도시협곡 외관비에 따른 대기질 특성 연구

Abstract

본 연구에서는 CFD-Chem 모델을 이용하여 도시 협곡 외관비가 도시 협곡 내의 대기질 특성에 미치는 영향을 분석하였다. CFD-Chem 모델은 화학반응에 대하여 Gear 방식의 Solver 를 사용하고 광화학 반응 계수 산출을 위하여 Fast-J 모듈을 이용하여 화학반응에 적용한다. 모델 도메인의 경우 무한히 반복되는 건물 군을 가정하였으며 건물의 높이, 건물의 길이, 도로 협곡의 너비를 변화하여 외관비 변화를 고려하였다. 배출은 NOx 에 대하여 협곡의 중심에서 선 오염원을 가정하고, 87가지의 화학 물질에 대하여 배경 농도를 적용하였다. 반응성 오염물질의 확산에 영향을 줄 수 있는 도시 협곡 외관비 변화에 따른 흐름장을 분석하였고, 도심 지역의 주요 오염 물질인 NO, NO2, O3 에 대하여 농도 분포 특성을 분석하였다. 건물 높이 변화에 따라 협곡 내에서 2차 순환 (the secondary vortex)이 발생하고, 2차 순환이 나타나는 지역에서 높은 농도의 NO, NO2 가 나타났다. O3 의 경우, NO에 의한 O3 소멸로 인하여 NOx 의 농도가 높은 2차 순환이 나타나는 지역에서 낮은 농도의 O3 분포가 나타났다. 건물 너비 변화의 경우, 건물의 너비가 증가할수록 협곡 내부로 향하는 흐름이 증가하고, 이는 도시 협곡의 중심에서 NO와 NO2 의 농도가 높게 나타나는 원인이 되었다. 협곡의 중심에서 높은 농도의 NO와 NO2 분포는 도시 협곡의 중심에서 낮은 농도의 O3 분포를 야기하였다. 도로 협곡 너비 변화의 경우, 도로 협곡 너비의 증가는 협곡 내부의 흐름 체계 (flow regime)에 영향을 주는 원인이 되었다. 풍상측 건물 후면에 이중 에디 순환이 발생하는 경우, 풍상측 건물 후면에서 협곡 외부로 향하는 흐름을 방해하여 풍상측 건물 후면에 높은 농도의 NO 와 NO2 가 나타났다. O3 의 경우, 도로 협곡 너비가 증가할수록 협곡 내부로 유입되는 O3의 양이 증가하여 풍하측 건물 부근에서 높은 농도의 O3 분포가 나타났고, NO와 NO2 농도가 높은 풍상측 건물 부근에서 O3 농도가 낮게 나타났다. 이와 같이, 도시 협곡 외관비 변화는 협곡 내에서 다양하고 복잡한 흐름 변화를 가져오고, 이는 배출 물질인 NO 와 NO2 의 확산에 영향을 주었다. 또한, NOx 는 O3 의 생성·소멸 반응에 관여하여 O3 의 농도 분포에 영향을 주었다.