최근 하수관거 매설과 하수종말처리장 등의 건설로 인해 도시하천의 수질이 크게 개선되고 있으나, 하 폐수 처리시설의 부족으로 하천으로 유입되는 다양한 오염물질은 수중생태계 교란과 적조를 발생시키고 있다. 울산 태화강의 하류부는 하폭이 크고 하상경사가 매우 완만한 감조하천으로써 갈 저수기에는 유속이 매우 느리게 된다. 게다가 약 1.2km 떨어져 있는 2개 교량의 전면기초로 된 교각보호공으로 인해 흐름이 정체되고 오염물질이 퇴적되어, 수년전부터 발생하고 있는 태화강 적조의 원인이 되거나 적조를 활성화 시키고 있다. 본 연구에서는 RMA2모형을 이용하여 두 교량의 교각을 독립기초로 개선하고 흐름을 소통시킬 수 있는 통수단면을 확보했을 때, 수리학적으로 개선될 수 있는 유속과 유량의 변화폭을 모의하였다. 그 결과 유속은 최대 약 103%, 유량은 최대 61% 증가하는 것으로 나타났다. 이는 적조를 직접 소멸시킬 수는 없으나 적조발생을 억제하거나 감소시킬 수 있으며, 오염물질의 퇴적을 막아 적조발생 원인을 근원적으로 제어할 수 있는 것으로 판단된다.
최근 하수관거 매설과 하수종말처리장 등의 건설로 인해 도시하천의 수질이 크게 개선되고 있으나, 하 폐수 처리시설의 부족으로 하천으로 유입되는 다양한 오염물질은 수중생태계 교란과 적조를 발생시키고 있다. 울산 태화강의 하류부는 하폭이 크고 하상경사가 매우 완만한 감조하천으로써 갈 저수기에는 유속이 매우 느리게 된다. 게다가 약 1.2km 떨어져 있는 2개 교량의 전면기초로 된 교각보호공으로 인해 흐름이 정체되고 오염물질이 퇴적되어, 수년전부터 발생하고 있는 태화강 적조의 원인이 되거나 적조를 활성화 시키고 있다. 본 연구에서는 RMA2모형을 이용하여 두 교량의 교각을 독립기초로 개선하고 흐름을 소통시킬 수 있는 통수단면을 확보했을 때, 수리학적으로 개선될 수 있는 유속과 유량의 변화폭을 모의하였다. 그 결과 유속은 최대 약 103%, 유량은 최대 61% 증가하는 것으로 나타났다. 이는 적조를 직접 소멸시킬 수는 없으나 적조발생을 억제하거나 감소시킬 수 있으며, 오염물질의 퇴적을 막아 적조발생 원인을 근원적으로 제어할 수 있는 것으로 판단된다.
Recently, Water quiality of urban river largely have gotten better by virtue of sewer pipe laying and sewage treatment plants construction. or the various contaminants which is flowed in into river have generated underwater ecosystem disturbance and red tide by lack of sewage and waste water disposa...
Recently, Water quiality of urban river largely have gotten better by virtue of sewer pipe laying and sewage treatment plants construction. or the various contaminants which is flowed in into river have generated underwater ecosystem disturbance and red tide by lack of sewage and waste water disposal facilities. With tidal river, taehwa river of ulsan metropolitan city has large river width and gradual stream bed gradient at the dry and storage period. Moreover, the flow is paralyzed due to the bridge pier protection work, consist of the mat foundation which is about 1.2km from two bridge and the contaminant is accumulated. it is caused by of the red tide generated from the several years or it activates. In this study, When flow area is largest by changing independent footing of bridge pier of two bridges and using RMA2 model, we hydraulically analyzed a variable breadth of velocity and discharge. Consequently, flow rate increased the maximum 103%, discharge was exposed to increase the maximum 61%. Directly this cannot extinguish the red tide but suppresses the red tide occurrence or can reduce. And it is determined to prevent the depositioning of the contaminant and can control fundamentally the red tide occurrence cause.
Recently, Water quiality of urban river largely have gotten better by virtue of sewer pipe laying and sewage treatment plants construction. or the various contaminants which is flowed in into river have generated underwater ecosystem disturbance and red tide by lack of sewage and waste water disposal facilities. With tidal river, taehwa river of ulsan metropolitan city has large river width and gradual stream bed gradient at the dry and storage period. Moreover, the flow is paralyzed due to the bridge pier protection work, consist of the mat foundation which is about 1.2km from two bridge and the contaminant is accumulated. it is caused by of the red tide generated from the several years or it activates. In this study, When flow area is largest by changing independent footing of bridge pier of two bridges and using RMA2 model, we hydraulically analyzed a variable breadth of velocity and discharge. Consequently, flow rate increased the maximum 103%, discharge was exposed to increase the maximum 61%. Directly this cannot extinguish the red tide but suppresses the red tide occurrence or can reduce. And it is determined to prevent the depositioning of the contaminant and can control fundamentally the red tide occurrence cause.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 2차원 수치모형인 RMA2 모형을 이용하여, 하천의 흐름을 방해하고 오염물질이나 영양물질 등의 퇴적을 유발하고 있는 태화교및 울산교의 교각에 설치된 기존의 사석보호공을 독립기초로 교체하여 통수단면적을 확보하고 유속과 유량을 증대시킴으로서 흐름을 개선하며, 그로 인한 교각 사이의 퇴적물제거 전ㆍ후의 흐름특성을 분석하여 유수소통을 통한 수리학적 방법으로 태화강 적조해결 가능성을 검토하였다.
제안 방법
따라서 현 상태와 4가지의 CASE에 대한 분석을 실시하였으며, 세부내용은 표2와 같다. CASE 1과 CASE 2의 경우는 갈수량을 적용하였으며, CASE 3과 CASE 4의 경우에는 저수량을 적용하였다. 저수량에 대한 분석은 갈수량에 현재 울산시가 추진하고 있는 유지용수 확보방안에 계획된 유량이 더해진 값이 대략 저수량에 가깝기 때문에 저수량에 대한 분석을 실시하였다.
주로 발생하는 적조생물은 무해한 크립토모나스(Cryptomonas)와 유글레나(Euglena)이나, 맑고 청정해야 할 강물이 검붉게 변함으로써 기존의 하수관거 차집시설이나 종말처리장 등 하수처리시설의 부실이나 관리소홀에 대한 문제점이 제기되어왔다. 그동안 적조발생을 근원적으로 해결하기 위해 적조가 발생하지 않는 상류부에서 4만톤/일의 하천 복류수를 개발하였고, 6만톤/일 규모의 하수종말처리장을 건설하여 하천유지용수 확보를 확보하였다. 또 태화강으로 유입되는 지천과 하수구에 대한 우수토실 설치 및 하수구 정비를 통한 오염원 차단과 하류부에 퇴적된 오니준설 그리고 약품 주입이나 음파 등을 이용한 물리ㆍ화학적 처리방법 등 다양한 노력을 기울여 왔으나 효과적인 성과를 이루지 못한 상태이다.
유속이 증가되고 태화교 및 울산교의 단면 확대로 인해 통수능이 향상되면, 이로 인해 통과하는 유량도 증가된다. 따라서 단면변화에 따른 유량 변화를 분석하기 위해 태화교 및 울산교 단면을 상ㆍ하류로 나누어 분석하였다. 그 결과 태화교, 울산교 모두 통과하는 유량이 증가되는 것으로 나타났다.
풍수기에는 기 발생되었던 적조도 자체적으로 소멸하거나 연안만 쪽으로 이동하여 소멸되는 것으로 확인되었다. 따라서 현 상태와 4가지의 CASE에 대한 분석을 실시하였으며, 세부내용은 표2와 같다. CASE 1과 CASE 2의 경우는 갈수량을 적용하였으며, CASE 3과 CASE 4의 경우에는 저수량을 적용하였다.
2차원 유한요소 해석을 수행하는데 있어 유한 요소망(finite element mesh)을 구축하는 과정은 매우 중요하다. 본 연구에서 구축한 유한요소망은 총 9,378개의 절점과 총 27,978개의 요소망으로 구성되어지며, 교량지점 등 조밀한 요소망이 필요한 부분을 제외하고 대부분의 요소망을 사각형으로 구축하였다. 그림 3~그림 6은 연구지역의 유한요소망 및 지형구축을 나타낸다.
유속변화의 경우 관측 지점 총 9개 지점에 대한 시간별 유속변화를 분석하였다. 그림 7은 유속및 유량에 대한 분석지점을 나타내고, 표 3과 표 4는 모의시간 24시간 중 유속이 가장 커지는 모의시간 3시간과 8시간에 대한 유속변화를 비교한 것이다.
이와 같은 관점에서 두 교량의 교각을 독립기초로 개선하고 흐름을 소통시킬 수 있는 통수단면을 확보했을 때, 수리학적으로 개선되는 유속 및 유량의 변화폭을 모의하였다. 그 결과 유속 및 유량이 증가하는 효과가 있는 것으로 나타났다.
CASE 1과 CASE 2의 경우는 갈수량을 적용하였으며, CASE 3과 CASE 4의 경우에는 저수량을 적용하였다. 저수량에 대한 분석은 갈수량에 현재 울산시가 추진하고 있는 유지용수 확보방안에 계획된 유량이 더해진 값이 대략 저수량에 가깝기 때문에 저수량에 대한 분석을 실시하였다. 모의시간은 감조하천인 점을 고려하여 조석간만 2회를 재현할 수 있도록 연속된 24시간을 택하였다.
대상구간에 대해 유량크기에 따른 흐름특성을 모의하기 위하여 유한요소망을 구축한 후 RMA2 모형을 이용하여 2차원 수리분석을 실시하였다. 적조는 갈수기나 저수량 등 유량이 작을 때 주로 발생하고 있으므로 분석대상 유량은 갈수량 및 저수량을 선정하였다. 풍수기에는 기 발생되었던 적조도 자체적으로 소멸하거나 연안만 쪽으로 이동하여 소멸되는 것으로 확인되었다.
대상 데이터
본 연구의 대상구간은 그림1에 나타낸 바와 같이 적조가 발생되는 태화교 상류지역 및 태화교와 울산교 사이 구간이 포함된 태화강 국가하천구간으로, 약 11.27km 구간을 선정하였다. 수위 및 유량자료는 삼호교에 설치된 삼호수위표(“태화강(지방하천)하천정비기본계획보고서(국토해양부,2009)”)와 태화교에 설치된 울산수위표(“태화강하천정비기본계획보고서(건설교통부, 2007)”)자료를 이용하였으며, 그림 2의 조위 자료는 국립해양조사원의 울산조위관측소 자료를 이용하였다.
수위 및 유량자료는 삼호교에 설치된 삼호수위표(“태화강(지방하천)하천정비기본계획보고서(국토해양부,2009)”)와 태화교에 설치된 울산수위표(“태화강하천정비기본계획보고서(건설교통부, 2007)”)자료를 이용하였으며, 그림 2의 조위 자료는 국립해양조사원의 울산조위관측소 자료를 이용하였다.
데이터처리
대상구간에 대해 유량크기에 따른 흐름특성을 모의하기 위하여 유한요소망을 구축한 후 RMA2 모형을 이용하여 2차원 수리분석을 실시하였다. 적조는 갈수기나 저수량 등 유량이 작을 때 주로 발생하고 있으므로 분석대상 유량은 갈수량 및 저수량을 선정하였다.
이론/모형
감조하천인 태화강 하류지역에서 발생하는 적조현상의 수리학적 개선방안을 검토하기 위해 RMA2 모형을 이용하여 적조발생의 원인으로 파악되는 두 교량의 교각보호공 개선효과를 검토하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
SMS(Surface water Modeling System) 모형은 2차원 동수역학적 모형(hydrodynamic modeling) 으로서 미국 육군공병단의 WES(Waterways Experiment Station)와 미 연방도로국이 연계하여 Brigham Young University의 EMRL(Environmental Modeling Research Laboratory)에서 개발하였으며, GFGEN 모형, RMA2 모형, RMA4 모형, SED2D 모형 등으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 대상구간의 흐름특성을 분석하기 위하여 RMA2 모형을 사용하였다. 모형의 간략한 정보는 아래와 같으며, 자세한 모형의 설명은 참고문헌에 제시되어 있는 User's manual에 수록되어 있다 (EMRL, 2000).
성능/효과
1. 태화강을 가로질러 수중보와 유사한 전면기초로 되어 있는 2개의 교량의 교각보호공을 독립기초로 개선하고, 통수단면을 확보하는 경우 갈ㆍ저수시의 유속 및 유량이 각각 최대 약 103% 및 61% 증가하는 것으로 나타났다.
2. 증대되는 유속 및 유량이 발생된 적조를 소멸시키거나 적조발생을 근원적으로 차단할 수 있는 것은 아니지만, 적조발생 원인이나 발생된 적조를 저감시키는 효과가 울산광역시의 기존대안보다 큰 것으로 판단된다.
3. 통수단면 확보에 따른 흐름 개선효과는 유지용수확보 및 오염원의 차단 등과 복합적으로 작용하여 적조발생을 효과적으로 제어할 수 있을 것으로 판단된다.
4. 유량이 비교적 많을 때는 단면개선에 따른 유속 및 유량 등의 변화가 작은 것으로 나타났으나, 오염물질의 하류이송으로 적조발생 원인을 제거할 수 있어 궁극적으로 적조발생을 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다.
09%의 변화를 보였다. CASE 1과 CASE 2를 현 상태와 비교한 결과 두 CASE 모두 현 상태보다 유속이 빨라지는 것을 알 수 있으며, 태화교와 울산교 단면 모두를 개선한 CASE 2가 CASE 1보다 유속이 더 빨라지는 것을 알 수 있다. 그리고 유지 용수 확보 방안이 포함된 CASE 3과 CASE 4의 결과는 CASE 3은 2.
이와 같은 관점에서 두 교량의 교각을 독립기초로 개선하고 흐름을 소통시킬 수 있는 통수단면을 확보했을 때, 수리학적으로 개선되는 유속 및 유량의 변화폭을 모의하였다. 그 결과 유속 및 유량이 증가하는 효과가 있는 것으로 나타났다.
따라서 단면변화에 따른 유량 변화를 분석하기 위해 태화교 및 울산교 단면을 상ㆍ하류로 나누어 분석하였다. 그 결과 태화교, 울산교 모두 통과하는 유량이 증가되는 것으로 나타났다. 태화교 단면의 경우 순방향 흐름시 CASE 1의 경우 최대 10.
CASE 1과 CASE 2를 현 상태와 비교한 결과 두 CASE 모두 현 상태보다 유속이 빨라지는 것을 알 수 있으며, 태화교와 울산교 단면 모두를 개선한 CASE 2가 CASE 1보다 유속이 더 빨라지는 것을 알 수 있다. 그리고 유지 용수 확보 방안이 포함된 CASE 3과 CASE 4의 결과는 CASE 3은 2.58%~96.25%, CASE 4는 5.46%~102.41%의 변화를 보였으며, 갈수량과 마찬가지로 두 교량의 단면을 모두 개선한 CASE 4에서 가장 유속이 빠른 것으로 나타났다.
난류확산계수(turbulent exchange coefficient)ε는 와점성(eddy viscocity) 계수라고도 하며, 대상 하천 구간에서의 적정한 난류확산계수를 선정하는 것은 모형을 검정하는데 있어서 중요한 요소 중에 하나이다. 본 연구에서는 대상구간에 알맞은 난류확산계수를 산정하기 위해 값을 변화시켜 적용한 결과, 3,000N∙sec/m2값에서 가장 유사하게 나타났으며, 이 값을 대상구간의 난류확산계수값으로 채택하였다.
유속 값이 음(-)의 값을 나타내는 것은 조위변화에 따른 해수유입으로 흐름이 하류에서 상류로 역방향으로 진행되는 것을 의미한다. 분석결과 갈수량과 저수량의 유량의 크기가 작은 관계로 유속이 느려 변화의 폭은 크지 않으나 대체적으로 유속이 증가하는 것으로 나타났다. 갈수량에 대한 유속 변화폭은 CASE 1은 -4.
대부분 갈수기에 발생하였으나 2009년에는 풍수기인 여름에도 하천의 유량이 적을 때 적조가 발생한 사례도 있다. 분석결과 적조 발생 전 10일 또는 30일 선행강우량에 밀접한 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
전절의 유속변화 분석 결과 3시간과 8시간일 때 유속은 순방향 흐름시 CASE 1에서는 최대 8.08%, CASE 2에서는 최대 14.09%, CASE 3에서는 최대 96.25%, CASE 4에서는 최대 102.41%의 증가를 보였으며, 역방향 흐름시 CASE 1에서는 최대 66.67%, CASE 2에서는 최대 130.66%, CASE 3에서는 최대 164.60%, CASE 4에서는 최대 149.56%의 증가를 보였다. 유속이 증가되고 태화교 및 울산교의 단면 확대로 인해 통수능이 향상되면, 이로 인해 통과하는 유량도 증가된다.
후속연구
따라서 교각보호공의 전면 개선으로 흐름을 활성화시켜 유속증대와 오염물질이 퇴적되지 않도록 하는 것이 적조발생의 원인 제공을 최대한 억제할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
울산 태화강 적조현상 해결을 위한 노력으로 무엇이 있었는가?
주로 발생하는 적조생물은 무해한 크립토모나스(Cryptomonas)와 유글레나(Euglena)이나, 맑고 청정해야 할 강물이 검붉게 변함으로써 기존의 하수관거 차집시설이나 종말처리장 등 하수처리시설의 부실이나 관리소홀에 대한 문제점이 제기되어왔다. 그동안 적조발생을 근원적으로 해결하기 위해 적조가 발생하지 않는 상류부에서 4만톤/일의 하천 복류수를 개발하였고, 6만톤/일 규모의 하수종말처리장을 건설하여 하천유지용수 확보를 확보하였다. 또 태화강으로 유입되는 지천과 하수구에 대한 우수토실 설치 및 하수구 정비를 통한 오염원 차단과 하류부에 퇴적된 오니준설 그리고 약품 주입이나 음파 등을 이용한 물리ㆍ화학적 처리방법 등 다양한 노력을 기울여 왔으나 효과적인 성과를 이루지 못한 상태이다.
울산 태화강의 현재 상태는 어떠한가?
울산 태화강은 십수년 전만해도 생활하수 등의 유입으로 냄새가 나고 접근이 불가능한 하천이었으나, 그동안 차집관거의 매설과 하수종말처리장의 건설로 비교적 맑고 깨끗한 물이 흐르는 생태하천이 되었다. 그런데 이러한 태화강에 2004년부터 주로 갈수기에 적조현상이 빈번히 발생하여 진정한 생태하천의 면모를 갖추지 못하고 있다. 주로 발생하는 적조생물은 무해한 크립토모나스(Cryptomonas)와 유글레나(Euglena)이나, 맑고 청정해야 할 강물이 검붉게 변함으로써 기존의 하수관거 차집시설이나 종말처리장 등 하수처리시설의 부실이나 관리소홀에 대한 문제점이 제기되어왔다.
태화강에 발생하는 적조생물은?
그런데 이러한 태화강에 2004년부터 주로 갈수기에 적조현상이 빈번히 발생하여 진정한 생태하천의 면모를 갖추지 못하고 있다. 주로 발생하는 적조생물은 무해한 크립토모나스(Cryptomonas)와 유글레나(Euglena)이나, 맑고 청정해야 할 강물이 검붉게 변함으로써 기존의 하수관거 차집시설이나 종말처리장 등 하수처리시설의 부실이나 관리소홀에 대한 문제점이 제기되어왔다. 그동안 적조발생을 근원적으로 해결하기 위해 적조가 발생하지 않는 상류부에서 4만톤/일의 하천 복류수를 개발하였고, 6만톤/일 규모의 하수종말처리장을 건설하여 하천유지용수 확보를 확보하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.