선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 부산광역시 남구 대연동 AWS 942 지점을 포함하는 부경대학교 인근 지역을 대상으로 대규모 아파트 단지 건설 전·후의 AWS (AWS 942) 관측 자료를 분석하고, GIS 자료를 이용한 지형을 구축하여 상세 규모의 대기 흐름과 오염물질 확산 특성을 분석하여 도시 지역에서 대규모 아파트 단지가 인근 지역 대기 흐름과 오염물질 확산에 미치는 영향을 분석하고자 한다.
가설 설정
- 적분시간은 처음 1800초 동안은 수치 도면의 중앙지점 부근의 24개 점 오염원에서 오염 물질을 배출하였고 이 후 오염물질 배출을 중단한 후 3600초까지 수치 적분을 수행하였다. 각 점 오염원에 서는 오염 물질이 100 ppb s -1 의 배출율로 배출된다고 가정하였다. Fig.
- 본 연구에서 사용한 CFD 모델은 김재진 (2007)이 사용한 것과 동일하다. 이 모델은 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 방정식 계에 기초한 모델로서 3차원, 비정수, 비압축 대기 흐름 계를 가정하며 코리올리 효과를 배제한다. 난류 모수화를 위하여 RNGk-ε 난류 종결 방법을 사용하였다.
- 1 m 해상도를 갖는 GIS 자료를 1/10로 축소하여 CFD 모델 입력자료로 사용하였다. 이주현 등(2009)의 방법에 따라, CFD 모델 격자 내에서 건물이 차지하는 비율이 55%를 초과하는 경우 건물이라고 가정하였다. 그림으로 나타내지는 않았지만 1 m 해상도의 건물과 10 m 해상도의 수치 건물을 비교하였을 때, 건물 가장자리의 세밀한 부분을 제외하고는 대체적으로 건물의 형태나 위치 등을 잘 구현하였다.
- 시간 간격을 1초로 하여 3600초까지 수치 적분하였고 이를 이용하여 대기확산 모델을 3600 초까지 수치 적분하였다. 처음 1800초 동안은 수치 도면의 남동쪽에 위치한 점 오염원(Fig. 2a, ①)으로부터 100 ppb s-1의 배출율로 오염 물질이 배출된다고 가정하였고 이 후에는 오염물질 배출을 중단하였다.
제안 방법
- 수평 방향으로는 크기가 일정한 등격자계 (10 m)를 사용하였고 연직 방향으로는 비균등격자계를 사용하였다.
- 1997년 5월 01일부터 2008년 9월 31일 기간 동안, 대연 AWS 942 지점의 매분 풍향, 풍속값을 분석하였다. 보다 명확한 영향 조사를 위하여 아파트 단지 건설 기간 (1999.
- 8가지 풍향에 대해 수치 모의한 결과를 바탕으로 대연 AWS 관측 지점에 나타난 풍속과 풍향을 조사하였다 (Fig. 12). 풍속의 경우, 대규모 아파트 단지 건설 전에도 동풍과 남동풍이 부는 경우를 제외하고는 유입류 풍속에 비해 크게 감소하였다.
- 그러나 아파트 단지 건설 후에는 주야간 변화 없이 거의 일정한 풍향이 나타났다. 동풍, 남동풍, 남풍에 관하여 아파트 단지 건설 전과 후의 바람 벡터장을 비교 분석하였다. 아파트 단지 건설로 건물이 밀집함에 따라 아파트 단지 내에 복잡한 흐름장이 형성되었고 건물의 마찰효과로 인해 풍하측 지역의 풍속이 감소하였다.
- 1997년 5월 01일부터 2008년 9월 31일 기간 동안, 대연 AWS 942 지점의 매분 풍향, 풍속값을 분석하였다. 보다 명확한 영향 조사를 위하여 아파트 단지 건설 기간 (1999.11.01 ~ 2004.09.31)을 제외하였고 아파트 단지 건설 전 (1997.05.01 ~ 1999.10.31)과 건설 후 (2004.10.01 ~ 2008.09.31) 자료를 구분하여 바람장미 분석을 수행하였다 (Fig. 3). 바람장미 분석 결과, 아파트 단지 건설 전과 후의 주풍은 각각 남남서풍과 서남서풍이고, 건설 전에 비해 건설 후 풍속이 감소하였다.
- 본 연구에서는 앞서 수치 시뮬레이션한 흐름장을 바탕으로 총 8가지 방향 (북풍, 북동풍, 동풍, 남동풍, 남풍, 남서풍, 서풍, 북서풍)에 대해 대기확산 모델을 수치 적분하였다. 적분시간은 처음 1800초 동안은 수치 도면의 중앙지점 부근의 24개 점 오염원에서 오염 물질을 배출하였고 이 후 오염물질 배출을 중단한 후 3600초까지 수치 적분을 수행하였다.
- 특히 AWS 인근 지역에서 아파트 단지 건설로 인해 풍향이 크게 변화하였고 풍속도 크게 감소하였다. 수치 시뮬레이션한 흐름장을 이용하여 대기확산 모델을 수치 적분하였다. 3600초에 수치 도면 내의 오염물질 평균농도를 조사한 결과, 모든 경우에서 대규모 아파트 단지 건설 후의 오염물질 평균농도가 높게 나타났다.
- 아파트 단지 건설이 미세 흐름장에 미치는 영향을 분석하기 위해 8가지 풍향 (북풍, 북동풍, 동풍, 남동풍, 남풍, 남서풍, 서풍, 북서풍)에 대한 수치 실험을 수행하였다. 시간 간격을 1초로 하여 3600초까지 수치 적분하였고 이를 이용하여 대기확산 모델을 3600 초까지 수치 적분하였다. 처음 1800초 동안은 수치 도면의 남동쪽에 위치한 점 오염원(Fig.
- 그 결과 풍향의 경우, 아파트 단지 건설 전에는 남남서풍의 주된 풍향을 나타내고 있으나 건설 후에는 서남서풍으로 주풍이 편향된 것을 확인할 수 있었다. 아파트 단지 건설 전인 1998년과 건설 후인 2007년에 대해 계절별로 평균 풍향 일변화를 조사하였다. 대연 AWS 942의 경우 해안가에 위치하고 있기 때문에 아파트 단지 건설 전에는 풍향의 일변화 특징이 비교적 뚜렷하게 나타났다.
- 아파트 단지 건설이 미세 흐름장에 미치는 영향을 분석하기 위해 8가지 풍향 (북풍, 북동풍, 동풍, 남동풍, 남풍, 남서풍, 서풍, 북서풍)에 대한 수치 실험을 수행하였다. 시간 간격을 1초로 하여 3600초까지 수치 적분하였고 이를 이용하여 대기확산 모델을 3600 초까지 수치 적분하였다.
- 아파트 단지가 인근 지역 미세 기상장에 미치는 영향을 조사하기 위하여 아파트 단지 건설 전·후 10년간 (1997년 5월 1일부터 2008년 9월 31일까지) 매분 풍향·풍속을 이용하여 바람장미를 생성하고 분석하였다.
- 아파트 단지에 의한 미세 흐름장 변화를 조사하기 위하여 8가지 풍향 (북풍, 북동풍, 동풍, 남동풍, 남풍, 남서풍, 서풍, 북서풍)에 대한 수치 모의를 수행하였고 아파트 단지에 의해 큰 영향이 예상되는 3가지 풍향 (동풍, 남동풍, 남풍)에 대해 기술하였다.
- 이 장에서는 CFD 모델에서 수치적분된 흐름장을 이용하여 스칼라 오염물질의 확산 특성을 조사하였다. 점오염원으로부터 배출된 비반응성 대기오염 물질이 복잡한 지형에서 형성된 흐름장에 의해 매우 복잡하고 상세하게 확산되고 분포하는 것을 확인할 수 있었다.
- 4는 아파트 단지 건설되기 전 (1998년)과 후 (2007년)의 봄철 (3, 4, 5월), 여름철 (6, 7, 8월), 가을철 (9, 10, 11월), 겨울철 (12, 1, 2월) 평균 풍향 일변화를 나타낸다. 이를 분석하기 위하여 매분 단위의 풍향과 풍속 자료를 1시간 평균하여 사용하였다. 아파트 단지 건설 전, 봄, 여름, 가을철 야간에는 주로 서풍 계열(서남서풍 ~ 북북서풍)의 바람이 불고 주간에는 주로 남풍 계열의 바람이 부는 것을 확인할 수 있다.
- 본 연구에서는 앞서 수치 시뮬레이션한 흐름장을 바탕으로 총 8가지 방향 (북풍, 북동풍, 동풍, 남동풍, 남풍, 남서풍, 서풍, 북서풍)에 대해 대기확산 모델을 수치 적분하였다. 적분시간은 처음 1800초 동안은 수치 도면의 중앙지점 부근의 24개 점 오염원에서 오염 물질을 배출하였고 이 후 오염물질 배출을 중단한 후 3600초까지 수치 적분을 수행하였다. 각 점 오염원에 서는 오염 물질이 100 ppb s -1 의 배출율로 배출된다고 가정하였다.
- 구축한 모델 건물과 지형을 전산유체역학 모델의 입력자료로 사용하였다. 전산유체 역학 모델을 이용하여 대연 AWS 942 지점을 포함하는 총 8가지 풍향 (북풍, 북서풍, 서풍, 남서풍, 남풍, 남동풍, 동풍, 북동풍)에 대하여 대규모 아파트 단지 건설 전과 후의 인근 지역 미세 기상장 변화에 대해 조사하였다. 아파트 단지가 인근 지역 미세 기상장에 미치는 영향을 조사하기 위하여 아파트 단지 건설 전·후 10년간 (1997년 5월 1일부터 2008년 9월 31일까지) 매분 풍향·풍속을 이용하여 바람장미를 생성하고 분석하였다.
대상 데이터
- 61 m이다. 1 m 해상도를 갖는 GIS 자료를 1/10로 축소하여 CFD 모델 입력자료로 사용하였다. 이주현 등(2009)의 방법에 따라, CFD 모델 격자 내에서 건물이 차지하는 비율이 55%를 초과하는 경우 건물이라고 가정하였다.
- 공간 해상도를 1/10로 축소한 모델 건물은 건물의 가장자리의 세밀한 부분을 제외하고는 대체로 건물의 형태를 잘 나타내었다. 구축한 모델 건물과 지형을 전산유체역학 모델의 입력자료로 사용하였다. 전산유체 역학 모델을 이용하여 대연 AWS 942 지점을 포함하는 총 8가지 풍향 (북풍, 북서풍, 서풍, 남서풍, 남풍, 남동풍, 동풍, 북동풍)에 대하여 대규모 아파트 단지 건설 전과 후의 인근 지역 미세 기상장 변화에 대해 조사하였다.
- 본 연구에서는 AWS 942 지점을 포함하는 부산광역시 남구 대연동 일대를 대상지역으로 선정하였다 (Fig. 1a). 붉은색 점은 대연 AWS 942 지점을 나타낸다.
- 본 연구에서는 지리정보시스템 자료를 이용하여 수치 모델 입력자료로 사용되는 모델 건물을 구축하였다. 공간 해상도를 1/10로 축소한 모델 건물은 건물의 가장자리의 세밀한 부분을 제외하고는 대체로 건물의 형태를 잘 나타내었다.
이론/모형
- 난류 모수화를 위하여 RNGk-ε 난류 종결 방법을 사용하였다.
- 바람, 난류 운동 에너지, 난류 운동 에너지 소멸율에 대한 초기 조건은 Castro and Apsley (1997)가 사용한 연직 분포를 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 CFD 모델은 김재진 (2007)이 사용한 것과 동일하다. 이 모델은 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 방정식 계에 기초한 모델로서 3차원, 비정수, 비압축 대기 흐름 계를 가정하며 코리올리 효과를 배제한다.
- 난류 모수화를 위하여 RNGk-ε 난류 종결 방법을 사용하였다. 지배 방정식 계는 유한 체적법과 SIMPLE (semi-implicit method forpressure-linked equation) 알고리즘을 사용하여 엇갈림 격자계 (staggered grid system)에서 수치적으로 풀이 된다. 또한 벽면 경계 근처에서 벽면 함수를 사용하여 벽면 근처에서의 난류 경계층 효과를 잘 반영하도록 고안되었다.
성능/효과
- 수치 시뮬레이션한 흐름장을 이용하여 대기확산 모델을 수치 적분하였다. 3600초에 수치 도면 내의 오염물질 평균농도를 조사한 결과, 모든 경우에서 대규모 아파트 단지 건설 후의 오염물질 평균농도가 높게 나타났다. 이는 건물에 의해 생성된 복잡한 흐름장과 풍속 감소 영향으로 판단된다.
- 또한 건물 사이의 공간에서는 비교적 넓은 지역을 통과하던 흐름이 좁은 지역을 통과하게 될 경우에는 질량보존을 만족시키기 위해 풍속이 빨라지는 channeling 효과도 나타났다. 건물에 부딪힌 흐름이 분리되면서 풍향이 변화하는 것을 확인하였다. 특히 AWS 인근 지역에서 아파트 단지 건설로 인해 풍향이 크게 변화하였고 풍속도 크게 감소하였다.
- 그리고 풍향 일변화는 가을철에 가장 크게 나타났으며 봄, 여름, 겨울철의 순으로 나타났다. 건설 후에는 사계절 모두 풍향의 일변화는 거의 나타나지 않았으며, 주야간 구분 없이 거의 일정한 풍향이 나타났다. 이는 도시 지역에 건설된 아파트 단지가 국지풍에 의한 풍향 일변화를 감소시키는데 직접적인 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.
- 이는 현재의 기상 상태를 진단하고 예측을 위해 기초 자료로 사용되는 자동 기상관측기기의 관측값이 인접한 건물 등에 의해 영향 받을 수 있음을 의미한다. 그 결과 풍향의 경우, 아파트 단지 건설 전에는 남남서풍의 주된 풍향을 나타내고 있으나 건설 후에는 서남서풍으로 주풍이 편향된 것을 확인할 수 있었다. 아파트 단지 건설 전인 1998년과 건설 후인 2007년에 대해 계절별로 평균 풍향 일변화를 조사하였다.
- 아파트 단지 내부에서는 매우 복잡한 흐름 패턴이 나타났다. 대체로 풍속이 감소하지만, 아파트 단지 사이에서는 부분적으로 풍속이 증가하는 channeling 효과가 나타났다.
- 아파트 단지 건설로 건물이 밀집함에 따라 아파트 단지 내에 복잡한 흐름장이 형성되었고 건물의 마찰효과로 인해 풍하측 지역의 풍속이 감소하였다. 또한 건물 사이의 공간에서는 비교적 넓은 지역을 통과하던 흐름이 좁은 지역을 통과하게 될 경우에는 질량보존을 만족시키기 위해 풍속이 빨라지는 channeling 효과도 나타났다. 건물에 부딪힌 흐름이 분리되면서 풍향이 변화하는 것을 확인하였다.
- 3). 바람장미 분석 결과, 아파트 단지 건설 전과 후의 주풍은 각각 남남서풍과 서남서풍이고, 건설 전에 비해 건설 후 풍속이 감소하였다. 건설 전 평균 풍속은 약 2.
- 아파트 단지가 인근 지역 미세 기상장에 미치는 영향을 조사하기 위하여 아파트 단지 건설 전·후 10년간 (1997년 5월 1일부터 2008년 9월 31일까지) 매분 풍향·풍속을 이용하여 바람장미를 생성하고 분석하였다. 수치 시뮬레이션한 8가지 풍향에서 대연 AWS 942 인근 지역의 풍향이 변화하였고 풍속 또한 감소한 것을 확인하였다. 이는 현재의 기상 상태를 진단하고 예측을 위해 기초 자료로 사용되는 자동 기상관측기기의 관측값이 인접한 건물 등에 의해 영향 받을 수 있음을 의미한다.
- 아파트 단지가 건설된 후에는 건물에 의해 흐름이 왜곡되면서 매우 복잡한 형태의 흐름 패턴을 보이고 있으며 건물이 조밀한 아파트 단지 내에서는 매우 복잡한 흐름 패턴을 보인다. 아파트 단지 건설 전에는 유입류 흐름을 저해하는 건물이 존재하지 않기 때문에, 아파트 단지 풍하측 인근 지역의 풍속이 강하게 나타나지만, 건설 후에는 아파트 단지 풍하측 인근 지역의 풍속이 매우 감소하였고 유입류와 다른 풍향이 나타남을 확인할 수 있다. 특히, AWS가 설치된 지역에서는 풍속이 크게 감소하였고 풍향도 유입류와 다른 풍향이 나타나는 것을 확인할 수 있다 (Fig.
- 아파트 단지 건설 전에는 북풍이 부는 경우에 오염물질 평균농도가 가장 낮았으며 서풍이 부는 경우의 평균농도가 가장 높았고, 남서풍, 남동풍, 북서풍, 동풍, 북동풍, 남풍의 순서로 평균농도가 높게 나타났다. 아파트 단지 건설 후에는 남서풍의 경우 평균농도가 가장 높았고, 서풍, 북동풍, 남동풍, 북풍, 동풍, 북서풍, 남풍 순서로 평균농도가 높게 나타났다. 이는 아파트 단지 건설이 점 오염원으로부터 배출된 오염 물질의 확산에도 큰 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.
- 13은 3600초 동안 수치 적분한 후, 수치 도면 전체에 분포하고 있는 오염물질의 평균농도를 나타낸 결과이다. 아파트 단지 건설 후에는 아파트 단지 건설 전과 비교하였을 때 모든 풍향에서 오염물질 평균농도가 높게 나타났다. 특히, 북동풍과 북풍의 경우, 평균농도가 각각 6.
- 이는 아파트 단지가 건설과 관계없이 부경대학교 내부 지역과 풍하측 건물 밀집 지역에서 나타난 복잡한 흐름 패턴과 풍속 감소로 인해 플룸 폭이 넓어지고 그 확산 속도가 감소하기 때문으로 판단된다. 아파트 단지 건설 후에는 아파트 단지 풍하측 인근 지역에 농도 코어가 분포하고 풍하측으로 갈수록 농도가 낮아지는 분포 특징이 나타났다. 특히, 오염물질 플룸 폭이 매우 증가하였으며, 플룸이 수송되는 방향도 아파트 단지 건설 전과 비교 하였을 때, 서쪽으로 다소 편향되는 것을 확인할 수 있다.
- 5b,①, ②). 아파트 단지는 풍하측 뿐만 아니라 풍상측 풍속과 풍향에도 영향을 미치는데, 아파트 단지와 수치 도면 동쪽에 위치한 산 사이에서 channeling에 의한 부분적인 풍속 증가가 나타났고 (Fig. 5b, ③), 아파트 단지 남동쪽에서도 풍속이 증가하였다 (Fig. 5b, ④). 아파트 단지 건설 전에는 해변에 위치한 건물들에 의해 북동풍이 나타나지만 (Fig.
- 특히, 오염원 지역의 풍속이 크게 감소하면서 고농도가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 오염물질 배출 중단 1800초 후의 오염 물질 농도 분포를 보면, 아파트 단지 건설 전에는 오염원으로 유입되는 남동풍에 의해 오염물질이 풍하 지역으로 수송되는데, 플룸이 비교적 넓게 분포하고 북서쪽 경계 부근의 건물 밀집 지역에 오염물질 농도가 비교적 높게 나타났다. 이는 아파트 단지가 건설과 관계없이 부경대학교 내부 지역과 풍하측 건물 밀집 지역에서 나타난 복잡한 흐름 패턴과 풍속 감소로 인해 플룸 폭이 넓어지고 그 확산 속도가 감소하기 때문으로 판단된다.
- 16b, ②). 오염물질 배출 중단 1800초 후의 오염물질 농도 분포를 보면, 아파트 단지 건설 전에는 배출원 북쪽을 향해 플룸이 확산되어 가며 농도 코어가 풍하측 지역의 건물 사이에서 나타나는 것을 확인할 수 있다. 아파트 단지 건설 후에는 비교적 강한 남서풍에 의해 오염물질 플룸이 오염원으로부터 북동쪽으로 확산되다가 남풍에 의해 북쪽으로 확산된다.
- 이 장에서는 CFD 모델에서 수치적분된 흐름장을 이용하여 스칼라 오염물질의 확산 특성을 조사하였다. 점오염원으로부터 배출된 비반응성 대기오염 물질이 복잡한 지형에서 형성된 흐름장에 의해 매우 복잡하고 상세하게 확산되고 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 건물이나 지형이 흐름을 결정하는 중요한 외력으로 작용할 수 있는 도시 지역의 대기오염 물질 확산 특성 분석, 대기질 예측, 대기영향평가 등을 수행할 경우, CFD 모델에 근거한 대기확산 모델의 사용이 수반되어야 함을 의미한다.
- 아파트 단지 건설 후에는 아파트 단지 풍하측 인근 지역에 농도 코어가 분포하고 풍하측으로 갈수록 농도가 낮아지는 분포 특징이 나타났다. 특히, 오염물질 플룸 폭이 매우 증가하였으며, 플룸이 수송되는 방향도 아파트 단지 건설 전과 비교 하였을 때, 서쪽으로 다소 편향되는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- AWS 관측 결과에는 아파트 단지의 효과뿐만 아니라 AWS 주변 건물 영향이 이미 포함이 되어 있기 때문에, AWS 관측 결과와 각각의 유입류에 따른 AWS 지점에서 수치 모의된 결과를 정량적으로 비교하기 매우 어렵다. 그러나, 이 결과는 AWS 주변 건물이 AWS 관측값에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여주며 대규모 건축물이 건축되는 등 AWS 인근 지역 건물 정보가 변화할 때, 이에 대한 충분한 사전 평가와 함께 AWS 자료의 신뢰성 확보를 위한 대안 검토가 선행되어야 함을 시사한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.