• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1317-1321
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• 2007

대표적인 하천수질모형으로는 정상상태 모형인 QUAL2E와 비정상상태 모형인 CE-QUAL-RIV1이 있다. 정상 및 비정상상태 수질모형의 용도는 QUAL2E가 월별 및 순별 장기수질예측에 매우 활용도가 높다고 하면 CE-QUAL-RIV1는 갑작스런 수질사고와 같은 단기수질모의 즉, 댐방류 플러싱효과를 분석하는 효과에 매우 최적화된 모형이라 할 수 있다. 대부분의 하천 수질 예측모델이 비정상상태 흐름이 아닌 정상상태 흐름만을 고려하여 개발되었기 때문에 댐이나 수문에 의해 차단된 조절하천에서 부정류 흐름상태를 고려한 수질예측 모델이 필요하다. 본 연구의 대상 유역인 서낙동강은 상류에는 대저수문, 하류에는 녹산수문이 위치하고 있으며, 이와 같은 수문들에 의하여 하천의 유량이 조절되는 호소형 하천으로 자연적인 하천흐름이 원활하지 않은 정체수역이다. 따라서 장기간 오염물질이 퇴적되고 있으며, 이로 말미암아 수질오염이 매우 심한 곳이기도 하다. 서낙동강은 대저수문 유입량과 녹산수문 방류량에 따른 하천수질의 영향이 크며, 개발욕구가 강한 경상남도 김해시와 부산광역시 강서구가 위치한 수계로서 현재 발생부하량 뿐만 아니라 장래에 예상되는 발생부하량도 매우 큰 하천이다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 가장 근원적인 방안은 적절한 수문운영을 통하여 수역 내의 유속을 적절히 조절하고, 이를 통하여 수질개선 효과를 확보하는 것이다. 본 연구에서는 정체수역인 서낙동강의 대저수문 유입량과 녹산수문 방류량을 수문운영에 따라 하천유량을 통하여 실측하고, 이로 인한 수질 변화를 체계적으로 조사함으로써 다수의 수문운영 조건에 따른 비정상상태에서의 서낙동강 본류의 수질을 실측하여, 수질이 좋은 낙동강 본류 원수의 유입에 따른 수질개선 효과와 녹산수문 방류에 의한 플러싱 효과를 정량적으로 평가해보고자 하였다. 본 연구에서 실측된 수문 유입량 및 방류량 증가에 따른 하천수질변화 결과를 비정상 하천수질모형을 통해 검증하고, 이를 활용하여 서낙동강의 수질 개선을 위한 적절한 유량 및 운영방안을 구축할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2148-2152
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• 2009

하천수질보전을 위한 필요유량은 하천유지유량 항목 중 하나로써 환경기초시설 등으로 최대한 처리한 후 남는 오염부하량을 고려하여 적정 수질을 유지하는데 필요한 유량을 의미한다. 하천수질보전을 위한 필요 유량을 산정하는 절차는 (1) 수질특성 파악 및 평가대상 항목의 선정, (2) 목표연도 및 목표수질 기준 설정, (3) 오염부하량 조사 및 목표연도별 오염부하량 산정, (4) 수질예측모형의 선정 및 수질예측, (5) 목표수질과의 비교 및 필요유량의 설정으로 이루어질 수 있다. 현재 우리나라에서는 수질평가 항목으로 여러 가지가 제시되어 있지만 주로 생물화학적 산소요구량(BOD)만으로 목표수질을 설정하고 있는 실정이며, 수질예측 모형으로써 QUAL2E 모형이 주로 이용되고 있다. 현재까지 고시된 하천유지유량은 대부분 기준갈수량 또는 평균갈수량이며 몇몇 지점이 하천생태계 및 하천수질보전을 위한 필요유량으로 고시된 바 있다. 본 연구에서는 국내 하천수질예측에 많이 이용하고 있는 QUAL2E 모형의 단점을 수정, 보완하고 보다 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 개발된 QUAL2K 모형을 이용하여 용담댐 하류의 하천수질보전을 위한 필요유량을 산정하였다. 과거에 산정된 하천수질보전을 위한 필요유량 산정치와 환경부에서 최근 제시하고 있는 금강오염총량관리 기본계획과의 비교를 통해 산정한 결과의 타당성을 분석해 보았으며 장래 발생할 수 있는 여러 가지 상황들을 시나리오로 구축하여 분석함으로써 보다 합리적인 결과를 도출하도록 노력하였다. 하천수질보전을 위한 필요유량 산정 시 하나의 경우에 대한 분석보다는 발생할 수 있는 여러 상황을 시나리오로 분석함으로써 의사결정자나 일반대중에게 보다 다양한 정책 방향성과 유량에 따른 하천수질변화에 대한 다양한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.1408-1412
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• 2004

인구의 폭발적 증가, 산업화, 도시화의 급진적, 과학기숙의 발달 등으로 물 소비는 급증하는 반면, 이상기후현상으로 수자원의 절대량이 줄어 수자원의 양적인 문제와 하천 및 저수지의 수질오염에 대한 질적인 문제가 ,대두되고 있다. 하천의 수질현상 및 이송은 상당히 비선형적이고, 시간에 따라 변화하려, 실제로 수질의 예측은 유량의 변동, 오염물질의 이송 및 확산, 하천 구조물 등의 여러 요인에 의하여 상당히 어렵다고 알려져 왔다. 또한 한정된 수자원으로 하천의 수량과 수질목표를 동시에 달성하기 위해서는 물의 수요와 공급을 실시간으로 감시하면서 기상과 유출예측기술을 활용하여 용수의 수요와 공급을 예측하고 이를 토대로 수량과 수질을 고려한 물관리 운영시스템이 구축되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 모형의 입${\cdot}$출력 구성을 자유롭게 변형할 수 있는 상태공간 모형과 신경망 모형을 이용하여 금강수계 주요 지점의 수질예측 모형을 구성하고 모형의 적용성을 파악한 후 예측력이 우수한 모형을 Web기반 모형의 수질예측 모듈의 기본모형으로 선정하고 Web 상에서 수질예측이 가능하도록 시스템을 개발하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.500-500
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• 2023

국내하천은 홍수기에 강수량이 집중되고 하상계수가 높으며 평균경사도도 비교적 큰 특징을 지닌다. 따라서 유량이 빠르게 집중될 수 있는 상황이 빈번하게 발생한다. 이러한 특징을 감안하여 하천의 수질을 관리하기 위해서는 유량과 수질의 상호적인 관계를 규명하는 것이 중요하다. 유량과 수질의 관계를 분석하고 예측하는 방법으로는 물리적 예측모형과 확률론적 예측모형을 이용하는 방법이 있다. 물리적 예측모형을 활용하여 하천의 유량 및 수질을 예측하는 방법은 주어진 지형과 시간의 변화에 따른 유량 및 수질 변화를 예측함으로써 특정 상황에서의 수질 변화를 규명하기에 적절하다. 한편, 풍수기, 갈수기 등 전반적인 유량의 변화에 따라 나타나는 수질변화의 특성을 규명하기 위해서는 수질과 유량 간의 상관관계 분석이 필요하다. 수질과 유량 간의 상관관계를 규명하는 목적일 경우, 물리적 예측모형은 효율성이 낮고, 충분한 데이터 확보가 전제된 상태에서의 확률론적 예측모형은 다각도 분석 및 신뢰성 확보가 가능한 장점이 있다. 그 일환으로 본 연구에서는 확률론적 접근에 기반하여 국내하천에서 수질과 유량 간의 관계를 먼저 분석하고자 한다. 데이터 마이닝 결과, 수질변화에 가장 영향이 큰 인자 및 요인이 추출되며, 이는 효과적인 수질관리 방안을 모색하는 데에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2063-2067
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• 2009

하천의 효율적 이용에 대한 시민들의 인식 변화로 도시하천의 친수공간에 대한 관심과 이용증가 추세에 따라 도시하천의 수질개선이 필요한 실정이다. 특히 하천유량에 해수가 지배적인 하구가 바다에 접한 감조하천의 경우 해수도수에 의한 하천 수질개선방안들이 강구되고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 도시하천에 해수 유입에 따른 하천에의 영향을 분석하기 위해서 수질모의를 통해 수질개선효과를 분석하였다. 본 연구를 위하여 대상하천으로 도시하천이며 감조하천인 부산광역시 소재 동천으로 하였고, 수질모의모형으로 WASP7(Water Quality Analysis Simulation Program Ver, 7)과 RMA-4를 이용하여 수질분석과 대상물질의 이송과 확산을 분석하였다. 현재 동천의 경우 목표수질을 하천수질기준 중 DO 농도를 기준으로 하고 있어 본 연구에서도 DO 농도를 주 분석대상으로 하여 연구를 진행하였다. 동천의 WASP7 모형과 RMA-4 모형을 구축하고 현재 동천의 수질이 목표수질에 도달할 수 있는 적정 해수도수량을 산정하였다. 그리고 효율적인 수질개선을 위하여 도수한 해수를 분배하여 방류하는 방안을 검토하여 적정 분배지점과 적정 분배유량을 산정하였다. 향후의 연구에서는 염도 등 기타 수질항목의 검토가 필요하고, 본 연구에서 수행한 루틴은 다른 하천에서의 해수도수에 의한 수질개선효과 분석에 이용될 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1074-1078
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• 2010

도시화, 산업화의 진전으로 토지개발이 가속화되고 대지, 도로, 주차장 등 불투수층 면적이 늘어남에 따라 비점오염원에 의한 하천, 호소의 수질영향도가 커지고 있다. 특히 낙동강유역에서의 오염원관리, 특히 비점오염원의 정량화는 삭감시설의 삭감량 평가 및 배출오염원 평가에 더욱 절실한 문제로 부각되고 있다. 삭감시설의 삭감량 평가 시에는 실험실 규모로 이상적인 유량 상태를 가정하여 삭감효율을 산정하고 있으나 자연강우에 의하여 나타나는 삭감효율 평가는 이상적인 유량 평가 해석시 와는 사뭇 다른 경향을 나타낸다. 또한 유역 말단 지점에서의 3년 평균 수질이 목표수질을 상회하였을 경우 오염총량 기본계획 지역에서 오염총량 이행평가 지역으로 포함시켜 오염부하량 관리를 실시하고 있다. 그러나 배출부하량과 수질의 연계가 쉽지 않고, 그 원인이 되는 지역 및 시기를 찾아 특별 관리하는 것이 난해하여 하천 수질 관리가 어려운 실정이다. 이러한 이유들로 인하여 최근 비점오염원 영향의 심각성에 대한 인식이 커지고 있으며, 점오염원의 관리뿐만 아니라 비점오염원 관리의 필요성이 대두됨에 따라 두 오염원 형태를 통합적으로 관리하고 각각의 오염원에 의한 수질 영향에 관심과 필요성이 강조되고 있다. 또한, 최근까지 유역 모델과 수질 모형을 이용해 각각의 유역이나 하천에 적용하고, 수행한 예는 국내와 국외에 많이 있다. 하지만 수량과 수질을 함께 통합적으로 연계하고, 그 적용성을 평가한 연구는 그 수가 상대적으로 적다. 하지만, 최근 들어 수질의 통합하천관리의 중요성을 인식하고 각각의 모형의 장단점을 고려하여 다양한 모형들을 연계하는 연구가 진행 되고 있다. 본 연구에서는 이러한 통합적 수질관리의 필요성 증대에 따라, 유역 내 수문 순환 및 비점오염원의 발생 거동을 정량적으로 분석할 수 있는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 통해 비점오염원으로 인한 유역 내 수질 영향을 파악하고, 이를 바탕으로 QUALKO 모형과 연계하여 하천 수질 모델링을 수행할 것이다. 또한, 이를 바탕으로 비점오염원에 의한 유역 내 하천 수질 영향도를 파악함으로써, 추후 비점오염원에 대한 인식 제고에 활용될 것이며, 모니터링 기법 및 GIS기반 유역관리모델 개발, 4대강 비점오염원 최적관리기법 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.674-679
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• 2008

수질모델링은 제한된 공간에서 실측된 자료를 바탕으로 임의지점에서의 수질을 예측하는 것으로서 수체로 유입되는 오염원의 변화에 대한 수질의 변화를 예측, 장래 개발계획 및 수질정책에 대한 영향평가 등에 활용될 수 있다. 하천 및 호소로 유입되는 오염물질을 통제하고 과학적으로 관리하기 위해서는 수질모델링 과정을 정확히 이해하고 관련모델을 적절히 적용하여야 한다. 최근 수질오염총량제가 시행되고 있는 시점에서 지자체간 갈등을 줄이고 지역의 균형발전을 위해서는 합리적이고 과학적인 수질모델링 과정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 금강 수계 미호천의 지류인 보강천을 대상으로 QUAL2E 하천수질모형을 구축함으로써 해당 수계에 인접한 지자체들이 원활이 수질오염총량관리제도를 시행할 수 있게 정확하고 합리적인 수질예측 결과를 제시하고자 한다. 본 연구에서는 QUAL2E 하천수질모형을 구축하기 위해서 유량자료는 2007년 10월부터 12월까지 총 8회에 걸쳐 측정한 유량 데이터를 이용하였고 수리계수는 보강천 하천정비기본계획(건설교통부, 1991)에 실려있는 하천단면 자료를 이용한 HEC-RAS 수리모형을 이용하여 산정하였다. 하천 수질 자료는 2007년 10월부터 12월까지 총 8회에 걸쳐 유량과 함께 측정한 수질자료를 이용하였고 유달계수는 S. R. HA and M. S. Bae(2003, 2004, 2005, 2006), 박정하 등(2007)이 제안한 방법을 이용하여 산정하였다. 분석 결과, 보강천에 영향을 미치는 지자체는 증평군, 진천군, 괴산군, 음성군이며 그 중 유역면적을 많이 차지하고 있는 증평군과 진천군의 영향이 큰 것으로 나타났고, 미호천 하류에 위치한 미호B 목표수질관리지점의 목표수질인 4.3 mg/L BOD를 만족하는 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2004-2008
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• 2009

최근 하천오염에 대한 중요성이 크게 대두되고 있으며, 하천 오염을 방지하기 위한 다양한 방법이 강구되고 있다. 이러한 하천 오염방지를 위한 노력의 일환으로 4대강 수계에 대한 수질오염총량제를 실시하고 있다. 수질오염초량제에 있어 중요한 것은 현재 하천의 상태 및 장래 하천의 상황 즉, 수질 상태를 파악하는 것이 중요하다. 이러한 현재 및 미래의 하천 수질 상태를 파악하기 위해 수질 모델링이 필요하다. 본 연구에서는 수질오염총량제를 시행하고 있는 탐진강유역을 연구 대상으로 선정하였다. 대상 하천수질을 모의하기 위한 모형 중에 가장 보편적이고 광범위하게 사용하고 있는 US EPA에서 개발한 Water Quality model 중에 Qual2E 모형의 단점을 보완하여 개발된 Excel기반의 후속모델 Qual2K를 이용하였다. 모형의 적용은 탐진강 유역을 두 개의 단위유역으로 나누어 한 개의 단위유역을 1개의 Reach로 설정하여 총 2개의 Reach를 형성하였다. 탐진호를 Head water로 설정하고 본류23km를 중심으로 유입되는 지천을 소구역의 점 오염원으로 간주하여 적용하였다. 모형의 반응계수는 실측자료를 사용하여 시행착오법에 의해 검토..보정하였으며, 수리입력계수의 산정은 HEC-RAS모형을 사용하여 수심-유량계수와 유속-유량계수를 산정하였다. 수질모의 항목은 실측자료 2007년 배출부하량을 바탕으로 하여, 수질오염총량제의 수질관리 기준인 BOD와 부영양화 물질 T-P로 정하였다. 검정자료와 보정자료는 2007년 수질관측소의 실측자료를 사용하였다. 유량조건은 하천수질환경기준의 설정근거인 저수량(Q275)을 기준으로 탐진강 유역의 수질을 모의 하였다. 그 결과 Qual2K를 이용해 탐진강 수질 모의 결과 검 보정에서 양호한 결과를 나타냈다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.187-191
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• 2011

현재 국내 하천은 급격한 산업화 도시화 및 하천의 난개발로 인해 하천 고유의 자연성이 훼손되어 수질오염이 심각한 경우가 많으며, 특히 저 갈수기에는 하천 수량이 부족하여 하천수질이 더욱 악화되는 실정이다. 이러한 원인은 우리나의 개발 우선주의에 의한 하천의 난개발 및 인식 부족이 주 원인으로 이를 개선하기 위한 노력이 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 섬진강 본류구간을 연구대상 구간으로 선정하여 목표수질 달성 및 생태건강성 확보를 위한 하천유지유량 산정을 위해 Qual2K 모형을 적용하였다. 섬진강은 국내의 타하천에 비해 생태 건강성이 뛰어난 편이며, 수질 또한 양호한 상태로 섬진강의 자연성 보전 및 유지가 반드시 필요한 실정이다. Qual2K는 미국환경청(US-EPA)에서 개발한 모형으로 Qual2E 모형의 단점을 보완한 것으로 사용자가 하천의 지형 특성을 충분히 반영할 수 있으며, 정확한 오염원의 유출입 지점을 특정할 수 있으며, 수질 반응을 개선한 모델이다. QUAL2K 모델에 이용된 오염원 및 부하량은 제2단계 섬진강 수질오염총량제의 값을 이용하였으며, 섬진강의 생태건강성 유지를 위한 하천유지유량의 산정은 수질오염총량제에서 제시한 목표수질보다 강화된 목표수질을 만족할 경우의 유량을 하천유지유량으로 설정하여 추정하였다. 수질모의는 섬본E, 섬본D의 BOD 목표수질이 1.2mg/L일 경우에 대해 모의를 실시하였으며, 그 결과 BOD 농도 1.0mg/L의 청정수는 섬진강댐에서 $0.5m^3/s$, 주암댐에서 $1.0m^3/s$의 유지수를 도입할 경우 섬본E, 섬본D지점에서 BOD 1.2mg/L를 만족하는 것으로 나타났다.