중간고사 중간고사 #1#1

환경공학과 20041483 천대길

1. 1. 호수에서의 물 및 호수에서의 물 및 물질수지식을 설명하고물질수지식을 설명하고 , Vollen-, Vollen-Weider Weider 모델을 유도하라모델을 유도하라 . .

그림 . 호수의 물 수지 분석

호수의 물 수지식호수의 물 수지식 수계가 단열조건이라면 물 수지는 유입량과 유출량에 의해

결정된다 . 유입량 : 지류와 지표 유동의 유입 유량 . 유량계로 계측됨 . 유출량 : 수체로부터의 모든 유출 유량 . 유량계로 계측됨 . 직접 강우 : 수표면으로 직접 떨어지는 물 . 강우계로 계측됨 . 증발 : 수표면으로부터 대기로 증발되는 양 . 증발팬을

이용하여 계측

지하수의 유입이나 유출이 있는 경우에는 지하수위에 대한 계측이 필요하다 .

Q= 유량 m3d-1 I = 강우강도 md-1 A = 수표면적 , m2 E = 증발속도 md-1 △t = 시간간격 days   △V =

부피변화량 ,m3

VollenWeider VollenWeider 모형모형 이 Vollenweider 모형은 대상 저수지를

정상상태하에 완전혼합으로 가정하였을 뿐만 아니라 호수내 인이 호수내 각종 식물성 플랑크톤의 성장을 제어하는 유일한 영양염류로 가정하여 총인의 농도를 기준으로 호수의 부영양화 정도를 판단하였다 . 수체내에서 발생하는 각종 영양염류와 부영양화 단계의 주요 지표인 식물성 플랑크톤과의 관계를 제외하여 계절의 변화에 따른 식물성 플랑크톤의 농도를 예측할 수 없는 문제점이 있다 . 또한 인을 식물성 플랑크톤의 성장을 제어하는 영양염류로 가정하였기 때문에 질소 혹은 실리카가 성장제어 영양염류인 경우에는 사용할 수 없다 . 그러나 이 모형은 사용이 간단하여 부영양화 현상을 규명하기 위한 첫 단계에서는 비교적 널리 사용되고 있다 .

Vollenweider Vollenweider 모형모형 일반적으로 저수지의 수질은 영양염 부하량 , 저수지형태 ,

수리학적 조건 , 기상조건등에 지배되는데 이중에서도 부영양화 현상을 지배하는 가장 큰 요인은 영양염부하량이다 .

특히 인이 제한인자가 되는 경우가 많다 . Vollenweider 는 호소의 영양상태는 인의 유입부하량과 유입량 및 주수지 형태에 의해 결정되는 수리조건에의 설명이 가능한 것으로 생각하고 , 세계의 많은 호소의 수문 , 수질 데이터로부터 다음과 같은 통계적 모델을 제안하였다 .

L = P (VP + H a)

L = 단위면적당 총인부하 (g/m2/year) P = 저수지의 연간 평균 총인 농도 (mg/L) VP = 인의 겉보기 침강 속도 (m/year) H = 평균수심 (m) a = 회전율 ( 회 /연 )

Vollenweider Vollenweider 모형모형  Vollenweider 는 영양물질의 농도보다는

영양물질의 공급률이 문제라고 주장 . 이러한 부하율은 세계 여러 나라에서 호소 영양물질 부하량 기준으로 채택됨 . 호소를 빈영양화 , 중영양화 , 부영양화 호소로 분류 . 영양단계 분류는 조류 발생과 경험적인 분류 기준에 근거하였다 .

수리학적 체류시간과 인 농도 변화에 의해 호소의 영양화를 평가

Dillon 과 Rigler 은 Vollenweider 의 평가 방법을 수정하여 호수의 평균 깇이와 잔류 영양물질의 부하량과의 도표로 영양화를 평가

빈영양호는 년평균 총인의 농도가 10 ㎍ /l 이하일 때 , 부영양호는 20 ㎍ /l 이상 , 중영양호는 10-20 ㎍ /l 범위인 경우임 .

영양부하기준과 분류 영양부하기준과 분류 (Dillon.Rigler)(Dillon.Rigler)

Vollenweider Vollenweider 모형모형 인에 대한 물질수지로부터 다음과 같은 식이 유도된다 .

호수의 부피 (V = A surf H ) 로 양변을 나누고 상수 Ks 로 치환하면 ,

정상상태 (dP/dt = 0) 에서 식은 아래와 같이 단순화 된다 .

p 는 수의 수리학적 수세비율 (flushing rate : 1/τ ) 이다 .

Vollenweider Vollenweider 모형모형 평균 수심과 잔류 영양물질의 부하량의 대수좌표계에서의

기울기는 1.0 이다 . log P 는 수심 1m 인 곳이 절편이 된다 . 

호수내의 총인 농도를 예측하기 위한 단순 물질평형모형은 Lorenzen, Larsen 등에 의해서 개발되었다 . 그들은 일정 면적에 대한 총인 부하량과 정상상태에서의 침전속도 개념을 도입하였다 .

평균 수심 H 를 양변에 곱해주면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다 .

q s(=Q/A surf ) 는 호수의 표면 유출 유량이다