부영양 하천의 수질예측을 위한 QUAL2E와 QUAL-NIER 모델의 비교·평가

Comparative Evaluation of QUAL2E and QUAL-NIER Models for Water Quality Prediction in Eutrophic River

  • Choi, Jungkyu (Department of Environmental Engineering, Chungbuk National University) ;
  • Chung, Sewoong (Department of Environmental Engineering, Chungbuk National University) ;
  • Ryoo, Jaeil (Korea Water Resources Corporation)
  • 투고 : 2007.10.04
  • 심사 : 2007.12.04
  • 발행 : 2008.01.30

초록

It is often believed that a more complex water quality model is better able to simulate reality. The more complex a model, however, the more parameters are involved thus increases the cost and uncertainty of modeling processes. The objective of this study was to compare the performance of two steady-state river water quality models, QUAL2E and QUAL-NIER, that have different complexity. QUAL-NIER is recently developed by National Institute of Environmental Research aiming to enhance the simulation capability of QUAL2E for eutrophic rivers. It is a carbon based model that considers different forms, such as dissolved versus particulate and labile versus refractory, of carbon and nutrients, and the contribution of autochthonous loading due to algal metabolism. The models were simultaneously applied to Nakdong River and their performance was evaluated by statistical verification with field data. Both models showed similar performance and satisfactorily replicated the longitudinal variations of BOD, T-N, T-P, Chl.a concentrations along the river. The algal blooms occurred at the stagnant reaches of downstream were also reasonably captured by the models. Although QUAL-NIER somewhat reduced the magnitude of errors, the hypothesis tests revealed no statistical evidence to justify its better performance. The contribution of autochthonous carbon and nutrient load by algal metabolism was insignificant because the hydraulic retention time is relatively short compare to the time scale of kinetic reactions. The results imply that the kinetic processes included in QUAL-NIER are too complex for the nature and scale of the real processes involved, thus needs to be optimized for improving the modeling efficiency.

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참고문헌

  1. 건설부(1992). 낙동강 하천정비 기본계획서
  2. 건설부(1993). 낙동강 하천정비 기본계획서
  3. 국립환경연구원(2004). 오염총량관리를 위한 하천수질모델 의 개발(I)
  4. 국립환경연구원(2005a). 남한강수계 오염물질 유출 및 수질 변동 특성에 관한 연구
  5. 국립환경연구원(2005b). 오염총량관리를 위한 하천수질모델 의 개발(II)
  6. 김용삼(2005). 하수관거정비에 따른 한강수계 수질개선효과 예측. 석사학위논문, 청주대학교
  7. 김종구, 이지연(2001). 금강수계의 수질관리를 위한 QUAL2E 모델의 적용 I: 모델입력인자 산정 및 자생 BOD 평가. 한국환경과학회지, 10(2), pp. 119-127
  8. 김진일(2003). 낙동강 유역의 조류 발생 과정 및 예측에 관 한 연구. 석사학위논문, 계명대학교
  9. 낙동강수계관리위원회(2004). 낙동강유역에 적합한 수질예 측 모델개발
  10. 부산발전연구원(2006). 낙동강연구 제2호
  11. 서동일, 이종현, 이은형, 고익환(2004a). CAP모형을 이용한 금강 하류의 수질 모델링 및 오차 원인 분석. 대한환경 공학회지, 26(8), pp. 941-949
  12. 서동일, 이종현, 이은형, 고익환(2004b). QUAL2E를 이용한 금강 하류의 수질 모델링 및 오차 원인 분석. 대한환경공학회지, 26(8), pp. 933-940
  13. 송대우(2004). 영산강 수질보전을 위한 필요유량 및 허용 오 염부하량 산정. 석사학위논문, 전남대학교 산업대학원
  14. 신명선, 김재구, 정성민, 김범철(2006). 낙동강 및 금강수계 에서 식물플랑크톤의 POC 생산량과 EOC 생산량. 공동 추계학술발표회논문집, 대한상하수도학회.한국물환경학 회, pp. 849-854
  15. 신성교, 백경훈(1999). 낙동강 수질개선비용 분담에 관한 연 구: 지자체별 오염 기여율 평가
  16. 유하나, 서동일(2007). 한강 하류에 대한 정상상태 모델 QUAL2E와 비정상상태 모델 WASP7.2 동시 적용에 관 한 연구. 공동춘계학술발표회논문집, 한국물환경학회. 대한상하수도학회, pp. 32-40
  17. 윤영삼, 유재정, 김문수, 신찬기(2007). 낙동강 본류 주요지 점에 대한 용존유기물 분해특성 연구. 환경공동학술대회 논문집, 대한환경공학회.한국대기환경학회.한국폐기물 학회, pp. 2014-2017
  18. 윤영삼, 유재정, 김문수, 신찬기(2005). 낙동강 본류에 대한 수질모델 입력자료 조사연구. 공동추계학술발표회논문 집, 대한상하수도학회.한국물환경학회, pp. 70-79
  19. 이성우, 반양숙, 이혜숙, 이정민(2006). 낙동강 상류 유역의 댐방류량 증가에 의한 하류 수질변화 예측 연구. 추계학 술발표회논문집, 대한환경공학회, pp. 446-450
  20. 조경제, 신재기(1998). 낙동강 하류에서 동.하계 무기 N. P 영양염류와 식물플랑크톤의 동태. Korean J. Limnol., 31(1), pp. 67-75
  21. 환경부(2006). 물환경정보시스템. http://water.nier.go.kr/weis
  22. 황대호, 정효준, 이홍근(2001). 영산강 하류부의 목표수질달 성을 위한 BOD부하량 삭감방법의 비교. 한국환경위생학회지, 27(2), pp. 119-126
  23. Beck, M. B. (1987). Water Quality Modeling: A Review of the Analysis of Uncertainty. Water Resources Research, 23(8), pp. 1393-1442 https://doi.org/10.1029/WR023i008p01393
  24. Brown, L. C. and Barnwell, T. O. (1987). The Enhanced Stream Water Quality Models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS, Documentation and User Manual. EPA
  25. Christophersen, N., Neal, C. and Hooper, R. P. (1993). Modelling the hydrochemistry of catchments: a challenge for the scientific method. Journal of Hydrology, 152, pp. 1-12 https://doi.org/10.1016/0022-1694(93)90138-Y
  26. Cole, T. M. and Wells, S. A. (2004). CE-QUAL-W2: A Two Dimensional, Laterally Averaged, Hydrodynamic and Water Quality Model, Version 3.2 User Manual, U.S. Army Corps of Engineers
  27. Kleissen, F. M., Beck, M. B. and Wheater, H. S. (1990). The identifiability of conceptual hydrochemical models. Water Resources Research, 26(12), pp. 2979-2992 https://doi.org/10.1029/WR026i012p02979
  28. Klepper, O., Scholten, H. and van de Kamer, J. P. G. (1991). Prediction uncertainty in an ecological model of the Oosterschelde Estuary. Journal of Forecasting, 10(1-2), pp. 191-209 https://doi.org/10.1002/for.3980100111
  29. Van Der Perk (1997). Effect of Model Structure on The Accuracy and Uncertainty of Results from Water Quality Models. Hydrological Processes, 11(3), pp. 227-239 https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-1085(19970315)11:3<227::AID-HYP440>3.0.CO;2-#