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NTIS 바로가기대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.30 no.5, 2008년, pp.544 - 551
정성수 (안성시청 환경과) , 김경섭 (한경대학교 환경공학과)
QUAL2K enhanced QUAL2E and applied in real fields efficiently incorporates denitrification process, sediment-water interaction process, bottom algae and detritus. Also, the CBOD of QUAL2K is divided into two real parts, one is slow CBOD(sCBOD) and another is fast CBOD(fCBOD). The simulation results ...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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안양천에 QUAL2E와 QUAL2K 모델을 적용해 보았으며 결과를 분석하였다. 이 연구를 통하여 얻어진 결론은? | 1) DO는 QUAL2K가 QUAL2E 모델 결과 값보다 작으면서 실측치에 더 가까운 양상을 나타냈다. 이는 부착조류의 호흡 및 사멸과 함께 sCBOD 산화율(kdcs) 및 fCBOD 산화율(kdc)이 0.8 d-1로 기존에 모의했던 BOD 산화율(K1) 0.2 d-1보다 커 이에 따르는 산소 소모의 영향에 의한 것으로 판단된다. 반응계수를 변화시키면서 DO가 낮아진 원인을 알아본 결과 부착조류의 사멸로 인해 증가한 SOD의 DO 소모에 기인한 것으로 파악되었다. 2) BOD는 새로 추가된 입자성 유기물과 부착조류의 영향으로 QUAL2K가 QUAL2E보다 결과 값이 높게 나타났고 실측치와도 차이를 보였다. 부착조류와 수질항목에는 서로 다른 시기에 측정한 한계가 존재하지만 부착조류의 영향 정도를 계량화할 수 있었다. 3) Org-N 및 NH3-N는 두 모델의 반응계수가 차이가 있음에도 비슷한 결과 값을 나타냈다. 그 이유는 Org-N 및 NH3-N이 해당 반응계수에 민감하지 않은 것으로 보인다. NO3-N은 QUAL2E보다 QUAL2K에서 하천 전반에 걸쳐 약간 낮게 모의되었는데 이것은 퇴적층과 수체간의 상호작용과 탈질화의 영향으로 판단된다. 반응계수를 변화시키면서 NO3-N 감소의 원인을 찾은 결과 탈질화의 영향보다는 퇴적층과 수체의 상호작용에 기인한 것으로 파악되었다. 4) Org-P는 두 모델이 같은 반응계수가 적용되어 비슷한결과 값을 나타냈다. Dis-P은 QUAL2E보다 QUAL2K에서 하류로 갈수록 낮아지면서 실측치에 더 가까웠다. 이것은 기존 QUAL2E에서 고려하지 않은 무기성 물질의 흡착으로 인한 Dis-P의 침강율(vip) 0.22 m/d을 반영한 결과로 보인다. 5) Chl-a는 QUAL2E와 QUAL2K의 조류 호흡율(krp)이 각각 0.05 d-1와 0.01 d-1로 차이가 있지만 비슷한 결과 값을 나타냈다. 그 이유는 QUAL2K에서는 0.01d -1사멸율(kdp)이 추가 고려되었으며 조류의 하천내 체류시간이 짧아 호흡율에 민감하지 않은 결과로 판단된다. 6) 단순 통계 인자를 사용한 두 모델의 결과 분석에서 BOD의 상대오차와 분산계수는 QUAL2E 보다 QUAL2K 에서 높게 나타났으나, 나머지 9개 수질항목은 작거나 비슷한 값을 보였다. QUAL2K 모델은 QUAL2E 모델보다 실제 자연현상에 더 가깝게 접근하기 위하여 다양한 수질 항목과 반응기작을 고려하였으며, 큰 차이는 아니지만 전반적으로 QUAL2K 모델 적용이 QUAL2E 모델 적용시보다 상대오차와 분산계수가 더 작게 나타나 QUAL2K의 모의 결과가 QUAL2E 보다 실제현상을 잘 구현한다고 판단할 수 있다. | |
수질은 무엇에 따라 결정되는가? | 외부의 오염원 유입에 의하여 야기되는 수계의 수질변화는 계량화가 가능한 수학적 모델을 이용하여 파악할 수 있다. 수질은 유입 오염부하량의 크기에 따라 결정되며 수계내 오염물질은 이 물질의 화학 및 생물학적 특성에 의하여, 또한 수계의 물리적인 특성에 의하여 변화한다. 오염발생원으로부터 비롯되는 부하량은 수질모델을 통하여 농도로 파악되며, 이는 수이용에 필요한 수질기준과 비교·검토하게 된다. | |
QUAL2K는 어떤 모델인가? | QUAL2K는 QUAL2E의 단점을 보완하여 한 단계 발전시킨 모델로서 하천의 수직 및 수평으로 완전혼합을 가정하며, 정상상태 부등류 흐름으로 해석하고, 열 수지와 수온의 비정상상태 모의가 가능한 점 등이 QUAL2E와 같으나, 계산요소가 그 특성에 맞게 각각 다른 길이로 모의 할 수있으며 오염원이나 취수원이 같은 계산요소에 다중으로 고려할 수 있는 점이 QUAL2E와 다르다. QUAL2K 모델만의 특징은 VBA를 이용하여 프로그래밍 하였으며, Microsoft Windows 환경에서 사용할 수 있도록 Excel을 Graphic User Interface(GUI)로 활용하여 사용자가 보다 이용하기 쉽게 하였다. |
Chapra, S. C., Surface Water-Quality Modeling, McGraw-Hill, New York(1997)
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정성수, 안양천에서 QUAL2E와 QUAL2K 모델의 비교연구, 한경대학교, 석사학위 논문(2005)
Brown, L. C. and Barnwell Jr., T. O., The Enhanced stream water quality models QUAL2E and QUAL2EUNCAS: documentation and user manual, EPA/600/3-87/007, USEPA (1987)
Chapra, S. C. and Pelletier, G. J., Documentation and Users Manual(QUAL2K), USEPA(2003)
정성수, 김경섭, "안양천에서 QUAL2E와 QUAL2K 모델의 비교연구," 대한환경공학회 추계학술연구발표회(2005)
Di Toro, D. M, Paquin, P. R., Subburamu, K., and Gruber, D. A., "Sediment Oxygen Demand Model: Methane and Ammonia Oxidation," J. Environ. Eng., 116(5), 945-986(1991)
경기도, 안양천 살리기 종합대책수립(2003)
Charbonnean, Paul and Knapp, Barry, A user's guide to PIKAIA 1.0, National Center for Atmospheric Research (1995)
김성태, 채수권, 김건흥, "유전 알고리즘을 이용한 QUAL2E 모형의 반응계수 추정," 대한환경공학회지, 19(4), 507-514(1999)
김용구, 진화알고리즘을 이용한 QUAL2E 모형의 반응계수 추정에 관한 연구, 동신대학교, 석사학위논문(2002)
김경섭, 윤동구, 이기영 "최소자승법에 의한 QUAL2E 모델 반응계수 보정," 한국수자원학회지, 37(9), 719-727 (2004)
Ambrose Jr., R. B. and Roesch, S. E., "Dynamic Estuary Model Performance," J. Environ. Eng., 108(5), 51-71 (1982)
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