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6. QUAL2E, QUAL2K 모형의 원리 , 수치해석방법 , 파라미터 , 입력자료 등을 설명하고 프로그램을 예제 문제를 이용하여 운영한 다음 결과를 분석하라 .

1. QUAL2E-PLUS 모 형 의 개요

최초 F.D. Masch and Associates 와 Texas Water Development Board(1970) 가 개발한 QUAL-Ⅰ 모델을 미국 EPA 에서 예측수질항목을 추가하여 QUAL-Ⅱ모델을 만들었다 . 미국 환경청 (USEPA) 의 지원으로 1987 년 Brown and Barnwell 에 의해 매개변수 불확정성 등의 이론을 포함시키면서 QUAL2E Model 이 개발되었다 .

모델은 현재 Georgia 주의 Athens 에 있는 EPA 수질 모델링 센터에서 관리되고 있다 . 또한 , QUAL2E 모델은 현재 미국에서 시행하고 있는 TMDL 지원을 위한 프로그램인 BASINS 의 수질 모델 모듈로 사용되고 있어 국내뿐만 아니라 외국에서도 광범위하게 사용되고 있다 . 1995 년에는 QUAL2E -Windows Interface 가 개발되어 사용자가 보다 편하게 모델을 이용할 수 있도록 되었다 .

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1.2 수 리 및 수 질 계 수 의 결정

QUAL2E 모델에 입력되는 수리계수 ( 유량계수 ) 는 대상 하천의 유량 , 유속 및 수심자료를 회귀분석하여 구하게 되는데 이러한 수리자료는 실측자료를 이용하거나 수리 모델을 이용하여 구한다 .

일반적으로 실측자료는 수질예측구간이 광범위할때는거의 얻기가 불가능하므로 수리모델을 이용하여 구한다 .

수리모델은 개발된 것이 많이 있으나 그 중에서 미국 공병단 수문연구소에서 개발한 HEC-2 모델을 많이 사용한다 .

수리모델을 수행하기 위한 입력자료는 하도의 유하량 , 지점수위 , 하도의 조도계수 , 하도의 종 횡단 측량성과 자료 및 하도상의 수리시설 관련자료 ․등이다 .

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1.3 기본가정

QUAL2E 는 하천을 동일한 지형과 수리특성을 가진 구간 (reach) 으로 간주한다 . 또한 각 구간은 같은 길이로 이루어진 계산 요소 (element) 들의 연결로 세분화된다 .

각 구간의 내부에서는 하상의 경사 , 하천의 종단면적 그리고 마찰계수 등을 포함한각 소구간의 수리학적 또는 지형학적 특성과 BOD 분해율 , 저층의 용출율 , 조류의침강속도 등을 포함한 화학적 분해속도 등이 일정하다고 가정되어 있다 .

즉 대상하천에 대해 수질예측 경계구역을 설정한 후 수리학적 특성이 유사한 구간을 나누게 되는데 나누어진 구간을 Reach 라 한다 .

나누어진 Reach 는 다시 적당한 길이로 분할되어 실제 계산이 이루어지는 단위인 Element 단위로 설정된다 .

여기서 Element 의 각각의 길이는 동일해야 한다 . QUAL2E 모델의 element 는 표 1.1 에 나타난 바와 같이 총 8 개의 요소로 정의 될 수 있으며 , 모의 가능한 수질항목은 다음과같은 총 15 개의 항목이다 .

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• 용존산소 (Dissolved Oxygen, DO) • 생화학적 산소 요구량 (Biochemical Oxygen Demand, BOD) • 수온 (Temperature) • 엽록소로서의 조류 (Algae as Chlorophyll a) • 유기 질소 (Organic Nitrogen as N) • 암모니아성 질소 (Ammonia as N) • 아질산성 질소 (Nitrate as N)

이러한 여러 가지 항목의 수질의 변화를 모의하기 위해서 항목들간의 상호관계를나타내는 많은 매개변수들의 입력이 필요하다 . 또한 그림 과 같이 모식도 상에오염원의 유입지점 , 지류 유입 , 댐 등의 하천구조물 및 용수취수등의 상황을 표시하여 하천의 구조에 따른 수질변화를 분석할 수 있다 .

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구 분 변 수 내 용Headwater H 본류 및 지류의 최상류의 요소

Standard S가장 일반적인 소구간 요소로서 다른

범위에 포함되지 않는 요소

Upstream of a junction

U 지류와 합류점 바로 위의 본류상 구간

Junction J 지류와 합류되는 지점의 본류소구간 요소

Most downstream E 하천의 최하류부 소구간 요소

Point source P본류상의 요소로서 점오염원이

존재하는 소구간 요소

Withdrawal W취수 등을 통하여 본류간에서 물이

빠져나가는 소구간 요소

Dam D 댐 또는 보가 위치하는 소구간 요소

QUAL2E 모델의 element

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QUAL2E 모델에서 오염물질은 이송 - 확산 - 반응이 고려된 물질수송방정식에 의해 해석되며 연속된 완전 혼합형 반응조 (Casacade Model) 가 계속적으로 이어져 있는 형태로 모의된다 . 모의 대상 하천을 크게 n 개의 구간 (Reach) 으로 나누고 , 각 구간내부를 소구간 계산요소 (Elements) 로 다시 나누어 농도를 소구간 별로 계산한다 . 동일한 흐름 구간 (reach) 내부에 있는 요소에 대해서는 하상경사와 하천의 단면적 , 조도계수 등의 수리학적 특성과 수질반응계수 , 초기조건이 일정하다고 가정한다 .

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1.4 모 델 의 보 정 및 검증

입력자료 file 이 작성된 후 모델링이 수행되는데 모델링 수행 결과치와 실측치가 일치하지 않으면 수질계수를 재조정하여 예측치와 실측치를 일치시키는 보정작업을 수행하게 된다 .

보정작업은 수질계수를 적절히 가정하여 예측값과 실측값을비교하여 오차가 발생하면 다시 재조정하는 과정을 반복하여 실측치와 일치시키는시행착오법을 이용하게 된다 .

보정작업을 수행한 모델은 별도의 조건에서 모델링을 수행한 예측치와 실측치가 잘 맞는지를 파악하는 검증작업을 하게 되며 검증결과가 적정한 값을 산정하면 비로소 해당 목적의 수질 관리를 위한 수질예측 작업을 수행할 수 있게 된다 .

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2. 모 형 의 이론2.1 물 질 수 송 방정식

QUAL2E 모델의 하천 소구간에 대한 물질수지식은 다음과 같이 나타낼 수 있다 .

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만약에 하천의 흐름이 정상상태이라면 , 이며 , 를 대입하고

양변을 V=Adx 로 나누면 식 (3) 로 표현할 수 있다 .

여기서 = 개별적인 수질항목의 물리적 화학적 생물학적 수질반응

이다 . QUAL2E 모델은 각 소구간 물질수지식을 행렬식으로 변환한 후 풀이하여 수질농도를 계산한다 .

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2.2 수 리 해 석 방법

QUAL2E 모델은 하천의 수리학적 흐름상태가 정상류로 가정하며 하천의 유량변화에 따른 유속과 수심 또는 단면적 계산은 유량계수법과 Manning 의 공식 중에서 선택하여 사용할 수 있도록 되었다 .

(1) 유량계수법

여기서 a, b, α, β는 경험상수로 수위 - 유량곡선으로부터 산출하거나 HEC-2 또는 HEC-RAS 와 같은 부등류 모형을 이용하여 여러 가지 유량조건에 따른 각 하천구간별 유속과 수심을 계산한 후 결과에 대한 회귀분석을 통해 계수값들을 산정할 수 도있다 .

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(2) Manning 공식을 이용한 방법

하천수심 H 에 대한 하천의 단면 특성 ( 사다리꼴 단면 ) 자료가 있으면 , Manning 방 정식으로부터 시행착오법을 이용하여 유속 계산할 수 있다 .

여기서 A = 하천의 횡단면적 , R = 평균 수리경심 , S = 에너지경사 , n = Manning 조도계수이다 . 식 (7) 과 같은 방법을 사용하기 위해서는 하천 구간별 하천의 바닥폭 , 사다리꼴 단면의 측면경사 , 하천바닥경사 , 조도계수에 대한 입력자료가 필요하다 .

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(3) 종 확산계수 (Longitudinal Dispersion)

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(4) Flow Augmentation

2.3 수 치 해 석 기 법(FTCS)

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수질반응은 로 양변의 두 항으로 분리되었다 . 첫 번째 항은 농도에 비례하는 1차반응을 나타내며 , 두 번째 항은 내부 발생 또는 제거를 나타낸다 . 그 림과 같이 각 요소는 유한차분법을 사용한다 .

음해적 유한차분법을 적용하여 모든 공간 편미분 항 은 시간 n+1 에서 후방차분 (Implicit Backward Difference Method) 을 시행한다 .

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3. 수 질 반 응 및 상호관계 3.1 수 질 반 응 일반

QUAL2E 모델에서 모의 가능한 수질항목은 그림에 나타난 바와 같이 DO, BOD, 온도 , 클로로필 -a 로 표시되는 조류 , 유기질소 , 암모니아성 질소 , 아질산성 질소 , 질산성 질소 , 유기인 , 용존성 인 , 대장균 , 반응성 물질 , 비반응성 물질 등이다 .

DISSOLVED

OXYGEN

AtmosphericReaeration

K2

Chl. AALGAE

3 4

SODK4

CBODK1 K3

ORG-P

DIS-P

4

2

2

5

2

ORG-N

NH3-N

NO2-N

NO3-N

4

3

3

1

2

5 1

6 2

1

1(F)

1(1-F)

1

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Dissolved Oxygen (DO): 용존산소 Biochemical Oxygen Demand (BOD): 생화학적 산소유구량 Temperature: 온도 Algae as a Chlorophyll a: 조류 ( 엽록소로 표시 ) Organic Nitrogen as N: 유기질소 (as N) Ammonia as N (NH3-N): 암모니아 (as N) Nitrite as N(NO2--N): 아질산성 질소 Nitrate as N(NO3-N): 질산성 질소 Organic Phosphorus as P: 유기인 (as P) Dissolved Phosphorus as P: 용존인 (as P) Coliforms: 대장균 Arbitarary Nonconservative Constituent: 임의의 비보존성 물질 Three Conservative Constituents: 3 개의 보존성 물질

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4. 모 형 설 정 범위

▶ 구간설정 - 대구간 (Reach) -> 소구간 (Element) 로 크게 구분되며 대구간은 최대 50 개 , 소구간은 최대 20 개의 동일한 크기로 구분된다 . 소구간은 총 500 개까지만 한정되게 구성할 수 있다 . - 수원소구간 (Head water element) : 최대 10 개 - 표준소구간 (Standard element) - 지류합류점 직상류 본류 소구간 (Element just upstream from a junction) - 지류합류점 본류 소구간 (Junction element) : 최대 9 개 - 최하류 소구간 (Last element in system) - 점오염원 유입소구간 (Input element) : 최대 50 개 - 취수 소구간 (Withdrawl element) : 최대 50 개

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▶ 입력파일 - 기상 - 기후 - 지형 - 온도보정계수 - 하천구간식별 및 위치 - 희석유량 - Element 의 유형식별자료 - 하도의 수리계수 - BOD 와 DO 의 반응계수 - N 과 P 의 반응계수 - 조류와 기타항목의 반응계수 - 비점원의 증분유입자료 - 하천합류점 자료 - 상류수원자료 - 점오염원의 오염부하량 자료 - 댐의 제포기 사항 - 하천경계조건 - 기상자료 및 그림출력사항

▶ 수리계수 수리 ( 유량 ) 계수는 하천의 유량 , 유속 , 수심자료를 바탕으로 입력되며 , 실측 자료 혹은 모형 (ex: HEC-2) 모의자료를 활용하나 일반적으로 모의 결과를 활용한다 . ▶ 수질계수 - BOD 와 DO 의 관계결정계수 - 조류와 영양염류 관계결정계수 : 일반적으로 실측자료를 활용하나 자료획득이 어려운 경우 매뉴얼상의 값을 적용한 후 보정해 나가는 방법을 이용한다 .

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5. QUAL2K- 모 형 의 이론

QUAL2K 모델은 1970 년 U.S. EPA 에서 개발된 QUAL2E(Brown and Barnwell, 1987) 모델을 기본으로 수정 보완한 하천 수질예측모델이다 . QUALI모델로부터 시작하여 QUALII 모델과 QUAL2E 모델을 거쳐 QUAL2K 모델로 발전했으며 , <Figure III-1>에 나타내었다 . QUAL2E 모델은 수치해석적으로 정확하고 , 대부분의 오염물질 반응 기작을 잘 반영하지만 , 몇 가지 한계점이 있다 . 가장 중요한 것은 유기물질의 내부 오염 발생원인 조류의 성장에 의한 BOD 증가에 관한 기작이 고려되지 않은 점이다

QUAL2K 모델은 QUAL2E 모델에 조류사멸에 의한 BOD증가 , 탈질화 . 부착조류에 의한 산소 소모에 관한 반응 기작을 첨가하여 우리나라 하천에 적합하도록 개선시킨 하천 수질 모델이다

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표 Differences between QUAL2E and QUAL2K (Park and Lee, 2002)

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그림 . Evolution of water quality models for a river system

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5.1 모델 원리

QUAL2K 모델의 대부분의 수질항목 기작은 1차원 운반 및 확산식에 의해 모의되며 , 각 수질항목에 대한 기본 계산 원리는 <그림 >에 나타내었다 .

그리고 , 계산요소 i 에 대하여 임의의 1 차 반응 오염물질을 가정한 농도 변화는 다음의 식과 같이 표현된다 .

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여기서 , X : 거리 [L] t : 시간 [T] u : 구간 평균 유속 [M/T] C : 오염 물질의 농도 [M/L3 ] V : 수체 부피 [L3] AX : 단면적 [L2 ] S : 내부 유입 및 유출원 [M/T] D X : 확산계수 [L2/T]이다 .

QUAL2K 모델의 주요 수질인자간의 상호작용기작을 <그림 >에 나타내었으며 , QUAL2E 모델과 다른 기작은 구분하여 나타내었다 . 그리고 QUAL2E 모델보다 개선된 수질항목의 반응기작에 대하여 <표 >에 QUAL2E 모델과 비교하여 나타내었으며 각 식에서 기호가 의미하는 것은 부록에 제시하였다 .

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그림 QUAL2K state variable interactions

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표 Modified equations in QUAL2K, compared with those in QUAL2E

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6. QUAL2E-PLUS 주요 INTERFACE

6.1 초기화면

바탕화면의 QUAL2E 아이콘이나 프로그램메뉴상의 버튼을 클릭하면 그림 과 같은 초기 인트로 화면이 나타나게 된다 . 인트로 화면은 이전에 작업했던 내용을 수집하고 안정적으로 모형을 시뮬레이션하기 위한 준비과정이 이루어진다 .

6.2 기본화면

화면 최상단에 모형을 관리하기 위한 기본적인 메뉴가 구성되어 있다 . FILE, EDIT, MODEL, WINDOWS, HELP 의 메뉴로 구성되어 있다 .

이러한 메뉴를 활용하여 작업과정을 SAVE 하거나 LOAD 할 수 있으며 모형의 대항목을 분류하여 수행할 수 있다 . 화면 왼쪽 상단은 INPUT 에 관련된 사항을 tree 구조로 나타낸 것으로 수질항목에 대한 각 세부 사항을 조절할 수 있다 . 또한 왼쪽 하단은 OUTPUT 에 관련한 사항을 tree 구조로 나타낸 것으로써 모델 시뮬레이션 과정이 종료하게 되면 활성화 되어 분석이 용이하도록 구성되어 있다 .

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6.3 모 형 초 기 경 계값 설정

기존의 file 을 열려면 "File"을 열어 “ Open"을 누르고 원하는 file 을 찾아 두번 누른다 . 새로 file 을 작성하려면 초기화면에 입력한다 . QUAL2E 의 입력 file 은 총 24 개로 구성되어 있으며 문제가 발생하였을 때에는 HELP 를 누르면 이해를 도울 수 있다 . ▸ Steady state :정상 , 비정상 상태 선택 ▸ Flow augmentation : 유량 증가 유무 선택 ▸ Trapezoidal channels : 횡단 면적에 대한 설명 (TRAP- 사다리꼴 수로 )

(Discharge coefficients or no trapezoidal channels : 유속과 수심계산에 유출 계수 사용 - 구형 수로나 자연 하천 )

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▸Units : 입력 출력자료의 단위 선택․ ▸ Maximum iteration : 수렴식을 풀기 위한 최대 반복 회수 ( 정상상태 ) ▸ Time step (hours) : 시간 간격 (비정상 상태 모사실험 ) ▸ Time increment for rpt2 (hrs) : 계산 농도의 중간 출력을 위한 시간간격 (비정상 상태 ) ▸ Starting day of simulation : 예측 시작일

6.4 Element 설정

각 element 의 상태를 입력하며 실제 유역데이터에 따라 하도구성을 실시한다 .구축된 하도는 모식도를 통해 구축결과를 확인할 수 있다 .▸Standard : 정상적인 하천 ▸ Point source : 점오염원 ▸ Dam : 댐▸Withdrawal : 취수장 ▸ Junction : 합류점

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6.5 모 형 모 의 를 위 한 수 질 항 목 설정

모형에 실제 적용하여 모의하고자 하는 수질항목 선택하여 분석결과를 산정하기 위한 과정이다 .따라서 해당 자료를 적절하게 입력하여 모형을 수행한다 . 각 항목별 세부항목을 유의하여 입력하여야 한다 . ▸ Simulation 하고자 하는 항목에 대해 체크버튼에 click하여 선택한다 . ▸ BOD5 : QUAL2E 에서는 최종 BOD(BODu) 를 예측하게 되어 있으므로 만일 사용자

가 입력과 출력에서 5-day BOD(BOD5) 분석을 원한다면 화면에서 BOD5 를 선택한다 .

6.6 기 후 데 이 터 입력

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6.7 공 통 계 수 입력

모형을 수행하기 위한 공통계수를 입력하는 화면으로써 기본값을 제공하며 하천이나 대상유역에 따라 특징을 고려할 수 있도록 사용자 위주의 GUI 를 구성하였다 .

모형을 모의 하는데 있어 전체적인 부분을 조율하게 된다 . 특히 조류 , 영양염류와 빛의 상호관계는 반응계수로 표현되고 , 여기서 입력되는 자료들은 조류와 질소의 순환 ( 유기질소 , 암모니아성 질소 , 질산성 질소 , 아질산성 질소 ), 인의 순환 ( 유기인 , 용존인 ) 을 예측하는데 사용된다 .

모형의 입력자료가 모의대상에 대한 특성을 잘 반영한다면 사용자에 의해 활용성이 높은 해석자료가 될 것이며 조화가 잘 이루어지지 않는다면 0.0 의 값으로 표시된다 .

다음 항목별 설명가운데“ *”는 4 개의 특성인자를 파악하기 위해 반드시 입력해야 할 부분이다 . 단 Screen 4 Water quality simulation 에서 Algae( 조류 ) 를 예측하지 않는 것으로 선택하였다면 Algae 와 Light 에 대한 계수들은 입력할 수 없게 나타난다 . 또한 ()안은 계수들을 나타내는 약어이고 숫자는 QUAL2E mannual 에 제시된 일반적 범위이다 .

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6.8 온 도 보 정 계 수 입력

온도보정계수 입력은 사용자가 대상지점의 특성을 반영하여 선택 한다 . 온도 보정 계수의 default value 는 표 6.5 와 같다 . 표 6.5 값 이외의 수치는 사용자의 임의에 의해 입력할 수 있다 .

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6.9 수 원 (Headwater) 자 료 입력

유역 최원점의 수원 자료를 입력하는 인터페이스 화면으로써 각 항목에 대한 사항을 기입하거나 기존에 구축되어 있는 자료를 불러들여 사용할 수 있다 . ▸ FLOW(㎥ /sec) : 증가 유입 유량 , 유출 유량은 “ -”로 표시 ▸ TEMP : 온도 (F 또는 ℃ )**

▸DO : 용존 산소 (mg/l) BOD : BOD (mg/l)▸▸CONS #1 : 보전성 물질 I* CONS #2 : ▸ 보전성 물질 II*▸CONS #3 : 보전성 물질 III* NON-CONS : ▸ 비보전성 물질 *▸COLIFORM(No./100mL) : 대장균 ▸ CHL-A(μg/L) : 크로로필 a▸ORG-N(mg/L) : 유기 질소 ▸ -N(mg/L) : 암모니아성 질소▸NO2-N(mg/L) : 질산성 질소 ▸ -N(mg/L) : 아질산성 질소▸ORG-P(mg/L) : 유기인 ▸ DIS-P(mg/L) : 용존인

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6.10 점 오염원 및 취수장 입력

점오염원 및 취수장자료를 입력하는 GUI 로써 하천에서의 점오염원의 유입과 배출 (withdrawals) 를 설명하는 데 이용된다 . 특히 점오염원은 폐수부하와 예측이 되지 않는 지류를 모두 포함하고 , 각 항에는 처리 (폐수처리가 있을시 ), 유입유량 또는 회수 , 온도 , 용존산소 , BOD, 보존성 물질의 농도 , 점오염원의 조류 , 영양염류 , 대장균 , 비보존성 물질의 농도가 입력된다 .

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6.11 댐 재포기 자료 입력

댐 재포기 자료 입력 GUI 로써 예측하고자 하는 하천의 용존 산소가 댐에 의하여재포기가 일어날 경우 자료를 입력한다 . 댐에 의한 재포기의 영향은 1983 년 Butts와 Evans 가 보고한 Gameson 의 경험식으로 설정되어 있다 ▸ ADAM COEFF. : ADAM 계수깨끗한 물 :1.80약간 오염된 물 :1.60적당히 오염된 물 :1.00매우 오염된 물 :0.65

▸ BDAM COEFF. : BDAM 계수웨어의 마루가 평평할 때 :0.70~0.90직경사면으로 웨어마루가 날카로울 때 :1.05수직면으로 웨어 마루가 날카로울 때 :0.80물속에 유출수문이 있을 때 :0.05 ▸ FLOW OVER DAM: 댐 월유 유량 % (0.0~1.0) ▸ HEIGHT DAM(m): 댐의 높이

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6.12 유 량 증 가 자 료 입력

유량 증가가 있을 때 이용되는 것으로 유량 증가를 일으키는 인자들을 입력한다 . 각 구간별로 간략한 설명형태로 입력하게 된다 . (ex: 유량 증가 , 유입유량 ) 일반적으로 Dynamic state 에서 많이 이용되고 Stedy state 에서는 그다지 이용되지 않는다 . ▸ REACH NO. : 구간의 순서 및 번호 ▸ # of HEAD : 유량 증가에 이용되는 headwater 번호 ▸ MIN DO : 최소 허용 용존산소 농도 mg/L ▸ SOURCE #1, #2... : 인자의 순서

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6.13 수 리 자 료 입력

수리학적 구성자료를 입력하는 화면으로 하천의 수리학적 특성을 파악하기 위해서는 2 가지 선택사항이 이용된다 . 함수적 표현을 이용하기 위해서는 그림 6.3 에서"Trapezoidal" 을 선택하지 않으나 기하학적인 표현을 이용하기 위해서는"Trapezoidal"을 선택한다 . ▸ DISPER CONST.(K) : 확산 상수 ▸ Q COEFF VEL(a) : 속도 계수 ▸ Q EXP VEL(b) : 속도 지수 ▸ Q COEFF DEPTH(c) : 수심 계수 ▸ Q EXP DEPTH(d) : 깊이 지수 ▸ MANNING : Manning 계수 n(Default값은 0.02)

확산 상수 K값의 범위는 6 - 6000기하학적 표현을 이용할 경우 ( 그림 6.3 에서 Trapezoidal 을 선택했을 경우 ) 각 구간을 사다리꼴 단면으로 표현한다 . 이는 사다리꼴 단면 ( 아래는 넓고 옆은 경사진 ) 과 경사 , Manning 의 n 의 값이 각 구간에 따라 다를 경우 이용한다 . 프로그램의 속도와 깊이는 Manning 의 공식과 Newton-Raphson 방법을 이용하여 계산한다 .

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6.14 BOD 및 DO 반 응 계 수 입력

BOD 및 DO 반응계수를 입력하기 위해 예측 하천의 구간별 BOD 부패율 , 침전율 , 침전산소요구량 (SOD) 과 재폭기 계수 (K2) 를 계산하는 방법을 선택하여 입력한다 .

▸ BOD DECAY(K1, 1/day) : BOD 분해율 계수 ▸ BOD SETTLING(K3, 1/day) : 침전에 의한 BOD 제거율 ▸ SOD RATE(K4, mg O/m2 day) : Sediment Oxygen Demand ▸ TYPE REAREATION(K2) : 재포기 계수의 선택

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6.15 질소 , 인 및 조류의 반응계수 입력

질소 , 인 및 조류의 반응계수를 입력하는 GUI 로써 조류 , 질소계 ( 유기질소 , 암모니아성질소 , 질산 , 아질산 ) 또는 인계 ( 유기인 , 용존인 ) 를 예측할 때에 필요하다 . 또한 조류 , 질소계 , 인계 , 대장균 또는 비보존성 물질을 예측할 때 이용된다 .조류량에 대한 크로로필 a 의 양 , 조류의 침전율 , 비조류 빛 통과계수 , 대장균 부패계수 , 비보존성 물질 부패계수 ,비보존성 물질 침전계수 및 비보존성 물질 저질 발생율 등이 필요하다 ▸ O-N HYDROLYSIS(1/day) : β3, 유기질소의 가수분해율 계수 (0.02~0.4) ▸ O-N SETTLING(1/day) : σ4, 유기질소의 침전율 계수 (0.001~0.1) ▸ NH3 OXYDATION(1/day) : β1, 암모니아 산화율 계수 (0.1~1.0) ▸ NH3 BENTHOS(mg/m2-day) : σ3, 암모니아 저질 발생률 ▸ NO2 OXYDATION(1/day) : β2, 유기인의 사멸율 계수 (0.01~0.7) ▸ O-P DECAY(1/day) : β4, 유기인 침전율 계수 (0.001~0.1)

▸ DIS-P BENTHOS(mg/m2-day):σ2, 용존인 저질 용출률 ▸ CHL-A ALGAE(μg chla/mg algae): 조류량에 대한 크로로필 A 의 량 ×(50~100) ▸ ALGAE SETTLING(m/day) : 조류의 침전율 (0.5~6.0) ▸ NON-AGAL LIGHT EXT(1/m) : 비조류 빛투과 계수 ** (0.01) ▸ COLIFORM(1/day) : 대장균 사멸 계수 , (0.5~4.0) ▸ NON-CONS DECAY(1/day) : 비보전성 물질 사멸 계수 ▸ NON-CONS SETTLING(1/day) : 비보전성 물질 침전 계수 ▸ NON-CONS BENTHOS(mg/m2 -day) : 비보전성 물질 저질 발생율“*” 만약 사용자가 입력을 하지 않으면 QUAL2E 의 Default value 인 50μg chla/mg algae 로 계산된다 .“**” 만약 사용자가 입력을 하지 않으면 QUAL2E 의 Default value 인 0.01 ft-1 이 입력되는데 이 값은 증류수에서의 대략적인 투과 계수이다 .

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6.16 하 천 의 초 기 상 태 입력

각 구간별 온도 , 용존산소 , BOD농도 , 보전성 물질등을 입력하여 하천 시스템의 초기조건을 설정하여 준다 . 초기설정 조건에 있어 온도는 예측상황을 입력하여야 한다 .

정상 상태의 온도 예측에 있어서 모든 구간의 온도가 68F 또는 20℃인 것이 초기 조건으로 가장 알맞다 .

또한 조류 , 질소계 , 인계를 예측할 때 이용된다 .

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6.17 증 가 유 입 유 량 입력

각 구간에 있어 추가되는 유량을 설명하며 점오염 유입 유량과 수원에 의한 것은 설명 되지 않는다 .

정상상태에서는 유입 유량은 각 구간에서는 일정하다고 가정하며 기본적인 지하수유입과 지표수 유출이 대략 시간이 지남에 따라 일정하다고 가정하지만 특별한 이유없이 BOD 가 높아진 경우에 이 항목을 고려하여 보정하여 준다 .

지표수의 유량이 지하수로 변환되어 하류의 유량이 감소하였을 때에는 유량을“ -”로 표현한다 .

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6.18 하 천 하 류 지 역 자 료 입력

하천의 하류지역의 구성농도를 대상유역의 특성에 따라 입력한다 . QUAL2E에서는 예측하고자 하는 하천의 하류구간 ( 예 : 하구 ) 에서 큰 확산이 일어날 때 이용된다 .

일반적으로는 최하류 하천 인자의 구성 농도를 zero(0) 경사로 가정하여 계산된다 .

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6.19 결 과 화면

여러 그래프 툴과 엑셀시트형의 텍스트를 제공함으로써 사용자로 하여금 보다 편하게 분석이 가능하며 Export 기능을 제공하여 적절한 형태로 재편집할 수 있다 .

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7. 프로그램을 예제 문제를 이용 QUAL2E-PLUS 프로그램을 실행시켜 샘플 1 을 실행 시켜 보았다 .

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이러한 물의 유량과 BOD DO Algae 등 여러 가지 변수 값을 주었을때 위에 그림과 같은 여러 그래프 툴과 엑셀시트형의 텍스트를 제공함으로써 사용자로 하여금 보다 편하게 분석이 가능하며 Export기능을 제공하여 적절한 형태로 재편집할 수 있다 .

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QUAL2K

QUAL2E-PLUS 프로그램과 유사하게 개발된 프로그램인것 과 같이 각각에 파라미터 변수에 임의의 입력값을 주면 역시 마찬가지로 데이터 형식으로 보여주고 있다 .

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