지하수 및 토양오염 보고서(BTC(파과곡선) 실험 및 모델링)

소개글

지하수 및 토양오염 보고서(BTC(파과곡선) 실험 및 모델링)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

서론
I. BTC 실험
I-1. 실험목적
I-2. 실험방법
(1) 실험 장치 및 일정유량 부과
(2) 추적자 주입
․ 순간주입(Pulse Injection)
․ 연속주입(Step Injection)
I-3. 실험결과 - 침출수의 전기전도도 측정 및 KCl 농도 계산
II-2. 방법
․ 순간주입(Pulse Injection)
․ 연속주입(Step Injection)
II-3. 결과
(1) SSQ
(2) 시간에 따른 농도곡선 - C(t)
(3) 종분산지수(λ; Dispersion Length) 결정
(4) 대류계수 V
(5) 시간모멘트해석
(6) Peclet Number

토의 및 결론

본문내용

두 가지 방법으로 대류계수 V를 구하였다.
(1) 실험에서 측정한 Vm=
{ q } over { theta }
=
{ 0.57 } over { 0.26458 }
=2.2(cm/min)이다. 순간주입실험과 연속주입실험에서 동일한 값이 나왔다.
(2) 모델링한 결과치 Vc는 순간주입실험의 경우 3.286(cm/min)이 나왔고, 연속주입실험의 경우 2.300(cm/min)이 나왔다.
실험에서 측정한 측정치와 모델링 결과치가 차이가 나는 이유는 실제 측정한 경우와 모델링한 경우에서 농도곡선이 약간 차이가 나는 것과 관련된다고 생각한다.
(5) 시간모멘트해석
· 1차모멘트 - E(t)
또 한 가지 방법으로 대류계수 V를 구해 보자. Pulse Injection 실험에서 농도의 확룰밀도함수로부터 Mean Travel Time T1을 구하고, V=L/T1식으로부터 대류계수를 구하는 것이다.
여기서 Mean Travel Time T1을 구하기 위해서는 시간-농도 자료에서 시간값이 평균주입시점을 0으로 잡은 시간이 되어야 한다. 평균적인 주입시점은 약 3.5min이므로, 각 시점에서 3.5를 빼준 것을 시간값으로 해서 나타내면 다음 그래프와 같다.
측정농도와 추정농도(모델링결과값)의 경우에 각각 농도의 확률밀도함수를 구하자.
확률밀도함수 f(t)=
{ C(t) } over { int from { t=0 } to { INF } { C(t)dt } }
이다.
그리고 Mean Travel Time T1은 다음과 같다.
T1=
int from { t=0 } to { INF } { f(t) CDOT t`dt }
측정농도의 경우 T1=5.898247(min)이고, 추정농도의 경우 T1=5.919346(min)이 나왔다.
대류계수 V=
{ L } over { T_{ 1 } }
이고 샘플길이 L=15cm이므로, 측정농도의 경우 V=2.54(cm/min)이고, 추정농도의 경우 V=2.53(cm/min)이 나온다.
( Vm=q/n으로 구한 Vm=2.2(cm/min)이고, 모델링에 의한 Vc는 순간주입의 경우에 3.286이 나왔다. )
- 세 가지 방법으로 구한 대류계수 V -
Vm(=q/n)
Vc(모델링결과치)
V(=L/T1)
측정농도로계산
추정농도로계산
2.2
3.286
2.53
2.54
+
시간
(min)
측정농도
(ppm)
추정농도
(ppm)
측정농도의 f(t)
추정농도의 f(t)
0
41.1636
13.2188
0.001555
0.000676
1
827.3434
166.8881
0.031248
0.008532
2
1852.87
725.4685
0.069981
0.03709
3
2465.552
1740.745
0.093121
0.088996
4
3106.864
2860.897
0.117343
0.146263
5
3793.984
3516.801
0.143295
0.179796
6
4045.928
3405.834
0.15281
0.174123
7
3501.958
2728.119
0.132265
0.139475
8
2654.51
1887.249
0.100258
0.096486
9
1835.692
1166.995
0.069332
0.059663
10
1091.312
662.0298
0.041218
0.033846
11
589.1418
351.271
0.022251
0.017959
12
309.1404
176.8456
0.011676
0.009041
13
159.6918
85.3893
0.006031
0.004366
14
82.9634
39.8668
0.003133
0.002038
15
46.317
18.1107
0.001749
0.000926
16
27.4212
8.0444
0.001036
0.000411
17
17.1144
3.5071
0.000646
0.000179
18
11.961
1.5053
0.000452
7.7E-05
19
7.3802
0.6376
0.000279
3.26E-05
20
5.6624
0.2671
0.000214
1.37E-05
21
2.7994
0.1108
0.000106
5.66E-06
합 계
26476.77
19559.92
1
1
· 2차모멘트 - E(t2)
분산(var)을 구하자. var=
INT _{ t=0}^{ }(t-T1)^2 f(t)dt
이다.
(1) 측정농도의 그래프에서의 분산은 7.188075이다.
(2) 모델링한 추정농도 그래프에서의 분산은 5.271465이다.
Pulse Injection에서의 모델링으로 얻은 D=5.999(cm2/min),
Step Injection에서의 모델링으로 얻은 D=3.184(cm2/min)이다.
(6) Peclet Number
Peclet Number P=
VL over D
이다.
모델링으로 얻은 Pulse injection과 Step Injection 결과의 두 경우에 Peclet Number를 알아보자.
·순간주입(Pulse Injection)
-> P=3.286*15/5.999=8.22
·연속주입(Step Injection)
-> P=2.300*15/3.184=10.8
토의 및 결론
매질체에 정상류 흐름을 부과하고 KCl 용액을 각각 순간주입, 연속주입해서 침출수의 시간에 따른 KCl농도를 측정하였다. 그리고 CXTFIT 프로그램에 측정한 농도자료를 대입해서 대류계수 V, 확산계수 D값의 추정치 등을 알아내었다.
이번 실험에서 수두 및 유량은 일정하게 잘 유지된 편이다. 그리고 시간-농도 곡선이 매끄럽게 나왔다고 생각한다. 다만 주입시간 t0는 이론값과 실제 측정값이 차이가 났으며, Mass Recovery는 1.354로서 1보다 큰 값을 보였다.
대류계수 V를 비교해 본 결과 측정값과 추정값, T1을 통해서 얻은 값이 조금 차이가 났지만 대략 2.2~3.2 정도의 값을 보였다. 그리고 확산계수를 통계학적인 분산값과 비교해 보았다.
이번 실험에서는 용질의 이동 및 분산에 대해서 1차원적으로만 모델링하고 고려하였다. 이는 실제 지하 대수층에서 용질의 이동을 추적하는 데 비해서는 기초적인 것에 불과하다. 실제 용질의 이동을 분석하는 데 있어서는 2차원, 3차원 공간에서의 농도 모델링이 필요할 것이다.

키워드

BTC,   지하수,   토양오염,   파과곡선,   고려대학교,   연세대학교,   지구환경,   지구