중간고사 #1

1. 중간고사 #1 환경공학과 20041483 천대길

2. 1. 호수에서의 물 및 물질수지식을 설명하고, Vollen-Weider 모델을 유도하라. 그림. 호수의 물 수지 분석

3. 호수의 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-1I = 강우강도 md-1A = 수표면적, m2 • E = 증발속도 md-1  △t = 시간간격 days   △V = 부피변화량,m3

4. VollenWeider 모형 •  이 Vollenweider모형은 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.

5. Vollenweider 모형 • 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)

6. Vollenweider 모형 • 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.

7. 영양부하기준과 분류 (Dillon.Rigler)

8. Vollenweider 모형 • 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.

9. Vollenweider 모형 • 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 H를 양변에 곱해주면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다. • q s(=Q/A surf)는 호수의 표면 유출 유량이다