집, 한국수자원학회, 제31권 제1호, pp. 85-93.
박무종, 김중훈, 윤용남(1994) RMA-4에 의한 한강하류부에서의 오염물 확산 이송 특성연구. 대한토목학회 학술발표회 논문집, 대한토목학회, pp. 89-92.
서울대학교(2004) 하천흐름 및 하상변동 해석기술 개발 1단계 최종보고서, 21세기 프론티어연구개발사업.
서일원(2008) RAMS 적용. 21세기 프론티어연구개발사업.
서일원, 이명은(2006) 유속장을 고려한 분산텐서를 포함한 2차원 이송-분산모형의 개발. 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제26권 제2B호, pp. 171-178.
서일원, 이명은(2007) 하천 오염확산 수치해석에서 생성항을 이용한 순간주입 모의. 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제27권 제1B호, pp. 1-8.
오정선, 서일원, 김영한(2004) 사행하천에서 오염물질의 2차원 거동특성 해석. 한국수자원학회 논문집, 제37권 제12호, pp. 979-992.
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