초록 ▼

I. 서론
1.1 연구의 배경 및 목적
○ 수질 혹은 유역모델은 자연현상을 수식화함으로써 유량 및 수질 혹은 오염물질 부하량을 예측할 수 있기 때문에 수질관리에 있어 유용하게 사용되는 수단 중 하나임. 우리나라의 경우 수질오염총량제도가 도입되고 비점오염원의 중요성이 강조된 이후 수계 수질관리에 있어 유역 및 수질모델의 중요성이 대두되었으며 최근 들어서는 수질관리에 있어 모델의 사용빈도가 증가하고 있는 추세임.
○ HSPF는 단일종으로 모의하는 것으로 되어 있어 하천에서의 조류의 발생 및 천이 특성을 제대로 반영하기

I. 서론
1.1 연구의 배경 및 목적
○ 수질 혹은 유역모델은 자연현상을 수식화함으로써 유량 및 수질 혹은 오염물질 부하량을 예측할 수 있기 때문에 수질관리에 있어 유용하게 사용되는 수단 중 하나임. 우리나라의 경우 수질오염총량제도가 도입되고 비점오염원의 중요성이 강조된 이후 수계 수질관리에 있어 유역 및 수질모델의 중요성이 대두되었으며 최근 들어서는 수질관리에 있어 모델의 사용빈도가 증가하고 있는 추세임.
○ HSPF는 단일종으로 모의하는 것으로 되어 있어 하천에서의 조류의 발생 및 천이 특성을 제대로 반영하기 어려우며 EFDC와 HSPF의 연계적용에 한계점을 가짐. 따라서, 보다 정확한 조류의 모의와 EFDC의 연계적용을 위해서는 HSPF도 식물성플랑크톤을 녹조류와 규조류, 남조류로 구분하여 모의할 수 있도록 모델수정이 우선되어야 함.
○ HSPF의 하천수리모의는 FTABLE에 의해 크게 영향을 받는데, HSPF의 구축시 BASINS 프로그램과 수치고도모델 (DEM)을 이용하여 FTABLE을 생성하기 때문에 정확성이 떨어지며 모의된 하천의 유속 및 도달시간 예측에 한계를 가짐.
○ 따라서 본 연구는 수계별 조류의 발생 및 천이 특성을 반영하기 위한 조류모의 모듈 개발 및 국내 유역 및 하천 특성에 적합한 FTABLE 자동생성 모듈 개발을 통해 HSPF 모델의 수질예측 정확도를 향상시키고자 함.

1.2 국내외 연구사례
○ 낙동강수계(황하선, 2007)와 한강수계(정광욱, 2007)를 포함한 대유역에 HSPF의 적용성을 평가한 바 있으며, 그 외 많은 연구자들에 의해 중소규모의 유역에 대한 적용성을 평가한 바 있음. HSPF 를 논을 모의할 수 있도록 수정한 HSPF-Paddy를 새 만금 유역에 적용한 바 있으며 (전지홍, 2006), 하나의 소유역에 여러개의 reach를 구분하여 모의할수 있는 방법론을 제시함으로써, 수질모의성능을 개선한 바 있음Jeon et al., 2010).
○ Zhang et al. (2009)은 FTABLE의 정확성을 향상시켜 신뢰성있는 HSPF의 유출량 모의를 위해 수위와 저류량과의 관계식, 수위와 유출량과의 관계식을 이용한 V-h-Q 모델을 개발하여 수심에 따른 유량변화량을 기존의 방법과 모델에 의해 예측된 값, 실측치와 비교하고 개선된 FTABLE에 의한 HSPF의 유출량 예측 개선효과를 분석한 바 있음.

1.3 연구 범위
○ 본 과업은 HSPF 모델의 식물성플랑크톤(Phytoplan吐on) 모의 모듈 개발하고 수리 모의 정확도 향상을 위한 FTABLE 자동 생성 모듈 개발하는데 목적이 있음.

1.4 기본이론
○ 본 연구에서는 WinHSPF(A Interactive Windows Interface to HSPF)를 사용하였음. WinHSPF는 Fortran 기반인 HSPF를 모형의 적용이나 관리에 있어 사용자가 보다 편리하게 사용하도록 windows 기반으로 발전시킨 것으로 WinHSPF는 BASINS 시스템 내에서 구동될 수 있으며, 단독 프로그램으로서의 활용 또한 가능하도록 구성되어 있음.
○ PLANK 모듈에서는 식물성플랑크톤, 동물성플랑크톤, 부착성 조류 등을 모의하 며, PLANK가 활성화되면(PLKFG=1), dead refractory organics가 자동적으로 모의 되며, 유기물질은 ORN, ORP, ORC를 포함함. 사용자는 uci파일에서 PHYFG, ZOOFG, BALFG에 적당한 값을 할당하여 식물성플랑크톤, 동물성플랑크톤, 부착성 조류를 모의할지 안할지 결정해야 함.
○ ADVPLK는 식물성플랑크톤과 동물성플랑크톤의 확산을 모의함. ADVECT 서브루 틴에서의 일반적인 확산방법은 각각의 수질항목은 RCHRES에서 일정하다고 가정함.
○ LITRCH는 조류성장과 식물성플랑크톤, 부착조류의 빛가용량에 영향을 주는 빛보정계수(light correction factor)를 계산함. 소멸계수(EXTB)에 EXTSED와 EXTCLA 를 더하여 빛소멸 인자가 계산되어지며, EXTB는 산여파일에서 하천마다 값을 할 당할 수 있음. 소멸율의 총합인 EXTCO는 부영 양화깊이 (EUDEP)를 계산하는데 사용되어 짐.
○ PHYRX는 하천의 수체에 부유하는 조류를 모의하며, 부유성 조류는 빛으로 에너지를 만들어 유기물질을 생산하기 때문에, 1차 생산자라 불리고 수생태에서 1차 영양단계로 고려되어짐.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 10
• 표목차 ... 12
• 그림목차 ... 13
• 제 1 장 서론 ... 15
• 1.1 연구배경 및 목적 ... 15
• 1.2 국내외 연구사례 ... 16
• 1.3. 연구범위 ... 17
• 1.4 기본이론 ... 19
• 1.4.1 HSPF모형의 수리모의 ... 19
• 1.4.2 HSPF모형의 식물성플랑크톤 모의 ... 27
• 1.4.3 플랑크톤 확산(Advect plankton - subroutine ADVPLK) ... 31
• 1.4.4 조류모의 관련 빛(Light-related information for algal simulation - subroutine LITRCH) ... 33
• 1.4.5 식물성 플랑크톤(Phytoplankton - subroutine PHYRX) ... 34
• 1.4.5 동물성 플랑크톤(Zooplankton - subroutine ZORX) ... 41
• 제 2 장 HSPF모델의 식물성플랑크톤 모의 모듈개발 ... 49
• 2.1 식물성 플랑크톤 Code 분석 ... 49
• 2.1.1 서브루틴 PPLANK ... 49
• 2.1.2 서브루틴 PLANK ... 53
• 2.2 입력파일수정 ... 58
• 2.3 Code 수정 ... 61
• 2.3.1 UCI 입력파일 읽어 들임 ... 62
• 2.3.2 chl-a 계산 ... 63
• 2.3.3 식물성 플랑크톤 확산모의 ... 63
• 2.3.4 식물성 플랑크톤 침전모의 ... 64
• 2.3.5 식물성 플랑크톤 성장·사멸 모의 ... 65
• 2.3.6 동물성플랑크톤의 섭취 ... 67
• 2.4 식물성플랑크톤 모의평가 ... 69
• 2.4.1 HSPF 실행 ... 69
• 2.4.2 에러메세지 ... 69
• 2.4.3 모의검정 ... 72
• 제 3 장 수리모의 정확도 향상을 위한 FTABLE 자동생성 모듈개발 ... 75
• 3.1 실측단면자료를 이용한 FTABLE 자동생성모듈개발 ... 75
• 3.1.1 실측단면자료를 이용한 FTABLE 자동생성모듈개발 ... 75
• 3.1.2 HEC-RAS에 의한 FTABLE 자동생성 모듈개발 ... 84
• 3.1.3 HEC-RAS에 의한 FTABLE 개선효과 분석 ... 87
• 3.2 수리인자 산정회귀식 및 FTABLE 자동생성 모듈개발 ... 97
• 3.2.1 수리인자 산정 회귀식 개발 ... 97
• 3.2.2 FTABLE작성 모듈 개발 ... 131
• 3.2.3 지류구간 FTABLE 개선효과분석 ... 133
• 제 4 장 요약 및 결론 ... 146
• 참고문헌 ... 148
• 부록 I 식물성 플랑크톤 모의 모듈 개발 ... 149
• 1.1 Code 수정내용 ... 149
• 1.2 식물성플랑크톤 모의모듈 사용방법 ... 173
• 부록 II 수리모의 정확도 향상을 위한 FTABLE 자동생성 모듈 개발 ... 183
• 2.1 HEC-RAS에 의한 FTABLE 구축 방법 ... 183
• 2.2 수리인자 산정 회귀식을 이용한 FTABLE 구축 방법 ... 224
• 끝페이지 ... 235