초록 ▼

I. 서 론

1. 연구 배경

자연 수역의 수질을 과학적으로 보호하고자 배출시설의 방류수 오염 농도를 총량 개념으로 관리하는 수질오염총량관리가 도입되었다. 우리나라에서 수질오염총량관리제(이하 수질총량제, 총량제)는 수역의 수질변화 추이와 이용 목적을 수질모델과 통계적 방법 등으로 분석하여 목표수질(Water Quality Standard)을 설정하고 환경용량(목표수질)을 초과하지 않을 오염부하량(허용부하량)을 수질모델로 산출하고 이를 기초로 정해진 할당부하량을 기준으로 단위유역의 배출부 하량을 관리하는 방식으

I. 서 론

1. 연구 배경

자연 수역의 수질을 과학적으로 보호하고자 배출시설의 방류수 오염 농도를 총량 개념으로 관리하는 수질오염총량관리가 도입되었다. 우리나라에서 수질오염총량관리제(이하 수질총량제, 총량제)는 수역의 수질변화 추이와 이용 목적을 수질모델과 통계적 방법 등으로 분석하여 목표수질(Water Quality Standard)을 설정하고 환경용량(목표수질)을 초과하지 않을 오염부하량(허용부하량)을 수질모델로 산출하고 이를 기초로 정해진 할당부하량을 기준으로 단위유역의 배출부 하량을 관리하는 방식으로 운영하고 있다.

수질모델은 수질예측이 가능하여 목표수질을 만족할 오염부하량 산출과 수질변화 인자 분석 등 수질관리에 요구되는 다양한 분석을 정량적으로 수행하는데 매우 유용한 도구이다. 수역이 대부분 하천 형으로 존재하는 우리나라의 수질모델에 대한 관심은 미연방환경청이 개발한 다인자 하천수질모델 QUAL2E, QUAL2E-UNCAS(USEPA, 1985, 1987)이 여러 연구에 활용되면서 높아졌다.
QUAL2E는 물질수지 원리를 바탕으로 하며 정적(Steady State) 모의방식을 가지고 있으며 하천, 하구에 적용을 목적으로 개발 당시의 최대 관심사였던 용존산소의 모의를 통한 부수화 분석 도구로 활용된 수질모델이다. 이 모델은 수역에 유입하는 수량과 농도를 입력조건으로 하며 수중 반응 특성을 반영하여 결정론적 수질모의를 수행하도록 프로그램 되어 있다. QUAL2E는 최악 조건에서의 수질관리, 오염부하량 관리, 수량 관리, 이에 따른 정책 결정 등에 활용이 용이하다. 특히 국내에서 QUAL2E는 모의에 요구되는 입력 및 보정 자료의 적용이 용이하고 사용이 비교적 간단하여 수질 분석에 활용도가 높은 것으로 평가되고 있다.

(출처:본문 I. 서론 p.12)

Abstract ▼

Ranging from rivers and lakes to estuaries and oceans, Water quality model(WQM) is being used for the reasonable management of water environment. As the simplification and summary of the complex and various phenomena of natural water environment, WQM is being used as the managing computation tool fo

Ranging from rivers and lakes to estuaries and oceans, Water quality model(WQM) is being used for the reasonable management of water environment. As the simplification and summary of the complex and various phenomena of natural water environment, WQM is being used as the managing computation tool for water quality management by combining computer technology. USA that has led water quality model and computation technology requires that the approved water quality computation model be used when the policies for water quality management are drafted and the appropriate concentration and quantity of the discharged waste water are decided.

Since 1990s, WQCM has been lively used in studies and practices. One of the representative models is QUAL2E(1985) developed by US EPA. QUAL2E is a Multi- Constituents Water Quality Model that has been widely used for its easy employment of water management policies. In South Korea, various studies of modified models such as KQUAL97(Park and Lee, 1997), QUALKO2, QUAL-NIER(NIER, 2005), QUAL2K(Park and Lee, 2000), QUALME (Park and Lee, 2002) have been conducted and developed by reflecting the water environmental conditions and improving reactionary mechanism in water based on the source code of QUAL2E. These models have been used as the important tools for evaluating the WLA for Water Quality Standard for TMDL that started in 2004.

There are various water quality models and selected by considering the purposed of use and the characteristics of the area of the water. This study examined and analyzed the conditions of the water environment of the main domestic rivers in order for the water quality model for TMDL to be applied to the estuaries of the four great rivers. It examined not only the unified applicability of the water quality model to the four rivers but also reactionary controls and areas for improvement for QUAL2E and similar line of water quality models used for TMDL. The study was about developing the optimal water quality model for TMDL by considering the studied contents and usability of TMDL and deducing matters to be reflected in the model.

In the study of the environmental change of the rivers, it is estimated that the upper water area remains stagnant but the lower water areas change rapidly according to the operation of weir installed in rivers. In the data of water quality, there was no distinctive difference between before and after of the installation of weirs. There was an increase of the relative degree of contribution of the reactionary mechanism in water to the change of water quality in the upper water areas of weir whereas the water quality change has been expected according to the disturbance of the sediments because of the rapidly changing speed of water. Also, there was no reason to change the methods for mocking water quality and the reactionary control for the four rivers. For the optimal reflective matters for the TMDL of the currents rivers, the improvement of water management mocking methods for the upper areas of weirs, the improvement of the reactionary control such as the floating and deposits due to the disturbances of the sediments, and the usability for TMDL have been drawn.

The study decided the possible reflective factors considering the demand of water management policy, possibility for computation, and the convenience of the users about the drawn matters and an optimal water quality model for TMDL based on the source code of QUAL2E has been developed. The developed model makes it possible for the reactionary condition of the increase of flow factor due to the increase of the staying time, the quantity mocking of the deposits and float of pollutants due to the change of water flow, and the selective application of water management coefficients to the sections. The study also named the improved model to be QUALMEV after reflecting the improved matters of water quality model to the remaining TMDL.

In the test application of the developed model, the user was able to interpret the process of deposits and floating in quantity and embody the water quantity mocking easily on the condition that is not out of the structure formation of the input data. Under the current situation, the way to use the developed model in the distribution of AWL appeared to be difficult, so we made a supporting system for the users to support this kind of study and raise the usability of water quality model.

Using the developed model, it makes possible to obtain various information for river environment improvement. It requires reliable input data be used and the process of computation of the applied model be correct. It should raise the credibility of the results of the model by not using the unknown variables too much in the mocking. Therefore, it is important that the improvement of water quality should be regularly improved and reinforced by balancing with the speed of the basic study.

(출처 : Abstract 9p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 표목차 ... 5
• 그림목차 ... 7
• Abstract ... 9
• I. 서 론 ... 12
• 1. 연구 배경 ... 12
• 2. 연구 필요성 및 목적 ... 13
• 3. 정적 수질모델의 연구 현황 ... 14
• II. 연구내용 및 방법 ... 16
• 1. 주요 연구 내용 ... 16
• 가. 물환경 변화 여건 분석 ... 16
• 나. 물환경 변화에 따른 총량모델이 반영할 고려요소 도출 및 검토 ... 16
• 다. 정적수질모델을 통한 총량제 적용방안 분석 ... 16
• 라. 선정모델을 통한 할당부하량 지정방법 제안 ... 16
• 2. 연구 방법 ... 17
• 가. 물환경 변화 여건 분석 연구 ... 17
• 나. 총량제 수질모델의 반영 사항 도출 및 검토 연구 ... 18
• 다. 정적 수질모델의 총량제 적용방안 분석 연구 ... 18
• 라. 수질총량제 적용 최적 수질모델 개발 연구 ... 20
• 마. 개발 모델의 활용 방안 연구 ... 21
• III. 연구 결과 및 고찰 ... 23
• 1. 물환경 변화 여건 분석 ... 23
• 가. 4대강별 보 설치에 따른 수계 현황 변화 ... 23
• 나. 4대강사업전 대비 하천 수리･수문 변화 정도 분석 ... 36
• 다. 4대강 주요 지점의 수질 현황 및 변화 분석 ... 38
• 라. 4대강 수계별 수문 및 수질 변화 추이 분석 ... 45
• 마. 4대강사업 전 대비 수질 변화 정도 비교 분석 ... 50
• 바. 국내 하천에서의 수질모델 통합적용 가능성 ... 62
• 2. 총량모델이 반영할 고려 요소 도출 및 검토 ... 64
• 가. 보시설 등에 따른 정체현상 모의가능 여부 ... 64
• 나. 조류발생 증가에 따른 내부 증가 유기물질(TOC 포함) 모의가능 ... 65
• 다. 구간별 하천수리조건 변화에 유연한 모의 메커니즘 구현 ... 74
• 라. 총량모델에 반영을 고려해야 할 요소 목록화 ... 77
• 3. 정적수질모델을 통한 수질총량제 적용방안 분석 ... 79
• 가. 국내·외 적용 정적 수질모델 검토 및 총량제 적용시 문제점 ... 79
• 나. 기존 모델 적용에 따른 할당부하량 및 목표수질 선정의 문제점 ... 85
• 4. 총량제 적용 최적 모델 개발 및 모델 수행 기준 ... 87
• 가. 최적 모델 수행요소 도출 및 반영여부 설정 ... 87
• 나. 수질반응기작 개선 ... 89
• 다. 수질총량제 최적 수질모델의 전산프로그램 개발 ... 90
• 라. 개발 모델의 주요 입력 및 모의 기준 및 적용시 문제점 ... 97
• 5. 선정모델을 통한 할당부하량 지정방법 제안 ... 102
• 가. 기준배출부하량 및 할당부하량의 입력 자료 및 배분시스템 구축 ... 102
• 나. 할당부하량 배분원칙에 대한 기준(안) 제시 ... 104
• 6. 종합결과 및 고찰 ... 108
• 가. 물환경 변화 여건 ... 108
• 나. 총량모델의 반영요소 ... 108
• 다. 정적수질모델을 통한 총량제 적용 방안 ... 109
• 라. 선정모델을 통한 할당부하량 지정방법 제안 ... 111
• IV. 결론 ... 112
• 참고문헌 ... 114
• 부 록 ... 119
• 끝페이지 ... 169