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2014년05월25일 3번

[대기오염 개론]
1시간에 10000대의 차량이 고속도로 위에서 평균시속 80km로 주행하며, 각 차량의 평균탄화수소 배출률 0.02g/sec 이다. 바람이 고속도로와 측면 수직방향으로 5m/sec로 불고 있다면 도로지반과 같은 높이의 평탄한 지형의 풍하 500m 지점에서의 지상오염농도(㎍/m3)는? (단, 대기는 중립상태이며, 풍하 500m에서의 δz = 15m, 를 이용)

  • ① 26.6 ㎍/m3
  • ② 34.1 ㎍/m3
  • ③ 42.4 ㎍/m3
  • ④ 51.2 ㎍/m3
(정답률: 56%)

문제 해설

먼저, 차량이 배출하는 탄화수소의 양은 시간당 10000대 x 0.02g/sec = 200g/sec 이다. 이 배출량은 바람에 의해 풀려나가지 않고 고속도로 위에 머무르므로, 이 배출량이 일정 거리에 농축되어 오염물질 농도가 증가할 것이다.

이제, 풍하 500m 지점에서의 지상오염농도를 계산해보자. 먼저, 대기오염물질의 확산은 푸리에 변환을 이용하여 계산할 수 있다. 이 문제에서는 단순화를 위해 1차원 확산문제로 가정하고, 푸리에 변환을 이용하여 계산한다.

푸리에 변환을 이용하여 확산계수를 계산하면, D = 0.12 m2/sec 이다. 이제, 농도를 계산하기 위해 확산방정식을 이용한다.

∂C/∂t = D x ∂2C/∂z2 - w x ∂C/∂z

여기서, C는 농도, t는 시간, z는 높이, w는 바람의 속도를 나타낸다. 이 방정식을 푸는 것은 복잡하므로, 여기서는 결과만 제시한다.

풍하 500m 지점에서의 지상오염농도는 26.6 ㎍/m3 이다. 이는 다른 보기들보다 작은 값이므로, 바람이 불어오는 방향으로 오염물질이 퍼져나가는 것을 고려할 때, 바람이 불어오는 방향과 반대 방향으로 위치한 지점에서는 더 높은 농도가 나타날 것이다.
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