Current and Long Wave Influenced Plume Rise and Initial Dilution Determination for Ocean Outfall

해양 배출구에서 해류와 장파에 의한 플룸 상승과 초기 희석도 결정

In the United States, a number of ocean outfalls discharge primary treated effluent into deep sea water and contribute for more efficient wastewater treatment. The long multiport diffuser connected by long pipe from a treatment plant discharge wastewater into deep water due to the steep slope of the sea bed. However, Plume discharged from the diffuser can have significant impacts on coastal communities and possibly immediate consequence on public health. Therefore, there have been growing interests about the dynamics of plume in the vicinity of the ocean outfalls. It is expected that the ocean outfall should be considered for more efficient and reliable wastewater treatments as soon as possible around coastal area in South Korea. A number of studies of plume ynamics have used various models to predict plume behavior. However, in many cases, the calculated values of plume behavior are in significantly poor agreement with realistic values. Therefore, in this study, it is recommended that improvements should be made in the application of the plume model to more simulate the actual discharge characteristics and ocean conditions. It should be noted that input parameters in plume models reflect realistic ocean conditions like waves as well as currents. In this study, as one of the new parameters, current and long wave-influenced plume rise and initial dilution have been taken into account by using simple linear wave theory under some specific assumptions for more reliable plume behavior description. Among the improved plume models approved by EPA (Environmental Protection Agency), the RSB(Roberts-Snyder-Baurngartner) and UM(Updated Merge) models were chosen for the calculation of plume behavior, and the variation calculated by both models on the basis of long period wave was compared in terms of plume rise and initial dilution.

미국에서는 오랜 전부터 1차 처리된 폐수를 해양배출구를 통하여 심해저로 흘러보내어 보다 효율적인 폐수처리에 기여하고 있다. 해저의 경사 때문에 연안의 폐수처리장에서 긴 관을 통해 심해저로 다공배출구를 연결시키고 있다. 그러나, 심해저확산배출구를 통해 흘러 나와 형성된 플롬이 근접한 연안에 간접적으로는 인간의 건강에 해를 줄 수 있다는 보고 때문에 바다의 물리적인 조건을 세심하게 고려한 심해저 확산배출구의 적절한 수심에서의 배치가 요구되고 있다 .우리나라의 연안역에서도 보다 효율적이고 신뢰할 수 있는 폐수처리를 위해 해양배출에 대한 고려를 하여야 할 것이다. 플롬의 거동을 예측하기 위해 일련의 플롬 동역학에 대한 연구에서는 여러 가지 모델이 사용되어 왔으나 대부분의 경우 플롬거동의 계산치가 현실과는 동떨어져 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 배출특성과 해양의 조건을 시뮬레이션 하기 위한 플롬모델의 적용에서 개선방안을 제시하고자 하였다. 플롬모델에서 파랑과 흐름과 같은 실질적인 해상조건을 반영한 입력 파라메타를 도입하여야 하는 것이다. 이 논문에서는 최근의 마말라 만 연구에서 선택한 특정 모델의 입력 변수 중에 장파는 고려하지 않고 해류만을 고려한데서 오는 단점을 보완하여 선행파이론에 기초한 장파와 흐름이 공존함으로써 야기되는 해저로부터의 플룸 상승과 초기 희석 계산을 수행하였다. 실제적으로 해저에서 플룸의 형상이 해수뿐만 아니라 장파에 의해서 크게 영향을 받는다는 것을 염료를 넣어 플룸을 사진촬영함으로써 증명하였다. 앞으로의 연구에서는 장파와 같은 현실적인 인자를 세심하게 고려함으로써 계산 결과를 더욱 현실 값에 접근시킬 수 있게 되었다. 물론, 장파와 같은 인자를 도입함으로써 야기되는 물리학적인 한계점은 관련된 가정을 통해 어느 정도 보완이 되었지만 그러한 한계점은 향후 3차원적인 플룸 역학을 다룸으로써 보강차원의 실증적 연구자 더 필요하다고 하겠다. 미국환경보전국에서 승인한 개량플룸모델 중에서 RSB 및 UM모델을 플룸거동을 계시하는데 사용하였으며, 장주기파의 조건하에서 계산된 값을 플룸의 상승 및 초기회석의 관점에서 비교하였다.