• 대한환경공학회지
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• 제30권5호
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• pp.544-551
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• 2008

QUAL2K는 QUAL2E 모델의 단점을 개선하고 편의성을 향상시킨 모델로 입자성 유기물, 부착조류, 탈질화 및 퇴적층-수체 상호작용 등을 추가 반영하였으며, CBOD는 느린 CBOD와 빠른 CBOD 두 가지로 구분하여 현실화 하였다. QUAL2E와 QUAL2K 모델을 안양천에 적용하여 DO, BOD, Org-N, NH$_3$-N, NO$_3$-N, Org-P, Dis-P 및 Chl-a 등 8개 수질항목을 모의하여 결과를 비교 분석하였다. Org-N, NH$_3$-N, Org-P 및 Chl-a는 두 모델에서 비슷한 결과가 나타났으나, DO, BOD, NO$_3$-N 및 Dis-P는 다른 결과가 나타났다. 이는 QUAL2K에 추가된 부착조류, 탈질화, 퇴적층-수체의 상호작용 및 입자성 유기물의 영향에 기인한 것으로 판단된다. DO는 부착조류의 영향으로 낮게 나타났고, BOD는 입자성 유기물의 영향으로 높게 나타났다. NO3-N은 퇴적층-수체의 상호작용과 탈질화의 영향으로 실측치에 더 가깝게 나타났다. 모의 결과를 단순통계인자를 이용하여 평가하였으며, 대부분 수질항목에서 상대오차와 분산계수가 QUAL2E보다 QUAL2K에서 작게 나타났다. 자연현상을 좀더 실제에 가깝게 모의할 수 있는 QUAL2K 모델은 하천 및 하천화한 호소 수질관리에 적절히 이용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 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.

• 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.

• 대한환경공학회지
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• 제30권1호
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• pp.69-78
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• 2008

본 연구에서는 용담댐을 대상으로 유역모델 HSPF와 저수지모델 CE-QUAL-W2를 연계 적용함으로써 강우시 저수지로 유입되는 탁수 관리를 위한 방안을 연구하였다. 강우시 저수지 유입하천의 유출량 및 부유사 농도 특성을 분석하기 위하여 유역모델을 적용하여 모델의 재현성을 검토하였으며 유역모델 결과를 저수지모델의 입력자료로 제공하여 저수지모델의 재현성 검토 및 저수지 내 시간에 따른 탁수분포 양상 등을 분석하였다. 유역모델의 유출량 및 부유사 농도의 재현성 검토 결과, 모델 예측값과 실측값이 적절하게 일치하는 것으로 나타났다. 유역모델의 결과를 연계하여 홍수기 저수지의 물수지, 수온 변화 및 탁도를 대상으로 저수지모델의 재현성을 검토한 결과, 탁수에 의한 수온성층의 변화와 탁수층의 위치, 시간에 따른 탁수분포의 변화 양상 등을 실제와 매우 유사하게 모의하였다. 이와 같이 유역모델과 저수지모델의 연계 적용은 발생 가능한 강우에 대하여 저수지로 유입되는 유량 및 탁수발생량을 예측할 수 있으며 탁수층의 위치와 최고 탁도 등 저수지내의 탁수변화 양상을 비교적 쉽고 정확하게 예측할 수 있는 장점이 있다. 본 연구결과에 의하면 용담댐을 대상으로 집중강우시 HSPF 유역모델과 CE-QUAL-W2 저수지 모델을 연계 적용함으로써 탁수관리 방안으로 활용될 수 있음을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.986-990
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• 2010

본 연구에서는 영산강수계의 수질이 미래에 어떠한 양상으로 변화하는지 예측하여 파악하고자 하였다. 적용모형은 각종 수질관리에 적용되어 수질예측 결과의 신뢰도가 높은 US EPA에서 개발한 QUAL2E 모형의 단점을 보안하고 사용자가 보다 사용하기 쉽게 개발된 후속모형인 QUAL2K를 이용하였다. 영산강유역의 수질모형을 구축하고 실측 자료를 이용하여 보정하였으며, 목표연도는 2015년으로 선정하여 환경기초시설에 의한 오염물질 삭감량에 따른 하천수의 수질 변화를 예측하였다. 수질모의 항목은 실측자료를 바탕으로 하여 하천특성과 종합적인 부하량 산정이 가능한 BOD와 부영양화의 물질인 T-N과 T-P를 선정하여 모의하였다.

• 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.

• 한국환경농학회지
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• 제14권1호
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• pp.7-14
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• 1995

하천 수질관리 모델인 QUAL2E를 남강에 적용한 결과는 다음과 같다. 1. 모델변수의 민감도 분석 결과는 BOD, DO의 경우 BOD decay rate constant, 영양염류인 경우 Org-N oxidation rate constant, $NH_3-N$ oxidation rate constant, Org-P decay rate constant가 각 수질인자에 중요한 변수로 작용하였다. 2. 모델보정 결과를 보면 실측치와 예측치의 상관성은 DO, BOD의 경우 r=0.93, 0.94로 높은 상관성을 보였으며 영양염류인 경우는 질산성 질소가 r=0.61이었으나, 그 외는 r=0.90 이상으로 나타났다. 3. 모델검증 결과는 보정시보다 상관성이 떨어졌으나 DO, $NO_3-N$의 경우 r=0.68, 0.45로 낮고 그 외는 r=0.75이상으로 높은 편으로 나타났다. 4. 유량과 부하량의 변화에 대하여 하류 40.5 Km 이후의 BOD 농도변화는 적었으나, 하수종말처리장 건설이후 유량과 부하량을 변화시켜 수질농도를 예측한 결과 하류 40.5 Km 이후는 함안천의 영향을 받을 것으로 예측되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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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.

• 대한환경공학회지
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• 제34권3호
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• pp.177-188
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• 2012

본 연구는 국내 TMDL 지원을 위하여 삭감시나리오 작성 및 수질모의가 가능한 GIS 기반의 삭감시나리오 작성 지원시스템을 개발하는 것을 주요 목적으로 하였다. 연구대상지역은 금강수계 내 삽교천 상류 31 km 구간이며, QUAL2E 모델이 시스템에 적용되었다. 점 및 비점오염원 속성과 다양한 지도 자료를 수집하여 공간 DB를 구축하였다. 각 단위유역의 BOD, T-N, T-P 배출부하량을 산정하였고, 삭감시나리오 작성 과정에서 이들의 수치만을 간단히 조작하여 수질모의가 가능하도록 시스템을 개발하였다. 세 가지 삭감시나리오가 적용되었으며, GIS 기반의 결과 비교를 통해 효율적인 삭감시나리오 선정이 가능하였다. 따라서 본 연구에서 개발된 시스템은 향후 최적 의사결정지원에 기여할 것으로 기대된다. 아울러 새로운 삭감시나리오 작성 방법 및 알고리즘 개발에도 활용될 것으로 판단된다. 향후 시스템 고도화를 위해서는 오염원별 관리에 따른 삭감시나리오의 작성 지원, 대상지역의 확대 적용 등의 후속 연구가 필요할 것으로 사료된다.