• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.30 no.5
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• pp.544-551
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• 2008

QUAL2K enhanced QUAL2E and applied in real fields efficiently incorporates denitrification process, sediment-water interaction process, bottom algae and detritus. Also, the CBOD of QUAL2K is divided into two real parts, one is slow CBOD(sCBOD) and another is fast CBOD(fCBOD). The simulation results of QUAL2E and QUAL2K models in Anyang Stream were compared and analyzed in water quality constituents of DO, BOD, Org-N, NH$_3$-N, NO$_3$-N, Org-P, Dis-P and Chl-a respectively. The similar results were shown in Org-N, NH$_3$-N, Org-P and Chl-a both QUAL2K and QUAL2E models. But the different results were revealed in DO, BOD, Dis-P and NO$_3$-N by the influence of new incorporating processes. DO was shown relatively low values in the effect of bottom algae. BOD which is influenced by particulate organic matter was revealed high values. NO$_3$-N was closed to the real values by the two processes of denitrification and sediment-water interaction. To evaluate the running results of QUAL2K and QUAL2E models, a simple statistical analysis was conducted. According to the statistical analysis, QUAL2K represented less relative error and coefficient of variation than QUAL2E in almost all of constituents. It was found that QUAL2K, which simulates the water quality more realistically, can be applied to control and manage the water problems of river or river-run reservoir effectively.

• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.22 no.1
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• pp.121-129
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• 2008

Major factors affecting water quality in rivers are transportation, input of pollutant loads and kinetic transformation of pollutants. Government level decision makings on water quality management are based on steady state water quality modeling. However, it is more than often that such a steady state assumption is far from real situations in rivers. Therefore, it is unavoidable to have modeling errors in water quality modeling especially for steady state modeling for longer period of time. Authors attempted to identify sources of errors in results of steady state models and thus tried to find out ways to minimize those errors. Three water quality models, QUAL2E (Brown et al., 1983), QUAL2K (Chapra et al., 2006) and CAP (Seo and Lee, 2000) were applied to the lower stream of the Geum River. $BOD_5$ and COD tend to underestimate observed data while TN and TP showed relatively smaller errors. QUAL2E model provided best calibration results for BOD5 and TP and QUAL2K model showed best calibration results for TN. Since these errors are only relative values, it was difficult to conclude which model is better performing in certain situations. The most probable reasons for errors in water quality modeling are; 1) inappropriate consideration on flow characteristics, 2) lack of information on incoming pollutant load and 3) inappropriate location of sampling for water quality analysis.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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• v.14 no.2
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• pp.96-108
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• 2011

Going abreast of high public concerns on the environment, the need of environmental modeling has been increased to assess the impact of space exploitation of environment. GIS offers potential solutions to the many problems encountered during water-quality modeling. But there are also many problems associated with the modeling. The preparation of necessary parameters for the modeling can be complicated. Also, the results from one model can be different from each other even the same area is analyzed. This paper aims to develop the data processing system to couple the Qual2E and HyGIS in which Qual2E input and output data files can be created, modified and processed using HyGIS and assess the performance of the system. A structural analysis and standardization of modeling are conducted to identify data flow and processing of Qual2E. Algorithms of the defined processors are designed and developed as component modules. The data model of HyGIS-Qual2E is designed, and GUI(Graphical User Interface) is developed using Visual Basic 6.0 and GDK.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2058-2062
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• 2009

1992년 한강수계법이 제정되면서 우리나라에 도입된 오염총량관리제는 현재 2차총량관리 시행계획수립 단계에 이르렀다. 오염총량제에서 수질모델은 수계구간별로 설정된 기준유량과 목표수질 조건을 달성하는 지를 판단할 수 있는 도구로 사용되며, 다양한 모델들이 사용되고 있다. 그 중 하천수질모형으로는 주로 QUAL2E, QUALKO, QUALKO2 모형으로 압축할 수 있다. QUAL2E 모형은 1980년대에 개발되어 국내외로 널리 이용하고 있으나 SOD를 0차나 일정량으로 처리하였고, 부착조류에 의한 용존산소 변화와 부유 조류 사멸시 발생하는 유기물이 고려되지 않았다. 또한 용존산소가 부족한 상태에서 반응이 활발한 탈질화과정이 포함되지 않아 이들 반응에 의해 수질이 영향을 받는 하천에 적용하기에는 한계가 있었다. 그리고 QUAL2E 모델은 여러 개의 지류를 가진 대형 하천에는 적용하기 어려운 단점이 있다. 국내에서는 1999년 QUAL2E 모델에 WASP5의 장점을 접목시켜 QUALKO 모델을 개발하였다. 이 모델은 QUAL2E에 부유성 조류의 사멸로 인한 유기물의 내부증가, 탈질화 반응 및 부착식물의 광합성 호흡 과정을 추가한 것이다. 또한 QUAL2E 모델에서 BOD는 CBOD로 입력되고 모의되므로 bottle BOD의 개념이 결여되어 있으므로 이러한 문제점을 보완하고, 조류의 생산 및 사멸에 의한 내부생산 유기물 증가와 탈질화 반응 과정을 추가한 것이다. 우리나라에서 진행되고 있는 총량관리 대상물질은 2010년까지는 $BOD_5$이며, 2011년부터는 일부 지역에 총인이 포함될 예정이다. 2007년에 실험실에서 측정하는 BOD5나 유기성 질소 또는 유기성 인을 그대로 입력하여 계산되고 출력할 수 있으며, 향후 오염총량제의 관리대상항목으로 논의되고 있는 TOC를 모의할 수 있는 QUALKO2가 개발되었다. 이에 본 연구에서는 향후 활용도가 클 것으로 기대되는 QUALKO2 모형에 기존 QUAL2E-UNCAS 모형에 서 수행할 수 있는 불확실성 해석 기법인 Monte Carlo 모의를 가능하도록 모형을 수정하고자 한다. 실제 하천에서의 수질해석에 대한 단순한 표현인 수학적 모형은 불확실성을 내포하고 있으며, Monte Carlo 해석을 사용하여 모형의 불확실도 정량화와 매개변수의 불확실성을 통계학적으로 기술할 수 있다. 또한 각 지점에 대한 계산결과치들에 대해 빈도 및 누가빈도분포 값을 제시함으로서 모형 예측치들의 전반적인 분포경향을 평가할 수 있으며, 하천수질에 대해서 환경기준치를 위배할 가능성을 산정하는데 활용할 수 있다. 우리나라 실정에 맞는 QUALKO2 모형에 Monte Carlo 모의를 통해 신뢰도 기반의 수질해석을 수행하게 된다면 수질정책의 기초자료 제공에 기여할 것으로 판단된다.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.24 no.1
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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.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.9
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• pp.719-727
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• 2004

Water quality models can be applied to manage the regional water quality problems and to estimate the target and allowable pollution load in watershed effectively. The optimization of state variables in the given water quality model Is necessary to build up more effective model. The least-squares method is applied to fit field observations in QUAL2E developed by U.S. EPA, which is most widely used one in the world to simulate the stream water quality, and the optimization model with constraints is constructed to estimate the parameters. The objective function of the optimization model is solved by Solver in Microsoft Excel and Monte Carlo simulation is conducted to know the influence of parameter in conventional pollutants. It is found that this technique is easily implemented and rapidly convergent computational procedure to calibrate the parameters after appling this approach in Anyang stream located in Kyonggi province mainly.

• Proceedings of the Korean Association of Geographic Inforamtion Studies Conference
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• 2008.10a
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• pp.57-62
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• 2008

이 연구는 우리나라에서 흔히 사용되고 있는 수질모델링 기법 중의 하나인 QUAL2E 모델을 GIS기반의 수질관리 시스템에 적용하여 농촌지역에서 활용 가능한 수질모의 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다. 수질모의 시스템의 개발을 위해 기본적으로 지형도, 하천도, 행정구역도, 표준유역도 등으로 이루어진 도형 데이터베이스와 오염원 자료, 환경실측자료 등으로 이루어진 속성 데이터베이스를 구축하였다. 수질모의는 GIS 기반의 농촌수질모의 시스템 상에서 이루어지도록 설계하였으며 간단히 소유역별 배출 오염부하량을 조정함으로써 여러 조건에 대한 수질모의가 가능하다. 대상유역은 삽교천 상류부터 31km 구간이고 총 5개의 소유역을 포함한다. 수리계수 산정은 HEC-RAS를 사용하였으며 수리계수 산정결과는 시스템 상에 미리 저장하여 수질모의 시 자동으로 입력되어 사용된다. 소유역별 배출 오염부하량을 조정함으로써 수질변화 경향 차이를 시스템 상에서 쉽게 확인할 수 있었고, 다양한 삭감시나리오의 작성에 시스템이 활용 가능함을 확인하였다. 향후 연구에서는 체계적이고 효율적인 농촌지역 수질관리 지원을 위하여 수질모의 시스템을 이용한 실질적인 관리방안 마련 연구 및 시스템 보완 개발 연구가 뒤따라야할 것이다.

• Korean Journal of Environmental Agriculture
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• v.14 no.1
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• pp.7-14
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• 1995

This research was conducted to apply the QUAL2E model to be adopted to the Nam river under current water quality conditions. The survey area of total 60 Km was divided into five reaches. Each reach was then subdivided into the uniform computational elements of 1.5 Km. Based on the stream characteristics, nine sampling stations consisting of six at main streams and three at tributaries were selected. The field data were obtained from the selected stations twice during October of 1991 and May of 1992, which represented the cold weather and low flow, also the warm weather and low flow conditions, respectively. As the results of sensitivity analysis of the model, the important parameters were the rates of BOD decay, Org-N oxidation, $NH_3-N$ oxidation, Org-P decay. The calibrated and verified results by QUAL2E model were correlation coefficient of $0.45{\sim}0.94$. The results displayed a good agreement between the variables of the field measurements and the model simulations, indicating a potential use of the QUAL2E model for the water quality assessment in the Nam River.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.2220-2224
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• 2009

하천의 수질모의를 위해서는 정상상태 모델인 QUAL2E 가 널리 사용되어 왔다. 그러나 우리나라는 기후 특성상 하절기에 강우가 집중되고 경우에 따라서는 댐등에 의해 장기간 수류의 지체현상이 발생하므로 지역 및 시기에 따라 발생하는 수질 문제가 서로 다를 수 있다. 따라서 우리나라의 대부분의 수체에서는 시간에 따라 모의를 할 수 있는 비정상 상태의 수질모델이 적용되어야 할 필요가 종종 발생한다. 미국공병단에서 개발된 CE-QUAL-W2 모델은 2차원 모델로서 수리동역학과 수질반응역학을 한데 묶어서 풀이하였다는 점에서 획기적인 변화로 볼 수 있다. 이 모델은 종방향으로 길고 수심이 깊으며 상대적으로 하폭이 좁은 형태의 수체에 적합하며 하폭방향의 수질 변화를 나타내는 데 사용되지 못하는 단점이 있다. WASP(Water Quality Analysis and Simulation Program) 은 미국 환경부에서 개발한 비정상상태 3차원 수질모델로서 세계적으로 다양한 수체에 널리 사용되어 왔다. 이 모델에서 1차원적 흐름을 예측할 수 있는 DYNHYD 라는 수리학적 부프로그램은 2차원 또는 3차원 상황에서는 사용할 수가 없었음에 따라 수리학적 고려가 빈약한 것이 이 모델의 가장 큰 약점으로 지적되어 왔다. 최근 미국 환경부는 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 라는 3차원 수리동역학 프로그램을 이용하여 대상 수체의 수리학적 거동을 모의하고 그 결과를 WASP7 에 연계시킬 수 있도록 하여 기존의 단점을 대폭 보완하였다. 본 연구에서는 금강 상류에 위치하고 있는 용담호를 대상으로 EFDC 를 이용하여 2005년 1년간 수위 및 수온성층현상을 예측하고 그 결과가 WASP 에 연결되어 사용될 수 있도록 하였다. 적절한 격자의 수를 결정하기 위하여 다양한 경우가 시행착오적으로 시험되었으며 비교적 적은 숫자의 격자로도 수위 및 수온의 모의가 가능하다는 것을 발견하였다.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2000.05a
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• pp.177-180
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• 2000