• 한국수자원학회논문집
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• 제46권11호
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• pp.1115-1128
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• 2013

본 연구의 목적은 충주호 유역을 대상으로 2차원 횡방향 평균 수리 및 수질모형인 CE-QUAL-W2를 이용하여 호소내 수온분포, 부유물질 및 부영양화 과정의 변화특성을 모의하고 모형의 적용성을 평가하는 것이다. 지형 및 단면자료 구축을 위해 충주호를 남한강 본류(branch 1)와 유입 경계부(branch 2~7)로 구분하여 격자를 구성하였다. 호소 수질모델링을 위한 주요 입력 자료로 기상자료, 호소의 수온과 탁도 초기조건, 하천의 유량과 수온, 수질 경계조건 자료를 구축하였다. 이후 실측된 수온, 부유물질(SS), 총질소(TN), 총인(TP), 조류(Chl-a)에 대하여 모형의 보정(2010) 및 검증(2008)을 수행하여 모형의 적용가능성을 평가하였다. 충주호의 수온은 4월부터 표층수온이 증가하여 7월초에 성층현상이 발생되고 12월에는 연직수온분포가 일정하게 유지되었다. 집중호우 발생 후에는 성층구조가 교란되어 수온약층이 약 10 m가량 하강하였다. SS는 수온과 동일한 패턴으로 집중호우 발생 후에 증가하다가 12월에 안정화되었으며, 2008년 7월에 발생된 중층밀도류의 분포 현상을 잘 재현하였다. TN, TP의 경우 농도의 범위를 잘 재현하였지만, 모형 내에서 질소성분의 침강속도 및 인의 흡착-침전과정이 적절히 모의되지 않아 오차가 발생하였다. Chl-a의 경우 2010년과 2008년 여름의 조류의 성장패턴을 잘 반영하였지만, 모형이 횡방향 평균 유속과 농도를 사용함에 따른 모형의 한계점이 나타났다.

• 한국습지학회지
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• 제16권3호
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• pp.441-450
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• 2014

본 연구에서는 합리적인 수질관리를 위해서 하천의 자정능력을 고려하여 안성천 유역 내 유해성분 중 ABS(음이온 계면활성제)성분에 대해서 QUAL2E모형을 이용하여 위해성평가를 실시하였다. 수질모의결과 안성천과 진위천에서 BOD, ABS의 실측치와 예측치가 비교적 잘 일치함을 보여주고 있으며, DO에 대해서는 예측값과 실측값 사이에 오차가 발생하지만 농도변화의 추이는 잘 나타내고 있었다. 위해성지수는 오염물질의 예상 노출농도(PEC)와 하천수질에 영향을 주지 않는 예상무영향농도(PNEC)를 통해 계산하였고 위해성 비를 산정하여 위해성 지수를 평가하였다. ABS가 하천의 자정작용에 미치는 영향 분석 결과는 안성천[0.0003(Bressan), 0.06(환경부기준)], 진위천[0.0002(Bressan), 0.04(환경부기준)], ABS가 하천의 수생생태계에 미치는 영향에 대한 분석 결과는 안성천[0.0667(Bressan), 0.005(환경부기준)], 진위천[0.1(Bressan), 0.0075(환경부기준)]으로 국립환경과학원고시 제2012-30호에서 제시되어 있는 위해성이 있다고 판단되는 위해성 비의 기준치 값 1보다 작아 하천의 자정능력과 하천의 수생생태계에 영향을 주지 않은 것으로 분석되었다. 본 연구에서 적용된 방법은 간단하며 현재 환경부 수질기준보다 상세히 유해성분에 대한 정보를 줄 수 있다고 판단된다.

• 대한원격탐사학회:학술대회논문집
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• 대한원격탐사학회 2007년도 Proceedings of ISRS 2007
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• pp.612-615
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• 2007

Water quality modelling is an ideal tool of simulating physical, chemical and biological changes occurring in water systems. It has been utilized in a number of GIS-based water quality management and analysis applications. However, there is a need of a decision making process to translate the modelling result into an understandable form thereby implement the modelling results to the real world. This paper outlines a new water quality index called the QUAL2E's water quality index (QWQI) based on the water quality modelling using QUAL2E. The development mainly includes four steps: variable selection, sub-index development, weight assignment and sub-index aggregation. An experiment of applying the index and GIS to the Sapgyo River in Korea was implemented. Different from other water quality indices for general water uses, the index is specifically used for the simulated water quality indicators. The index can provide a simple and easy-to-understand decision support. Furthermore, interfacing with GIS, the decision analysis can be performed within a spatial environment. However, more study needs to be made in the future including the improvement of aggregation function.

• 한국수자원학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.395-403
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• 2006

본 연구에서는 자료수집과 적용에 상당한 시간과 노력이 요구되는 기존의 수치모형들 대신에 최소한의 유역정보를 이용해 오염물질의 이동시간과 확산을 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다. 즉, 하천에서 오염물질의 이동속도, 시간에 따른 오염물질의 첨두농도, 오염물질이 하천의 한 점을 통과하는데 소요되는 시간장경 등의 요소들을 이용한 단위오염도의 개념을 도입하였으며, 이들 요소들의 추정을 위해서는 미국 내의 수많은 하천을 대상으로 개발된 회귀방정식을 이용하였다. 본 연구에서는 낙동강 본류 성서공단에서 1994년 6월 30일에 발생한 디클로로메탄 누출사고에 대해 회귀방정식으로 단위오염도의 요소들을 추정하고, 이를 적용하여 오염물질의 이동시간과 확산을 예측하였으며, QUAL2E모형을 이용해 얻은 결과와 비교분석하였다. 회귀방정식과 QUAL2E 모형으로 모의한 결과, 두 모형 모두 모의치가 관측치와 비교적 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 따라서 간편하게 오염물질의 이동시간과 농도를 예측할 수 있는 회귀방정식에 의한 단위오염도는 유역정보가 부족한 유역에서 적용성이 뛰어날 것으로 사료된다.

• 생태와환경
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• 제37권2호통권107호
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• pp.205-212
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• 2004

아시아 몬순지역에서 대형댐의 인순환(phosphorus cycle)과정의 특징을 파악하기 위하여 소양호를 대상으로 인순환 과정을 조사하였다. 또한, 이를 모의하기 위해 2차원 수질모델인 CE-QUAL-W2를 적용하여 수중생태계의 물질순환과정을 모의하였다. 소양호는 수심이 깊고성층이 강하여 수직적인 변이가 뚜렷한 인의 분포를 보였다. 인의 부하량은 유역면적의 90%를 차지하는 주유입하천인 소양강의 인농도를 측정하여 산정하였다. 소양강의 인농도는 강우시 유량 증가에 따라 크게 증가하는 변동을 보였으므로 인의 부하량은 간헐적으로 발생하는 폭우 유출에 집중되었다. 폭우시 유출수는 수온이 낮아지기 때문에 호수의 중층으로 잠류하여 중층 탁수대를 형성하는 것으로 관측되었다. 여름 우기가 끝난 후 중층에는 두께 20${\sim}$30m의 인함량이 높은 탁수층이 형성되었으며 이탁수층은 댐 중간수심에 만들어진 발전방류구를 통하여 서서히 방류되었다. CE-QUAL-W2 모델은 호우시 탁수의 잠류현상과 인함량이 높은 중층의 형성, 인의 수평수직분포 등의 인순환 과정이 잘 모의 하여,아시아 몬순지역의 댐에서 수질모델로서 육수학적 현상을 잘 모의하는 것으로 평가된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권8호
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• pp.655-664
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• 2005

저수지를 통한 수자윈의 지속적 확보와 이용에 걸림돌이 되고 있는 탁수의 장기발생문제를 기술적으로 해결하고자 실시간 탁수 감시와 예측시스템(RTMMS)을 구축 중이며, 2004년 홍수기 동안 대청호를 대상으로 유입하는 탁수의 수리 및 수질특성을 조사하고 2차원 횡방향 평균 수리 및 수질모형인 CE-QUAL-W2(W2)를 적용하여 탁수의 밀도류 거동과 시${\cdot}$공간적 분포를 예측하고 실측값과 비교하여 모형의 적용가능성을 평가하였다. 강우사상 동안 하천 수온은 $5{\sim}10^{\circ}C$ 정도 하강하였으며 탁수가 저수지내에서 밀도류를 형성하는 원인으로 작용했다. 적용된 W2모형은 수온의 성층구조 변화와 탁수의 침강점, 도달시간, 중층밀도류 두께 등 탁수의 거동특성을 비교적 잘 모의하였다. 그러나 국부적으로 탁수가 위치한 중층과 탁수 유입 전에 형성되었던 전이층에서 수온과 탁도의 모의값과 실측값이 유의할 만한 오차를 보였다. 펜티엄급 PC(CPU 2.0GHz)로 홍수기 전체기간 모의에 소요된 시간은 약 4분으로써 모형은 계산의 효율성 측면에서 실시간 모의에 적합한 것으로 평가된다.

• 한국물환경학회지
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• 제25권6호
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• pp.902-909
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• 2009

With various reservoirs, dams and reduction of water velocity in downstream, rivers in Korea often have characteristics of accumulation of pollutants. Therefore, the main focus of water quality modeling in Korea needs to be shifted from DO to algae and organic matter. Moreover the structures of water quality models should be modified to have capability of simulating BOD which is a key factor of total water pollution load management in Korea as laboratory experiment BOD (Bottle $BOD_5$). In the SWAT model which is one of the widely used water quality models in Korea, the channel water quality module is using main algorithm of the QUAL2E model which has limitations in simulating algae, organic matter and Bottle BOD5 etc. To overcome this hindrance, in this study, the improved channel water quality module of the SWAT model (Q-SWAT) was proposed by linking the algorithms of the QUAL-NIER model which was developed based on the QUAL2E model to the SWAT model. The algorithms estimating the increase of internal organic matter by fractionization algal metabolism process and calculating Bottle $BOD_5$ were added and the results of proposed model were compared to those of the original SWAT model. The results of comparison test are showing that more accurate BOD values can be obtained with the Q-SWAT model and it is anticipated that the Q-SWAT model can be used as an effective tool of decision support through the water quality simulation and long term pollution source analysis.

• 한국수자원학회논문집
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• 제46권4호
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• pp.413-424
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• 2013

오염발생부하량을 억제하고 환경 친화적으로 지역을 개발할 수 있는 유역중심의 수질관리정책으로 수질오염 총량관리제를 도입하게 되었다. 하지만 총량 관리제의 시행에도 불구하고 낙동강 주요지천인 남강 하류부의 수질이 2005년 이후 지속적으로 악화되고 있는 실정이다. 남강 하류수계는 주변의 도시와 산업지역에 비점오염원이 산재하고, 하류수계의 물의 흐름이 더욱 완만해짐에 따라 수질 악화가 가속화되고 부영양화 현상이 발생되고 있다. 부영양화된 수역에서 BOD 농도는 유역으로부터 발생한 미처리 하수가 수역으로 유입되는 영향도 있지만 하천내에서 미처리된 영양염을 이용한 식물플랑크톤의 생산에 의해 공급되는 자생 BOD의 영향도 크게 작용한다. 남강하류의 수질관리를 위해서 유입 BOD와 자생 BOD의 기여도를 파악하여 오염 원인물질을 줄이기 위한 수질관리 방안이 설정되어야 한다. 본 연구에서는 조류생산 및 사멸에 의한 내부생산 유기물 증가를 고려하도록 국내에서 개발된 QUALKO2와 미국 EPA의 QUAL2E를 이용하여 자생 BOD의 영향을 분석하였다. QUALKO2 모형에서Chl.a의 영향을 받는 구간에서 BOD 농도가QUAL2E 모형의 BOD 농도보다 증가하고, 실측값과의 상관관계를 분석해 본 결과 QUALKO2 모형에서 상관관계가 높게 나타났다. 남강 하류의 수질악화 문제를 해결하기 위하여 댐 방류량의 증가와 하수처리장 방류수질 개선 등에 의한 Chl,a의 저감 방안을 모색하여 자생 BOD를 관리할 수 있을 것이다.

• 생태와환경
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• 제41권4호
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• pp.472-484
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• 2008

The calibrated Andong Reservoir hydro-dynamic module (PART I) of the 2-dimensional hydrodynamic and water quality model, CE-QUAL-W2 [v3.2], was applied to examine the dynamics of total phosphorus, and chlorophyll $\alpha$ concentration within Andong Reservoir. The modeling effort was supported with the data collected in the field for a five year period. In general, the model achieved a good accuracy throughout the calibration period for both chlorophyll ${\alpha}$ and total phosphorus concentration. The greatest deviation in algal concentration occurred on $10^{th}$ October, starting at the layer just beneath the surface layer and extending up to the depth of 35 m. This deviation is principally attributed to the effect of temperature on the algal growth rate. Also, on the same date, the model over-predicts hypolimnion and epilimnion total phosphorus concentration but under-predicts the high concentrated plume in the metalimnion. The large amount of upwelling of finer suspended solid particles, and re-suspension of the sediments laden with phosphorus, are thought to have caused high concentration in the epilimnion and hypolimnion, respectively. Nevertheless, the model well reproduced the seasonal dynamics of both chlorophyll a and total phosphorus concentration. Also, the model tracked the interflow of high phosphorus concentration plume brought by the turbid discharge during the Asian summer monsoon season. Two different hypothetical discharge scenarios (discharge from epilimnetic, and hypolimnetic layers) were analyzed to understand the response of total phosphorus interflow plume on the basis of differential discharge gate location. The simulated results showed that the hypolimnetic discharge gate operation ($103{\sim}113\;m$) was the most effective reservoir structural control method in quickly discharging the total phosphorus plume (decrease of in-reservoir concentration by 219% than present level).

• 생태와환경
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• 제41권2호
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• pp.247-263
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• 2008

A two-dimensional (2D) reservoir hydrodynamics and water quality model, CE-QUAL-W2, is employed to simulate the hydrothermal behavior and density current regime in Andong Reservoir. Observed data used for model forcing and calibration includes: surface water level, water temperature, dissolved oxygen and suspended solids concentration. The model was calibrated to the year of 2003 and verified with continuous run from 2000 till 2004. Without major adjustments, the model accurately simulated surface water levels including the events of large storm. Deep-water reservoirs, like Andong Reservoir, located in the Asian Monsoon region begin to stratify in summer and overturn in fall. This mixing pattern as well as the descending thermocline, onset and duration of stratification and timing of turnover phenomenon were well reproduced by the Andong Model. The temperature field and distinct thermocline are simulated to within $2^{\circ}C$ of observed data. The model performed well in simulating not only the dissolved oxygen profiles but also the metalimnetic dissolved minima phenomenon, a common1y occurring phenomenon in deep reservoirs of temperate regions. The Root Mean Square Error (RMSE) values of model calibration for surface water elevation, temperature and dissolved oxygen were 0.0095 m, $1.82^{\circ}C$, and $1.13\;mg\;L^{-1}$, respectively. The turbid storm runoff, during the summer monsoon, formed an intermediate layer of about 15 m thickness, moved along the metalimnion until being finally discharged from the dam. This mode of transport of density current, a common characteristic of various other large reservoirs in the Asian summer monsoon region, was well tracked by the model.