자연하천에서 전기전도도 추적을 통한 2차원 혼합에 관한 실험적, 수치적 연구

Abstract

본 연구에서는 수질오염사고에 대응하기 위해 하천에서의 오염물질의 2차원 혼합 거동을 연구하기 위해 낙동강의 강정고령보 ~ 달성보 구간을 대상으로 추적자 실험 수행 및 수치모델 보∙검증을 수행하였다. 실험 구간에는 금호강 및 진천천이 좌안쪽으로부터 합류되는 구간이 있으며 이외에도 여러 작은 지류가 유입되어 들어온다. 기존 국내외에서 진행된 추적자 실험들은 대체적으로 형광물질, 방사성 물질, 소금 용액 등 인공적인 추적자물질을 주입하여 실험을 진행하였으나 본 실험에서는 실험 대상 하천 인근 도시 및 공단의 하폐수처리장으로부터 유입되는 오염물질을 자연추적자로 이용하여 전기전도도(EC)를 측정하는 자연 추적자 실험 기법을 제안하였다. 이와 같은 실험방법은 경제적, 환경적, 수행가능성, 수질분석인자인 EC와의 연계 등 다양한 장점을 가지고 있으며 특히 하폭이 넓은 하천에서도 추적자 실험이 수행 가능하다. 이를 위해 ADCP를 이용한 수리량 측정, 전극센서를 이용한 전기전도도 측정을 수행하였으며 총 4번의 실험을 금호강 합류부를 포함하는 낙동강의 강정고령보 ~ 달성보 구간에서 수행하였다. 실험결과로부터 계산된 농도곡선을 이용하여 유관모멘트법(Streamtube Moment Method)을 이용하여 무차원 횡분산계수DT/HU*를 계산한 결과 0.49 ~ 1.39로 계산되어 Rutherford(1994)가 제안한 사행수로에서의 횡분산계수 범위 0.3 ~ 3.0를 만족하는 값을 보였다. Deng 등(2001)과 Jeon 등(2007)이 제안한 경험식에 의해 산정한 계산결과와 비교한 결과, Deng 등(2001)의 경험식은 DT/HU*를 과대 예측하고 있으며 Jeon 등(2007) 식은 과소 예측하는 것으로 밝혀졌다. 본 연구에서는 2차원 이송-확산 모형 RAMS에 적용하여 오염물의 혼합거동을 모의하였다. HDM-2D의 경우 실험 구간내에서 만곡부에서는 우안쪽에서, 직선부에서는 중앙에서 최대 유속이 발생함을 확인하였으며 실측된 수리량 값과 흐름 특성이 유사한 경향을 보였으며 유속의 RMSE의 범위는 10^-2차수 정도의 값을 보였다. 확산모델 CTM-2D의 경우 DT/HU*값이 2.0 ~ 3.0을 입력값으로 넣었을 경우 무차원 분산계수의 값이 0.5 ~ 1.5일 때보다 실제 농도분포를 잘 재현하는 것을 확인할 수 있었다.