[논문]대청호 저수지 수질해석을 해석을 위한 CE-QUAL-W2 모형의 검보정

하성룡; 이재일

대청호 저수지 수질해석을 해석을 위한 CE-QUAL-W2 모형의 검보정
Calibration and Verification of CE-QUAL-W2 Model for Measuring Water Quality in the Daecheong Reservoir 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.17 no.6, 2008년, pp.349 - 356

Abstract ▼ AI-Helper

This paper aims to understand the effects of a turbidity flow intrusion on eutrophication in Daecheong Dam Reservoir. CE-QUAL-W2, a two-dimensional hydrodynamic and water quality model, is applied. The elevation of the reservoir water surface is used to validate the hydrodynamic model parameters and maximum fluctuations in the water surface elevations reaches about 1 m in the reservoir. During the heavy storm season, July, the thermocline submerged to less than 30 m below the surface. The thickness of the thermocline also reduced to 10 to 15 m. While the average TSS in June, the beginning of the monsoon was still low but it peaked in July due to heavy rainfall. Vertical profiles of the TSS regime in July indicated higher concentration in upper water layers and then the regime moves gradually downward in accordance with the time lapse. Due to the dam spillway opening, high concentrations of TSS attributed to storm turbidity ascended to the upper water layer by following the upward current movement and then, the regime precipitated to a layer below 30 to 40 m after September.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 대청댐 저수지의 제한된 유입 실측값을 기준으로 유입농도를 산정하는 추세선을 분석하여 유입농도를 구축하였고 내부생산에 대한 모형의 매개변수를 조정하는 과정을 통해 모형의 보정과 검증을 실시하여 대청호 내의 부영양화상태를 분석하기 위한 모형을 구축하였다. 본 연구를 통해 도출한 결론을 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

1) 제한된 실측자료로부터 경계조건에 대한 입력 자료를 구축하기 위해 실측자료를 바탕으로 분석하였다. 유량규모별로 구분하여 데이터를 구축 후 모의한 결과 수문사상의 변화가 큰 2003년과 2005년의 모의 기간에 대해 댐앞지점에서의 수위 및 실측 지점 수질결과값이 만족스러운 결과를 가져왔다.
CE-QUAL-W2 모형을 구축하기 위해서 저수지 지형정보, 기상자료, 유출입량 자료, 유입온도등과 같은 자료를 구축하였다. 기상자료는 실온, 이슬점 온도, 풍속, 풍향 그리고 운량에 이르기까지 다양한 정보를 구축하였으며, 수질항목별 유입농도는 Figure 3에서 분석된 방법으로 구축하였다.
CE-QUAL-W2 모형을 구축하기 위해서 저수지 지형정보, 기상자료, 유출입량 자료, 유입온도등과 같은 자료를 구축하였다. 기상자료는 실온, 이슬점 온도, 풍속, 풍향 그리고 운량에 이르기까지 다양한 정보를 구축하였으며, 수질항목별 유입농도는 Figure 3에서 분석된 방법으로 구축하였다.
대청호의 구획(Branch) 및 흐름방향 요소 (Segment)인 구간 지점의 구분은 본류와 주요지류를 포함하여 6개의 구획으로 구분하였고, 구간은 수 체의 흐름에 직각이 되도록 하고 대청호 저수지의 형상과 수리 및 수질변동 특성 등을 종합적으로 고려하여 구분하였다. 또한 수심방향으로는 간격을 2m로 하여 26개 Layer를 고려하였다.
모의 결과는 상류 유입부인 장계교(Sta.1), 추소 (Sta.2), 댐앞(Sta.3) 지점까지 수질측정망 지점에 대하여 상층(upper layer), 중층(middle layer), 하층(bottom layer)에서 측정한 자료 실측값과 비교 하였다. 모델의 평가는 평균제곱오차의 평방근 (root mean square error)의 통계값을 사용하였다.
모델을 수행하기 위해 제한된 실측자료를 바탕으로 유량 및 수온과의 관계를 분석하여 도출해야 하는 경우도 있다. 본 연구에서는 장계교, 옥천천, 회인천, 추동, 문의 지점으로 유입되는 경계 조건에 대한 실측자료를 최대한 수집하여 유량과의 관계를 분석하였다. 실측자료는 2001년부터 2005년까지의 데이터를 사용하였고, 수질 항목은 SS, PO₄-P, Chl-a, DO, TN, LDOC, RDOC을 수집하였다.
용존산소를 모의 하는 과정에서 생긴 오차의 원인으로 여러 가지 다양한 요소가 복합적으로 작용하였지만 유입수의 경계조건에서의 부족한 자료를 가장 큰 원인으로 분석한 선행연구가 있다(김유경 등, 2006). 본 연구에서는 제한된 유입 실측값을 기준으로 유입농도를 산정하는 추세선을 분석하여 유입농도를 구축하였고 내부생산에 대한 모형의 매개변수를 조정하는 과정을 통해 모형의 보정과 검증을 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 모의 대상 기간을 설정하기 위해 대청호의 2001년부터 2005년까지 5년간의 수질 데이터를 환경부 수질측정망 DB로부터 추출하여 분석 하였다(Figure 2). 수질항목은 용존산소(Dissolved oxygen), 생물학적 산소 요구량(Biochemical oxygen demand), 화학적 산소 요구량(Chemical oxygen demand), 부유물질(Suspended solid), 총인(Total phosphorus) 그리고 총질소(Total nitrogen) 이다.
본 연구에서는 장계교, 옥천천, 회인천, 추동, 문의 지점으로 유입되는 경계 조건에 대한 실측자료를 최대한 수집하여 유량과의 관계를 분석하였다. 실측자료는 2001년부터 2005년까지의 데이터를 사용하였고, 수질 항목은 SS, PO₄-P, Chl-a, DO, TN, LDOC, RDOC을 수집하였다. DO항목은 온도와의 관계를 분석하였다.

데이터처리

3) 지점까지 수질측정망 지점에 대하여 상층(upper layer), 중층(middle layer), 하층(bottom layer)에서 측정한 자료 실측값과 비교 하였다. 모델의 평가는 평균제곱오차의 평방근 (root mean square error)의 통계값을 사용하였다. RMSE는 실측값과 모의값의 제곱오차로부터 평균제곱오차를 구하여 제곱근을 구한 것으로 모의 결과의 평균오차를 나타내는 지표로 단위가 실제 변량의 단위와 같고 값이 0에 가까울수록 모델의 성능이 보다 우수하다는 것을 나타낸다.

성능/효과

2) 2003년과 2005년의 표면층 아래의 12-24m 사이의 중간층 댐지점에서의 TSS 농도는 Gate 조절 시기에 매우 높게 형성되고 있고 추동지점의 경우 2003년 Chl-a 농도가 높게 형성되고 있는데 이는 댐지점의 여수로 방류의 영향으로 분석되어 진다.
3) 2003년 댐지점에서의 여수로 방류 후 7일이 지난 시점에서의 TP의 농도가 높은 상태의 강한 탁수유입으로 중층에서 이루어지고 여수로 방류가 끝난 후 수체의 저층으로 이동하였다. 2005년의 경우 저수지내의 내부생산이 지속적으로 이루어지면서 누적되는 양이 TSS보다 TP가 높게 유지되었다.
따라서 대상지와 같은 기상조건과 지형조건의 수체는 수심별 용존산소 농도변화를 예측하는데 많은 어려움이 있다. 실측값을 기준으로 추세선을 적용하여 유입농도를 분석하고 매개변수를 조절한 결과 DO의 수질분포는 봄철 모의 값이 실측값보다 다소 과소평가되는 경향을 보이고 있지만 전반적으로 잘 모의가 되고 있는 것으로 나타났다.
1) 제한된 실측자료로부터 경계조건에 대한 입력 자료를 구축하기 위해 실측자료를 바탕으로 분석하였다. 유량규모별로 구분하여 데이터를 구축 후 모의한 결과 수문사상의 변화가 큰 2003년과 2005년의 모의 기간에 대해 댐앞지점에서의 수위 및 실측 지점 수질결과값이 만족스러운 결과를 가져왔다.

후속연구

유입농도의 실측값으로부터 추세선의 R²이 높게 나오고 있지는 않지만 부족한 실측값의 유입농도를 추정하는데는 무리가 없는 것으로 판단된다. 향후 실측값의 추가로 보다 정확한 유입농도를 추정해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	조류의 성장의 구분은?	저수지로 유입되는 점오염원과 비점오염원은 저수지내의 플랑크톤을 증식시켜 산소량의 변화, 바닥 층에서의 산소결핍, 취수의 이취문제 그리고 수처리기계의 필터막힘등에 영향을 준다(Lung, 2001). 이러한 조류의 성장은 외부적인 성장 요인과 내부적인 생물학적 요인으로 구분되어지는데 이러한 수체의 이동과 혼합과정은 생물학적 반응과 밀접한 관련이 있기에 물질수송과정에 대한 수리적인 부분과 수질반응 알고리즘간의 모의는 많이 연구되고 있다(Lung, 2001; Leon et al., 2003; Liu et al.
	저수지로 유입되는 점오염원과 비점오염원은 어떤 영향을 끼치는가?	부영양화는 호수와 저수지 수질의 주요 문제 중 하나이다. 저수지로 유입되는 점오염원과 비점오염원은 저수지내의 플랑크톤을 증식시켜 산소량의 변화, 바닥 층에서의 산소결핍, 취수의 이취문제 그리고 수처리기계의 필터막힘등에 영향을 준다(Lung, 2001). 이러한 조류의 성장은 외부적인 성장 요인과 내부적인 생물학적 요인으로 구분되어지는데 이러한 수체의 이동과 혼합과정은 생물학적 반응과 밀접한 관련이 있기에 물질수송과정에 대한 수리적인 부분과 수질반응 알고리즘간의 모의는 많이 연구되고 있다(Lung, 2001; Leon et al.
	저수지를 모의하기 위하여 본 실험에서 대상지로 선택한곳은?	Figure 1은 연구대상지역인 대청호를 나타내고 있다. 대청댐은 상류로는 금강이 있는 다목적댐으로 1980년에 금강하구로부터 150km상류지점인 대전시 동북방 16km, 청주시 남방 16km 지점에 위치하고 있다.

참고문헌 (6)

？Chung, S. W., Park, J. H., Kim, Y. K., Yoon, S. W., 2006, Application of CE-QUAL-W2 to Daecheong Reservoir for Eutrophication Simulation, Korean Society on Water Quality, 23 (1), 52-63.

원문보기 상세보기
Ha, S. R. and Kim, S. Y., 2005, Improvement of Wasp hydraulic module for a stratified reservoir, Proceedings of COE Joint Symposium on Environment Engineering among Hokkaido University, Chungbuk National University and Bandung Institute of Technology, Hokkaido, Japan.
Leon, L. F., Lam, D. C., Mc Crimmon, C., and Swayne, D. A., 2003, Watershed management modeling in Malawi: Application and technology transfer. Environmental Modeling and Software, 18, 531-539.

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Liu, W. C., Kuo, J. T., and Kuo, A. Y., 2005, Modeling hydrodynamics and water quality in the separation waterway of the Yulin offshore industrial park, Taiwan. Environmental Modeling and Software, 20(3), 309-328.

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Lung, W. S., 2001, Water quality modeling for waste load allocations and TMDLs, John wiley & Sons Inc., 333.
Pastres, R. and Ciavatta, S., 2005, A comparison between the uncertainties in model parameters and in forcing functions: its application to a 3D water-quality model. Environmental Modeling and Software, 20(8), 981-989.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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