본 연구에서는 새만금유역과 호 내의 복잡한 수체 형상, 유입 및 유출 구조를 반영하는데 적합한 모델을 적용하고 재현성이 검토된 모델 결과를 이용하여 호 내 수질을 모의하였다. 또한 구성한 모형의 결과를 바탕으로 만경강, 동진강의 상류에 위치하고 있는 제수문에서의 방류조건을 가정하여 모의를 수행하였다. 방류조건별 모의 결과, 만경강을 통해 유하하는 호 상류부인 M3, 동진강을 통해 유하하는 호 하류부인 D5지점에서 목표수질을 초과하는 것으로 나타났고 새만금호 상류부인 M3, D3지점은 방류조건에 따른 수질개선효과가 큰 것으로 예측되어 만경강과 동진강의 유입수의 영향이 지배적인 것으로 평가되었다. 전량방류시 영향범위를 거리로 살펴보면 만경강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 22 km지점, 동진강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 15 km지점까지로 나타났다. 농도변화와 방류조건별 영향범위를 살펴보면, 하류측으로 갈수록 수질개선에 영향을 적게 미치지만, 증가된 방류량에 의해 수질이 개선되어 제수문에서의 방류량 증가는 호 내 수질개선에 기여하는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 새만금유역과 호 내의 복잡한 수체 형상, 유입 및 유출 구조를 반영하는데 적합한 모델을 적용하고 재현성이 검토된 모델 결과를 이용하여 호 내 수질을 모의하였다. 또한 구성한 모형의 결과를 바탕으로 만경강, 동진강의 상류에 위치하고 있는 제수문에서의 방류조건을 가정하여 모의를 수행하였다. 방류조건별 모의 결과, 만경강을 통해 유하하는 호 상류부인 M3, 동진강을 통해 유하하는 호 하류부인 D5지점에서 목표수질을 초과하는 것으로 나타났고 새만금호 상류부인 M3, D3지점은 방류조건에 따른 수질개선효과가 큰 것으로 예측되어 만경강과 동진강의 유입수의 영향이 지배적인 것으로 평가되었다. 전량방류시 영향범위를 거리로 살펴보면 만경강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 22 km지점, 동진강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 15 km지점까지로 나타났다. 농도변화와 방류조건별 영향범위를 살펴보면, 하류측으로 갈수록 수질개선에 영향을 적게 미치지만, 증가된 방류량에 의해 수질이 개선되어 제수문에서의 방류량 증가는 호 내 수질개선에 기여하는 것으로 판단된다.
This study simulated water quality item and flow rate of subbasin for Saemangeum watershed using Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) model which simulate hydraulic and water quality in three-dimensions. The simulated values corresponded to observe...
This study simulated water quality item and flow rate of subbasin for Saemangeum watershed using Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) model which simulate hydraulic and water quality in three-dimensions. The simulated values corresponded to observed value well. The result of simulation for floodgate operations at the M3 and M5 points, it exceeds water quality standard and at the M3 and D3 points, change of range for concentration is too wide, and upstream of Saemangeum reservoir is sensitive to inflow flow rate. Compared to the annual average concentration for observed station according to the discharge conditions, improvement of water quality for upstream was apparently compared to the downstream. Range of influence for change of water quality presented that maximum discharge condition, the influence range is 22 km in the direction of the Saemangeum downstream from the Mankyung bridge, and 15 km in the downstream direction of saemangeum in the Dongjin bridge. This study result demonstrated that floodgate operating at upstream has significant influence on water quality management of Saemangeum reservoir and it needs to be considered in plans of water quality management for Floodgate operation on Saemangeum reservoir.
This study simulated water quality item and flow rate of subbasin for Saemangeum watershed using Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) model which simulate hydraulic and water quality in three-dimensions. The simulated values corresponded to observed value well. The result of simulation for floodgate operations at the M3 and M5 points, it exceeds water quality standard and at the M3 and D3 points, change of range for concentration is too wide, and upstream of Saemangeum reservoir is sensitive to inflow flow rate. Compared to the annual average concentration for observed station according to the discharge conditions, improvement of water quality for upstream was apparently compared to the downstream. Range of influence for change of water quality presented that maximum discharge condition, the influence range is 22 km in the direction of the Saemangeum downstream from the Mankyung bridge, and 15 km in the downstream direction of saemangeum in the Dongjin bridge. This study result demonstrated that floodgate operating at upstream has significant influence on water quality management of Saemangeum reservoir and it needs to be considered in plans of water quality management for Floodgate operation on Saemangeum reservoir.
따라서 본 연구에서는 새만금유역과 호 내의 복잡한 수체 형상, 유입 및 유출 구조를 반영하는데 적합한 모델을 적용하고 재현성이 검토된 모델결과를 이용하여 호 내 수질을 모의하였다. 또한 구성한 모형의 결과를 바탕으로 만경강, 동진강 상류에 위치하고 있는 제수문에서의 방류조건을 가정하여 모의를 수행하였으며, 모의결과를 토대로 제수문운영에 따른 호 내 수질 변화 및 영향 범위를 제시하여 효과적인 수질관리에 기여하고자 한다.
제안 방법
본 연구에서는 새만금호를 연구 대상지역으로 선정하여새만금 유역에 대해 SWAT모형을 적용시켜 자료를 구축하였고, 결과를 토대로 3차원 수리 · 수질모델인 EFDC를 이용하여 호 내 수질을 모의하였다. 또한 상류제수문 방류조건에 따른 수질 변화를 모의하여 호 내 수질변화와 영향범위를 추정하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 새만금호를 연구 대상지역으로 선정하여새만금 유역에 대해 SWAT모형을 적용시켜 자료를 구축하였고, 결과를 토대로 3차원 수리 · 수질모델인 EFDC를 이용하여 호 내 수질을 모의하였다. 또한 상류제수문 방류조건에 따른 수질 변화를 모의하여 호 내 수질변화와 영향범위를 추정하였다.
대상 데이터
새만금유역은 만경강, 동진강과 서해안 일부지역으로 총 면적은 3,319 km2이다. 그 중 만경강과 동진강의 유역면적은 각각 1,571 km2, 1,034 km2이며, 전체 유역 면적의 78.
토양도는 국립농업과학원에서 제작된 1:25,000 정밀토양도를 이용하였으며 기상자료는 새만금유역 기상관측소(전주, 군산, 정읍, 부안) 및 강우관측소(전주, 고산, 임피, 구이, 용지, 금마, 봉동, 용진, 정읍, 고부, 김제, 태인, 산외, 금구)에서 강수량(mm), 최고 ․ 최저온도(°C), 풍속(m/s), 상대습도(%), 일사량(MJ/m2)에 대해 2008년 1월 1일부터 2012년 12월 31일까지의 관측된 일별 자료를 수집 후 각각 .dbf파일을 생성하여 입력 하였다.
이론/모형
SWAT모형에 의한 모의기간은 총 5년(2008~2012년)이고, 이 중 안정화기간은 3년(2008~2010년)이며 모델의 보정은 2011년, 검증은 2012년이다. SWAT 모형에서 각 HRU별 강우에 따른 유출량 계산은 지표유출의 경우 Soil Conservation Service (SCS) Curve Number 방법을 이용하였고 지표, 지표하, 기저 유출은 하천구간들 사이의 연계성을 고려하여 Muskingum 방법을 이용하였다. 유출량 보정 절차는 만경, 동진강유역의 최상류인 만경B, 정읍A에 대하여 먼저 실시하였고 하류단으로 내려가며 유출량을 보정하였으며 지표유출(CN, SOL_AWC, ESCO), 기저유출(ALPHA_BF, GWQMN, REVAP-MN, GW_REVAP), 첨두유량(CH_N, CH_K) 이후 감쇠곡선 보정 순으로 수행하였다.
, 2010). 본 연구에서는 수질오염총량관리제상의 세유역을 중첩시키고 하천망을 표현할 수 있는 최적의 임계값을 시행착오법을 적용하여 하천생성을 위한 최소배수면적을 140 ha로 설정하였으며, 이에 따라 만경강유역 162개, 동진강유역 141개의 소유역으로 분할하였다. 분할된 소유역에 대하여 Hydrologic Response Units (HRU) Definition 과정 중, Land use와 Soil Class의 면적 비율을 각각 5%와 10%로 설정하여 공간적인 특성을 반영하도록 하였으며, 이에 따라 만경강유역은 1,777개, 동진강유역은 1,222개의 HRU로 구분하였다.
성능/효과
1) 제수문에서 방류조건을 적용시켜 호 내 수질을 모의한 결과 M3, M5지점에 대해 T-N, T-P항목이 목표수질을 초과한 것으로 모의되었다. 또한 M3, D3 지점에서 방류조건별 농도변화가 커 호 내 상류측이 유입수에 민감하게 반응하는 것으로 나타났다.
2) 수질개선효과를 살펴보면 지점별 연평균농도 산정 결과 최소방류와 전량방류를 비교 했을 때, M3지점에서 COD 1.3 mg/L 감소, T-N 1.207 mg/L 감소, T-P 0.08 mg/L 감소, Chl-a 5.1 mg/m3 감소, D3지점에서 COD 0.5 mg/L 감소, T-N 0.205 mg/L 감소, T-P 0.009 mg/L 감소, Chl-a 2.1 mg/m3 감소하는 것으로 예측되어 수질이 개선되는 것으로 나타났다. 이는 만경강과 동진강 제수문의 방류량으로 인해 유황이 개선되고 호 내 오염부하농도가 감소하는 것으로 판단된다.
3) 방류조건별 영향범위를 살펴본 결과 65%방류조건에서는 호 내 상류구간에 지배적인 영향을 미치는 것으로 나타났고, 전량방류조건에서는 호 내 중 · 상류구간 지배적인 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 또한 COD와 T-P농도에 대해 전량방류 조건의 영향범위를 거리로 살펴본 결과, 만경강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 22 km지점, 동진강대교에서 새만금호 하류방향으로 약 15 km 지점까지 영향범위를 보이는 것으로 나타났다.
후속연구
유역 내 제수문 관리를 통한 방류량 조정은 새만금호의 효과적인 수질관리에 기여 할 것으로 예상되며 향후 제수문의 체계화된 운영방안 수립이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
새만금유역에 해당하는 지역과 총 면적은?
새만금유역은 만경강, 동진강과 서해안 일부지역으로 총 면적은 3,319 km2이다. 그 중 만경강과 동진강의 유역면적은 각각 1,571 km2, 1,034 km2이며, 전체 유역 면적의 78.5%를 차지하고 있다. 새만금유역의 토지이용은 임야 39.
새만금 사업의 목적은?
새만금 사업은 국토의 외연적 확장, 수자원 개발, 대체농지조성 및 쾌적한 복지 농어촌을 건설하는 것을 목적으로 30여년 이상 추진 중인 대규모 국책사업이다. 그러나 개발의 가속화에 따라 수질오염에 대한 우려가 높아졌고 1996년 새만금과 유사한 시화호의 오염이 사회적 문제로 대두되면서 오염 해소가 핵심문제로 등장하였다(Institute of Rural Research, 2005).
새만금 사업과 관련하여 사회적 우려와 핵심 문제는 무엇인가?
새만금 사업은 국토의 외연적 확장, 수자원 개발, 대체농지조성 및 쾌적한 복지 농어촌을 건설하는 것을 목적으로 30여년 이상 추진 중인 대규모 국책사업이다. 그러나 개발의 가속화에 따라 수질오염에 대한 우려가 높아졌고 1996년 새만금과 유사한 시화호의 오염이 사회적 문제로 대두되면서 오염 해소가 핵심문제로 등장하였다(Institute of Rural Research, 2005). 현재 새만금 호 내로 유입되는 만경, 동진강 유역은 대규모 관개시스템을 통해 하천수의 대부분을 농업용수로 취수하고 있어 하천의 건천화가 심화되고 이에 따라 수질관리와 수생태계 보전에 어려움이 있다(Kim et al.
참고문헌 (25)
Environmental Modeling Reserach Laboratory (2007). Surface-water Modeling System (SMS) user manual.
Iksan Regional Construction Management Administration (2009). Report of comprehensive flood management plan in Dongjin basin.
Iksan Regional Construction Management Administration (2009). Report of comprehensive flood management plan in Mankyung basin.
Jeon, J. H., and Chung, S. W. (2012). "A sensitivity analysis on numerical grid size of a three-dimensional hydrodynamic and water quality model (EFDC) for the Saemangeum reservoir." Journal of Korean Society on Water Environment, Vol. 28, No. 3, pp. 384-393.
Kang, D. H., Kim, J. M., Kim, T. W., and Kim, Y. D. (2012). "Prediction of continuous discharge and water quality change for gate operation in Seonakdong river experimental catchment using SWAT." Jouranl of Korean Wetlands Society, Vol. 14, No. 1, pp. 21-33.
Kim, D. H., and Kim, S. M. (2016). "Analysis of downstream water quality improvement by agricultural reservoir release using QUAL2K." Journal of Agriculture & Life Science, Vol. 50, No. 5, pp. 205-216.
Kim, S. M., Park, Y. K., Won, C. H., and Kim, M. H. (2016). "Analysis of scenarios for environmental instream flow considering water quality in Saemangeum watershed." Journal of Korea Society of Environmental Engineers, Vol. 38, No. 30, pp. 117-127.
Kim, T. Y., and Yoon, H. S. (2011). "Skill assessments for evaluating the performance of the hydrodynamic model." Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, Vol. 14, No. 2, pp. 107-113.
Kim, Y. S., Kim, S. J., and Kim, H. S. (2011). "Analysis of water quality characteristics using simulated long-term runoff by HEC-HMS model and EFDC model." Journal of Korean Wetlands Society, Vol. 13, No. 3, pp. 707-720.
Korea Hydrographic and Oceanographic Administration homepage (http://www.khoa.go.kr/)
Lee, K. C., Yoon, Y. S., and Lee, N. J. (2009). "Prediction of water-quality enhancement effects of gates operation in the West-Nakdong river using RMA2/RMA4 models." Journal of the Environmental Sciences, Vol. 18, No. 9, pp. 971-981.
Lee, S. J., Ryoo, K. S., Hwang, M. H., and Lee, S. U. (2008). "Analysis of the water quality by various gate operation effects at Nakdong estuary barrier."Journal of Korean Society on Water Quality, Vol. 24, No. 6, pp. 651-658.
Matsumoto, K., Takanezawa, T., and Ooe, M. (2004). "Tidal prediction system." (http://www.miz.nao.ac.jp/staffs/nao99/index_En.html.)
Ministry of Agriculture and Forestry (2012). A prediction and management plan of salinity transport with additional dredging operations in Saemangeum lake.
Ministry of Environment (2011). Study on master plan for water quality improvement in Saemangeum basin.
Ministry of Environment (2014). Report of environmental instream flow security and management of the Saemangeum basin.
Rural Research Institute of Korea Rural Community Corporation (2005). Model study on water quality for the Saemangeum Water Area (Application and Best Management).
Srinivasan, R., Zhang, X., and Arnold, J. (2010). "SWAT ungauged: hydrological budget and crop yield predictions in the upper Mississippi river basing." Transactions of the ASABE, Vol. 53, No. 5, pp.1533-1546.
Steven C. Chapra. (1996). Surface water quality modeling.
Suh, S. W., Lee, H. Y., and Yoo, S, C. (2010). "Simulation of water quality changes in the Saemangeum reservoir induced by dike completion." Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol. 22, No. 4, pp. 258-271.
Tetra Tech Inc. (2007). The environmental fluid dynamics code theory and computation user manual.
Tetra Tech Inc. (2007). The environmental fluid dynamics code theory and computation volume 1: hydrodynamics and mass transport manual.
Tetra Tech Inc. (2007). The environmental fluid dynamics code theory and computation volume 3: water quality module manual.
Texas A&M University System College (2011). Soil and water assessment tool theoretical documentation version 2009, Technical Report, Texas Water Resources Institute.
Yin, Z. H., and Seo, D. I. (2013). "Water quality modeling of the ara canal, using EFDC-WASP model in series." Journal of Society of Environmental Engineers, Vol. 35, No. 2, pp. 101-108.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.