연안 습지 퇴적물 내 물질 거동 모의를 위한 수학적 모형 개발

Abstract

습지는 폐수로부터 유입되는 유기 오염물질을 생지화학적 반응기장을 통하여 오염을 완화/정화하는 지역으로 알려져 있다. 본 연구에서는 습지에서 다양한 물질의 성상과 거동을 모의하기 의해서 모형을 개발하였다. 개발한 모형은 1차원 수직 포화 모형으로 이류, 열역학적 분산, 미생물에 의한 생물분해, 산화/환원반응, 화학반응, 토양으로의 흡착과 탈착 그리고 외부환경인 식생과 조수의 영향을 고려하였다. 조수의 영향은 상부수체의 수위를 변화시키고 식생은 증발산과 뿌리로부터의 산소공급을 통해 조변환경을 바꿈으로써 물질의 성상과 거동에 영향을 미친다. 개발된 모형을 이용하여 습지 식생과 조수가 미치는 영향을 수치실험 하였으며, 연안습지가 크롬으로 오염되는 경우를 가정하여 수치실험을 수행하였다. 개발한 모형을 이용한 다양한 수치 실험을 통해서 물리적, 생물학적, 지화학적 반응으로 인하여 크롬을 포함한 관심물질의 공간적 분포와 시간적 거동의 이해하였다. 모형을 통해 모의된 전자수용체, 환원물질들의 농도 분포는 연안습지 퇴적물 내에서 이상적날 수 있는 상태를 가졍하여 도출된 결과이다. 실제 연안습지에서의 추가 연구를 통해 획득한 정보와 모형을 이용하여 획득한 결과와의 비교를 통해서 모형의 정확도와 신뢰성을 보정할 수 있을 것으로 생각된다.

Wetlands are removing organic contaminants, metals and radionuclides from wastewater through various reaction mechanisms. In this study, a mathematical model was developed for simulating the fate and transport of chemical species in marsh wetland sediments. The model is one-dimensional vertical saturated model corporated advection, hydrodynamic dispersion, biodegradation, oxidative/reductive, chemical reactions, sorption/desorption and the effects from external environments such as the growth of plants and the fluctuation of water level due to period tides. The tide effects makes periodic changes in the sediments and the evapotranspiration and oxygen supply of plant roots along with seasonal variation affect the porewater flow and redox condition on the rhizosphere. We simulated numerical experiment for effects of wetland plants and tide from the developed model. And we simulated when a heavy metal( chromium) pollute in march sediments. A series of numerical experiments were conducted using the proposed model in order to examine the effects of various physical, biological and geochemical reactions on the temporal and spatial distribution of chemical species of interests, including chromium, a representative trace metal contaminant in subsurfaces. The simulated concentration profiles of electron acceptors, reduced species and trace metals reasonably represented the situations in marsh sediments in ideal conditions. Further studies on field measurements were expected to help efficient comparison the model simulation to real field date.