Water Quality Prediction Model in a Lake by Finite Element Method;Application to Sapkyo Lake

유한요소법에 의한 호소의 수질예측모형;삽교 담수호에 적용하여

A 2-dimensional pollutant transport phenomenon in shallow reservoirs was analyzed by using a finite element method. The Galerkin's weighted residual method, based on linear interpolation, was used and a triangle was adopted as an element. The two dimensional Stock's equation and the advection-diffusion equation integrated over depth were used as governing equations. Also the Newton-Raphson method was introduced to solve the non-linear terms of the equation. The results calculated by the model are in good agreement with the analytical solution for a simplified channel where a known solution is avaiable. An actual application of the model is attempted for Sapkyo Lake with a consideration of the influx of the Sapkyo Chun, the Muhan Chun and kogkyo Chun. Further refined research is needed to evaluate the water quality in the other reservoirs.

본 연구는 호소의 2차원 수질해석을 위해 흐름의 기본 방정식과 확산이송 방정식에 유한요소법을 도입하여 모의한 것으로, 얻은 결론은 다음과 같다. 1.단순화된 1차원 수로에서의 모형검정 결과 수치해와 정확해가 거의 일치하므로 모형의 알고리즘이 잘 구성 되었음이 입증되며, 적용결과 실측치와의 비교에서도 만족할만한 결과가 도출되어 모형의 적용 가능성이 시사되었다. 2. 삽교호의 BOD, COD, T-N, T-P, 및 SS의 농도분포가 2차원적으로 해석되었다. 3. 비점오염원의 비중이 높아 오염부하량 산정이 어려운 T-N, T-P를 사용하지 않고 COD를 모의 하므로서 부영양상태를 예측할 수 있도록 하였다. 본 연구결과는 하구언 및 방조제 등으로 인한 호수와 같이 수심에 비해 폭이 넓은 자연수역의 수질 해석에 적용될 수 있으며 이를 활용하므로서 용수취수지점의 선택, 하천 방류수의 처리기준 선정등, 수자원의 효율적인 이용 관리와 수질 대책 수립에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.