Journal of Korea Water Resources Association (한국수자원학회논문집)

Korea Water Resources Association (한국수자원학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Analysis of Flow and BOD Transport at the Downstream of Nam River Dam Using 2-D and 3-D Semi-coupled Models

2·3차원 준연계 모형을 이용한 남강댐 하류부 흐름 및 BOD 수송 해석

  • Kim, Ji-Hoon (Korea Institute of Water end Environment, K-water) ;
  • Song, Chang-Geun (Department of Civil and Environmental Engineering, Seoul National University) ;
  • Kim, Young-Do (Department of Environmental Science and Engineering, Inje University) ;
  • Seo, Il-Won (Department of Civil and Environmental Engineering, Seoul National University)
  • 김지훈 (한국수자원공사 K-water연구원) ;
  • 송창근 (서울대학교 건설환경공학부) ;
  • 김영도 (인제대학교 환경공학부(낙동강유역환경연구센터)) ;
  • 서일원 (서울대학교 건설환경공학부)
  • Received : 2011.12.27
  • Accepted : 2012.02.06
  • Published : 2012.03.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The downstream of the Nam River Dam is crucial region for long-term water resource planning for Busan and Gyeongnam Province. Thus, the analysis of flow behavior and water quality is necessary for the sustainable surface water management and the control of pollutant source. In this study, the flow field and BOD transport at the downstream of Nam River Dam were analyzed by incorporating 2-D water quality model, RAM4 and 3-D water quality model, WASP with the hydrodynamic model, RAM2 and EFDC, respectively. The application of 2-D flow analysis model, RAM2 showed that velocity distributions at the five transverse sections of the meandering part closely followed the measured values by ADCP, and the flow field and overflow characteristic at the submerged weir showed satisfactory performance compared with the result of 3-D EFDC model. In addition, the BOD concentration field obtained by RAM2-RAM4 coupled modeling was in good agreement with the result by EFDC-WASP model throughout the computational domain. The hydrodynamic characteristic and water quality at the downstream reach of Nam River Dam are mainly influenced by the Dam discharge, and the water quantity is closely related to the water quality control and fishery environment at the lower part of Nakdong River. Therefore, when further quantitative analysis is necessary regarding these issues, 2-D semi-coupled modeling is recommended in terms of computational effectiveness and model application aspect.

남강댐 하류는 부산 경남의 수자원 장기 계획에 중요한 지역이므로 지속가능한 지표수 관리 및 오염원 제어를 위해 흐름 및 수질 해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수질모형인 RAM4와 3차원 수질모형인 WASP을 각각 수리모형인 RAM2 및 EFDC모형과 연계하여 2 3차원 준연계 모형을 이용한 남강댐 하류에서의 수리 및 수질을 해석하였다. 2차원 흐름해석 모형인 RAM2 적용 결과 만곡부 5개 횡단 측선에서의 유속의 증감경향이 ADCP 실측값과 잘 일치하였으며, 3차원 모형인 EFDC와 유속 분포 및 보 월류 유속이 유사하였다. 또한 정상상태 도달 후의 RAM2-RAM4 연계모의에 의한 BOD 농도와 EFDC-WASP 연계모의에 의한 BOD 농도장이 모의영역 전반에 걸쳐 유사하게 나타났다. 남강댐 하류부의 경우 수리 및 수질이 남강댐 방류량에 크게 좌우되며 남강댐의 수량은 하류부의 수질 및 연안 어업환경에 큰 영향을 미치므로 향후 이에 대한 정량적 분석 시 계산의 효율성 및 모형의 적용성 측면에서 2차원 준연계 모형을 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

Keywords

References

  1. 경남발전연구원(2010). 남강댐 하류 수질개선방안 연구보고서.
  2. 국토해양부(2009). 남강 하천기본계획(변경) 보고서.
  3. 권기환, 서동일, 윤진호, 주명호(2008). "EFDC와 WASP을 이용한 대청호 수리-수질 연계 모델링." 2008 대한상하수도학회 한국물환경학회 공동추계학술발표회논문집, pp. 29-30.
  4. 김지원(2008). 부항호 수질예측을 위한 CE-QUAL-W2와 EFDC-WASP모델의 적용 비교. 석사학위논문, 충남대학교.
  5. 서동일, 서미진, 구명서, 우재균(2009). "EFDC-Hydro와 WASP7.2를 이용한 금강하류의 수리-수질 연계 모델링." 상하수도학회지, 상하수도학회, 제23권, 제1호, pp. 15- 22.
  6. 서울대학교(2004). 하천흐름 및 하상변동 해석기술 개발. 21세기 프론티어 연구개발사업-수자원의 지속적인 확보기술개발, 과학기술부, pp. 266-281.
  7. 서울대학교(2009). RAMS (River Analysis & Modeling System) User's Manual.
  8. 서일원, 김성은(2010a). RAMS 및 SMS 모형을 이용한 낙동강 본류 구간의 흐름분석 및 부유사 거동 모의." 2010 한국방재학회 학술발표회 논문집, 한국방재학회, pp. 316-319
  9. 서일원, 김성은, Yasuhisa M., Tadaharu I. (2011a). "항공사진분석 자료를 이용한 2차원 하천흐름 해석모형의 검증." 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제31권, 제6B호, pp. 515-522.
  10. 서일원, 송창근(2007). "2 차원 이송분산모형을 이용한 한강 본류 구간에서의 BOD 거동 모의." 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제27권, 제6B호, pp. 573-581.
  11. 서일원, 송창근, 이명은(2008). "한강 감조구간에서의 흐름 및 혼합거동." 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제28권, 제6B호, pp. 731-741.
  12. 서일원, 전인옥, 송창근, 신재현(2009a). "2차원 하천해석모형(RAMS)를 이용한. 한. 향. 남한강 준설에 따른 부유사 영향검토." 제35회대한토목학회정기학술대회논문집, 대한토목학회, pp. 737-740.
  13. 서일원, 최남정, 전인옥, 송창근(2009b). "팔당호에 유입된 비보존성 오염물질의 혼합거동." 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제29권, 제3B호, pp. 221-230.
  14. 서일원, 최황정, 김성은(2010b). "BOD와DO 거동 해석을 위한수평 2차원 유한요소 모형의 개발 및 검증. " 2010 한국수자원학회 학술발표회 논문집, 한국수자원학회, pp.749-753.
  15. 서일원, 최황정, 송창근(2011b). "열오염 혼합 거동 해석을 위한 수평 2차원 유한요소모형." 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제31권, 제6B호, pp. 507-514.
  16. 서일원, 한건연, 최성욱, 김홍식(2010c). 지표수 거동해석을 위한 RAMS의 사용자 설명서 및 튜토리얼. SWRRC TR 2010-16.
  17. 이명은(2007). Two-Dimentional Finite Element Model for pollutant Transport Analysis. 박사학위논문, 서울대학교.
  18. 이명은, 서일원(2008). "순간 유입된 오염물질의 혼합 모의 시 질량 오차 산정." 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제28권, 제5B호, pp. 475-483.
  19. 이용성, 서동일, 박병준(2008). "EFDC와 WASP을 이용한 광동댐의 수리-수질 연계 모델링." 2008 대한상하수도학회 한국물환경학회 공동추계학술발표회논문집, pp. 71-72.
  20. 장덕상(2010). 남강댐하류의인위적교란에관한연구: 하도지형및수리특성을중심으로. 석사학위논문, 진주산업대학교.
  21. 정영원(2009). 3-Dimensional Hydrodynamic and Water Quality Change Simulation of Reservoir Using EFDCWASP. 석사학위논문, 인제대학교.
  22. 최승용, 김병현, 김상호, 한건연(2009). "2차 요소를 이용한 2차원 상향가중 유한요소모형." 한국수자원학회논문집, 한국수자원학회, 제42권, 제12호, pp. 1053-1067. https://doi.org/10.3741/JKWRA.2009.42.12.1053
  23. 한국건설기술연구원(2005). 하천설계기준.해설.
  24. Ambrose, R.B., Martin, J.L., and Wool, T.A. (2006). WASP7 Benthic Algae-Model Theory and User's Guide. U.S. EPA, Athens, GA.
  25. Ambrose, R.B., Wool T.A., and Martin, J.L. (1993). The Water Quality Analysis and Simulation Program, WASP5; Part A, Model Documentation. U. S. EPA, Athens, GA.
  26. Chapra, S.C. (1997). Surface water-quality modeling. McGraw-Hill.
  27. Environmental Protection Agency (1987). The enhanced stream water quality models QUAL2E and QUAL2EUNCAS: documentation and user manual.
  28. Fischer, H.B., List, E.J., Koh, R.C.Y., Imberger, J., and Brooks, N.H. (1979). Mixing in inland and coastal waters, Academic Press, Inc.
  29. Hamrick, J.M. (1992). A Three-Dimensional Environmental Fluid Dynamics Computer Code; Theoretical and Computational Aspects, The College of William and Mary, Virginia Institute of Marine Science. Special Report, No. 317.
  30. Norton, W.R., King, I.P., and Orlob, G.T. (1973). A finite element model for lower granite reservoir. Water Resources Engineers, Inc., Walnut, California.
  31. Wool, T.A., Ambrose, R.B., Martin, J.L., and Coner, E.A. (2001). The Water Quality Analysis and Simulation Program, WASP6; Part A, Model Documentation. U. S. EPA, Athens, GA.