Simulation of Transport and Transformation of Nonconservative Pollutants in Natural Streams: Storage-Transformation Model

자연하천에서 비보존성 오염물질의 이동 및 변환 모의: 저장-변환 모형

The complex nature of low flow transport and transformation of nonconservative pollutants in natural streams has been investigated using a numerical solution of a proposed mathematical model that is based on a pair of mass balance equations describing the advection, dispersion, decay and mass exchange mechanisms in streams and in storage zones. In the present study, a mathematical model (named "Storage-Transformation Model") has been developed to predict adequately the non-Fickian nature of mixing and transformation mechanisms for decaying substances in natural streams under low flow conditions. Comparisons of the computed concentration-time curves with the measured data show that the Storage-Transformation Model yields better agreements in general shape, peak concentration and time to peak than the conventional 1-D dispersion model. The proposed model shows significant improvement over the 1-D dispersion model in predicting natural transport and transformation processes in streams through pools and riffles.

유량이 매우 작은 갈수기(渴水期)에 자연하천으로 방류된 비보존성 오염물질의 이동 및 화학적, 생화학적 변환과정의 복잡성을 구명하기 위해서 이송, 확산, 변환 그리고 하천수로에 존재하는 저장대(貯藏帶)에서 오염물질의 저장 및 교환과정을 규정하는 한 쌍의 방정식으로 이루어진 수학적 모형을 개발하고 이의 해를 수치해석적인 방법에 의해 구하였다. "저장-변환 모형"이라 명명된 본 수화적 모형은 갈수기(渴水期) 하천에서의 비보존성 오염물질의 혼합 및 변환 메카니즘의 비정규분포적인 특성을 보다 정확하게 예측할 수 있도록 개발되었다. 모형의 모의결과, 농도-시간곡선의 전체적인 형태, 첨두농도, 그리고 첨두농도에 도달하는 시간 등에 있어서 저장-변환 모형이 종래의 1차원 확산모형보다 실측자료에 더욱 정확하게 일치한다는 사실이 밝혀졌다. 본 연구에서 개발된 저장-변환 모형은 웅덩이-급여울 연속구조로 이루어진 하천에서의 오염물질의 이동 및 변환거동을 예측하는 모형으로서 1차원 확산모형에 비해 월등히 개선된 모형으로 밝혀졌다.