Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지

Evaluation and Application of QUAL2E and QUAL2K Models in Anyang Stream

안양천에서 QUAL2E와 QUAL2K 모델의 적용 및 평가

  • Jung, Sung-Soo (Environmental Section, City Of Anseong) ;
  • Kim, Kyung-Sub (Department of Environmental Engineering, Hankyong National University)
  • Published : 2008.05.31
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Abstract

QUAL2K enhanced QUAL2E and applied in real fields efficiently incorporates denitrification process, sediment-water interaction process, bottom algae and detritus. Also, the CBOD of QUAL2K is divided into two real parts, one is slow CBOD(sCBOD) and another is fast CBOD(fCBOD). The simulation results of QUAL2E and QUAL2K models in Anyang Stream were compared and analyzed in water quality constituents of DO, BOD, Org-N, NH$_3$-N, NO$_3$-N, Org-P, Dis-P and Chl-a respectively. The similar results were shown in Org-N, NH$_3$-N, Org-P and Chl-a both QUAL2K and QUAL2E models. But the different results were revealed in DO, BOD, Dis-P and NO$_3$-N by the influence of new incorporating processes. DO was shown relatively low values in the effect of bottom algae. BOD which is influenced by particulate organic matter was revealed high values. NO$_3$-N was closed to the real values by the two processes of denitrification and sediment-water interaction. To evaluate the running results of QUAL2K and QUAL2E models, a simple statistical analysis was conducted. According to the statistical analysis, QUAL2K represented less relative error and coefficient of variation than QUAL2E in almost all of constituents. It was found that QUAL2K, which simulates the water quality more realistically, can be applied to control and manage the water problems of river or river-run reservoir effectively.

QUAL2K는 QUAL2E 모델의 단점을 개선하고 편의성을 향상시킨 모델로 입자성 유기물, 부착조류, 탈질화 및 퇴적층-수체 상호작용 등을 추가 반영하였으며, CBOD는 느린 CBOD와 빠른 CBOD 두 가지로 구분하여 현실화 하였다. QUAL2E와 QUAL2K 모델을 안양천에 적용하여 DO, BOD, Org-N, NH$_3$-N, NO$_3$-N, Org-P, Dis-P 및 Chl-a 등 8개 수질항목을 모의하여 결과를 비교 분석하였다. Org-N, NH$_3$-N, Org-P 및 Chl-a는 두 모델에서 비슷한 결과가 나타났으나, DO, BOD, NO$_3$-N 및 Dis-P는 다른 결과가 나타났다. 이는 QUAL2K에 추가된 부착조류, 탈질화, 퇴적층-수체의 상호작용 및 입자성 유기물의 영향에 기인한 것으로 판단된다. DO는 부착조류의 영향으로 낮게 나타났고, BOD는 입자성 유기물의 영향으로 높게 나타났다. NO3-N은 퇴적층-수체의 상호작용과 탈질화의 영향으로 실측치에 더 가깝게 나타났다. 모의 결과를 단순통계인자를 이용하여 평가하였으며, 대부분 수질항목에서 상대오차와 분산계수가 QUAL2E보다 QUAL2K에서 작게 나타났다. 자연현상을 좀더 실제에 가깝게 모의할 수 있는 QUAL2K 모델은 하천 및 하천화한 호소 수질관리에 적절히 이용할 수 있을 것으로 판단된다.

Keywords

References

  1. Chapra, S. C., Surface Water-Quality Modeling, McGraw-Hill, New York(1997)
  2. Martin, J. L. and McCutcheon, S. C., Hydrodynamics and Transport for Water Quality Modeling, Lewis Publishers, Florida(1999)
  3. 정성수, 안양천에서 QUAL2E와 QUAL2K 모델의 비교연구, 한경대학교, 석사학위 논문(2005)
  4. Brown, L. C. and Barnwell Jr., T. O., The Enhanced stream water quality models QUAL2E and QUAL2EUNCAS: documentation and user manual, EPA/600/3-87/007, USEPA (1987)
  5. Chapra, S. C. and Pelletier, G. J., Documentation and Users Manual(QUAL2K), USEPA(2003)
  6. 정성수, 김경섭, "안양천에서 QUAL2E와 QUAL2K 모델의 비교연구," 대한환경공학회 추계학술연구발표회(2005)
  7. Di Toro, D. M, Paquin, P. R., Subburamu, K., and Gruber, D. A., "Sediment Oxygen Demand Model: Methane and Ammonia Oxidation," J. Environ. Eng., 116(5), 945-986(1991)
  8. 경기도, 안양천 살리기 종합대책수립(2003)
  9. Charbonnean, Paul and Knapp, Barry, A user's guide to PIKAIA 1.0, National Center for Atmospheric Research (1995)
  10. 김성태, 채수권, 김건흥, "유전 알고리즘을 이용한 QUAL2E 모형의 반응계수 추정," 대한환경공학회지, 19(4), 507-514(1999)
  11. 김용구, 진화알고리즘을 이용한 QUAL2E 모형의 반응계수 추정에 관한 연구, 동신대학교, 석사학위논문(2002)
  12. 김경섭, 윤동구, 이기영 "최소자승법에 의한 QUAL2E 모델 반응계수 보정," 한국수자원학회지, 37(9), 719-727 (2004)
  13. Ambrose Jr., R. B. and Roesch, S. E., "Dynamic Estuary Model Performance," J. Environ. Eng., 108(5), 51-71 (1982)