스트리터-펠프스식 (Streeter-Phelps Model)

한 줄 정의: 유기물 분해와 재폭기의 균형으로 하류 용존산소 변화를 예측하는 고전 수질모형입니다.

쉽게 풀면

오염물이 하천에 들어가면 미생물이 이를 분해하면서 산소를 써 버려 용존산소가 떨어지다가, 어느 지점을 지나면 대기에서 산소가 다시 녹아들어 회복됩니다. 그래서 하류 방향으로 산소 농도를 그려 보면 아래로 처졌다가 올라오는 곡선이 나옵니다. 스트리터와 펠프스는 이 곡선을 산소 소모 속도와 재폭기 속도라는 두 항으로 설명하는 식을 제시했습니다.

왜 중요한가

이 모형은 하천 수질 모델링의 출발점이자, 배출허용기준과 오염총량을 정할 때 어느 지점에서 산소가 가장 부족해지는지를 계산하는 근거를 제공합니다. 오늘날의 복잡한 수질 모델도 이 구조를 확장한 형태입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"스트리터-펠프스식으로 산정한 임계점은 방류지점 하류 약 12 km 지점이었으며, 이때 예측 용존산소는 3.2 mg/L였다."

산소가 가장 낮아지는 위치와 값을 모형으로 추정해 보고하는 서술입니다.

조금 더 깊게 보면

이 모형은 탈산소계수와 재폭기계수라는 두 상수의 관계로 곡선 모양을 결정하며, 산소가 최저가 되는 위치를 임계점, 그때의 부족량을 임계부족량이라고 부릅니다. 정상상태, 1차 반응, 하천의 완전혼합과 일정한 흐름을 가정하기 때문에 조류의 광합성과 호흡, 저질의 산소 소모, 질산화에 의한 산소 요구는 기본식에 포함되지 않습니다. 이런 항들을 추가한 것이 이후의 하천 수질 모델들입니다.

주의할 점

이 식은 유기물 분해에 따른 산소 수지에 초점을 맞춘 단순 모형입니다. 부영양화가 진행되어 조류의 광합성이 산소 농도를 좌우하는 하천에서는 예측이 크게 어긋날 수 있으므로 하천수질모델 같은 확장 모형을 씁니다.