[논문]EFDC-NIER 모델을 이용한 영산강 하구 물흐름 특성 분석

신창민; 김다래; 송용식

doi:10.15681/kswe.2019.35.6.580

EFDC-NIER 모델을 이용한 영산강 하구 물흐름 특성 분석
Analysis of Hydraulic Characteristics of Yeongsan River and Estuary Using EFDC Model 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.35 no.6, 2019년, pp.580 - 588

신창민 (국립환경과학원) , 김다래 (국립환경과학원) , 송용식 ((주)지오시스템리서치)

Abstract ▼ AI-Helper

The flow of the middle and downstream of the Yeongsan River is stagnant by two weirs of Seungchon and Juksan and the estuary dam and maintained in freshwater. In this study, the Environmental Fluid Dynamics Code-National Institute of Environment Research(EFDC-NIER) model was applied to the Yeongsan River to simulate water flow, temperature, and salinity stratification. The EFDC-NIER model is an improved model which can simulate multi-functional weirs operation, multiple algal species, and the vertical movement mechanism of algal based on the EFDC model. The simulation results for the water level, water temperature, velocity, and salinity reproduced the observed values well. The mean absolute error(MAE) of the model calibration in the annual variations of the water level was 0.1-0.3 m, water temperature was 0.8-1.7 ℃, velocity was 4.5-7.1 cm/sec, and salinity was 1.5 psu, respectively. In the case of scenario simulation for the full opening of the estuary dam, the water level of the estuary dam was directly impacted by the tide so it was predicted to rise - 1.35 m to 0.2 m on average sea level. The velocity was also predicted to increase from 2.7 cm/sec to 50.8 cm/sec, and the flow rate to increase from 53 ㎥/sec to 5,322 ㎥/sec.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. A site map showing the location of monitoring stations and major tributaries of the Yeongsan River.
그림 Fig. 2. Schematics and flow equations of fixed weir and movable weir, C₁ ~ C₆ is coefficient of discharge, B is width of weir.
표 Table 1. Specification of weir and estuary dam
그림 Fig. 3. Physical domain grid of Yeongsan River, Grid spacing ranges between approximately 62 and 510 m.
그림 Fig. 4. Comparison of simulated and observed level, velocity, temperature, and salinity at representative stations for model calibration(2018), (a) Seungchon weir, (b) Juksan weir, (c) Estuary dam, (d) Mokpo 6
표 Table 2. Statistical indices used to evaluate the model accuracy
표 Table 3. Statistical summary of the simulated and observed for the year of 2018
그림 Fig. 5. Vertical profile of water temperature at Juksan weir for model calibration(2018).
표 Table 4. Principal hydrodynamic calibration parameters and calibrated values in this study
표 Table 5. Scenario simulation results of water level, velocity, flow, and salinity at Juksan weir and Estuary
그림 Fig. 6. Simulation results of water level, velocity, flow, and salinity at Juksan weir and estuary with Juksan weir, (a) Juksan weir, (b) Estuary dam
그림 Fig. 7. Spatial simulation results of salinity according to scenarios of estuary dam (2018.3.3.)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 주요 내용 및 목적은 EFDC-NIER 모델을 이용하여 영산강 본류 구간과 하굿둑에서의 물 흐름과 수온 및 염분 성층 변화를 모의 할 수 있는 모델을 구축하고, 구축된 모델을 이용하여 하굿둑 개방이 영산강 하류 물 흐름 변화와 염분 침투에 미치는 영향을 평가하는 것이다. EFDC-NIER 모델은 국립환경과학원에서 EFDC 모델을 기반으로 다기능 보 운영, 다중 조류 종 기작, 조류의 수직 이동 기작 등을 모의할 수 있도록 개선한 모델이다(NIER, 2011; 2014).

제안 방법

2018년에 대해 EFDC-NIER 모델의 기상, 유입 지류, 오염원, 외해 조석 개방 경계조건을 구축하였다. 기상 경계조건으 로 기상청(KMA, 2019)에서 광주관측소의 자료를 사용하였 으며, 유입 지류 유량 경계조건은 환경부 측정망(ME, 2019) 자료, 하⋅폐수처리장의 유량은 전국오염원조사 자료를 활용 하였다.
영산강은 승촌보와 죽산보 2개의 다기능 보와 하굿둑 영향 으로 전체 하천 구간의 약 절반 이상이 정체수역으로 유지되고 있다. 본 연구에서는 EFDC-NIER 모델을 이용하여 영산 강 본류와 하구 구간에 대해 수리모델을 구축⋅보정 하였으며, 보정된 모델을 이용하여 하굿둑과 개방 조건 변화에 따른 물 흐름 특성을 분석하였다.
영산강 본류와 하굿둑 내⋅외측 구간에 대해 보정된 모델을 이용하여 하굿둑 개방 조건에 따른 물흐름 변화를 평가하 였다. 시나리오 구성은 ①해수 유통하지 않는 현재 조건(EL.

대상 데이터

2018년에 대해 EFDC-NIER 모델의 기상, 유입 지류, 오염원, 외해 조석 개방 경계조건을 구축하였다. 기상 경계조건으 로 기상청(KMA, 2019)에서 광주관측소의 자료를 사용하였 으며, 유입 지류 유량 경계조건은 환경부 측정망(ME, 2019) 자료, 하⋅폐수처리장의 유량은 전국오염원조사 자료를 활용 하였다. 외해 조석 개방 경계조건으로 조위는 목포검조소 자료, 수온과 염분은 국가해양환경측정망(KOEM, 2019)의 목포 3, 4, 8 정점 관측 자료를 평균하여 사용하였다.
, 2017). 다기능 보 모의를 위한 보 운영 자료는 수자원공사의 보 개도 높이와 수위 모니터링 자료 (K-water, 2019)를 적용하였으며, 하굿둑은 하굿둑 운영 현황과 수위 자료(YRFCO, 2019)를 적용하여 모의하였다. 하굿둑 개도 조건은 ‘영산강 하굿둑 배수갑문 운영지침(KRCC, 1999)’에 따라 담수호 수위가 외조위보다 0.
본 연구의 공간적 범위는 영산강 상류 수질측정망 우치 지점 부터 영산강 하구 달리도 인근까지이다. 실폭하천도, 제방경계, 하천단면자료, 영상촬영사진, 다기능 보 등을 고려하여 수평 격자망을 구성하였으며, 총 수평 격자수는 1,731개(영산강 본류 1,225개, 하굿둑 외측 507개), 수심방향으로는 5개 층으로 구성하였다(Fig.
2018년에 대해 EFDC-NIER 모델의 수위, 수온, 유속, 염분 모의 결과의 재현성을 평가하였다. 수온 보정은 국가물환경 측정망의 승촌보와 죽산보 보 대표지점(보 상류 500 m) 자료를 활용하였으며, 수위 보정은 한국수자원공사의 보 운영 자료와 영산강홍수통제소의 수문자료를 활용하였다. 유속 보정은 한강홍수통제소의 자동유량관측소의 본동(승촌보 상류 1.
본 연구의 공간적 범위는 영산강 상류 수질측정망 우치 지점 부터 영산강 하구 달리도 인근까지이다. 실폭하천도, 제방경계, 하천단면자료, 영상촬영사진, 다기능 보 등을 고려하여 수평 격자망을 구성하였으며, 총 수평 격자수는 1,731개(영산강 본류 1,225개, 하굿둑 외측 507개), 수심방향으로는 5개 층으로 구성하였다(Fig. 3).
기상 경계조건으 로 기상청(KMA, 2019)에서 광주관측소의 자료를 사용하였 으며, 유입 지류 유량 경계조건은 환경부 측정망(ME, 2019) 자료, 하⋅폐수처리장의 유량은 전국오염원조사 자료를 활용 하였다. 외해 조석 개방 경계조건으로 조위는 목포검조소 자료, 수온과 염분은 국가해양환경측정망(KOEM, 2019)의 목포 3, 4, 8 정점 관측 자료를 평균하여 사용하였다.
수온 보정은 국가물환경 측정망의 승촌보와 죽산보 보 대표지점(보 상류 500 m) 자료를 활용하였으며, 수위 보정은 한국수자원공사의 보 운영 자료와 영산강홍수통제소의 수문자료를 활용하였다. 유속 보정은 한강홍수통제소의 자동유량관측소의 본동(승촌보 상류 1.1 km)과 나주측정소(죽산보 상류 15 km) 자료를, 염분 보정은 국가해양환경측정망 자료를 활용하였다.

데이터처리

2018년에 대해 EFDC-NIER 모델의 수위, 수온, 유속, 염분 모의 결과의 재현성을 평가하였다. 수온 보정은 국가물환경 측정망의 승촌보와 죽산보 보 대표지점(보 상류 500 m) 자료를 활용하였으며, 수위 보정은 한국수자원공사의 보 운영 자료와 영산강홍수통제소의 수문자료를 활용하였다.
모델 보정 정확도 평가를 위한 통계지표로 Nash-Sutcliffe efficiency(이하, NSE), 편이(Bias), 평균절대오차(MAE)를 사용하였다. NSE는 관측값의 변동폭 대비 예측값의 평균오차로 예측의 숙련도를 평가하는 지표이고, Bias는 예측 오차의 평균적 방향성을 나타내며, MAE는 관측값과 예측값의 평균 오차로써 예측의 정확도를 나타내는 지표이다(Table 2).

성능/효과

EFDC-NIER 모델 보정 결과 수위, 수온, 유속, 염분에 대한 모의 결과가 관측값을 잘 재현하였다. 수위 모의 결과의 평균 절대오차는 0.

후속연구

본 연구에서 구축된 영산강 본류와 하구에 대한 EFDCNIER 모델은 향후 영산강 하굿둑 및 다기능 보 운영 조건 변화에 따른 물흐름 특성 분석뿐만 아니라 영산강 수질 및수생태계 개선을 위한 계획 수립과 평가에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영산강의 수질상황은 어떠한가?	이처럼 영산강은 본류의 다기능 보와 하구의 하굿둑으로 인해 물흐름이 인위적으로 조절되고 있으며, 대규모 하수처 리장와 유역내 고밀도 축산과 농업 영향으로 한강, 낙동강, 금강 등에 비해 수질이 나쁜 상황이다. 이에 영산강 수질 및수생태계 개선을 위한 계획 수립과 평가를 위해서는 영산강의 물흐름과 다양한 수리구조물의 운영 특성을 모의할 수 있는 모델이 절실히 필요한 상황이다.
	하구에 서식하는 생물들의 먹이로 이용되는 것은?	하구는 하천과 바다의 교차지점으로 담수와 해수가 혼합하는 전이수역으로 반폐쇄성 기수역(Brackish water zone)을 형성한다(Prichard, 1967). 또한 육지로부터 유입되는 유기물질은 하구에 서식하는 생물들의 먹이로 이용되며, 하구는 많은동⋅식물들이 산란 및 서식하는 장소로 이용되고 있다. 일반 적으로 하굿둑이나 보와 같은 인공구조물들은 수체의 흐름을 정체시켜 수질악화의 원인이 될 수 있으며 또한 수체에 서식하는 생물상의 변화를 초래하는 것으로 알려져 있다(Li et al.
	하구 수질악화의 원인은?	또한 육지로부터 유입되는 유기물질은 하구에 서식하는 생물들의 먹이로 이용되며, 하구는 많은동⋅식물들이 산란 및 서식하는 장소로 이용되고 있다. 일반 적으로 하굿둑이나 보와 같은 인공구조물들은 수체의 흐름을 정체시켜 수질악화의 원인이 될 수 있으며 또한 수체에 서식하는 생물상의 변화를 초래하는 것으로 알려져 있다(Li et al., 2013). 정체된 수역에서는 수온에 의한 성층이 형성되 면서 저층의 용존산소가 감소하고 부영양화 된 담수가 하굿 둑을 통해 연안으로 유입되면서 연안의 수질에도 영향을 줄수 있다(Sin and Jeong, 2015). 특히, 영산강은 4대강 중 수질 오염도가 가장 높은 것으로 알려져 있으며 영산강 하류에서는 고농도 인과 질소로 인하여 부영양화, 저층 산소고갈, 연중 고농도 식물플랑크톤 발생 등으로 상시적인 환경문제가 보고되고 있다(Son et al.

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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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