하천의 자정작용, 용존산소 부족곡선
기출 유형
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1. 하천의 자정작용에 영향을 미치는 인자
2. 하천의 정화단계(Whipple Method)
3. 하천 자정작용의 4단계
4. 하천의 용존산소 하락곡선(DO sag curve)에 대하여 설명하시오
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키워드
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하천 자정작용
하천 정화단계
Whipple Method
용존산소 하락곡선, 용존산소 부족곡선
DO sag curve
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Tip
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- 1교시 1~1페이지 반 분량의 답안과, 2~4교시 3페이 반 답안으로 구분 필요
DO sag curve 그래프를 활용화여 답안 분량 확보 필요
탈산소계수와 재폭기계수를 활용한 자정계수 간단한 이해 필요
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○기출문제
하천의 자정작용4단계
수질모델링의 한계, 문제점 개선방안
Streeter phelps 모델 원리, 용존산소 변화 모델식
DO의 하천에서의 오염물질 유입시 영향과 DO Sag Curve
하천의 수질예측모델 제시 및 모델링에 필요한 입력자료와 모델링 단계
QUAL2E 모형을 수립하기 위해 적용한 기본원리 및 각종 가정
대기중의 산소가 물속으로 용해되는 과정
○용존산소부족곡선의 개요
1. 오염물질(유기물 등) 유입에 따른 하천의 자정작용 모델
2. 오염물질 유입에 따른 DO 변화
1) 미생물에 의한 유기물 분해시 DO 소모, DO 부족량은 하류로 갈수록 증대
2) 재폭기에 의한 대기로부터 DO 공급, 수중 DO는 서서히 복구되어 원래상태로 회복
3. Streeter-phelps 모델로 표현 : 스픈 모양의 곡선
4. 하천에 오염물질이 유입될 경우 t일후 임의의 지점에서의 산소부족량 및 자정작용에 의한 오염물질 농도 파악 가능
○Streeter-phelps 모델
1. 가정
1) 오염부하는 점오염원을 기준
2) 탈산소율 BOD(오염물질) 농도에 비례
3) 미생물 반응, 재폭기 반응 : 1차 반응
4) 조류(광합성) 및 퇴적물 영향 무시
5) 하천의 흐름은 정상상태(정류)
6) 하천의 축방향(흐름방향)의 확산 무시
탈산소량
Lt: t일후 BOD, Lo: 초기 BOD, K1: 탈산소계수
재폭기량
Dt: t일후 DO부족량, Do: 초기의 DO부족량, K2: 재폭기계수
용존산소 부족량
임계점 : 용존산소농도가 가장 낮아질 때까지 걸리는 시간
f : 자정계수(K2/K1)
자정계수(f, k2/k1)가 1보다 크면 자정작용이 유리, 1보다 작으면 수질오염 가속화.
○하천의 자정작용 4단계
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구분
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DO농도
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하천내 변화
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생물종 변화
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분해지대
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DO감소 (45%)
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슬러지 침전증가
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고등생물감소
Fungi,세균 증가
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활발한 분해지대
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DO감소
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혐기화로
CO2,H2S,NH4^+증가
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Fungi감소
혐기성 미생물 증가
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회복지대
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DO증가
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질산화 진행
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세균 감소
Fungi, 조류, 원생동물 증가
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정수지대
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DO회복
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호기성 미생물 증식
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세균감소
물고기 증가
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1) 분해지대
오염물질로 인한 수질의 저하가 시작되고 미생물은 오염에 강한 미생물로 대체된다.
오염물의 방출지점과 가까운 지대로 가장 아래지점은 DO 45%정도에 해당된다.
세균의 수가 증가하고 슬러지의 침전이 증가하며 DO는 감소 CO2는 증가하게 된다.
회복이 빠르고 희석이 잘되는 큰 하천보다는 작고 유속이 적은 소하천에서 활발하여 구분이 쉽다.
2) 활발한 분해지대
호기성세균에서 혐기성세균으로 대체되며 DO가 거의 고갈된 상태로 혐기성상태를 나타낸다.
슬러지의 색은 검거나,회색으로 변하고 암모니아,황화수소등의 악취가 발생한다.
혐기성 상태로 CO2농도와 암모니아성가스의 농도가 증가하고 곰팡이는 감소한다.
3) 회복지대
장거리에 거쳐 점차 물이 회복되며 슬러지의 상태가 안정화되고 DO가 증가한다.
영양분의 감소로 세균수는 줄어들며 아질산염, 질산염, 곰팡이등이 증가한다.
또한 녹조류등의 번식이 시작되며 수생물등의 출현이 시작된다.
4) 정수지대
하천의 자정작용중 마지막단계로 오염된 물의 정화가 끝난 상태이다.
겉보기에 오염되지않은 물로 보이며 호기성세균이 증가하면서 DO,BOD가 오염이전으로 회복되고 수생물들이 증식하기 좋은 환경이 조성된다.
○하천 자정작용 영향 인자
-햇빛 : 태양광선, 자외선을 이용한 자정작용
-수온 : 기체는 수온이 낮을수록 용해도 ↑, 수온이 높으면 산소 자정계수 감소로 자정능력 감소
-pH : 적적 pH 유지 필요 5.8~8.6
-DO : 적정 DO 필요 (혐기화시 Fungi, 세균등 출현)
수질모델링의 절차 및 한계성에 대하여 설명하시오
○개요
수질모델링이란 환경부의 수질오염총량관리제도에 따라 수리계산, 전산모델등을 통해 오염원과 수질의 관계를 분석하고 오염 부하량의 증감을 비롯하여 환경 요인의 변화에 따라 수질변화를 예측하고 평가하는것이다.
수질모델링은 각종 유입수의 특성, 수용수체의 유량, 유속, 기하하적 구조, 기상조건등에 따라 변화하는 수질을 물리적, 화학적, 생물학적 기작을 수식화하여 예측평가하는것으로 수체의 특성, 오염부하량, 수질현황등에 대한 조사가 필요하다.
수질모델링은 실질적인 실험이 어려운 환경영향평가, 하천-호소등의 수질관리 대안수립, 수질오염총량관리등 여러분야에서 활용되고 있으며 그로인한 경제적 효과도 상당하다.
○ 수질모델링의 절차
1) 모델의 설계 및 자료수집
대상수계의 지역특성, 형상, 수문학적요소 등을 고려하여 모델을 설계하고 현지조사 및 문헌조사를 통해 자료수집
2) 모델링 프로그램 선택 및 운영
모델 선택 후 프로그램에 입력하여 대상하천에 대한 모델링 실시
3) 보정
모델에 의한 예측치가 실측치를 제대로 반영할 수 있도록 각종 매개변수의 값을 조정하는 과정으로 보통 예측과 실측차가 10~20%를 넘지 않도록 한다.
4) 검증
보정 완료 후 예측과 실측차의 오차범위를 반복 보정 및 검증한다.
5) 감응도 분석
수질관련 반응계수, 수리학적 입력계수, 유입지천의 유량과 수질 또는 오염부하량등의 입력자료의 변화정도가 수질항목 농도에 미치는 영향을 분석하는것
6) 수질예측 및 평가
완성 모델에 대해 미래에 발생할 오염물질 관련 자료를 입력하여 최적과 최악으로 구분하여 예측 실시
출처 https://blog.naver.com/waterlicense/220319161126
○ 수질모델링의 한계성
1) 모든 반응기작을 수식화 할수 없다.
2) 매개변수 값의 선정이 어렵다.
3) 각종매개변수 적정값에 대한 자료가 부족하여 예측과 실측값의 오차가 발생할수 있다.
4) 환경영향평가시 개발사업이 수질영향을 적게 미치는것처럼 보이기위해 조작의 우려가 있다.
5) 수질예측모델의 불확실성으로 감응도 분석, 1차 오차분석법등으로 분석해야한다.
○수질모델링의 문제점
1) 대상사업이 수용수체의 수질에 미치는 환경영향요소를 적절히 파악하지 못하는 경우가 많음
2) 대상수계와 사업의 특성을 고려한 수질모델링의 선정이 필요하나 적절치 못한경우가 많음
3) 대상수체의 수질에 적절하게 모델계수가 보정되고 검증되어야 하나 보정 및 검증과정이 생략되는 경우가 많음
4) 모델에서 이루어지는 수질반응은 여러가지 수질항목이 연계하여 이루어지나 이를 고려하지않는 경우가 많음
5) 사업으로 인한 대상수계 모델 예측시 최적과 최악으로 예측해야하나 최악의 경우를 누락하는경우가 많음
○개선방안
1) 대상수계와 사업특성에 적합한 모델선정 및 사용을 위한 지침 필요
2) 모델에 대한 보정 및 검증과정 제시
3) 영향예측시 여분의 안정도를 고려하여 가정되어야 할 예측조건 제시
4) 점오염 부하량 산정에 필요한 원단위를 표준화하고 비점오염물질을 산정하기 위한 방법 제시