• 한국물환경학회지
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• 제22권6호
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• pp.1144-1150
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• 2006

Recently, as water pollution accidents in rivers have increased, there is an increased interest in water quality forecast with accurate simulation. QUAL2E model, widely used for water quality analysis, uses the same hydraulic characteristics, such as depth and velocity, in a reach. The flow of the river is changed by various hydraulic constructions or by topography in a real river channel. In this study, a hydraulic connection module is developed to consider flow variations of river channels in QUAL2E model. The module uses the simulations results of non-uniform flow of a 1-D hydraulic model such as DWOPER or HEC-RAS. The improved QUAL2E model with this module was applied to a downstream section of Paldang Dam on the Han River. The results show the variation of water quality very well in a reach where flowing vary abruptly, like the Jamsil submerged weir.

• 한국물환경학회지
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• 제25권5호
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• pp.651-660
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• 2009

Detailed flow analysis in river is essential to increase the accuracy of water quality simulation since flow variation depends on many factors such as cross sections, channel slopes, and bed materials. In the QUAL2E stream water quality simulation model, the hydraulic coefficients are assigned to the reach that is collection of computational element using the hydraulic coefficient. This study developed a module that can incorporate the results of non-uniform flow analysis and assign such information to each individual element. Model application focused on the upstream of the Hoengseong reservoir including the reservoir where significant flow change is expected. Comparing with original QUAL2E model the developed module improved the result of water quality simulation without considering the relation of flow velocity and flow depth in terms of flow rates.

• 한국물환경학회지
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• 제24권1호
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• pp.54-62
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• 2008

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.

• 상하수도학회지
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• 제22권1호
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• pp.121-129
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• 2008

하천의 수질은 하천 흐름, 오염원 유입 그리고 하천내부의 수질변화 기작에 따라 변화한다. 일반적으로 하천의 수질모의는 시간의 흐름에 영향을 받지 않는 정상상태에 대하여 실시하나, 실제로 이러한 상황은 존재하지 않는 것이 현실이다. 따라서 하천의 수질상태에 대한 각종 정보가 정확하다고 하여도 수질모델에서 가정하는 근본적인 조건이 다른 경우 오차의 발생은 필연적인 사실이 된다. 본 연구는 하천의 수질모델링에 자주 사용되는 QUAL2E와 미국환경부에서 새로 개발하고 있는 QUAL2K 그리고 저자들이 개발한 CAP 수질모델을 금강의 대청댐 하류 약 30 km 구간에 대한 집중적인 현장 실측을 통해 확보한 자료를 이용하여 적용하여 모델링 결과를 비교하고 해당 지역의 수질모델링에 나타나는 오차의 원인을 밝혀내고자 수행되었다. 전체적으로 BOD5 및 COD의 경우 실측치보다 약간씩 낮게 모의되는 경향을 나타내었으며 TN과 TP의 경우 상대적으로 양호한 모의결과를 보이고 있다. 모델별로는 $BOD_5$와 TP의 경우 QUAL2E모델이, TN의 경우 QUAL2K모델이 가장 작은 오차를 나타내었으나 모델별로 오차정도의 차이가 유의성이 있다고 판단하기는 어렵다고 본다. 본 연구에서 모델링 오차의 가장 큰 원인에는 첫째, 정상상태 수질 모형이 하천의 수리동역학적 유동특성을 잘 반영하기 어렵다는 것과, 둘째, 현장에는 육안으로는 발견되지 않는 수많은 오염원이 존재하며 아직까지는 이를 체계적으로 추적하지 못하고 있다는 것, 셋째, 수질분석을 위해 하안에서 시료채취를 유입지천 또는 오염원이 완전하게 혼합되지 못한 상태에서 시행할 수 있는데 이에 대한 고려가 충분하지 못한 것을 들 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.411-420
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• 1997

낙동강 유역에서 수질예보시스템의 개발을 위해서 신뢰도해석 기법에 기초한 QUAL2E-AFOSM모형을 개발하였다. 왜관∼물금 구간에 대해 수리학적 부등류 해석을 실시하였고, 최적의 반응계수 추정을 위해 BFGS 기법을 사용하여 최적화 해석을 실시하였으며, 이를 기초로 하여 모형의 보정과 검증을 실시하였다. 추계학적 해석을 위하여 AFSOM 기법을 적용한 신뢰도 해석을 수행하였다. 상류단과 주요 지류에서의 수질, 유량과 반응계수에 대한 변동성을 고려하였다. 수질 측정자료를 기초로 하여 낙동강의 수개 지점에 대한 기준 수질을 초과할 확률을 AFOSM 기법을 이용하여 산정하였다. 본 QUAL2E-AFOSM 모형에 의한 해석결과는 Monte-Carlo 기법의 결과와 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.780-780
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• 2012

하천에서의 1차원 수질해석에 널리 사용되는 QUAL2E 모형은 전체 대상구간을 요소(element)로 구성하고 다시 수리학적으로 유사한 흐름특성을 가진 구간(reach)으로 구분하고 있다. 각 구간에서는 동일한 유속과 수심이 형성되는 것으로 가정하고 있기 때문에 자연하도의 다양한 흐름변화, 특히 자연하천의 보나 낙차공으로 인한 국부적인 흐름상태를 모형에 반영하기 어려우며, 이로 인한 실제 흐름특성과의 차이는 수질모의 해석결과에도 다양한 영향을 미치게 된다. QUAL2E 모형에서는 이와 같은 보나 낙차공의 수리학적 특성을 반영하기 위해 댐 계수옵션이 있으며, 이를 통해 흐름으로 인한 폭기 현상을 재현하도록 되어 있다. 본 연구에서는 모형 내 재폭기 계수에 대한 민감도 검토를 수행하였으며, 한강의 팔당댐부터 한강대교까지를 대상구간으로 잠실수중보로 인해 발생하는 재폭기 현상에 관해 연구하였다. 본 연구는 보나 낙차공이 있는 하천에 대해 QUAL2E 모형을 적용할 경우 용존산소(DO)를 비롯한 여러 가지 수질변수의 정확도 높은 예측에 기여할 것으로 기대된다.

• 환경영향평가
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• 제20권3호
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• pp.357-365
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• 2011

The QUAL2K has the same basic characteristics as the QUAL2E model, which has been widely used in stream water quality modeling; in QUAL2K, however, various functions are supplemented. The QUAL2Kw model uses a genetic algorithm(GA) for automatic calibration of QUAL2K, and it can search for optimum water quality parameters efficiently using the calculation results of the model. The QUAL2Kw model was applied to the Gangneung Namdaecheon River on the east side of the Korean Peninsula. Because of the effluents from the urban area, the middle and lower parts of the river are more polluted than the upper parts. Moreover, the hydraulic characteristics differ between the lower and upper parts of rivers. Thus, the river reaches were divided into seven parts, auto-calibration for the multiple reaches was performed using the function of the user-defined automatic calibration of the rates worksheets. Because GA parameters affect the optimal solution of the model, the impact of the GA parameters used in QUAL2Kw on the fitness of the model was analyzed. Sensitivity analysis of various factors, such as population size, crossover probability, crossover mode, strategy for mutation and elitism, mutation rate, and reproduction plan, were performed. Using the results of this sensitivity analysis, the optimum GA parameters were selected to achieve the best fitness value.

• 한국지리정보학회지
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• 제14권2호
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• pp.96-108
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• 2011

환경에 대한 관심이 고조되면서 환경용량을 정량적으로 평가할 수 있는 환경모델링에 대한 관심이 고조되고 있다. 환경 모델링, 특히 수질 모의에 있어 GIS는 정량적인 매개변수 추출과 산출 등을 가능케 하는 중요한 툴임에도 불구하고 표준화된 절차 등의 부재로 적용에 어려움을 겪고 있다. 이로 인해 동일한 모델을 사용하여 동일한 지역을 모의하더라도 연구자마다 다른 결론을 내고 있어 정책 입안시 혼란을 가중시키고 있다. 본 연구에서는 1차원 하천수질예측모델인 Qual2E와 수문형 GIS 툴인 HyGIS를 연계하여 시스템을 구축하고자 하였다. 이를 위해 Qual2E 모델의 구조화 분석을 실시하고 기존 모델링 절차를 표준화 하였으며, Qual2E 모형에 최적화된 데이터모델을 설계 구축하였다. 또한 입력파일과 출력파일을 통제할 수 있는 매개변수 산출 알고리즘을 개발하고 구축하였다. 시스템의 구축시 GIS 데이터의 제어는 GDK를 활용하고 GUI 및 기타 시스템 환경은 Visual Basic 6.0을 활용하였다. 개발된 시스템을 활용하여 시험평가를 수행한 결과, 모델 구동시간이 기존 모델링에 비해 최대 3배 이상 단축되는 것으로 나타났으며, 입력파일 오류 등으로 인한 모델수행 장애는 발생하지 않았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.436-440
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• 2006

하천에 대한 수질해석을 위해 범용적으로 사용되는 QUAL2E 모형은 대상구간에 유사한 수리 특성을 가지는 구간(reach)을 설정하여 주어진 유량에 대해 동일한 수심과 유속을 가지도록 구성되어 있다. 하지만 실제 자연하도에서는 여러 가지 수공구조물이나 지형변화로 인해 흐름변화가 매우 다양하게 발생하고 있다. 본 연구에서는 범용적으로 사용되고 있는 DWOPER 모형이나 HEC-RAS 모형과 같은 1차원 수리해석모형의 부등류 모의결과를 QUAL2E 모형에서 활용함으로써 실제 하천에서 발생하는 국부적인 흐름특성을 수질해석에 반영할 수 있는 수리연계모듈을 개발하였으며, 이를 한강의 팔당댐 하류구간에 대해 적용하였다.

• 물과 미래
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• 제26권3호
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• pp.75-85
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• 1993

본 연구에서는 QUAL2E 모형의 계산구간을 유입지점마다 분할하여 정하고, 계산에 피룡한 수문인자들 및 수질자료를 가능한한 실측치나 또는 직접계산치로 사용했다. 대상하천은 미국 Clorado 주의 South Platte 강을 선정하고, 수질항목 용존산소(DO)와 생물학적 산소요구량(CBOD5)에 대하여 1991년 9월과 1992년 1월 자료를 사용하여 계산하고 관측치와 비교한바, DO는 5%이내, CBOD5는 20% 정도에서 잘 일치하였다. 수질예측결과에 의하면 2001년에는 대상하천의 수질이 미환경청 기준으로 4등급수에 해당되는 것으로 나타났다.