초록 ▼

Ⅳ. 결론
본 연구에서는 수질사고의 위험이 높은 4대강 지류 및 본류 구간을 적용구간으로 선정하여 수심, 유속, 난류 등의 수리량 측정 및 분석을 실시하고 추적자 실험을 통한 확산계수의 일반화 방법을 고찰하였다. 지류 구간에 대한 Rhodamine WT 추적자 실험은 1차년도의 경험과 기술을 바탕으로 Rhodamine 센서를 확충하여 측정 결과의 정확도를 향상시켰다. 또한 본류 구간에 대한 GPS 장착 부자(Floater) 실험을 개발하고, 실험결과 해석을 위해서 LPT 모형을 이용하여 부유성 오염물질의 혼합양상을 분석하였다.

Ⅳ. 결론
본 연구에서는 수질사고의 위험이 높은 4대강 지류 및 본류 구간을 적용구간으로 선정하여 수심, 유속, 난류 등의 수리량 측정 및 분석을 실시하고 추적자 실험을 통한 확산계수의 일반화 방법을 고찰하였다. 지류 구간에 대한 Rhodamine WT 추적자 실험은 1차년도의 경험과 기술을 바탕으로 Rhodamine 센서를 확충하여 측정 결과의 정확도를 향상시켰다. 또한 본류 구간에 대한 GPS 장착 부자(Floater) 실험을 개발하고, 실험결과 해석을 위해서 LPT 모형을 이용하여 부유성 오염물질의 혼합양상을 분석하였다. 그리고 사고 대응예측모델(EFDC)의 수치모의결과와 실측자료를 비교하여 확산 및 도달시간 검증을 실시하였다.

1. 지류 추적자 실험
낙동강 수계 지류 중 오염사고가 발생할 확률이 높은 한천, 대포천, 대곡천에서 수리량 측정과 추적자 실험을 수행하였다. 한천의 수리량 측정결과, 유속은 약 0.31 m/s로 나타났으며 우안쪽 수심이 깊게 나타나 좌안에서 빠른 유속이 발생했다. 대포천 1, 2차 실험에서는 0.38 ~ 0.71 m/s의 유속, 0.26 ~ 0.53 m의 수심이 발생했고, 3차 실험에서는 수심이 깊어져 유속은 0.02 ~ 0.04 m/s, 수심은 0.81 ~ 1.23 m로 나타났다. 그리고 대곡천에서는 0.033 ~ 0.045 m/s의 유속이 나타났다. 한천 로다민 추적자 실험 결과, 농도분포의 중심이 좌안으로 이동했고 이송에 지배적 영향을 받아 왜곡도계수가 0보다 크게 계산되었다. 대포천 1, 2차 실험에서는 최대농도가 측선의 중심에서 발생했고 3차 실험에서는 최대농도가 측선의 우안에서 중앙으로 이동했다. 대곡천 추적자 실험 결과, 최대농도는 우안에서 측선 중앙으로 이동했으며 왜곡도계수는 0보다 큰 것으로 계산되었다.
지류 추적자 실험결과로부터 분산계수 횡 분산계수를 계산했다. 단순 모멘트법을 이용한 결과 0.1 ~ 0.3으로 나타났으며 유관 모멘트법을 이용한 경우 0.2 ~ 0.7로 단순 모멘트법에 의한 결과보다 크게 나타났다.

2. 본류 추적자 실험
낙동강 본류에서 수질사고 우려 지역을 선정하고 GPS 부자실험을 수행했다. 달성보상류구간은 금호강이 유입하고 주변에 공단이 조성되어 수질사고가 우려되기 때문에 GPS부자를 이용한 추적자실험 구간으로 선정됐다. 추적자 실험을 위해 ADCP를 이용하여 달성보 상류의 수리량을 조사한 결과 평균하폭은 324 ~ 383 m, 유속은 0.18 ~ 0.21 m/s로 측정됐다. GPS부자실험은 달성보 상류와 남강에서 5차례 수행되었으며 느린 수표면 유속에 의해 바람의 영향이 부자의 이동경로에 중요한 영향을 미쳤다.
GPS부자실험을 해석하고 수치모의하기 위해 EFDC의 LPT모형을 이용했다. GPS부자 실험 결과를 수치모의 결과와 비교하기 위해 GPS에 기록된 경위도 좌표를 직교좌표계로 변환하는 방법을 이용했다. 그리고 입자의 수평 확산을 비교하여 LPT모형의 매개변수를 보정 및 검정하는 방법을 이용했다. 이후 입자의 분포를 농도장으로 변환하는 프로그램을 개발하여 GPS부자의 궤적을 농도분포로 나타내어 이송 및 확산을 분석했다.

3. 추적자 실험결과를 이용한 수치모형 검증
EFDC모형의 검증을 위해 강정고령보 ~ 달성보 구간에서 동수역학모형에 대한 민감도 분석을 수행했다. 그리고 지류 및 본류 추적자 실험을 재현하기 위해 Dye 모형과 LPT 모형에 대한 민감도분석을 수행했다. 강정고령보 ~ 달성보 구간에서 동수역학모형의 모의결과로부터 격자크기를 약 50 % 감소함에 따라 유속은 약 5 ~ 12 % 감소했고 수심은 0.7 ~ 1.5 % 증가하는 결과를 보였다. 그리고 CFL조건과 확산수, Peclet 수 조건을 만족하는 범위에서 계산시간간격과 동점성계수의 변화가 수치모의 결과에 미치는 영향은 매우 미미했다. 계산시간간격을 감소시킴에 따라 유속은 감소, 수심은 증가하는 경향을 보였고 동점성계수의 증가가 유속에 미치는 영향이 수심에 미치는 영향보다 크게 나타났다. 감천에서 Dye 모형의 민감도 분석을 수행한 결과, Wall roughness를 고려한 경우 동점성 계수의 증가에 따라 C-y 곡선의 농도최대값이 감소했으며 Wall roughness를 고려하지 않은 경우 동점성계수의 변화가 수치모의 결과에 거의 영향을 미치지 않았다. LPT 모형의 민감도 분석결과, 수평확산계수를 증가시킴에 따라 농도최대값이 지수적으로 감소했다. 3차원 흐름해석과 수표면을 통해 거동하는 오염물의 혼합을 모의에 적합한 Layer수를 결정하기 위해 Layer수에 따른 민감도 분석을 수행했다. 그 결과 Layer수가 증가함에 따라 정확한 유속분포를 계산할 수 있었으며 Layer수의 증가에 따라 계산시간이 선형적으로 증가하기 때문에 5개 이상의 Layer를 이용하는 것이 적합하다 판단된다.
EFDC의 매개변수 민감도 분석 결과를 바탕으로 GPS부자 실험을 재현하고 LPT모형의 수치모의결과를 농도장변환 프로그램을 이용하여 농도장으로 변환했다. 그 결과 각 실험 Case에서 수평확산계수의 조정을 통해 입자의 수평 확산은 실험과 유사하게 모의되었으나 현장실험 당시의 지형과 수치모의에 사용한 계획단면의 지형차이로 인해 입자의 궤적에 차이를 보였다.
Dye모형과 LPT모형을 이용하여 여러 가지 수질사고 시나리오에 따라 강정고령보~달성보 구간의 양수장에 미칠 영향을 모의했다. 성서산업단지에서 오염물 연속유출이 발생한 경우, 금호강 합류점에서 가장 가까운 화원양수장까지 오염운이 도달하는데 2일이 걸렸으며 화원양수장에 오염운이 도달한 후 30분 뒤에 페놀의 음용수 기준인 0.005 ppm에 도달했다. 88낙동강교에 유류유출사고가 발생한 경우 13시간 후 진두양수장에 도달했으며 오염운이 약 1시간 동안 머물렀다. 그리고 강정고령보의 운영에 따른 부유성 오염물질의 혼합을 비교하기 위해 LPT모형을 이용했다. 그 결과, 가동보를 닫은 경우보다 완전 개방한 경우 화원양수장에 도달한 오염운의 농도가 더 낮은 것으로 계산되었다. 그러나 가동보를 개방한 경우 빠른 유속으로 인해 흐름방향으로 긴 오염운이 형성되어 오염운이 정체되는 시간이 길었다. 반면 가동보를 닫은 경우 높은 농도의 오염운이 화원양수장에서 나타났으나 정체시간이 짧은 것으로 계산되었다.
(출처 : 요 약 문 7p)

Abstract ▼

Ⅳ. Conclusions
In this research, study area where has high possibility to take place water pollution accidents were determined to conduct the investigation hydraulic properties and generalization method of the dispersion coefficient by tracer tests. Tracer test using the Rhodamine WT in tributary

Ⅳ. Conclusions
In this research, study area where has high possibility to take place water pollution accidents were determined to conduct the investigation hydraulic properties and generalization method of the dispersion coefficient by tracer tests. Tracer test using the Rhodamine WT in tributary channels was conducted by using the Rhodamine sensor and enhanced accuracy of the experimental results. For the tracer test in main channel, GPS floaters were produced and LPT model was used to analyze the floating pollutant mixing. And, simulation results of the EFDC program were verified by comparing with the experimental results

1. Tracer tests in tributary channels
Tracer test and flow measurements were conducted in Hancheon, Daepocheon, and Daegokcheon where has high risk to occur water pollution accidents. Flow measurement results in Hancheon show that velocity was 0.31 m/s and depth at the right bank was deeper than the left bank. In Daepocheon, 0.38 ~ 0.71 m/s velocity, 0.26 ~ 0.53 m depth were measured in the first and second measurement and in the third measurement, velocity was measured as 0.033 ~ 0.045 m/s. Tracer test results of Hancheon show that the center line of the concentration curve moved to the left bank and the skewness coefficient has the positive value. In Daepocheon, the maximum concentration tended to occur center of the channel and in the third measurement, the maximum concentration transported from the right bank to the center of the channel. Tracer test in Daegokcheon show that the maximum concentration moved from the right bank to the center of channel and the skewness coefficient has positive value.
The transverse dispersion coefficients were calculated by using the tracer test results using the moment method and the routing method. In case of using the simple moment method, dispersion coefficient show 0.1 ~ 0.3. When the stream-tube moment method was used, the transverse dispersion coefficient was calculated as 0.2 ~ 0.7.

2. Tracer tests in Nakdong River
Study areas where are endangered with water pollution accidents in Nakdong River were determined and tracer tests using the GPS floaters were conducted. The upstream of the Dalsung movable weir was determined as the study area for GPS floater experiment due to the industrial complexes which are located around the confluence of Guemho River. Flow measurement results show 324 ~ 383 m width and 0.18 ~ 0.21 m/s velocity. GPS floater experiments were conducted 5 times in Nakdong River and Namgang. From the results, trajectories of GPS floaters mainly were affected by the surface velocity and currents by wind.
The LPT model was used to simulate and analyze of the GPS floater experiment. To compare the experiment results with the simulation results, measured GPS trajectories in the latitude-altitude coordinate were transformed to the Cartesian coordinate. And, the horizontal diffusion coefficient was determined by comparing horizontal mixing between the experiment and the LPT simulation results. For analysis of advection and diffusion of the GPS floaters trajectories using concentration field, the concentration conversion software was developed.

3. Verification of the simulation results with the tracer test results
For verification of the EFDC program, sensitivity analysis of the Hydrodynamic model was conducted in the Gangjeong-Goryeong movable weir. And, sensitivity analysis of the Dye model and LPT model was executed to demonstrate the tracer tests in tributaries and main channel of Nakdong River. From the simulation results of the Hydrodynamic model, 50 % decrease of the cell size gives 5 ~ 12 % decrease of velocity and 0.7 ~ 1.5 % increase of water depth in the Gangjeong-Goryeong movable weir. And, change of the time step and eddy viscosity doesn’t mainly affect to the simulation reulsts when the CFL, Peclet number conditions were satisfied. From the sensitivity analysis results of the Dye model in Gamcheon, increase of the eddy viscosity with the wall roughness leaded to decrease of the maximum concentration. But, in case of deactivated of the wall roughness, change of the eddy viscosity doesn’t affect to the variation of concentration. Sensitivity analysis results of the LPT model show that the maximum concentration was exponentially decreased according to increase of the horizontal diffusion coefficient. And, sensitivity analysis with changing the number of layer was conducted to determine the proper layer number for three-dimensional simulation. From the results, exact velocity distributions can be calculated by increasing layer number and it linearly increases the computation time. Therefore, using up to 5 layers might be proper layer number for exact three-dimensional simulation and reducing computation cost.
LPT model was used to demonstrate of the GPS floater experiment and particle positions were converted to the concentration field using the concentration conversion program. From the comparison results between the experiment and the simulation, horizontal mixing was similar with the experimental results while the particle trajectories show differences with the experiments.
In the upstream of the Dalsung movable weir, water pollution simulations were conducted by using the Dye model and LPT model. In case of the continuous pollutant spill in the Seongseo industrial complex, contaminated water arrived to the Hwawon water intake facility which the nearest water supply structure after 2 days. After 30 minutes from the first detection of the polluted water, concentration increased to 0.005 ppm which is the upper limit of the drinking water standard for phenol. When oil spill accident occurred in the 88 Nakdong River Bridge, polluted water arrived to the Jindu water intake facility after 13 hours and the contaminated water detected for an hour. To investigate of the effect of movable weir operation on the floating pollutant mixing, LPT model was used. From the results, in case of the opened operation, concentration at the Hwawon water intake facility was lower than the closed operation. However, when the movable weir was opened, retention time of pollutant cloud was increased due to the rapid surface velocity. On the other hands, in case of the closed weir, retention time of the polluted water became shorter.
(출처 : Summary 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2요약문 ... 4Summary ... 10목차 ... 16표목차 ... 20그림목차 ... 22CONTENTS ... 26제 1 장 서론 ... 30 제 1 절 연구의 배경 및 필요성 ... 30 제 2 절 연구의 목적 및 방법 ... 31제 2 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 32 제 1 절 수질오염사고 우려 지류 선정 및 추적자 실험 ... 32 1. 수질오염사고 우려 지류 선정 ... 32 2. 수리량(수위, 유속, 유량 등) 조사 ... 41 3. 추적자(Rhodamine-WT) 실험 ... 57 4. 분산계수 결정법 개발 ... 93 5. 지류의 규모 및 특성별 종 횡분산계수 산출 ... 108 제 2 절 본류 구간의 추적자 실험기법 개발 ... 128 1. 수질오염사고 우려 지류 선정 ... 128 2. 수리량(수위, 유속, 유량등) 조사 ... 135 3. 표면부자(GPS Floater) 실험 ... 145 4. 실험결과 해석방법 개발 ... 153 제 3 절 추적자 실험결과를 적용한 수치모형 검증 ... 166 1. EFDC 모형의 매개변수 민감도 분석 및 보정 ... 166 2. 추적자 실험을 통한 EFDC 모형의 오염물질 이송 및 확산 검증 ... 213제 3 장 결 론 ... 254 제 1 절 수질오염사고 우려 지류 선정 및 추적자 실험 ... 254 제 2 절 본류 구간의 추적자 실험기법 개발 ... 255 제 3 절 추적자 실험결과를 적용한 수치모형 검증 ... 256참고문헌 ... 258끝페이지 ... 259