최근 환경부에서는 낙동강 유역의 오염총량관리제도의 시행에 따라 이제까지의 배출구 수질기준으로부터 총량수질기준을 통한 수질관리를 실시하고 있다. 오염총량관리를 실행하기 위해서는 주요지천 및 폐수처리장에서의 수질개선 및 비점오염원 관리가 선행되어야 하는데 이를 효율적으로 제어하기 위해서 낙동강 유역에 적합한 최적 수질해석 모델의 개발이 요구되는 상황이다. 수질모델의 가장 큰 목적은 유역으로부터 발생한 오염물이 하천으로 유입되었을 때 하천 수질 및 생태계의 수학적 표현을 통해 장래의 수질을 예측하고, 예측된 결과에 따라 합리적인 수질관리대책을 수립하는 것이다. 낙동강은 대표적인 수지상 하천망의 형태로서 댐 방류량 및 지류유입량은 본류 수계에 직접적인 영향을 미치며, 수질해석의 기본이 되는 수리계산에 매우 중요한 변수가 된다. 또한 대구, 구미, 왜관, 김천 등에서의 오염부하가 금호강, 남강 등의 주요 지류를 통하여 본류부로 유입되고 있으며, 하류부 칠서, 원동, 매리, 물금 등에서는 대량의 하천수를 취수하여 부산, 울산, 마산, 창원 지역 등의 생활 및 공업용수의 원수로 사용하고 있다. 다시 말해서 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절, 지류 유입량, 비점원 유입량 등 계산영역 경계에서의 비정상상태의 수리조건과 수질관리 계획에 의해 일률적으로 오염이 부하되는 정상상태의 수질조건이 공존하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 낙동강 유역에 적합한 동적 수질모델을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 수치모형은 갈수저수조건 및 불규칙한 하도단면을 반영하고, 동적 상태의 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절 영향, 지류 유입량 등 다양한 하천조건에서 발생하는 동적 흐름을 안정적으로 해석하여 낙동강 수질해석의 신뢰도를 향상시킴으로서 낙동강에 유입된 오염물질이 수계에 미치는 영향을 정확히 분석하고자 하였다. 동적수질해석에 의한 모의결과는 유량의 경우 상류부분은 모의치와 실측치가 잘 일치하지만, 중류 이후 지류의 유입이 많아지면서 지류의 변화를 정확히 입력하지 못해 모의치와 실측치의 차이가 발생한다. BOD의 경우는 수질이 양호한 상류지역은 모의치와 실측치가 잘 일치하지만, 오염원의 유입이 많은 중류지역부터는 실측치와 차이를 나타내다가 하류지역에서 다시 비교적 일치함을 알 수 있다. TN의 경우는 전반적으로 실측치보다 높게 모의되었고, TP는 전반적으로 실측치와 비교하여 잘 모의되었다. 본 연구에서 구축한 동적 수리해석모형 및 동적 수질해석모형은 낙동강 유역에 대해 유량 및 수질 등의 실제 하천의 경향에 비교적 잘 반영하므로 오염물총량규제에 따른 합리적인 하천 수질관리대책을 수립하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
최근 환경부에서는 낙동강 유역의 오염총량관리제도의 시행에 따라 이제까지의 배출구 수질기준으로부터 총량수질기준을 통한 수질관리를 실시하고 있다. 오염총량관리를 실행하기 위해서는 주요지천 및 폐수처리장에서의 수질개선 및 비점오염원 관리가 선행되어야 하는데 이를 효율적으로 제어하기 위해서 낙동강 유역에 적합한 최적 수질해석 모델의 개발이 요구되는 상황이다. 수질모델의 가장 큰 목적은 유역으로부터 발생한 오염물이 하천으로 유입되었을 때 하천 수질 및 생태계의 수학적 표현을 통해 장래의 수질을 예측하고, 예측된 결과에 따라 합리적인 수질관리대책을 수립하는 것이다. 낙동강은 대표적인 수지상 하천망의 형태로서 댐 방류량 및 지류유입량은 본류 수계에 직접적인 영향을 미치며, 수질해석의 기본이 되는 수리계산에 매우 중요한 변수가 된다. 또한 대구, 구미, 왜관, 김천 등에서의 오염부하가 금호강, 남강 등의 주요 지류를 통하여 본류부로 유입되고 있으며, 하류부 칠서, 원동, 매리, 물금 등에서는 대량의 하천수를 취수하여 부산, 울산, 마산, 창원 지역 등의 생활 및 공업용수의 원수로 사용하고 있다. 다시 말해서 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절, 지류 유입량, 비점원 유입량 등 계산영역 경계에서의 비정상상태의 수리조건과 수질관리 계획에 의해 일률적으로 오염이 부하되는 정상상태의 수질조건이 공존하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 낙동강 유역에 적합한 동적 수질모델을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 수치모형은 갈수저수조건 및 불규칙한 하도단면을 반영하고, 동적 상태의 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절 영향, 지류 유입량 등 다양한 하천조건에서 발생하는 동적 흐름을 안정적으로 해석하여 낙동강 수질해석의 신뢰도를 향상시킴으로서 낙동강에 유입된 오염물질이 수계에 미치는 영향을 정확히 분석하고자 하였다. 동적수질해석에 의한 모의결과는 유량의 경우 상류부분은 모의치와 실측치가 잘 일치하지만, 중류 이후 지류의 유입이 많아지면서 지류의 변화를 정확히 입력하지 못해 모의치와 실측치의 차이가 발생한다. BOD의 경우는 수질이 양호한 상류지역은 모의치와 실측치가 잘 일치하지만, 오염원의 유입이 많은 중류지역부터는 실측치와 차이를 나타내다가 하류지역에서 다시 비교적 일치함을 알 수 있다. TN의 경우는 전반적으로 실측치보다 높게 모의되었고, TP는 전반적으로 실측치와 비교하여 잘 모의되었다. 본 연구에서 구축한 동적 수리해석모형 및 동적 수질해석모형은 낙동강 유역에 대해 유량 및 수질 등의 실제 하천의 경향에 비교적 잘 반영하므로 오염물총량규제에 따른 합리적인 하천 수질관리대책을 수립하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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문제 정의
비점오염원의 영향과 하천수질해석을 연계하기 위하여 주요지류에 대한 SWAT 모의 결과를 DyQUAL과 연계하여 해석하였다. 동적 수질해석의 결과 금호강이 유입하는 구간에서 수질계산결과와 실측자료의 편차가 큰 것으로 나타났으므로 금호강의 유역수질해석 결과를 하천수질을 위한 입력자료로 하고 모의를 실시하였다.
따라서 본 연구에서는 댐으로부터의 방류양상을 고려하여 낙동강에서의 오염원이 지류 및 폐수처리장 등을 통해 오염물질이 유입되고 있고 하류부에서는 다량의 취수가 이루어지고 있는 오염원과 취수원이 공존하고 있는 상황과 강우 및 유출에 따른 하천의 동적 수질변화를 반영할 수 있으며, 비점오염원까지 동시에 모 의할 수 있는 과학적이고 정교한 수질예측체제를 구축하고자 함에 그 목적이 있다.
제안 방법
식 (5)의 좌변(이송항)은 4차의 정도를 가지는 Holly-Preissmann 방법을 사용해서 구한다. 그리고 여기에 우변의 둘째(횡방향 유입항), 세 째(감소항), 네째항(용출소멸량)을 더한 후에 첫째(확산)항에 대해 음해법을 사용해서 구함으로써 전체적인 계산을 수행하게 된다.
낙동강 유역에 적용할 수 있는 모형으로서 실시간 하천 수질해석 모형을 개발하였다. 이를 위해서 갈수• 저수조건 및 불규칙한 하도단면을 반영하고, 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절 영향, 지류 유입량 등 다양한 조건에서 발생하는 동적 흐름을 안정적으로 해석하여 낙동강 수질해석의 신뢰도를 향상시킴으로서 실 시간으로 낙동강에 유입된 오염물질이 수계에 미치는 영향을 정확히 분석하였다
낙동강 유역에 적용할 수 있는 모형으로서 실시간 하천 수질해석 모형을 개발하였다. 이를 위해서 갈수• 저수조건 및 불규칙한 하도단면을 반영하고, 댐 방류량, 낙동강 하구언의 수위조절 영향, 지류 유입량 등 다양한 조건에서 발생하는 동적 흐름을 안정적으로 해석하여 낙동강 수질해석의 신뢰도를 향상시킴으로서 실 시간으로 낙동강에 유입된 오염물질이 수계에 미치는 영향을 정확히 분석하였다
대상 데이터
대상구간은 낙동강 전역인 안동댐 직하부부터 경상남도 김해시 대동면 원촌양수장(낙본K)까지 약 320km 를 모의 대상구간으로 선택했으며, 적용기간은 저수량과 갈수량이 나타나는 2005년과 2006년의 봄을 설정하였다.
적용대상 물질은 BOD와 TN, TP를 모의하였으며, 검증은 낙동강물환경연구소에서 실측한 8일 실측치 자료를 사용하였다. 상류단 경계조건으로는 안동댐과 임하댐의 일 방류량 자료를 사용하였으며, 하류단 경계조건으로는 낙 본 K의 일수위자료를 사용하여 일모의를 실시하였다.
그림 1과 같이 동적수질해석을 하기 위하여 정적모의를 선행하여 매개변수를 검 • 보정하였다. 적용대상 물질은 BOD와 TN, TP를 모의하였으며, 검증은 낙동강물환경연구소에서 실측한 8일 실측치 자료를 사용하였다. 상류단 경계조건으로는 안동댐과 임하댐의 일 방류량 자료를 사용하였으며, 하류단 경계조건으로는 낙 본 K의 일수위자료를 사용하여 일모의를 실시하였다.
데이터처리
비점오염원의 영향과 하천수질해석을 연계하기 위하여 주요지류에 대한 SWAT 모의 결과를 DyQUAL과 연계하여 해석하였다. 동적 수질해석의 결과 금호강이 유입하는 구간에서 수질계산결과와 실측자료의 편차가 큰 것으로 나타났으므로 금호강의 유역수질해석 결과를 하천수질을 위한 입력자료로 하고 모의를 실시하였다.
이론/모형
여기서, K노 생화학적 생성소멸률계수, S는 생화학적 용출소멸량이다. 식 (5)의 좌변(이송항)은 4차의 정도를 가지는 Holly-Preissmann 방법을 사용해서 구한다. 그리고 여기에 우변의 둘째(횡방향 유입항), 세 째(감소항), 네째항(용출소멸량)을 더한 후에 첫째(확산)항에 대해 음해법을 사용해서 구함으로써 전체적인 계산을 수행하게 된다.
후속연구
본 연구에서 구축한 동적 수리해석모형 및 동적 수질해석모형은 낙동강 유역에 대해 유량 및 수질 등의 실제 하천의 경향에 비교적 잘 반영하므로 오염물총량규제에 따른 합리적인 하천 수질관리대책을 수립하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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