Journal of Korea Water Resources Association (한국수자원학회논문집)

Korea Water Resources Association (한국수자원학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Parameter Sensitivity Analysis for Spatial and Temporal Temperature Simulation in the Hapcheon Dam Reservoir

합천댐 저수지에서의 시공간적 수온모의를 위한 매개변수 민감도 분석

  • Kim, Boram (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Dankook University) ;
  • Kang, Boosik (Dept. of Civil and Environmental Engineering, Dankook University)
  • 김보람 (단국대학교 공과대학 토목환경공학과) ;
  • 강부식 (단국대학교 공과대학 토목환경공학과)
  • Received : 2013.10.03
  • Accepted : 2013.11.01
  • Published : 2013.12.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This study have implemented finding the optimal water temperature parameter set for Hapcheon dam reservoir using CE-QUAL-W2 model. In particular the sensitivity analysis was carried out for four water temperature parameters of wind sheltering coefficient (WSC), radiation heat coefficient (BETA), light extinction coefficient (EXH2O), heat exchange coefficient at the channel bed (CBHE). Firstly, WSC, BETA, EXH2O shows relatively high sensitivity in common during April to September, and CBHE does during August to November. Secondly, as a result of identifying depth range of parameter influence, BETA and EXH2O show 0~9 m and 8~14 m which is thermocline layer close to water surface, CBHE is deep layer 12 m away from bottom. Finally, applying annual or monthly optimal parameter sets indicates that the bias between two sets does not show much differences for WSC and CBHE parameters, but BETA and EXH2O parameters show $0.20^{\circ}C$ and $0.51^{\circ}C$ of monthly average biases for two parameter sets. In particular the bias reveals to be $0.4^{\circ}C$ and $1.09^{\circ}C$ during May and August that confirms the necessity of use of monthly parameters during that season. It is claimed that the current operational custom use of annual parameters in calibration of reservoir water quality model requires the improvement of using monthly parameters.

다목적댐 저수지는 여름철에 발생하는 성층현상이 발생하고 가을철에는 성층화된 저수지의밀도 차로 인한 전도현상이 일어나게 된다. 이러한 현상은 저수지의 시공간적 수온분포의 변화에 의하여 발생하며, 이를 정확히 모의하고 예측하기 위해서는 수온에 작용하는 관련 매개변수의 작용특성을 명확히 파악할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 합천댐 저수지를 대상으로 횡방향 평균 2차원 저수지 수리 수질 해석모형인 CE-QUAL-W2를 적용하여 저수지내 발생하는 수온성층, 탁수의 거동 및 수질을 예측하기 위해 선행되어야 할 수온모의를 통해 합천댐 저수지에 적합한 수온 매개변수 산정에 대한 연구를 진행하였다. 특히 모델에서 합천댐 수온모의와 관련된 매개변수 중 바람차폐계수(WSC), 복사열계수(BETA), 빛소멸계수(EXH2O), 바닥 열교환계수(CBHE)의 민감도 분석을 수행하였다. 첫 번째로, 민감도가 높은 기간을 확인한 결과 WSC, BETA, EXH2O는 공통적으로 4~9월, CBHE는 8~11월로 나타났다. 두 번째로, 매개변수가 영향을 미치는 수심대를 확인한 결과 BETA는 0~9m, EXH2O는 8~14m 구간으로, 수표면과 가까운 표층과 수온약층, CBHE는 바닥에서부터 12m 구간으로 심층구간에서 영향이 나타났다. 마지막으로 연단위 혹은 각월에서의 최적매개변수를 적용한 결과 WSC와 CBHE 매개변수는 모의온도의 편차가 그다지 크지 않았으나, BETA와 EXH2O의 경우 연단위와 월단위 최적매개변수 적용 시 모의수온편차가 각각 월평균 $0.20^{\circ}C$와 $0.51^{\circ}C$로 다소 큰 값을 보이고 있으며, 특히 수온이 최대로 상승하는 5~8월 중에는 $0.4^{\circ}C$와 $1.09^{\circ}C$의 편차를 보여 월단위 매개변수사용의 필요성이 뚜렷이 확인되었다. 이는 현재 저수지수질모형의 검보정에서 입력요구조건에 따라 혹은 관행적으로 사용되고 있는 연단위 매개변수의 사용에 있어서 월단위로의 개선이 필요한 부분으로 사료된다.

Keywords

References

  1. Caffrey, A., Hoyer, M., and Canfield, D. (2007). "Factors Affecting the Maximum Depth of Colonization by Submersed Macrophytes in Florida Lakes." Lake and Reservoir Management, Vol. 23, Issue. 3, pp. 287-297. https://doi.org/10.1080/07438140709354017
  2. Chang, H., and Lawler, K. (2011). "Impacts of climate variability and change on water temperature in an urbanizing Oregon basin, USA." IAHS-AISH Publication, Vol. 348, pp. 123-128.
  3. Chung, S.W., Oh, J.K., and Ko, I.H. (2005). "Simulations of Temporal and Spatial Distributions of Rainfall-Induced Turbidity Flow in a Reservoir Using CEQUAL-W2." Journal of the Korean Water Resources Association, Vol. 38, No. 8, pp. 655-664. https://doi.org/10.3741/JKWRA.2005.38.8.655
  4. Cole, T.M., and Well, S.A. (2004). "CE-QUAL-W2: A Two Dimensional, Laterally Averaged, Hydrodynamic and Water Quality Model, Version 3.2 User Manual." U.S. Army Corps of Engineers
  5. Kim, Y.H., Kim, B.C., Choi, K.S., and Seo, D.I. (2001). "Modelling of Thermal Stratification and Transport of Density Flow in Soyang Reservoir Using the 2-D Hydrodynamic Water Quality Model, CE-QUALW2." Journal of the Korean Society of Water and Wastewater, Vol. 15, No. 1, pp. 40-49.
  6. Korea Water Resources Corporation (2007). "Dam Operation Practices Handbook."
  7. Na, E.H., Ahn, K.H., and Park, S.S. (2002). "A Modeling Study of Seasonal Overturn and Vertical Thermal Profiles in the Paldang Lake." Journal of the Korean Society of Environmental Engineers, Vol. 24, No. 5, pp. 901-910.
  8. Okudo, A. (1971). "Oceanic Diffusion Diagrams." Deep Sea Research, Vol. 18, Issue. 8, pp. 789-802.
  9. Williams, D.T., Drummond, G.R., Ford, D.E., and Robey, D.L. (1980). Determination of Light Extinction Coefficients in Lakes and Reservoirs. Surface Water Impoundments, Proceedings of the Symposium on Surface Water Impoundments, American Society of Civil Engineers, pp. 1329-1335.
  10. Yang, Z., Khangaonkar, T., DeGasperi, C., Breithaupt, S., and Marshall, K. (2002). Temperature stratification and water quality modeling for Lake Simtustus, Oregon. Estuarine and Coastal Modeling, Proceedings of the Seventh International Conference, pp. 765-782.
  11. Yi, H.S., Jeong, S.A., Park, S.Y., and Lee, Y.S. (2008). "Modeling Study of Turbid Water in the Stratified Reservoir using linkage of HSPF and CE-QUALW2." Journal of the Korean Society of Environmental Engineers, Vol. 30, No. 1, pp. 69-78.

Cited by

  1. Consideration on Changes of Density Stratification in Saemangeum Reservoir vol.18, pp.2, 2015, https://doi.org/10.7846/JKOSMEE.2015.18.2.81