[표지] 1
제출문 2
최종보고서 3
요약문 4
목차 9
1. 연구개발과제의 개요 17
가. 연구개발 목표 17
나. 핵심 연구내용 18
1) 수환경 유출사고 종료 후 수생태계 퇴적토 잔류 유해화학물질 제거기술 개발(총괄) 18
2) 사고 종료 후 잔류 유해화학물질 확산방지를 위한 피복/준설 기술 개발(세부1) 19
3) 수환경 유출 유해화학물질 퇴적예측 및 제거현장 생태안전성 평가기술 개발(세부2) 20
다. 2세부 과제 연구개발 목표 및 핵심 연구내용 22
1) 연구개발 목표 22
2) 핵심 연구내용 23
라. 연구개발 대상의 국내·외 현황 28
1) 국내 기술 수준 및 시장 현황 28
2) 국외 기술 수준 및 시장 현황 29
마. 기술개발의 차별성 33
1) 선행연구 내용 및 결과 33
2) 기존 기술의 차별성 및 혁신성 33
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 34
가. 수환경 유출 유해화학물질 퇴적예측모형 개발 34
1) 수리동혁학 모형 구축 및 모듈 연계 34
2) 수리물리적 특성에 따른 유사의 침전 및 부유에 관한 연구 79
3) 부유사 이동 모형 개발 및 퇴적토 침전지역 예측 95
4) 라그랑주 입자추적 모듈 및 오염된 퇴적물입자의 이송·확산 모형 개발 142
5) 현장 적용 시험에서의 퇴적물 분포 모의 148
나. 생태안전성 평가기술 개발 152
1) 유해화학물질 생태독성 평가 기술개발 152
2) 준설토 처리 기술 적용 후 유출수 및 처리토의 생태안정성 평가 201
3) 준설·피복 기술 적용을 위한 의사결정 지원 203
4) 오염현장의 준설토 처리 기술 적용 후 처리토 및 유출수에 대한 생태안정성 평가 207
5) 오염현장의 오염현장 퇴적토, 상층수 생태독성평가 210
6) 피복기술 적용이후 생태독성 모니터링 215
7) 생태독성 평가기술 매뉴얼 작성 215
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 216
가. 연구수행 결과 216
1) 정성적 연구개발성과 216
2) 정량적 연구개발성과 218
3) 세부 정량적 연구개발성과 219
나. 목표 달성 수준 231
4. 목표 미달 시 원인분석 및 차후 대책 231
5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 233
가. 기술적 측면 233
나. 경제·사회적 측면 233
다. 환경적 측면 234
6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 235
[부록 1] 생태독성 평가기술 매뉴얼 236
화학물질 유출사고 생태독성평가 238
1. 서론 238
2. 화학물질 유출사고 시 생태독성 모니터링 프로그램 계획수립 238
3. 생태독성 모니터링 240
4. 시료채취 유의사항 243
5. 생태독성시험 방법에 명시된 절차에 따른 시험방법 244
6. 생태오염현장 퇴적물 독성시험에 이용할 시험생물종 및 시험방법 244
7. 생태오염현장 재부유 독성에 이용할 시험생물종 및 시험방법 245
표 1.1. 국내 연구개발 동향 28
표 1.2. 국외 연구개발 동향 32
표 2.1. 해당연도 개발 목표와 세부내용 34
표 2.2. 형산강 수위관측소 현황 36
표 2.3. 포항검조소 조석 조화상수 37
표 2.4. 포항검조소 조석 비조화상수 38
표 2.5. 포항시 기상관측 월평균 자료(2014-2018) 38
표 2.6. 총유사량 산정을 위한 부유사와 하상토 입경별 분포비 39
표 2.7. 수정 아인쉬타인 방법에 의한 총 유사량 추정 결과 40
표 2.8. 형산강의 구간별 조도계수 42
표 2.9. 부조 수위관측소에서의 최근 5개년의 유황 50
표 2.10. 수리동역학 모형 구성 내용 53
표 2.11. 상류계방경계에 위치한 부조 수위관측소에서의 최근 5개년 유황 분석 55
표 2.12. 수리동역학 수치모의 CASE 설정 56
표 2.13. 수리동역학모형 및 파랑모형의 개방경계자료 구성 72
표 2.14. 전송 규격별 속도 비교 77
표 2.15. 압축 형식 및 프로그램 별 압축해제속도 비교 78
표 2.16. Rouse number에 따른 유사 이송 방식 79
표 2.17. Shields diagram 내 범위별 특성 83
표 2.18. 유사 움직임과 난류 터짐 현상을 연구한 선행연구 86
표 2.19. 실험실 수로 제원 92
표 2.20. 유해화학물질의 물리적 물성치 97
표 2.21. Kow와 Koc의 상관관계에 대한 선행연구 리뷰[이미지참조] 98
표 2.22. 소류사량 산정에 관한 선행 연구 100
표 2.23. 부유사량 산정에 관한 선행 연구 106
표 2.24. 총유사량 산정에 관한 선행 연구 리뷰 110
표 2.25. 근사계수(fitting coefficient) 산정에 관한 선행연구 124
표 2.26. 수치모의 시나리오 조건 150
표 2.26. 연구대상물질 목록 15종 152
표 2.27. 생태독성자료 활용을 위한 점검표 153
표 2.28. USEPA ECOTOX Database에서 수집한 수생생물의 독성자료 요약 154
표 2.29. 선정된 알릴 클로라이드(allyl chloride)의 수생태독성 자료 154
표 2.30. 선정된 아크로니트릴(acrylonitrile)의 수생태독성 자료 155
표 2.31. 선정된 벤젠(benzene)의 수생태독성 자료 156
표 2.32. 선정된 벤질클로라이드(benzyl chloride)의 수생태독성 자료 157
표 2.33. 선정된 이황화탄소(carbon disulfide)의 수생태독성 자료 158
표 2.34. 선정된 메타-크레졸(meta-cresol)의 수생태독성 자료 158
표 2.35. 선정된 니트로벤젠(nitrobenzene)의 수생태독성 자료 158
표 2.36. 선정된 파라니트로톨루엔(para-nitrotoluene)의 수생태독성 자료 159
표 2.37. 선정된 페놀(phenol)의 수생태독성 자료 159
표 2.38. 선정된 톨루엔(toluene)의 수생태독성 자료 166
표 2.39. 선정된 염화비닐(vinyl chloride)의 수생태독성 자료 168
표 2.40. USEPA ECOTOX Database에서 수집한 육상생물의 독성자료 168
표 2.41. 선정된 벤젠(benzene)의 육상생태독성 자료 169
표 2.42. 선정 이황화탄소(carbon disulfide)의 육상생태독성 자료 169
표 2.43. 선정된 메타-크레졸(meta-cresol)의 육상생태독성 자료 169
표 2.44. 선정된 니트로벤젠(nitrobenzene)의 육상생태독성 자료 169
표 2.45. 선정된 페놀(phenol)의 육상생태독성 자료 170
표 2.46. 선정된 염화아연(zinc phosphide)의 육상생태독성 자료 170
표 2.47. 각 물질 별 수생생물과 육상생물의 HC5(hazardous concentration 5%) 177
표 2.48. 휘발성 물질의 등급 분류 기준 178
표 2.49. 휘발 생태독성 시험 적용 시 PDMS 처리 과정 및 방법 179
표 2.50. 연구 대상 물질별 물리화학적 특성 179
표 2.51. 용매별 물리화학적 특성 181
표 2.52. 용매의 독성 등급 182
표 2.53. 물벼룩(48-h)에 대한 용매의 독성 파라미터 183
표 2.54. 배양수 조제 용량에 따른 시약 및 투입량 185
표 2.55. 시험생물의 액상 먹이 조제 과정 및 방법 186
표 2.56. 시험생물인 큰물벼룩(Daphnia magna) 시험조건 187
표 2.57. 시험생물인 단각류(Hyalella azteca) 시험조건 187
표 2.58. 벤젠의 큰물벼룩(Daphnia magna) 독성 실험 농도 및 생존율 190
표 2.59. 메타-크레졸의 큰물벼룩(Daphnia magna) 독성 실험 농도 및 생존율 191
표 2.60. 니트로벤젠의 큰물벼룩(Daphnia magna) 독성 실험 농도 및 생존율 191
표 2.61. 페놀의 큰물벼룩(Daphnia magna) 독성 실험 농도 및 생존율 191
표 2.62. 톨루엔의 큰물벼룩(Daphnia magna) 독성 실험 농도 및 생존율 192
표 2.63. 큰물벼룩(Daphnia magna)에 대한 각 시험물질의 독성파라미터 194
표 2.64. 벤젠의 단각류(Hyalella azteca) 독성 실험 농도 및 생존율 196
표 2.65. 메타-크레졸의 단각류(Hyalella azteca) 독성 실험 농도 및 생존율 197
표 2.66. 니트로벤젠의 단각류(Hyalella azteca) 독성 실험 농도 및 생존율 197
표 2.67. 페놀의 단각류(Hyalella azteca) 독성 실험 농도 및 생존율 197
표 2.68. 톨루엔의 단각류(Hyalella azteca) 독성 실험 농도 및 생존율 198
표 2.69. 단각류(Hyalella azteca)에 대한 각 시험물질의 독성 파라미터 200
표 2.70. 준설토 생태독성 시험조건(물벼룩, 단각류) 201
표 2.71. 오염된 퇴적물의 처리 농도 및 시험생물종의 TU 201
표 2.72. 시험 생물종에 대한 각 시험물질의 독성 파라미터 202
표 2.73. 사고대비물질 잔류성 및 생물 농축성 데이터 204
표 2.74. 준설토 생태독성 퇴적물 시험생물(Hyalella azteca) 시험조건 209
표 2.75. 준설토 생태독성 상층수 시험생물(Daphnia magna) 시험조건 209
표 2.76. 오염된 퇴적물의 시험생물 Hyalella azteca TU값 및 독성저감률 214
표 2.77. 오염된 상층수의 시험생물 Daphnia magna TU값 및 독성저감률 214
표 2.78. 퇴적물 및 상층수 독성시험 생물종에 대한 시험물질 독성파라미터 214
표 2.79. 피복후 상층수 독성시험에 대한 시험생물 Daphnia magna TU값 및 독성저감률 215
그림 1.1. 연구개발 모식도 및 개발대상 요소기술 17
그림 1.2. 사고종료 후 퇴적토 내 잔류 유해화학물질의 제거기술 개발 및 통합 관리체계 구축 18
그림 1.3. 유해화학물질 확산 방지를 위한 준설·피복기술 개발 19
그림 1.4. 수환경 유출 유해화학물질의 퇴적예측 기술 개발 20
그림 1.5. 생태독성 기반 환경안전성 평가 기술 21
그림 1.6. 세부2 과제 전체 모식도 22
그림 1.7. 수리동역학 모형 구축 및 수치 모의 데이터 취득 체계 23
그림 1.8. 부유사 이송·확산 모형 개발 및 퇴적토 침전 지역 예측 모식도 24
그림 1.9. 유해화학물질 생태독성 평가기술 개발 모식도 25
그림 1.10. 준설토 처리기술 적용후 유출수 및 처리토의 생태안정성 평가 모식도 26
그림 1.11. 준설·피복기술 적용을 위한 의사결정 지원 26
그림 1.12. 현장 적용 시험에서의 유해화학물질 생태독성 평가 27
그림 2.1. 수리동역학모형 구축을 위한 Linux Cluster의 성능 및 구성 예시(서울대학교 35동... 35
그림 2.2. 부조 수위관측소 수위 및 유량 측정자료(2014-2018) 36
그림 2.3. 대송 수위관측소 수위 및 유량 측정자료(2014-2018) 37
그림 2.4. 포항시 풍·향속 분포자료(2014-2018) 39
그림 2.5. 형산강하류의 횡단면 측량 42
그림 2.6. 영일만 내 수심측정 및 형산강하류 횡단면 측량 수치화 43
그림 2.7. 형산강하류 짓점별 수온, 염분, 밀도의 수심분포 47
그림 2.8. 형산강하류 짓점별 횡단면 유속분포 49
그림 2.9. 수리동역학구축을 위한 지형 및 수평/수직격자계 구성 52
그림 2.10. 대송 수위관측소 짓점에서의 수위변동 관측 자료와 수치모의 결과 비교 54
그림 2.11. 포항조위관측소에서의 6대 분조들에 대한 반조차와 지각의 비교 55
그림 2.12. 대송수위관측소 위치에서의 CASE 별 모의기간 중 유량변화 결과 56
그림 2.13. CASE 별 최대유속(수심평균유속) 발생 시 유속 분포 57
그림 2.14. 형산강 하류의 유속분포(하류 경계조건에서 조석만 고려);... 59
그림 2.15. 형산강 하류의 유속분포(하류 경계조건에서 조석과 취송류 고려);... 60
그림 2.15. 형산강 하류의 유속분포(하류 경계조건에서 조석, 취송류, 파랑 고려);... 61
그림 2.16. 형산강 하류의 흐름방향 횡단면(하구에서부터 2 km) 유속분포... 62
그림 2.17. 형산강 하구의 수평·수직방향 담수영향역... 63
그림 2.18. 대조기(2001.5.8.)에서의 밀물과 썰물에서의 만내 흐름 모의 결과... 64
그림 2.19. 수리동역학모형(Delf3d-Flow)과 파랑모형(SWAN)의 결합 65
그림 2.20. 영일만 포항파랑관측 부이에서의 파랑성분(2019);... 69
그림 2.21. 연구대상지역에 위치한 주요 관측소 69
그림 2.22. 수리동역학모형(Delf3d-Flow)과 파랑모형(SWAN)의 도메인 및 개방경계조건 70
그림 2.23. 수리동역학모형 및 파랑모형에서의 지형 재구축;... 71
그림 2.24. 수리동역학모형과 파랑모형의 수평·수직격자 72
그림 2.25. 포항파랑관측부이에서의 유의파고 및 첨두파고주기 73
그림 2.26. 유황별 최대유속 발생 시 유속분포 74
그림 2.27. 두 방법에 대한 화학사고 이후 대응시간 비교;... 75
그림 2.28. 외장 스토리지를 이용한 데이터베이스 구축 개념도 76
그림 2.29. 일반적인 방법과 본 과제에서의 적용 할 방법에 대한 화학사고 대응시간의 비교 78
그림 2.30. 유사 이송 관련 선행 연구 80
그림 2.31. 개수로 내 하상 입자에 미치는 힘의 종류(Dey and papanicolaou, 2008) 81
그림 2.32. Shields diagram(Shields, 1936) 82
그림 2.33. 유속 측정 결과 84
그림 2.34. 난류 터짐 현상에 대한 개요도(Salim et al., 2017) 85
그림 2.35. 방향구 분석(Dey and papanicolaou, 2008) 85
그림 2.36. 입자 영상 유속계 개요도 88
그림 2.37. 상관 영역 내 입자 밀도에 따른 유속장과 상호 상관 계수 분포... 89
그림 2.38. 상관 영역의 크기에 따른 유속장과 상호 상관 계수 분포... 90
그림 2.39. 이미지 잡음 크기에 따른 유속장과 상호 상관 계수 분포... 91
그림 2.40. 실험실 수로(a) 및 입자 영상 유속계 장비(b) 91
그림 2.41. 실험결과 - 평균유속분포... 92
그림 2.42. 실험결과 - 레이놀즈 전단응력 분포... 93
그림 2.43. 연직 방향 벽면 법칙(Law of the wall) 그래프... 94
그림 2.44. 방향구 분석 결과... 94
그림 2.45. 침식과 퇴적에 의한 바닥경계층에서의 퇴적물 교환 125
그림 2.46. 유해화학물질 퇴적지 예측 모형의 구성 개요 130
그림 2.47. 퇴적토 이송확산모형 경계조건의 예(2019.09) 131
그림 2.48. 형산강 하류에서의 표층과 저층의 유속 분포 132
그림 2.49. 형산강 하류에서의 종방향 밀도 분포 132
그림 2.50. 형산강 하류에서의 표층과 저층의 수온(위)/염분(아래) 분포 133
그림 2.51. 2번째 최대유량이 발생에 의한 최대바닥전단응력(9월 4일, 7일) 133
그림 2.52. 2번째 최대유량이 발생에 의한 소류사이송(위)/지형변화(아래),... 134
그림 2.53. 형산강 하류에서의 종방향 유속 분포 135
그림 2.54. 형산강 하류에서의 표층과 저층의 수온(위)/염분(아래) 분포 136
그림 2.55. 연중 최대유량이 발생에 의한 바닥전단응력(위)/소류사 이송(아래),... 137
그림 2.56. 연중 최대유량이 발생에 의한 지형변화(9월 23일, 27일) 138
그림 2.57. 형산강 하류에서의 최대바닥전단응력과 소류사 이송: 100 m³/s 138
그림 2.58. 형산강 하류에서의 최대바닥전단응력과 소류사 이송... 139
그림 2.59. 구무천에서 유입된 오염퇴적토의 부유사 이송·확산(m³/s/m) 140
그림 2.60. 구무천에서 유입된 오염퇴적토의 부유사 이송·확산... 141
그림 2.61. 라그랑주 입자추적 모듈 개념도 143
그림 2.62. 구무천에서 유입된 오염퇴적토의 3차원 라그랑주 입자추적 146
그림 2.63. 형산강 하류에 유입된 오염퇴적토의 표층에서의 2차원 라그랑주 입자추적 147
그림 2.64. 유해화학물질 퇴적토 예측 모형 148
그림 2.65. 현장실증실험 위치 및 준설 작업 시 확산되는 부유사의 탁도, 유속 측정 149
그림 2.66. 유해화학물질 퇴적토의 침전지 예측(좌) 및 입자의 거동(우) 150
그림 2.73. 아크릴로니트릴(acrylonitrile)에 대한 수생생물 종민감도분포 171
그림 2.74. 알릴 클로라이드(allyl chloride)에 대한 수생생물 종민감도분포 171
그림 2.75. 벤젠(benzene)에 대한 수생생물 종민감도분포 172
그림 2.76. 벤질 클로라이드(benzyl chloride)에 대한 수생생물 종민감도분포 172
그림 2.77. 벤질 클 이황화탄소(carbon disulfide)에 대한 수생생물 종민감도분포 173
그림 2.78. 메타-크레졸(meta-cresol)에 대한 수생생물 종민감도분포 173
그림 2.79. 니트로벤젠(nitrobenzene)에 대한 수생생물 종민감도분포 174
그림 2.80. 파라-니트로톨루엔(para-nitrotoluene)에 대한 수생생물 종민감도분포 174
그림 2.81. 페놀(phenol)에 대한 수생생물 종민감도분포 175
그림 2.82. 톨루엔(toluene)에 대한 수생생물 종민감도분포 175
그림 2.83. 이황화탄소(carbon disulfide)에 대한 육상생물 종민감도분포 176
그림 2.84. 페놀(phenol)에 대한 육상생물 종민감도분포 176
그림 2.85. 니트로벤젠(nitrobenzene)에 대한 육상생물 종민감도분포 177
그림 2.86. 용매에 대한 물벼룩(Daphnia magna)의 48시간 생존율 182
그림 2.87. 액상시료의 독성평가에 이용하는 물벼룩(Daphnia magna) 183
그림 2.88. 물벼룩의 생활사 184
그림 2.89. 고형시료의 독성평가에 이용하는 단각류(Hyalella azteca) 184
그림 2.90. 물벼룩과 단각류 배양수의 조제방법 185
그림 2.91. 생태독성실험의 절차 186
그림 2.92. NOEC(no observed effect concentration)와 LOEC(lowest observed effect... 188
그림 2.93. LC50(median lethal concentration)계산을 위한 독성자려의 처리과정[이미지참조] 189
그림 2.94. 큰물벼룩(Daphnia magna)의 노출 과정 189
그림 2.95. 물벼룩(Daphnia magna)의 생태독성자료 데이터베이스 190
그림 2.96. 벤젠 농도증가에 따른 큰물벼룩(Daphnia magna)의 사망 간 농도-반응관계 192
그림 2.97. 메타-크레졸 농도증가에 따른 큰물벼룩(Daphnia magna)의 사망 간 농도-반응관계 193
그림 2.98. 니트로벤젠 농도증가에 따른 큰물벼룩(Daphnia magna) 사망 간 농도-반응관계 193
그림 2.99. 페놀 농도증가에 따른 큰물벼룩(Daphnia magna)의 사망 간 농도-반응관계 193
그림 2.100. 톨루엔 농도증가에 따른 큰물벼룩(Daphnia magna)의 사망 간 농도-반응관계 194
그림 2.101. 각 시험물질에 대한 큰물벼룩(Daphnia magna)의 농도-반응 비교 195
그림 2.102. 단각류(Hyalella azteca)의 노출 과정 195
그림 2.103. 단각류(Hyalella azteca)의 생태독성자료 데이터베이스 196
그림 2.104. 벤젠 농도증가에 따른 단각류(Hyalella azteca)의 사망 간 농도-반응관계 198
그림 2.105. 메타-크레졸 농도증가에 따른 단각류(Hyalella azteca)의 사망 간 농도-반응관계 198
그림 2.106. 니트로벤젠 농도증가에 따른 단각류(Hyalella azteca)의 사망 간 농도-반응관계 199
그림 2.107. 페놀 농도증가에 따른 단각류(Hyalella azteca)의 사망 간 농도-반응관계 199
그림 2.108. 톨루엔 농도증가에 따른 단각류(Hyalella azteca)의 사망 간 농도-반응관계 199
그림 2.109. 각 시험물질에 대한 단각류(Hyalella azteca)의 농도-반응 비교 200
그림 2.110. 유출수 및 처리토의 생태안정성 평가 모식도 202
그림 2.111. 생물 농축성 및 환경 잔류성 점수 부여 방식 203
그림 2.112. 수환경 유출 유해화학물질 오염 퇴적물 생태독성평가 체계도 208
그림 2.113. 퇴적물 생태독성 평가 시험생물(Hyalella azteca(좌), Daphnia magna(우)) 208
그림 2.114. Hyalella azteca에 대한 오염물질 퇴적물 생태독성시험 결과 210
그림 2.115. 오염물질 농도가 증가에 따른 Hyalella azteca의 사망 간 농도반응관계 211
그림 2.116. Daphnia magna에 대한 오염물질 퇴적물 생태독성시험 결과 212
그림 2.117. 오염물질 농도가 증가에 따른 Daphnia magna의 사망 간 농도반응관계 213
그림 2.118. 피복 후 Daphnia magna 독성시험(예시) 215