• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.469-473
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• 2005

수질모형의 지배방정식에서 정의되는 대표적인 수질매개변수는 유역 및 대기로부터의 오염부하량 퇴적물로부터의 오염물질 용출부하량, 확산계수. 반응계수 등으로 직접적인 관측이 곤란할 뿐만 아니라 많은 관측비용을 필요로 한다. 본 연구에서는 매개변수를 포함한 오염물질 수지방정식을 구성하고, 구성된 선형 연립방정식을 이용함으로써 계산된 농도분포자료와 관측된 시계열 농도분포자료를 이용하여 계산한 질량변화량의 차이를 최소화하는 역산문제를 구성하여 모형의 매개변수를 추정하는 방법을 제시하였다. 이 방법을 이용하여 천수만, 울산만(울산항) 해역에서 관측된 연직방향 농도분포 자료를 이용하여 확산계수 및 대기로부터의 오염부하량, 퇴적물로부터의 오염물질 용출율, 확산$\cdot$반응에 의한 오염물질 변화량 등을 추정하였으며, 추정 매개변수는 시기적으로 변동이 크게 나타났다. 반면, 추정매개변수를 이용한 관측자료와 계산결과를 비교한 결과, RMS 오차는 관측자료 범위의 $5.0\% 이하, 일치지수는 0.95 이상으로 본 방법을 이용한 매개변수 추정결과의 신뢰성은 우수한 것으로 파악되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.288-288
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• 2016

유역단위 오염부하량 산정에는 SWAT, HSPF 등의 물리적 매개변수 기반 분포형 모형이 주로 사용되고 있으나, 공간분포형 입력자료로 인한 많은 매개변수는 모의 과정을 복잡하게 하며, 보정 과정에 있어 많은 시간과 노력을 요구하는 단점이 있다. 이로 인해 실무에서는 원단위법이나 유량-부하량 관계식과 같은 통계적 분석에 의한 회귀식이 주로 사용되고 있다. 그 중 LOADEST는 회귀식 기반 프로그램으로, 다양한 연구자들에 의해 연구되고 있으나, 수질 모형과의 모의능력을 비교하는 연구는 부족하다. 본 연구에서는 청미천 상류유역을 대상으로 유역특성에 따른 LOADEST 기반 회귀식의 매개변수를 추정하여 오염부하량을 모의하고, SWAT 모형에 의한 오염부하량 모의결과와 비교 평가하고자 한다. 모형의 구동 및 회귀식 매개변수 추정에 필요한 입력 자료는 용인시 백암면 일대에서 2013년부터 2015년까지 모니터링한 수질, 유량 및 기상자료와 지형자료 (토지이용도, 토양도, 수치표고자료)를 이용하여 구축하였다. LOADEST 기반 회귀식의 매개 변수 추정은 김계웅 (2015)이 개발한 방법을 사용하였으며, 유역면적, 토지이용비율 등은 지형자료를 이용하여 산정하였다. SWAT 모형의 보정은 2013년부터 2014년까지의 자료를 이용하였으며, 2015년 자료를 이용하여 검정하였다. 본 연구의 결과는 비점오염원 모델에 대한 이해를 넓히고, 오염부하량 모의를 위한 모형 선정에 있어 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.17 no.3
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• pp.149-157
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• 2005

Typical water quality (WQ) parameters defined in the governing equation of the WQ model are the pollutant loads from atmosphere and watersheds, pollutant release rates from sediment, diffusion coefficient and reaction coefficient etc. The direct measurement of these parameters is very difficult as well as requires high cost. In this study, the pollutant budget equation including these parameters was used to construct the linear simultaneous equations. Based on these equations, the inverse problems were constructed and WQ parameter estimation method minimizing the sum of squared errors between the computed and observed amounts of the mass changes was suggested. WQ parameters, i.e., the atmospheric pollutant loads, sediment release rates, diffusion coefficients and reaction coefficient, were estimated using .this method by utilizing the vertical concentration profile data which has been observed in Cheonsu Bay and Ulsan Port. Values of the estimated parameters show a large temporal variation. However, this technique is persuasive in that the RHS (root mean square) error was less than $5.0\%$ of the observed value ranges and the agreement index was greater than 0.95.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.12
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• pp.1009-1018
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• 2004

A systematic method using an optimal estimation algorithm is presented for simultaneous estimation of diffuse pollution distributed along a stream reach and model parameters for a stream water quality model. It was applied with the QVAL2E model to the South Han River for optimal estimation of kinetic constants and diffuse loads along the river. Initial calibration results for kinetic constants selected from a sensitivity analysis reveal that diffuse source inputs for nitrogen and phosphorus are essential to satisfy the system mass balance. Diffuse loads for total nitrogen and total phosphorus were estimated solving the expanded inverse problem. Comparison of kinetic constants estimated simultaneously with diffuse sources to those estimated without diffuse loads, suggests that diffuse sources must be included in the optimization not only for its own estimation but also for adequate estimation of the model parameters. Application of optimization method to river water quality modeling is discussed in terms of the sensitivity coefficient matrix structure.

• Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.38 no.3
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• pp.92-100
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• 1996

In order to control the water quality in rivers or lakes, it is needed to evaluate accurate amount of pollutant loadings from watersheds. The daily pollutant loadings were simulated using the pollutant loading calculation model which was composed of mathematical equations superimposed on the TANK model. The calibration of runoff and pollutant loading parameters were carried out with observed data, using a trial-and-error method. In addition, the proposed model was applied to evaluate its applicability for the representative watershed, the Bokha river watershed, Icheon city, Korea. The parameters of SS and T-P showed large values in the first tank while T-N showed large in the second tank. As a result of simulating the daily pollutant loadings by the pollutant loading calculation model, all of SS, T-N and T-P loadings were increased or decreased according to the amount of runoff discharge. Especially, it was apparent that SS and T-P loadings were significantly influenced by the runoff variation when it was rain. These results could partly explain that SS and T-P would occur mainly from the surface runoff while T-N would occur from both surface and subsurface flow.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.51 no.2
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• pp.151-163
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• 2018

The objective of this study was to estimate LOADEST (LOAD Estimator) coefficients for simulating pollutant loads in ungauged watersheds. Regression models of LOADEST were used to simulate pollutant loads, and the multiple linear regression (MLR) was used for coefficients estimation on watershed characteristics. The fifth and third model of LOADEST were selected to simulate T-N (Total-Nitrogen) and T-P (Total-Phosphorous) loads, respectively. The results and statistics indicated that regression models based on LOADEST simulated pollutant loads reasonably and model coefficients were reliable. However, the results also indicated that LOADEST underestimated pollutant loads and had a bias. For this reason, simulated loads were corrected the bias by a quantile mapping method in this study. Corrected loads indicated that the bias correction was effective. Using multiple regression analysis, a coefficient estimation methods according to the watershed characteristic were developed. Coefficients which calculated by MLR were used in models. The simulated result and statistics indicated that MLR estimated the model coefficients reasonably. Regression models developed in this study would help simulate pollutant loads for ungauged watersheds and be a screen model for policy decision.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.987-991
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• 2006

본 연구에서는 유역의 비점오염물질의 거동을 해석할 수 있는 분포형 모델링 기법으로서 SWAT 모형을 선정하고, 충주댐 유역에 대해 모형 입력자료 및 물리적 매개변수 자료를 구축하였다. 구축된 모형을 이용하여 각 하도구간별 오염원에 따른 오염부하량 발생량을 비교한 결과, 산림지로 구성된 대부분의 상류부 소유역에서 점오염원에 의한 부하량이 매우 작게 나타났으며, 총 오염부하량도 상대적으로 작게 나타났다. 다만, 상류유역 중에서 유역면적이 상대적으로 넓고 유역내 밭의 비율이 높은 송천 유역의 경우는 오염부하량이 다소 높게 나타났다. 그리고 제천시를 포함하고 있는 도시지역인 8번 유역에서는 점오염원에 의한 부하량이 비점오염원에 의한 부하량보다 높게 나타났으며, 유역 전체로는 총질소의 경우 14%, 총인의 경우 23% 정도가 점원에 의한 오염부하량으로 나타났다. 이상의 결과로부터 각 하도구간별로 오염원에 따른 오염부하량을 비교함으로써 대상유역에서의 점오염원과 비점오염원에 의한 부하량의 영향을 검토할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.113-113
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• 2019

하천 오염 부하의 양적 증가를 해결하기 위해 환경부는 유역 내 목표 수질을 설정하고 목표 수질한도 내에서 오염물질 배출 총량을 할당하는 수질오염총량제를 도입하였다. 수질오염총량제 시행에 있어 시계열로 발생하는 유출특성을 반영하기 위해 장기유출모형의 적용이 가능한 Hydrologic Simulation Program-Fortran(HSPF)을 수질관리 및 평가 모델로 사용하고 있다. 그러나 HSPF 모델은 실제 다양한 특성을 가진 토양층을 Upper zone과 Lower zone 내에 통합적인 매개변수를 이용하여 유량을 모의하는 문제점이 있다. 이는 토양 내부에서의 유출에 대한 정확한 모의가 이루어지지 않는 결과를 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 토양층에 따른 Available Water Capacity(AWC)에 대한 자료를 구축하고 기존보다 세분화된 토양 관련 매개변수 범위를 제시하였다. 본 연구에서 제시한 토양 관련 매개변수 범위를 반영할 경우 수질오염총량제 시행에 있어 HSPF 모델 모의 시 유역 내의 토양도를 고려하여 보다 정확한 중간유출과 기저유출분석이 가능할 것이라 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.996-1000
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• 2010

본 연구에서는 장기유역모형인 SWAT 모형의 국내 적용의 한계를 인식하여 유출해석모듈과 하도수질모듈 등을 개선한 SWAT-K(Korea) 모형을 통해 수질 모형을 사용하는 의사 결정에 있어 하도추적법이 미치는 영향을 분석하고자 현재 우리나라에서 시행중인 오염총량관리제 개념에 적용하였다. 기준 유량 개념을 도입하여 모의된 수질항목을 평가하기 위하여 장기간의 유황곡선을 작성하고 유황곡선의 초과확률분포를 기준으로 오염부하곡선을 작성하여 하도추적법의 변화가 수질 모의에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 이를 바탕으로 수질항목 초과확률분포에 따른 오염부하곡선을 작성하여 모형의 선택에 따라 동일 기준유량시 모의되는 부하량 값의 변화를 분석하였다. 분석 결과 수질 항목은 유황의 변화를 매우 유사하게 재현하며, 수질 매개변수 보정에도 불구하고 하도추적법이 수질 항목의 모의에 있어 매우 중요한 요소임을 확인할 수 있었다. 따라서 본 모형은 정교한 유출 모의와 더불어 오염물질의 신뢰도 높은 모의를 통해 향후 수질오염총량관리제 시행에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1641-1645
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• 2006

수문순환과 수질오염과정의 제반 기작들이 완벽하게 규명되지 않은 상황에서 인위적 또는 자연적 조건에 따른 수질의 평가는 수질모형으로서 추정하는 것이 유일한 대안이며, 다양한 관리대안에 따른 수질환경변화를 예측함으로서 합리적인 관리방안을 도출하는데 유용한 수단이 되고 있다. 현재 시행 중인 수질오염총량관리제에서 또한 수질모형은 핵심적인 역할을 담당하고 있으며, 보다 구체적으로는 단위유역의 목표수질을 결정하는 것에서부터 기본계획 또는 시행계획에 따른 오염부하량 등 환경요인의 변화와 이에 따른 목표수질 설정지점의 수질 변화 등을 모의하는데 이용되고 있다. 그러나 모형에 사용되는 입력 매개변수의 불확실성과 이에 관련된 수질 모형 자체의 불확실성은 수질오염총량관리제와 같이 많은 이해당사자가 관여된 정책의 결정 시에는 공학적으로 많은 부담으로 작용하고 있는 것 또한 현실이다. 실제로 미국의 오염총량관리제의 경우를 살펴보면 모형의 불확실성 분석이 전체 과정의 진행에서 가장 핵심적인 지위를 차지하고 있다고 볼 수 있다. 많은 연구들이 수질모형에 있어서의 불확실성을 정량화하기 위하여 수행되어 왔으며, 특히 미국의 오염총량관리계획의 수립 시에는 이러한 불확실성 분석을 토대로 하여 안전율을 산정하도록 되어있다. 그러나 이러한 연구들의 대부분은 수질모형의 매개변수 중 수질기작에 관련된 매개변수들(예를 들어, DO, BOD, N, P 등에 대한 반응계수)에 대한 연구에 집중되어 있다. 하천의 수질을 적절하게 모델링하기 위해서는 이러한 수질에 직접적으로 관련한 매개변수들 이외에 하천의 수리특성에 관한 올바른 이해를 바탕으로 그와 관련된 수리학적 매개변수들에 대한 연구가 뒷받침되어야 한다. 그동안 수행되어온 수질 모델링의 적용 사례를 살펴본 바에 따르면 하천을 모델링하기 위해서는 현장 특성 자료의 중요성, 특히 하천수리특성에 관련된 기초 자료의 가용성 여부가 모형의 성패에 매우 중요한 역할을 함을 알 수 있다. 이는 유량, 유속 및 폭과 깊이로 대변되는 하천 지형은 물질 이송에 대한 주요 외력 함수이며, 다른 모든 예측치들은 이들에 의존적일 수밖에 없기 때문이다. 따라서 이들의 정확한 표현은 올바른 수질 예측에 있어서 필수적일 수밖에 없다. 많은 모형매개변수들이 유속과 깊이에 의존적이나, 이들에 관한 정보는 종종 현장관측에서 조차 무시되는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 수질모형의 매개변수 중 특히 수리특성에 관련된 매개변수들이 수질에 미치는 영향을 파악하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 적용된 수질모형은 QualKo를 사용하였으며, 대상 하천은 낙동강 본류 경남구간 시점 부근인 회천 합류 전부터 낙동강 본류 경남구간 종점 부근인 밀양강 합류 전까지의 경남 오염총량관리 기본계획 시 구축된 모형 매개변수를 바탕으로 분석을 수행하였다. 일차오차분석을 이용하여 수리매개변수와 수질매개변수의 수질항목별 상대적 기여도를 파악해 본 결과, 수리매개변수는 DO, BOD, 유기질소, 유기인 모든 항목에 일정 정도의 상대적 기여도를 가지고 있는 것을 알 수 있었다. 이로부터 수질 모형의 적용 시 수리 매개변수 또한 수질 매개변수의 추정 시와 같이 보다 세심한 주의를 기울여 추정할 필요가 있을 것으로 판단된다.