다공확산관을 통하여 방류된 오염물질의 속도 및 농도분포는 많은 인자의 영향을 받게 되는데, 일반적으로 근역(near field region)과 원역(far field reg ion)에서의 혼합과정으로 분류하여 설명된다. 근역에서의 혼합과정은 다공 확산관의 기하학적인 형태, 방류 운동량 및 부력특성 등 확산관 그 자체의 특
의 폭은 증가하면서 제트의 유속 및 농도는 감소하게 된다. 이러한 제트는 방 류되는 부력 및 방류각 등에 따라 일반적으로 해수표면을 향하게 되며 방류공 간의 간격에 따라 제트간의 상호간섭을 유발하기도 한다. 해수표면에 도달한 제트는 방류운동량과 부력, 주변수의 수심 등에 따라 제트의 궤적에 재연행 (reentrainment)되는 수도 있다. 다공확산관의 특성 외에도 주변수의 유속 및 수심, 밀도성층화정도가 근역에서의 혼합효과에 크게 영향을 주게 된다.
원역에서의 혼합과정은 오염물질의 플륨이 밀도류를 이루며 중력확장을 계 속하면서 이루어지며, 하수확산관의 경우에는 주변수와의 난류혼합, 온배수확 산관(thermal diffuser)의 경우에는 대기와의 열교환 등에 의한 혼합이 지배적 인 과정이 된다.
근역흐름의 안정성은 근역에서의 희석률에 영향을 미치는 중요한 인자이 다. 근역에서의 흐름이 불안정하게 되면 이미 혼합이 이루어진 물이 다시 제 트의 궤적에 재유입하게 되어 초기희석률을 감소시키게 된다. F ig. 3.5는 흐름 이 안정한 경우와 불안정한 경우의 흐름형태를 도시한 것이다. (a)와 (c)는 주 로 심해에 위치하면서 부력이 큰 하수확산관(sew age diffuser)의 형태에서 주 로 볼 수 있는 안정된 흐름의 구조이고, (b)와 (d)는 천해에 위치하면서 부력 이 상대적으로 적은 온배수확산관의 전형적인 흐름특성이다.
근역 흐름의 안정성 여부에 관한 연구는 Jirka(1982)에 의해 이루어졌다.
수심이 H, 등슬롯확산관의 폭이 B, 방류공의 수평면에 대한 상향각이 o인 경우에 흐름의 안정요소로 작용하는 단위길이당 초기 부력플럭스 0는 다음 과 같다.
0= g 0
' U 0B (3.20)
위에서 go
'은 초기유효가속도(initial effective acceleration)이다. 흐름의
불안정요소로 작용하는 단위길이당 초기 운동량플럭스 mo는 다음과 같다.
m 0= U 20B (3.21)
주변유속에 의한 운동량은 흐름을 불안정하게 하는 요소가 되는데 이의 단 위길이당 운동량플럭스, ma는 다음과 같다.
m a= u a
2H (3.22)
주변류가 없는 경우에 기존의 실험연구를 통하여 도출한 흐름의 안정조건의 경계를 결정하는 공식은 다음과 같다.
H
B = 1. 84 F s
4/ 3( 1 + cos 2 0)2 (3.23)
식(3.23)은 H / B 가 200 이상에서는 근역의 안정여부를 파악하는데 합리적 인 기준을 제공해 주는 것으로 알려져 있다. F ig. 3.6은 식(3.23)을 나타낸 것 으로 0에 따른 근역내에서의 안정여부를 알 수 있다.
주변류가 있는 경우에 주변유속이 야기하는 흐름의 불안정 성분의 크기를 판단하는 변수로서, m a/ ( 0
2/ 3H ) 를 도입하여 다음과 같은 흐름의 안정성 여부를 판단하는 식을 유도할 수 있다(Jirka, 1982).
m 0 0
2/ 3H + m a+ m 0 cos 0
0
2/ 3H = 0. 54 (3.24)
F ig . 3.5 Ex amples of near- field s t ability and ins tability conditions for s ubmerg ed dis charg es in limited w ater depth ( a) De e p W ate r, Hig h Buoy anc y ,
V e rtic al: S table N e ar- F ie ld
( b) D e e p W ate r, Hig h Buoy anc y , N e ar- Horiz ontal: S table N e ar - F ie ld
( c ) S hallow W ate r, Low Buoy anc y , V e rtic al: U ns table N e ar- F ie ld w ith Loc al Mix ing and
Re s tratific ation
( d) S hallow W ate r, Low B uoy anc y , N e ar- Horiz ontal: U ns table N e ar - F ie ld w ith V e rtic al Mix ing
F ig . 3.6 St ability diag ram for line buoyant dis charg es int o s tag nant am bient
F ig . 3.7 General diag ram for line buoy ant dis charg es into confined depth compris ing s tag nant and flow ing am bient