I. Term Project 1-Make the report of QUAL2E and QUAL2K

전산 수질 모형실험은 수체를 하나의 시스템으로 가정하고 시스템 내부에서 진행되는 모든 물리 , 화학 , 생물학적 작용을 수식화하여 이를 적용 , 해석함으로써 수질의 변화정도를 예측하는 기법을 말한다 . 생태계 전산 모형은 유역 , 기상 , 수리 , 생물 등 수많은 요인으로 지배되어 있어서 극히 복잡하다 . 비록 전산 모형이 이들 모든 요인들을 조사 연구하여 만들어졌다고 하여도 , 자연계에 있는 모든 것을 정확하게 표현할 수는 없다 . 그러므로 모형은 자연현상을 수학적으로 알기 쉽게 표현할 수 있다는 가정에서부터 출발한다 . 일반적으로 자연의 시스템을 어느정도 정확하게 수식화하느냐에 따라서 모형의 타당성이 평가되고 모형의 공간성 , 시간성을 어떻게 가정하느냐에 따라서 정확도와 응용의 범위가 결정된다 . 공간성은 모의실험하고자 하는 수체를 물리 , 화학 , 생물학적 현상이 균일한 일련의 구획으로 나누는데 , 이 구획들의 집합이 갖는 공간적인 형태 즉 모형의 공간적 차원으로 설명된다 . 현재 가장 많이 실용화된 것으로 수체를 수면의 수평방향과 수직방향으로 나누어서 각 구획의 하나하나는 균일한 수질을 유지한다고 가정하는 모형이다 . 시간성은 모의실험하고자 하는 수체의 시간 간격을 단기간 혹은 장기적으로 보느냐에 따른 것이며 , 또한 시간에 따른 가변성을 기준으로 동적 혹은 정상적으로 해석할 수 있다 . 정상적 모형은 자연 하천과 같이 시간에 대한 흐름이 일정하여 상류에서 하류까지 시간에 대한 수질항목의 변동이 적어 수질이 균일한 모형을 지칭하며 , 동적 모형은 댐에 대한 담수호와 같은 인공 호수에서 시간에 따른 수리현상의 변화때문에 상류에서 하류에 이르기까지 시간에 대한 수질의 변화가 균일하지 못한 모형이며 , 주로 부영양화 예측과 관리 , 식물성 플랑크톤의 군집 변화로 인한 제반 환경 변화를 추적하는 데 동적 모형이 유용하게 사용된다 .

QUAL2E 는 미국 환경보전국 (EPA) 에서 개발한 전산 수질 모형으로 개인용 컴퓨터에서 사용할 수 있다 . 이 모형은 하천에서 수질을 예측하기 위해 개발한 것으로서 해석 방향은 유체흐름 방향이며 횡방향은 완전혼합을 가정으로 한 1차원 모형이다 .해석 형태로는 정상 상태해석이 가능하나 완전 동적 해석이 아닌 반동적 상태로 동적 해석은 하천의 최상류부 , 점 오염원 및 비점 오염원에서의 유량을 비롯한 수질자료들이 정상 상태로 입력되기 때문에 상류로부터 하류부까지의 수질은 점차 정상 상태로 수렴한다 .물질 및 에너지 이동방정식하천 시스템 내에서 물질이동 및 변환은 유체의 흐름에 의하여 농도 부하가 이동되는 유속에 의한 유송과 유체흐름의 난류성과 물질 농도 차이에 의해 발생하는 확산 , 화학 및 생물학적 반응에 의한 물질의 증감 , 시스템 내의 오염 부하량 유입 또는 유출에 의한 부하의 증감에 의해 좌우된다 . 이와 같은 과정에 대하여 물질이동방정식을 세우면 다음 식 (1.1) 과 같다 .

여기서 , C 는 물질의 농도를 나타내고 , A 는 유로 단면적 , D 는 종확산계수 , U 는 평균유속 , S 는 물질의 유입부하량 혹은 유출량 , V 는 단위 구간의 수체적 , t 는 시간 , X 는 거리 , R 는 반응에 의한 물질의 증감량을 나타낸다 .QUAL2E 는 에너지 보전의 원리를 이용하며 열전달을 고려한 에너지 방정식을 이용하여 수온을 계산한다 . 지배식은 식 (1.2) 와 같으며 물질 이동 방정식과 흡사한 형태를 가진다 .

여기서 , T 는 수온이고 , ρ 는 물의 밀도 , c 는 비열이다 .1.2 수질 항목의 반응 속도식예측 가능한 수질 항목으로는 DO, BOD, Algae, Organic-N, NO2-N, NO3-N, Organic-P, Dissolved-P, 온도 , 대장균 , 3 개의 보전성 물질 , 1 개의 임의의 비보존성 물질 등 13 개 항목이며 , 항목간의 상호 관계는 다음 그림 2.2 에 나타나있다 . 수질항목들의 내부반응 인자와 전산 모형 방정식을 1 차 반응으로 가정하여 표현하면 다음과 같다 .

1) 조류조류의 성장에 의한 증가 , 사멸 및 침전에 의한 감소를 고려하여 다음의 식으로 표현할 수 있다 .

2) 유기질소유기질소는 조류의 사멸에 의한 유기질소 증가 , 유기질소의 가수분해등을 고려하여 다음의 식으로 나타낸다 .

3) 암모니아성 질소암모니아성 질소는 유기질소의 가수분해에 의한 증가 , 암모니아성 질소의 산화에 의한 감소 , 하상퇴적물로부터의 부상에 의한 증가 , 조류의 섭취에 의한 감소를 고려하여 다음의 식으로 나타낸다 .

4) 아질산성 질소아질산성 질소는 암모니아성 질소의 산화에 의해 증가하고 , 아질산의 산화에 의해 감소한다 .

4) 질산성 질소질산성 질소는 아질산의 산화에 의해 증가하고 , 조류의 섭취에 의해 감소한다 .

6) 유기인유기인은 조류의 쇠퇴에 의해 증가하고 , 용존인으로 변화함으로써 감소하며 , 침전에 의해 감소한다 .

7) 용존인용존인은 유기인으로부터 변화에 의해 증가하며 , 하상퇴적물로부터 부상에 의해 증가하고 , 조류의 섭취에 의해 감소한다 .

8) 탄소성 생물학적 산소 요구량 CBOD 는 탈산소 및 침전에 의해 감소한다 .

9) 용존산소용존산소는 재포기 및 조류의 광합성에 의해 증가하고 , 탈산소 , 하상퇴적물 , 암모니아성 질소 및 아질산의 산화에 의해 감소한다 .

10) 대장균대장균은 사멸에 의한 감소가 주기적이다 .

11) 임의의 비보존성 물질임의의 비보존성 물질은 쇠퇴 및 침전에 의한 감소 , 하상퇴적물로부터 부상에 의한 증가가 있다 .

1.3 수리 계산QUAL2E 모형에서는 수리학적 특성이 유사한 구간을 대구간 (reach) 으로 나누고 다음과 같은 두가지 방법에 의하여 유속 및 수심을 산정하도록 되어 있다 .1) 유량 계수법이 방법은 수리 모형을 수행하거나 또는 실측 자료를 이용하여 각 지점별로 유속과 유량을 산정하고 , 동일 대구간 내에서의 유량과 유속 , 유량과 수심과의 관계를 회귀분석법에 의하여 구하거나 , 유로단면이 구형이고 , 단면곡선 (Rating Curve) 이 있는 경우에 계산하는 방법으로 다음 식 (1.14) 과 같이 표시할 수 있다 .

U = aQb, D = cQd

2) 유로 단면 이용 방법유로 단면이 정비되어 사다리꼴의 형태로 되어 있는 경우에는 Manning식을 이용하여 다음 식 (1.15) 와 같이 해석한다 .

Q = (1.486/n) R2/3 A S1/2

1.4 수치해석물질이동방정식인 식 (1.1) 은 1 차 선형 미분 방정식의 형태로써 기본적으로 수치해석 기법을 적용하지 않더라고 해를 구할 수는 있으나 물질 반응이 각 수질 항목간에 연계되어 있어 단순 계산에 의해 해를 구하기는 어려우므로 수치 해석에 의한 반복 계산기법으로 해를 구한다 .

여기서 , kC 는 해석 수질항목의 반응에 의한 증감을 나타내고 , P 는 해석 수질항목의 반응을 제외한 반응을 나타낸다 .지배식 (1.16) 를 음해법을 이용한 유한차분식으로 표현하면 식 (1.17) 과 같다 .

n+1 시각의 수질항목 C 에 대하여 정리하면 식 (1.18) 와 같다 .Ai Ci-1

n+1 + Bi Cin+1 + Di Ci-1

n+1 = Zi ........................ (1.18)여기서 , Ai : -((AD)i-1 δt/(ViδXi) + Qi-1 δt/Vi)Bi : 1.0 +((AD)i + (AD)i-1δt/(ViδXi) + Qiδt/Vi - kiδtDi : - ((AD)i δt/(ViδXi))Zi : Ci

n + Siδt/Vi + Pi δtδXi : 요소간의 길이2.1 모형 프로그램의 설명QUAL2E 는 1 개의 주프로그램과 50 개의 부프로그램으로 구성되어 있다 . QUAL2E 의 수행 순서는 다음과 같다 .1) INDATA : 기상과 그림 출력에 대한 입력자료를 제외한 13 개의 입력자료를 읽는다 .2) REAERC : 용존산소에 대한 재폭기 계수를 계산한다 .3) TCALCS : 반응계수의 보정에 필요한 온도를 계산한다 .4) QUALC1 : 상호 영향이 없는 수질 항목들을 계산한다 .5) QUALC2 : 상호 영향이 있는 수질 항목들을 계산한다 .6) FLOAUG : 유량의 증감이 필요한 경우 필요 수량을 계산한다 .7) PRPLOT : 유하 거리별 수질 변화를 도시한다 .

2.2 모형의 입력자료QUAL2E 모형의 입력 자료는 다음과 같은 형식으로 입력된다 .1) 제목 자료16 개 항목 (cards) 으로 구성되어 있으며 , 분석하고자 하는 항목을 "YES" 또는 "NO" 로 판단하여 입력하여야 하며 질소 (N) 와 인 (P) 은 각각 하나의 순환으로 간파하여 선택한다 . 보존성 물질 3항목과 비보존성 물질 1 항목은 성분 이름을 49 열에서 52 열 사이에 입력하여 단위도 같이 기입한다 .2) 모형 조절 자료 ( 자료 형태 1 : 프로그램 조절 )본 항목들에서는 프로그램을 제어하는 각 선택사항과 대상하천의 구성특성 , 온도를 예측하기 위한 지리학적 , 기상학적인 것을 설명하고 있다 . 최대 17개의 항이 있으며 처음부터 13번째 항까지는 반드시 필요한 항목들이며 , 마지막 4개의 항은 단지 온도를 예측하기 위한 자료들이다 .LIST DATA INPUT입력 자료 출력 ( NO LIST )WRITE OPTIONAL SUMMARY출력 자료를 중간 기록NO FLOW AUGMENTATION유량 증가 유무 선택STEADY STATE정상 , 비정상 상태 선택 (DYNAMIC SIMULATION, NOSTEADY STATE)NO TRAPEZOIDAL CHANNELS황단 면적에 대한 설명 (TRAP- 사다리꼴 수로 )(DISCHARGE COEFFICIENTS OR NO TRAPEZOIAL CHANNELS :유속과 수심계산에 유출 계수 사용 - 구형 수로나 자연 하천 )

PRINT LCD/SOLAR DATA기후 자료 , 기상 예측에 사용됨PLOT DO AND BODDO 와 BOD 출력 마지막에 그림으로 나타냄FIXED DNSTM CONC (YES=1) = 0. 5D-ULT BOD CONV K COEF = 0.23하류의 수질 농도 고정 . 5 DAY BOD 변환 계수INPUT METRIC = 1. OUTPUT METRIC = 1.입력 , 출력 자료의 단위 선택 (1 보다 작으면 영국 단위 )NUMBER OF REACHES = 3. NUMBER OF JUNCTIONS = 0.하천의 각 구간의 수 합류점의 수NUM OF HEADWATERS = 1. NUMBER OF POINT LOADS = 4.수두의 수 점 오염원의 수TIME STEP (HOURS) = LNTH. COMP. ELEMENT (KM)= 0.5시간 간격 ( 비정상 상태 모사실험 ) 계산 요소의 길이 (MILE,KM)MAXIMUM ITERATION = 30. TIME INC. FOR RPT2 (HRS)=1 수렴식을 풀기 위한 최대 반복 회수 계산 농도의 중간 출력을 위한: 정상 상태 시간간격 ( 비정상 상태 )2물입자가 최상류점에서 최하류점에도달하는 시간 : 비정상상태원시 프로그램의 PARAMETER 문을 변환함으로써 다음의 제한을 극복할 수 있다 .최대 수두의 수 : 7 최대 합류점의 수 : 6최대 점 오염원의 수 :25 최대 구간의 수 : 25최대 계산 요소의 수 : 250

지리적 ,기후적 자료 - 온도 예측LATITUDE OF BASIN (DEG) = 0.0 LONGITUDE OF BASIN (DEG)= 0.0유역의 위도 유역의 경도STANDARD MERIDIAN (DEG) = 0.0 DAY OF YEAR START TIME = 0.0표준 자오선 예측 시작일EVAP. COEF.,(AE) = 0.0 EVAP. COEF.,(BE) = 0.0증발 계수BE=2.7*10-4 ft/hr-in HG-mph미터법 : AE=6.2*10-6 m/hr-mbar BE=5.5*10-6 m/hr-mbar-m/secELEV. OF BASIN (METERS) = 0.0 DUST ATTENUATION COEF. = 0.0유역의 해발 분진 감소 계수 (0-13)( 정상상태에서만 사용 )ENDATA1

3) 조류 , 질소 , 인 , 빛의 반응 계수 자료 - 조류 성장 계수 ( 자료형태 1A)여기서 입력되는 자료들은 조류와 질소의 순환 ( 유기질소 , 암모니아성 질소 , 질산성 질소 , 아질산성 질소 ), 인의 순환 ( 유기인 , 용존인 ) 을 예측하게 된다 . QUAL2E 모형은 입력자료와 특성 사이에 조화가 잘 이루어진다면 사용자에 의하여 입력된 자료로서 해석이 될 것이며 조화가 잘 이루어지지 않는다면 0.0 의 값으로 표시된다 .

QUAL2E 의 시스템 파라미터 및 예민도 분석< 표 1> 은 QUAL2E 에서 필요로 하고 있는 시스템파라미터 즉 반응계수들의 종류와 대표적인 범위를 나타내고 있다 . < 표 2> 는 국내외 반응계수들의 범위를 나타낸다 . < 표 3> 은 국내에서 측정된 반응계수들이다 . 본 모형에 필요로 하는 반응계수중 각 수질항목별 수질항목의 변화에 영향을 미치는 각 반응계수는 다음과 같다 . < 표 4> 는 용존산소에 영향을 미치는 반응계수의 범위이다 .

< 표 1> QUAL2E 에서 사용되는 반응계수들의 대표적인 범위

Varia-ble Description Units R of Values Variable by

Reach

Temperature

Dependent

a0Ratio of chlorophyll-a to algal biomas

μg-Chla mg A 10 - 100 no no

a1Fraction of algal biomass that is Nitrogen

mg - N mg A 0.07 - 0.09 no no

a2Fraction of algal biomass that is phosphorous

mg - p mg A 0.01 - 0.02 no no

a3 O2 production per unit of algal growthmg - O mg A 1.4 - 1.8 no no

a4 O2 uptake per unit of algal respiredmg - O mg A 1.6 - 2.3 no no

a5 O2 uptake per unit of NH3 oxidationmg - O mg N 3.0 - 4.0 no no

a5 O2 uptake per unit of NO2 oxidationmg - O mg N 1.0 - 1.14 no no

μmaxMaximum algal growth rate day-1 1.0 - 3.0 no no

ρ Algal respiration rate day-1 1.0 - 3.0 no no

KLMichaelis-Mention halfsaturation constant for lighturation

(Option 1)

BTU/ft2-min 0.02 - 0.1 no no

KNMichaelis-Mention halfsaturation constant for light Nitrigen mg-N/L 0.01 - 0.20 no no

KPMichaelis-Mention halfsaturation constant for light

phosphorous

mg-P/L 0.01 - 0.05 no no

λ0Non-algal light extinction coefficient ft-1 Variable no no

λ1Linear algal selftshading coefficien

1/ft μg Chl-a/L 0.002 - 0.02 no no

λ2Nonlinear algal selfshading coefficient

1/ft (μg Chl-a/L)2/3 0.0165 (Riley) no no

PNAlgal preference factor for Ammonia - 0.0 - 0.1 no no

a1Algal settling rate ft/day 0.5 - 6.0 yes yes

용존산소에 영향을 미치는 반응계수의 범위

변수명 정 의 단 위 범 위

최 소 치 적 정 치 최 대 치

a3 O2 production per unit of algal growthmg - O mg A

0.134 1.650 2.669

a4 O2 uptake per unit of algae respiredmg - O mg A

0.901 1.640 2.570

a5 O2 uptake per unit of NH3 oxidationmg - O mg N

0.100 4.170 6.200

a6 O2 uptake per unit of NO2 oxidation

mg - O mg N0.630 3.110 5.595

μmaxMaximum algal growth rate day-1 0.408 1.820 6.142

ρ Algal respiration rate day-1 0.016 0.050 0.479

σ1Algal settling rate m/day 0.012 1.500 5.475

σ2Benthos source rate for dissolved phosphorous

mg - P m2 - day 0.000 0.120 1.700

σ3Benthos source rate for ammonia nitroge

mg - O m2 - day0.000 0.130 1.175

K1Carbonaceous doxygenation rate constant day-1 0.030 0.220 0.903

K3Rate of loss BOD due to settling day-1 0.189 0.470 5.193

K4Benthic oxygen uptake

mg - O m2 - day0.052 2.220 13.898

β1 Rate constant for the biological oxidation of NH3 to NO2day-1 0.003 0.110 0.500

β2 Rate constant for the biological oxidation of NO2 to NH3day-1 0.090 1.260 14.531

β3Rate constant for the hydrolysis oxidation of to ammonia day-1 0.002 0.020 0.272

β4Rate constant for the decay of drganic-N dissolved-P day-1 0.0029 0.040 1.192

PAMETER STUDYⅠ - DO, BOD 의 영향인자들장래의 수질변화를 예측하는 수질인자로서 DO 와 BOD 를 많이 사용한다 . DO는 수질을 평가하기 위한 인자로서 널리 이용되고 있는 항목이며 BOD, NH3-N 등의 영향을 받으나 반면 DO 농도에 의해서 다른 수질인자의 농도도 영향을 받는다 .BOD, DO 에 관한 유속 및 확산에 의한 이동을 제외한 물질평형식과 파라미터에 대한 설명은 다음과 같다 .DO 문제는 수역으로의 산소요구물 ( 오염물 ) 의 투입으로부터 시작된다 . 수역자체에서의 DO 의 공급원은 다음과 같다 .1. 공기로부터의 재폭기2. 광합성으로부터의 산소 생산3. 유입되는 지류나 유출물에서의 DO 유입소비원은 다음과 같다 .1. 탄소성 오염물의 산화2. 질소성 오염물의 산화3. 하상의 침전물의 산소 요구4. 수생식물의 호흡작용에 의한 산소의 이용존산소는 재포기 및 조류의 광합성에 의해 증가하고 , 탈산소 , 하상퇴적물 , 암모니아성 질소 및 아질산의 산화에 의해 감소한다 .DO 의 일반적 물질 평형식은 다음과 같이 쓰여질 수 있다 .V(dc/dt) = 재폭기 + ( 광합성 - 호흡작용 )- CBOD, NBOD(투입되는 ) 의 산화- 침전물의 산소 요구량 + 산소 투입량- 산소 운반 ( 침전물로 들어가고 나오는 )여기서 , V 는 수체의 부피이고 , c 는 DO 의 농도이다 .

= K2(O* - O) + (αμ - α4ρ)A - K1L - K4/d - α5β1N - α6β2N dt

여기서 , O 는 용존산소의 농도이고 , O* 는 주어진 온도 및 압력하의 포화산소농도이며 , α3 는 조류의 광합성에 의한 산소생산량이고 , α4 는 조류의 호흡에 의한 산소 감소율이며 , α5 는 암모니아성 질소의 산화에 따른 산소소모율이며 , α6 는 아질산의 산화에 따른 산소소모율이며 , K4 는 하상퇴적물에 의한 산소감소율 , β2 는 아질산의 산화율 , β1 는 암모니아 산화율을 나타낸다 . 그러나 본 대상하천의 특성상 K2, K1, 그리고 K4 만을 주요인자로 보고 그것만을 고려하기로 한다 .그러므로 K2, K1, 그리고 K4 에 대해 집중적으로 알아보기로 한다 .CBOD( 탄소성 생물학적 분해가능 오염물 ) 는 탈산소 (BOD 분해 ) 및 침전에 의해 감소한다 .

BOD 에 영향을 미치는 인자들일반적으로 유기성 오염물질의 호기성 조건에서의 K3 ( 침전에 의한 감소 ) 에 의한 산소소비는 10 일전후에 변곡점을 갖는 곡선이 된다 . 이유는 우선 탄소화합물의 분해가 일어나고 다음에 질소화합물의 분해가 일어나기 때문이다 . 전자를 CBOD 후자를 NBOD 라 하는데 유기물질의 농도가 높을때는 질화 작용의 억제로 인해 NBOD 는 나타나지 않는다 .한편 CBOD 는 유기탄소를 에너지원으로 하는 Heterotrophic 미생물에 의해 작용되고 대부분의 강 , 호소들은 상당량의 Heterotrophic 생물체를 함유한다 .

2)QUAL2K 모델이론QUAL2K 모델은 1970년 U.S. EPA 에서 개발된 QUAL2E(Brown and Barnwell, 1987) 모델을 기본으로 수정 보완한 하천 수질예측모델이다 . QUALI 모델로부터 시작하여 QUALII 모델과 QUAL2E 모델을 거쳐 QUAL2K 모델로 발전했으며 , <Figure III-1> 에 나타내었다 . QUAL2E모델은 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 (Ambrose et al., 1987; Park and Uchrin, 1996, 1997). 그리고 QUAL2E 모델은 조류사멸에 의한 BOD 증가 , 탈질화 , 부착조류의 산소소모 기작 등을 잘 고려하지 못하므로 조류 발생에 의한 녹조현상을 파악하기 어려운 단점이 있다 . 또한 , 모델 적용시 하천을 구분시 구간(Reach) 과 계산요소 (Element) 의 최대 한계값이 < 표 1-1> 에 제시되어 있는 것처럼 25 와 250 으로 제한되어 있으므로 큰 하천에 정확하게 적용하지 못하는 단점이 있다 . 이와 같이 QUAL2K 모델은 QUAL2E모델에 조류사멸에 의한 BOD 증가 , 탈질화 . 부착조류에 의한 산소 소모에 관한 반응 기작을 첨가하여 우리나라 하천에 적합하도록 개선시킨 하천 수질 모델이다 (Park and Lee, 2002)

모델 원리QUAL2K 모델의 대부분의 수질항목 기작은 1 차원 운반 및 확산식에 의해 모의되며 , 각 수질항목에 대한 기본 계산 원리는 < 그림 1-2> 에 나타내었다 .

그림 1-2. Descretized stream system for QUAL2K그리고 , 계산요소 i에 대하여 임의의 1 차 반응 오염물질을 가정한 농도 변화는 다음의 식과 같이 표현된다 .

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 1-3> 에 나타내었으며 , QUAL2E 모델과 다른 기작은 구분하여 나타내었다 . 그리고 QUAL2E 모델보다 개선된 수질항목의 반응기작에 대하여 < 표 1-2> 에 QUAL2E 모델과 비교하여 나타내었으며 각 식에서 기호가 의미하는 것은 부록에 제시하였다 .

그림 1-3. QUAL2K state variable interactions

표 1-2. Modified equations in QUAL2K, compared with those in QUAL2E

모델 적용 및 결과복원후 청계천의 수질 예측을 위하여 QUAL2K 모델과 CREEK-1 시스템을 적용하였다 . 하천의 장래 수질예측을 위한 모델 적용시 각 하천의 특성을 재현할 수 있도록 보정 및 검증 과정이 이루어져야 한다 . 하지만 , 청계천은 복원후 현재 상태와는 다른 새로운 하천으로 생성되기 때문에 적합한 계수 결정이 용이하지 않다 . 그러므로 비강우시 유지유량에 의한 수질 예측을 위하여 QUAL2K 모델을 적용할 때 , 하천에서 일반적으로 사용되는 수질 계수 범위의 중간값을 선택하였다 . 그리고 , 강우시 월류수에 의한 수질 예측을 위하여 유출수의 수리 및 수질 계수가 결정되어야 하므로 CREEK-1 시스템을 적용하여 유출수량 및 유출수질의 재현성 검토가 이루어졌다 . 그리고 강우시 월류수의 오염부하량을 계산한 후에 강우시 수질예측이 이루어졌다 . 마찬가지로 강우시 하천에서의 수질예측을 위한 수질 계수는 일반적으로 사용되는 계수 범위의 중간값을 선택하였다 . 본 연구에서 수행된 모델 적용 과정을 < 그림 2-1> 에 나타내었다 .

그림 2-1. The flow chart of model applications for this study

2. Term Project -Combinatory modeling of GIS and QUAL2E

지리정보시스템의 개요GIS 는 공간문제를 해결하고 공간관련 계획 수립에 대한 해를 제공하기 위하여 지리정보자료의 구축 , 유지관리 , 편집 , 분석 및 프로세싱 , 디스플레이 및 출력 등의 과정을 통하여 고품질의 공간 정보를 획득하고 합리적인 공간 의사결정을 위한 도구로서 사용되고 있다 .

ArcviewArcview 는 ESRI 사에서 개발한 GIS 소프트웨어로 PC, Mac, UNIX, Open VMS 등에서 사용이 가능하며 , 그래픽 인터페이스 , 데이터와 엑세스 기능 , 지리 데이터 갱신의 확장성 제공 , On-line help 제공 , 다중의 플랫폼을 지원한다 . Arcview 는 PC 상에서 지리 정보의 디스플레이 , 검색 , 분석이 가능한 GIS tool 이며 쉽게 배울 수 있다 .GIS 와 전산모형의 결합모형의 입력자료는 유역을 격자별 , 공간자료별로 분할하여 구성되는데 , 자료의 정교함과 복잡성 등의 많은 어려움으로 인하여 실제로 사용 하는데는 한계가 따른다 . 지리정보시스템은 많은 연구자들에 의해 분포형 모형에 이용되어 왔으며 , 최근에는 광범위한 유역의 특성자료를 효율적으로 입력 , 편집 , 저장 , 갱신 , 호환 , 관리 , 도시 , 분석하기 위하여 지리정보시스템과 유출모형 등과의 결합을 시도하고 있다 .