KR100501097B1 - GIS Based Water Quality Modeling Methodology for Fresh Lake Management - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오염원 규모와 발생원단위정보를 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 발생부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 상기 산출된 발생부하량과 배출율을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 배출부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계: 상기 산출된 배출부하량과 유달율을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 유달부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 유역물수지 모형의 결과인 유출량과 상기 산출된 유달부하량을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 유입농도를 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계: 상기 유입농도를 입력정보로 하천수질 모델을 수행하여 경계농도값을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 및 상기 경계농도값을 입력정보로 호소수질 모델을 수행하는 단계를 포함하는 GIS 기반의 수질모델링방법을 제공한다.The present invention includes the steps of calculating the generation load through a predetermined calculation process using the source size and source unit information as input information and storing the corresponding result; Calculating a discharge load through a predetermined calculation process using the calculated generated load and discharge rate as input information and storing a corresponding result value: passing through a predetermined calculation process using the calculated discharge load and a delivery rate as input information Calculating the overload load and storing a corresponding result; Calculating the inflow concentration through a predetermined calculation process using the outflow amount and the calculated overload load as a result of the watershed balance model and storing the corresponding result value: Performing the stream quality model using the inflow concentration as input information Calculating a boundary concentration value and storing a corresponding result value; And it provides a GIS-based water quality modeling method comprising the step of performing an appeal water quality model using the boundary concentration value as input information.

Description

담수호 관리를 위한 지아이에스 기반의 수질모델링 방법{GIS Based Water Quality Modeling Methodology for Fresh Lake Management} GIS Based Water Quality Modeling Methodology for Fresh Lake Management

본 발명은 수질모델링방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유역내 오염부하량을 정확히 예측하여 담수호 관리에 있어 체계적이고 효율적인 관리방안을 제시할 수 있는 GIS 기반의 수질모델링방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water quality modeling method, and more particularly, to a GIS-based water quality modeling method capable of accurately predicting a pollutant load in a watershed and suggesting a systematic and efficient management method in freshwater lake management.

기존의 담수호 관리를 위한 GIS 기반의 수질모델링 방법은 국내의 경우에는 최근 들어 GIS를 이용하여 하천 및 호소 수질모델의 연계가 시도되고 있으며, 1999년 농업기반공사의 농업용수 수질정보종합관리시스템이 개발된 바 있다. 국외의 경우 최근 점 및 비점오염원 관리를 위하여 BASINS(Better Assessment Science Integrated point and Nonpoint Source) 모델이 이용되고 있다.The existing GIS-based water quality modeling method for managing freshwater lakes has recently been attempted to link river and lake water quality models using GIS in Korea.In 1999, a comprehensive agricultural water quality information management system was developed by Korea Agricultural Infrastructure Corporation. It has been. Overseas, the Better Assessment Science Integrated point and Nonpoint Source (BASINS) model has recently been used to manage point and nonpoint sources.

국내의 경우 농업기반공사의 "농업용수 수질정보종합관리시스템"은 농업용수의 효율적이고, 체계적인 수질관리를 위하여 수질조사 및 수리조사를 실시하고 GIS 소프트웨어인 ArcView를 이용하여 QUAL2E와 WASP5의 연계를 구현하였다. In Korea, the Agricultural Water Quality Information Management System of the Korea Agricultural Infrastructure Corporation conducts water quality surveys and repair surveys for efficient and systematic water quality management of agricultural waters, and implements the linkage between QUAL2E and WASP5 using ArcView, a GIS software. It was.

농업용수 수질정보종합관리시스템의 수질모델링 과정의 세부적인 특징은 오염원 데이터베이스와 단위유역별 유출량 자료를 이용하여 오염부하량을 산정하고 하천모델에 오염부하량 산정결과를 연계하였다. 최종적으로 담수호 수질예측을 위해 하천모델링 결과인 경계농도값을 호소모델 자료그룹에 연계함으로써 수질모델링 지원 기능을 제공하고 있다.The detailed features of the water quality modeling process of the Integrated Agricultural Water Quality Information Management System were based on the pollutant database and runoff data per unit basin, and the pollutant load was linked to the stream model. Finally, the water quality modeling support function is provided by linking the boundary concentration value, which is the result of river modeling, to the appeal model data group for freshwater lake water quality prediction.

BASINS 모델은 미국 환경청(EPA, Environmental Protection Agency) 에서 1999년 점오염원과 비점오염원을 수계단위로 통합관리하기 위하여 GIS 소프트웨어인 AreView와 수질모델을 결합하여 개발하였다. 이 프로그램은 하천수질은 QUAL2E와 TOXIROUTE 모형에 의해서 평가하고, 유역으로부터의 비점오염원에 의한 하천이나 호소의 수질은 NPSM(Non Point Source Model) 모형을 이용하여 평가하고 있다. 기존 개발기술에 대한 내용은 표 1과 같다.The BASINS model was developed by the Environmental Protection Agency (EPA) in 1999 by combining AreView, a GIS software, and a water quality model for integrated management of point sources and nonpoint sources. This program evaluates the quality of river water using QUAL2E and TOXIROUTE models, and the quality of rivers and lakes from non-point sources from watersheds using the Non Point Source Model (NPSM) model. Table 1 shows the existing developed technologies.

<표 > 기존 개발기술 분석<Table> Analysis of Existing Development Technology

개발기술내용    Development technology 농업용수 수질정보종합관리시스템Agricultural Water Quality Information Management System BASINSBASINS 제작사producer 농업기반공사Agricultural Infrastructure Corporation 미국 환경청(EPA)US Environmental Protection Agency 장점Advantages 오염부하량 산정 및 조회 기능.하천 및 호소수질예측 모델링 지원.수질개선 대안수립을 위한 의사결정지원 기능.Pollution load estimation and inquiry function.Supports river and lake water quality prediction modeling. Decision support function for alternative water quality improvement. 점 및 비점오염원의 수계단위 통합관리 기능.수질예측을 위한 점 및 비점오염 모델링 제공.Integrated water management system for point and nonpoint sources. Point and nonpoint pollution modeling for water quality prediction. 단점Disadvantages 국내 유역 환경에 적합한 모델 적용 필요.DOS 기반의 모델링 환경으로 사용자 편리성 미고려.DDE 통신으로 시스템의 안전성 미흡.Applicable model suitable for watershed environment in Korea. User convenience is not considered due to DOS-based modeling environment. System safety is insufficient due to DDE communication. 국내 유역에 적용하기 다소 어려움.비전문가의 모델링 구현의 어려움.호소수질 예측을 위한 추가 설계 요구.DDE 통신으로 시스템의 안전성 미흡.Rather difficult to apply to domestic watersheds.Difficulty in implementing modeling by non-professionals.Require additional design to predict appeal water quality.Insufficient system safety with DDE communication.

한편, 상기 농업용수 수질정보종합관리시스템의 경우 사용자 편리성이 고려되지 않아 운용하기 어렵고 시스템의 안전성이 떨어져 유역내 오염부하량을 정확하게 예측하는 것이 곤란하고, 또한 응용프로그램 개발 지원에 있어서도 어려움이 있다. BASINS 모델의 경우 미국의 전 지역을 대상으로 개발되어 수질관련 자료의 분석과 유역의 수질예측에 사용되고 있으나 대유역에 적합하도록 설계되었으며, 호소수질예측을 위한 모델링 지원체계가 구성되어있지 않음으로써 호소수질예측을 위한 별도의 모듈 설계가 요구되어진다. 이러한 이유로 국내 유역환경에 적용시 정확한 수질을 예측하여 유역과 호소 모델링의 분리로 인한 추가적인 설계가 요구됨으로써 체계적인 담수호 수질관리에는 다소 어려움이 있다.On the other hand, the agricultural water quality information management system is difficult to operate because the user convenience is not considered, the safety of the system is difficult to accurately predict the pollutant load in the watershed, and there is also a difficulty in supporting application program development. The BASINS model is developed for all regions of the United States and is used for analysis of water quality data and water quality prediction of watersheds, but it is designed to be suitable for large watersheds, and there is no modeling support system for lake water quality prediction. A separate module design for prediction is required. For this reason, it is difficult to systematically manage freshwater lake water quality because additional design is required due to separation of watershed and appeal modeling by predicting accurate water quality when applied to domestic watershed environment.

본 발명은 상기 종래 기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 원단위를 이용한 오염 발생 및 배출부하량을 산정함으로써 유역내 오염부하량을 정확히 예측하여 담수호 관리에 있어 체계적이고 효율적인 관리방안을 제시할 수 있는 GIS 기반의 수질모델링방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, its purpose is to accurately predict the pollution load in the watershed by calculating the pollution generation and discharge load using the raw unit to propose a systematic and efficient management method in freshwater lake management To provide a GIS-based water quality modeling method.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

오염원 규모와 발생원단위정보를 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 발생부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 상기 산출된 발생부하량과 배출율을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 배출부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계: 상기 산출된 배출부하량과 유달율을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 유달부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 유역물수지 모형의 결과인 유출량과 상기 산출된 유달부하량을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 유입농도를 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계: 상기 유입농도를 입력정보로 하천수질 모델을 수행하여 경계농도값을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 및 상기 경계농도값을 입력정보로 호소수질 모델을 수행하는 단계를 포함하는 GIS 기반의 수질모델링방법을 제공한다.Calculating the generation load through a predetermined calculation process using the source size and source unit information as input information and storing the resultant value; Calculating a discharge load through a predetermined calculation process using the calculated generated load and discharge rate as input information and storing a corresponding result value: passing through a predetermined calculation process using the calculated discharge load and a delivery rate as input information Calculating the overload load and storing a corresponding result; Calculating the inflow concentration through a predetermined calculation process using the outflow amount and the calculated overload load as a result of the watershed balance model and storing the corresponding result value: Performing the stream quality model using the inflow concentration as input information Calculating a boundary concentration value and storing a corresponding result value; And it provides a GIS-based water quality modeling method comprising the step of performing an appeal water quality model using the boundary concentration value as input information.

또한, 본 발명은 상기 GIS 기반의 수질모델링방법을 구성하는 하천수지 모델의 수행에 있어 QUALKO 모델이 이용됨을 특징으로 하는 수질모델링방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a water quality modeling method, characterized in that the QUALKO model is used in performing the stream balance model constituting the GIS-based water quality modeling method.

또한, 본 발명은 상기 GIS 기반의 수질모델링방법을 구성하는 호소수지 모델의 수행에 있어 WASP5 모델이 이용됨을 특징으로 하는 수질모델링방법을 제공함에 있다.In addition, the present invention provides a water quality modeling method characterized in that the WASP5 model is used in the performance of the appeal resin model constituting the GIS-based water quality modeling method.

또한, 본 발명은 상기 QUALKO 모델의 수행단계가 GIS 자료 형태로 저장된 유입농도값을 QUALKO 모델에 적합한 입력파일 형태로 변환하는 단계; QUALKO 모델을 수행하여 출력파일을 생성하는 단계; 및 상기 출력파일을 GIS 자료 형태로 변환하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 GIS 기반의 수질모델링방법을 제공한다.In addition, the present invention is the step of performing the QUALKO model converting the inlet concentration value stored in the form of GIS data into an input file format suitable for the QUALKO model; Generating an output file by performing a QUALKO model; And it provides a GIS-based water quality modeling method comprising the step of converting the output file in the form of GIS data.

또한, 본 발명은 상기 WASP5 모델의 수행단계가 모델수행에 요구되는 조건들과 인자들을 입력하는 단계, 및 모델을 수행한 후 사용자의 요구에 따라 요구된 정보만을 선택하여 출력시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 GIS 기반의 수질모델링방법을 제공함에 있다.In addition, the present invention includes the step of inputting the conditions and factors required for the model execution, and the step of performing the model, and selecting and outputting only the required information according to the user's request after performing the model. It is to provide a water quality modeling method based on GIS.

이하 본 발명의 내용을 해당 도면을 참조하여 수질모델링시스템의 구조설계, 오염부하 산정시스템, GIS 기반의 수질모델링 지원시스템 및 오염부하 및 수질모델의 연계시스템의 측면에서 세분화하여 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the corresponding drawings in terms of the structural design of the water quality modeling system, the pollution load estimation system, the GIS-based water quality modeling support system, and the linkage system of the pollution load and the water quality model.

수질모델링시스템 구조 설계Structural Design of Water Quality Modeling System

오염원자료와 오염부하산정시스템의 연계, 오염부하산정시스템과 하천모델 연계를 위한 연결 정보, 담수호 수질예측을 위한 하천모델과 호소모델의 자료그룹별 연결 정보 등을 정의하여 효율성 높은 수질모델링시스템의 개발이 이루어 질 수 있도록 한다.Development of efficient water quality modeling system by defining linkage between pollutant source data and pollutant load estimation system, linkage information for pollutant load estimation system and river model, stream information for freshwater lake water quality prediction, and linkage information by data group of appeal model. This should be done.

1. 자료 흐름도1. Data Flowchart

(1) 주요 자료 흐름도(1) main data flow chart

GIS 데이터베이스를 이용하여 오염부하산정, 하천 및 호소 수질모델링에 이르는 전 과정에 대한 자료의 흐름을 중심으로 시스템을 설계한다. 도 1은 수질모델링시스템의 주요 자료 흐름도를 나타내고 있다. Using the GIS database, the system is designed around the flow of data on the entire process from pollutant load calculation, river and lake water quality modeling. Figure 1 shows the main data flow diagram of the water quality modeling system.

도 1을 참조하면, 도형 데이터베이스와 속성데이터베이스가 GIS 구축을 위해 공간적으로 연결되어 있다. 먼저, 오염부하를 산정하고, 유출량 및 경계농도의 산정을 요구하면, 수문모델과 하천수지모델(바람직하게는, QUALKO 모델)을 수행하여 결과값을 호소수질모델(바람직하게는 WASP5모델)에 입력한다. 상기 호소수질은 수질예측의 요구에 대해 모델을 실행하여 사용자가 원하는 수질예측의 결과값을 GIS 자료형태로서 출력한다. Referring to FIG. 1, a figure database and an attribute database are spatially connected to build a GIS. First, when the pollutant load is calculated and the flow rate and boundary concentration are calculated, the hydrological model and the river balance model (preferably, the QUALKO model) are performed, and the result values are input to the appeal water quality model (preferably the WASP5 model). do. The appeal water quality executes a model for the demand of the water quality prediction, and outputs the result value of the water quality prediction desired by the user as a GIS data type.

(2) 세부 자료 흐름도(2) detailed flow chart

GIS 기반의 오염부하산정, 하천 및 호소 수질모델링에 이르는 전 과정에 대한 세부 자료의 흐름을 정의한다. 배출부하량 및 유달부하량 산정은 도 2에 도시된 바와 같으며, 하천 및 호소 수질 모델링은 도 3에 도시된 바와 같다.Define the flow of detailed data on the entire process, from GIS-based pollution load estimation to river and lake water quality modeling. Estimation of the discharge load and the dead load is as shown in FIG. 2, and the river and lake water quality modeling is shown in FIG. 3.

도 2를 참조하면, 배출부하원단위와 변경된 오염원 정보를 바탕으로 세부소유역별 배출부하량을 산정하고, 이로부터 유역 배출부하량의 변경내역을 저장한다. 또한, 사용자는 특정 유역을 선택하여 상기 저장된 유역배출부하량을 조회할 수 있고, 이는 도식화되어 출력된다. 상기 변경된 세부소유역의 배출부하량으로부터 소정의 유달부하량 계산공식을 통해 세부소유역별 유달부하량을 산정할 수 있으며, 유역별 유달변화량 변경 내역을 저장한다. 사용자는 특정 유역에 대하여 유달부하량을 조회하는 경우 시스템은 해당 자료를 도식화하여 출력한다.Referring to FIG. 2, the discharge load for each subwatershed is calculated based on the discharge load source unit and the changed pollutant source information, and the change history of the basin discharge load is stored therefrom. In addition, the user can select a specific watershed to query the stored watershed discharge load, which is plotted and output. From the discharge load of the detailed sub-basin can be calculated through the predetermined formula for the amount of delivery load, it is possible to calculate the delivery load for each sub-basin, and stores the changes in the flow rate changes by basin. When a user queries the delivered load for a specific watershed, the system plots and prints the data.

도 3을 참조하면, 하천수질 모델링의 예시로서 QUALKO가, 호소수질 모델링의 예시로서 WASP5가 적용된 예가 도시되어 있다. 매개변수 및 경계농도의 변경을 요구하는 경우 입력파일을 수정하여 모델입력 자료의 변경내역을 입력하고, 특정유역을 선택하여 모델의 실행을 요구하는 경우 수질모델을 실행한 결과는 GIS로 전해진다. 특정 플로 및 세그먼트를 선택하는 경우 각 세그먼트별 농도를 도시하고, 출력요구시 이를 도면 및 화면의 형태로 출력시킨다. 이에 관한 보다 상세한 설명은 후술한다.Referring to FIG. 3, QUALKO is shown as an example of river water quality modeling, and WASP5 is shown as an example of lake water quality modeling. When changing parameters and boundary concentration is required, the input file is modified to input the change history of model input data, and when a specific watershed is selected to execute the model, the result of executing the water quality model is transmitted to the GIS. In the case of selecting a specific flow and segment, the density for each segment is shown, and when output is requested, it is output in the form of a drawing and a screen. A more detailed description thereof will be provided later.

2. 용어정의 2. Definition of terms

(1) 오염부하량 및 유달부하량(1) Pollution load and delivered load

오염부하량 및 유달부하량에 사용되는 각각의 용어의 정의는 하기에 예시되어 있다.The definitions of each term used for the pollutant load and the runoff load are illustrated below.

1) 오염부하량 = 발생부하량 + 배출부하량, 상기에서, 발생부하량 = 오염원규모 ×발생원단위, 배출부하량 = 오염발생부하량 ×배출율 = BOD 배출부하 + TN 배출부하 + TP 배출부하, 상기에서, BOD배출부하 = 인구 + 가축 + 폐수배출업소 + 토지이용 + 온천 + 양식장 + 환경기초시설1) Pollution Load = Generation Load + Discharge Load, where, Load Generation = Pollution Source × Source Unit, Discharge Load = Pollution Load × Discharge Rate = BOD Discharge Load + TN Discharge Load + TP Discharge Load, BOD Discharge Load = Population + Livestock + Wastewater Discharge Plant + Land Use + Hot Spring + Aquaculture Plant + Environmental Foundation

2) 유달부하량 = 배출부하량 ×유달율 = 월별 BOD 유달부하량 + 월별 TN 유달부하량 + 월별 TP 유달부하량, 상기에서, 유달율 = EXP(-kℓ), 단 k는 자정계수이며, ℓ은 유달거리를 나타낸다.2) Delivery load = discharge load × delivery rate = monthly BOD delivery load + monthly TN delivery load + monthly TP delivery load, where delivery rate = EXP (-kℓ), where k is the midnight coefficient and ℓ is the delivery distance Indicates.

(2) 하천 및 호소 수질모델링(2) Modeling river and lake water quality

1) 유입농도 = 소유역별 유달부하량 ÷유출량 = BOD + TN + TP + 수온 + DO + Org-N + NH4-N + NO3-N + Org-P + PO4-P1) Inflow Concentration = Aqueous Load by Subwatershed ÷ Outflow = BOD + TN + TP + Water Temperature + DO + Org-N + NH 4 -N + NO 3 -N + Org-P + PO 4 -P

2) 수질 모델링 = QUALKO 수질모델링 +WASP5 수질모델링, 2) water quality modeling = QUALKO water quality modeling + WASP5 water quality modeling,

상기 QUALKO 수질 모델링 = A강 모델링 + B강 모델링 + C천 모델링, QUALKO water quality modeling = A river modeling + B river modeling + C cloth modeling,

상기 A강 모델링 = A강 입력파일 + A강 출력파일 + A강 그래프파일, The steel A modeling = steel A input file + steel A output file + steel A graph file,

상기 A강 입력파일 = A강 reach + A강 element + 모델수행을 위한 기본자료 + 경계조건 및 오염부하량 자료 + 환경매개변수 + 초기조건, The steel A input file = steel A reach + steel A element + basic data for model performance + boundary condition and pollutant load data + environmental parameters + initial condition,

상기 A강 출력파일 = 수질항목들, The river A output file = water quality items,

상기 WASP5 수질 모델링 = DYNHYD5 입력파일 + DYNHYD5 출력파일 + EUTRO5 입력파일 + EUTRO5 출력파일 + EUTRO5 그래프 및 도표, WASP5 water quality modeling = DYNHYD5 input file + DYNHYD5 output file + EUTRO5 input file + EUTRO5 output file + EUTRO5 graphs and tables,

상기 DYNHYD5 입력파일 = 모의 및 출력통제 + 강의 합류점 및 수로 데이터 + 기상 데이터 + 해협 경계데이터 + 강우 및 증발산 데이터 + 정류 및 부정류 데이터.The DYNHYD5 input file = simulation and output control + confluence and channel data of the river + weather data + strait boundary data + rainfall and evapotranspiration data + rectification and inflow data.

오염부하산정시스템Pollution Load Estimation System

GIS를 이용한 오염부하산정시스템은 오염발생원 규모 파악을 통한 원단위를 이용한 발생 및 배출부하량을 산정하고, 유달율 및 유출량을 이용한 유달부하량을 산정하여 유역으로부터 부하되는 오염량을 예측할 수 있도록 한다. 도 4는 오염부하량 선정의 전체적인 흐름을 나타내고 있다.Pollution Load Estimation System using GIS estimates the generation and discharge load using the unit by grasping the source of pollution and estimates the delivery load using the delivery rate and the flow rate to predict the pollution load from the watershed. 4 shows the overall flow of pollutant load selection.

1. 배출부하량 산정모듈1. Emission load calculation module

기조사된 대상하천 오염원과 원단위를 이용한 배출부하량 산정모듈을 통해, 계산된 부하량을 GIS 자료형태로 저장하여 유역의 공간정보와 연계하여 볼 수 있도록 한다. 수질오염원에 대한 정보가 특정 수계에 영향을 줄 수 있는 유역단위로 이루어져야 함에도 불구하고, 인구분포 등과 같은 점오염원 자료나 토지이용현황과 같은 비점오염원 자료는 행정구역의 최소단위인 리ㆍ동 단위로 수집 및 관리되어지기 때문에 본 발명에서는 이들 정보를 유역별 정보로 전환하는 과정을 포함한다. 배출부하량 산정모듈은 도 5와 같은 절차를 거쳐 진행될 수 있다.The discharge load estimation module using the surveyed source pollutant source and raw unit stores the calculated load in the form of GIS data so that it can be linked with the spatial information of the watershed. Although information on water pollution sources should be made up of watershed units that can affect a particular water system, point source data such as population distribution or nonpoint source data such as land use status should be in the unit of administrative districts. As it is collected and managed, the present invention includes a process of converting such information into watershed information. The discharge load calculation module may be performed through the procedure as shown in FIG. 5.

점오염원으로부터 배출되는 오염부하량 중 축산계부하량 산정은 기타의 산정방식과는 조금 다르게 배출원단위를 사용하여 계산된다. 축산계의 오염배출은 점오염배출과 비점오염배출의 형태를 띄며, 축산폐수처리장이 설치되어 있는 지역을 고려하여 축산처리장 방류부하량을 고려하여 계산한다. 도 6은 축산계 오염부하량 산정모듈의 흐름을 보여주고 있다. 계산된 축산계 배출부하량은 총 배출부하량 산정모듈 내에 포함되어 유역내 전체 배출부하량이 산정되도록 한다.Estimation of livestock farm load among the pollutant loads discharged from point sources is calculated using the source unit slightly differently from other estimation methods. Pollution discharges in livestock systems take the form of point pollution discharges and non-point pollution discharges, and are calculated by considering the discharge load of livestock treatment plant considering the area where the livestock wastewater treatment plant is installed. Figure 6 shows the flow of the livestock pollutant load calculation module. The calculated livestock discharge load is included in the total discharge load estimation module to allow the total discharge load in the watershed to be estimated.

법정 리 및 동 단위를 기준으로 계산된 오염부하량으로부터 소유역별 배출부하와 세부소유역별 배출부하를 구하기 위해서는 도 7과 같은 절차를 거쳐야 한다. 세부소유역 경계와 행정경계는 정확하게 일치하지 않으므로, 각 세부소유역에 포함된 행정구역의 비율을 파악하여 세부소유역별 오염부하를 계산한다.In order to obtain the discharge load by subwatershed and the discharge load by subwatershed from the pollutant load calculated on the basis of statutory clearance and the same unit, the procedure as shown in FIG. Since the subwatershed boundaries and administrative boundaries do not coincide exactly, the pollutant load for each subwatershed is calculated by grasping the proportion of administrative areas included in each subwatershed.

이와 같이 설계된 모듈을 지원하기 위한 배출부하산정 인터페이스를 개발하여 사용자에게 손쉬운 배출부하의 산정 및 갱신을 위한 환경을 제공하는 것이 좋다. 배출부하산정 인터페이스는 바람직하게는 MapObject와 Visual Basic을 기반으로 개발한다. 유역오염원현황의 변화 및 원단위의 갱신이 이루어질 경우, 배출부하량의 재계산이 이루어지도록 한다. 배출부하량 산정방식은 바람직하게는 기존의 환경부 방식을 사용하며, 원단위나 오염원데이터의 값이 변경된 항목에 대해서 개별적으로 선택하여 계산할 수 있어 빠른 갱신이 가능하도록 설계한다. 도 8은 오염부하계산 초기화면으로 재계산하고자 하는 오염원 항목을 선택할 수 있도록 한 예를 도시하고 있다.It is advisable to develop an emission load estimation interface to support the modules designed in this way to provide the user with an environment for easy estimation and update of the discharge load. The emission load estimation interface is preferably developed based on MapObject and Visual Basic. In the event of changes in watershed source status and renewal at the unit level, emissions calculations should be recalculated. The discharge load calculation method preferably uses the existing environmental load method, and can be selected and calculated individually for items whose raw unit or pollutant data values have been changed so that they can be updated quickly. 8 illustrates an example of selecting a pollutant source item to be recalculated to the pollution load calculation initial screen.

2. 배출오염부하량 산정공식2. Equation formula for emission pollution load

(1) 점오염부하량(1) Point pollution load

가. 생활계end. Life

① 발생부하량 산정공식① Calculation formula for generating load

생활계의 발생부하량은 오염원 규모와 발생원 단위에 의하여 산정된다. The generation load of the living system is estimated by the source size and the source unit.

생활계 발생부하량 = Σ(인구수×발생원단위)Life load generated = Σ (population × source unit)

② 배출부하량 산정공식② Calculation formula of discharge load

생활계 배출부하량은 하수처리지역내 인구의 배출부하량, 하수미처리지역의 수세식 인구중 정화시설을 거쳐 직접 방류되는 경우의 배출부하량, 하수미처리지역의 수거식 인구 중 오수의 배출부하량, 무처리 인구에 의한 배출부하량, 분뇨처리시설 부족에 의한 배출부하량과 분뇨처리시설의 배출부하량의 총합에 의해 산정된다.Life discharge loads are based on the discharge load of the population in the sewage treatment area, the discharge load when directly discharged from the flushed population in the sewage treatment area, the discharge load of sewage among the collected food in the sewage treatment area, and the untreated population. It is estimated by the sum of the discharge load, the discharge load due to the lack of manure treatment facilities, and the discharge load of the manure treatment facility.

가) 하수처리지역내 인구의 배출부하량 = [(분류식하수도 인구×발생원단위)+{합류식하수도 인구×발생원단위×(1-분뇨부하비)}+{합류식하수도 인구×발생원단위×분뇨부하비×(1-정화시설처리율/100)}-하수종말처리장 유입하수부하량]+하수종말처리장 방류량×방류농도A) Emission load of the population in the sewage treatment area = [(Sorted sewage population × unit of origin) + {combined sewage population × source of origin × (1-septic load ratio)} + {combined sewage population × source unit × manure load ratio × (1-Cleaning Plant Treatment Rate / 100)}-Sewage Terminal Treatment Plant Inflow Sewage Load] + Sewage Treatment Plant Discharge Rate × Discharge Concentration

여기서, 정화시설은 오수처리시설 및 단독정화조를 포함하며 합류식 처리구역내 정화시설 처리율은 바람직하게는 BOD 50%, TN 15%, TP 15%를 적용한다. 분뇨부하비는 인구 발생원단위에서 분뇨가 차지하는 비율로 바람직하게는 BOD, TN, TP 각각 0.35, 0.82, 0.60으로 한다.Here, the purification facility includes a sewage treatment facility and a single purification tank, and the treatment rate of the purification facility in the combined treatment zone preferably applies 50% BOD, 15% TN, and 15% TP. The manure load ratio is the ratio of manure in the population generation unit, preferably 0.35, 0.82, 0.60 for BOD, TN and TP, respectively.

나) 하수미처리지역의 수세식인구중 정화시설을 거쳐 직접 방류되는 경우의 배출부하량 - 정화시설 실측치가 있는 경우 = 정화시설 방류량×방류농도- 정화시설 실측치가 없는 경우B) the discharge load when discharged directly from the flushing population in the sewage treatment area through the purification facility-if there is a measurement of the purification facility = the discharge amount of the purification facility x the concentration of discharge-

◎ 단독정화조의 경우 = {단독정화조인구×발생원단위×분뇨부하비×(1-기준처리율/100)} + {단독정화조인구×발생원단위×(1-분뇨부하비)}◎ In case of single septic tank = {single septic tank population × source unit × manure load ratio × (1-standard treatment rate / 100)} + {single septic tank population × source unit × (1-manure load ratio)}

◎ 오수처리시설의 경우 = 오수처리시설인구 ×발생원단위 ×(1-기준처리율/100)◎ In case of sewage treatment facility = Sewage treatment facility population × source unit × (1-standard treatment rate / 100)

다) 하수미처리지역의 수거식 인구 중 오수의 배출부하량 = 수거식인구 ×인구 발생원단위 ×(1-분뇨부하비)C) The discharge load of sewage among the collected food in the sewage treatment area = the collected food population × the unit of population generation × (1-manure load ratio)

라) 무처리 인구에 의한 배출부하량 = 무처리인구 ×발생원단위D) discharge load by untreated population = untreated population × source unit

마) 분뇨처리시설 부족에 의한 배출부하량 = {(수거식 인구×발생원단위×분뇨부하비)+{하수처리지역 합류식인구×발생원단위×분뇨부하비×(1-하수처리지역 정화시설처리율/100)}+{하수미처리지역정화시설인구×발생원단위×분뇨부하비×(1-미처리구역 정화시설 처리율/100)} - 분뇨처리시설 투입량E) Discharge load due to lack of manure treatment facility = {(Population type × source unit × manure load ratio) + {Sewage treatment area confluence population × source unit × manure load ratio × (1- sewage treatment area purification facility treatment rate / 100 )} + {Sewage treatment area purification facility population × source unit × manure load ratio × (1-treatment rate of untreated area purification plant / 100)}-Input amount of treatment facility

바) 분뇨처리시설의 배출부하량 = 분뇨처리시설 방류량 ×방류농도F) discharge load of manure treatment facility = discharge amount of manure treatment facility × discharge concentration

단, 하수종말처리장으로 연계처리되는 경우 연계처리량은 배출부하량에서 제외한다.However, in case of linkage treatment to sewage terminal treatment plant, linkage throughput is excluded from discharge load.

③ 배출부하량 산정 모듈③ Discharge load calculation module

배출부하량산정 모듈은 사용자에게 손쉬운 오염부하의 산정 및 갱신을 위한 환경을 제공하기 위하여 Visual Basic 기반으로 개발하는 것이 좋다. 유역오염원 현황의 변화 및 원단위의 갱신이 이루어질 경우, 배출부하량의 재계산이 이루어지도록 한다. 오염부하량 산정방식은 바람직하게는 기존의 환경부 방식을 사용한다.The emission load estimation module should be developed based on Visual Basic to provide users with an environment for easy estimation and update of pollutant loads. In the event of changes in watershed source status and renewal at the unit level, the discharge load should be recalculated. The pollutant load calculation method preferably uses the existing environmental load method.

다음은 생활계 오염부하량 산정화면으로 계산된 배출부하량은 자동적으로 세부소유역 및 소유역단위로 갱신되도록 한다. 사용자의 배출부하량 산정의 이해를 돕기위해 공식을 화면에 제공한 예를 도 9에서 보여주고 있다.Next, the emission loads calculated on the screen for calculating the daily pollution loads are automatically updated to subwatershed and subwatershed units. An example of providing a formula on the screen to help the user understand the discharge load calculation is shown in FIG. 9.

나. 산업계I. Industry

① 발생부하량 산정공식① Calculation formula for generating load

산업계의 발생부하량은 오염원 규모와 발생원 단위에 의해 산정 된다. Generation loads in the industry are estimated by source size and source unit.

◎ 산업계 발생부하량 = Σ(폐수발생량×발생원단위)◎ Industry Generated Load = Σ (Wastewater Generation × Unit of Generation)

② 배출부하량 산정공식② Calculation formula of discharge load

산업계 배출부하량은 폐수배출시설에서 직접 방류하는 경우, 폐수종말처리시설을 거친 방류의 경우, 매립시설 침출수 처리시설에 의한 경우의 배출부하량의 총합에 의해 산정된다.The industrial discharge load is estimated by the sum of the discharge loads from the direct discharge from the wastewater discharge facility, from the discharge through the wastewater treatment plant, and from the landfill leachate treatment facility.

가) 폐수배출시설에서 직접 방류하는 경우A) direct discharge from a wastewater discharge facility;

◎ 처리시설 실측치가 있는 경우 = 폐수배출시설 방류량 ×방류농도◎ If there is actual value of treatment facility = discharge amount of wastewater discharge facility × discharge concentration

◎ 처리시설 실측치가 없는 경우 = 폐수배출시설 방류량 ×폐수배출시설 배출허용기준◎ When there is no actual value of treatment facility = discharge amount of wastewater discharge facility × wastewater discharge facility discharge limit

나) 폐수종말처리시설을 거친 방류의 경우 = 폐수종말처리시설 방류량 ×방류농도B) In case of discharge through wastewater treatment facility = discharge amount of wastewater treatment facility × discharge concentration

다) 매립시설 침출수 처리시설에 의한 경우 = 침출수 처리시설 방류량 ×방류농도C) In case of landfill leachate treatment facility = leachate treatment plant discharge × discharge concentration

③ 배출부하량 산정모듈③ Discharge load calculation module

다음은 산업계 오염부하량 산정화면으로 계산된 배출부하량은 자동적으로 세부소유역 및 소유역단위로 갱신되도록 하였다(도 10참조). Next, the discharge load calculated by the industrial pollution load calculation screen was automatically updated in sub-basin and subwatershed units (see FIG. 10).

다. 축산계 배출부하량All. Livestock discharge load

가축사육에 의한 발생부하량은 가축 종류별로 사육두수와 축종별 발생원단위를 곱하여 계산하도록 한다. 또한 배출부하량은 점원 및 비점원으로 구분하며 비점원 배출부하량은 월별로 배분하여 산정한다. 월별 유출율은 토지이용계의 논의 유출율을 적용하였고, 시군별 유효강우량(10mm/day 이상)의 월별 비율 및 시비기(5월∼8월)의 부하비를 이용하여 산정하도록 한다.The load generated by livestock raising should be calculated by multiplying the number of heads raised by livestock and the source unit by livestock type. In addition, the discharge load is divided into sales staff and non-storage sources, and the non-storage discharge load is calculated by monthly allocation. The monthly runoff rate was applied to the land use system's discussed runoff rate, and it was calculated using the monthly rate of effective rainfall (more than 10mm / day) by city and load ratio of fertilizer (May ~ August).

① 발생부하량 산정공식① Calculation formula for generating load

◎ 축산분뇨 발생량 = 축종별 사육두수 ×축종별 발생원단위◎ Livestock manure incidence = Breeding head number by breeding type ×

◎ 축산폐수 발생량 = 축종별 사육두수 ×축산폐수 발생원단위◎ Livestock wastewater generation amount = breeding head number by livestock type × livestock wastewater generation unit

◎ 축산분뇨 발생부하량 = 축종별 사육두수 ×축산분뇨 발생부하원단위◎ Livestock manure generation load = number of breeding heads by livestock type × livestock manure generation load unit

② 배출부하량 산정공식② Calculation formula of discharge load

가) 점원 및 비점원 배출부하량A) Sales staff and non-storage discharge loads

◎ 점원 배출부하량 = 축종별, 분뇨처리형태별 사육두수 ×점원 배출원단위◎ Clerk discharge load = Breeding head number by livestock type and manure treatment type ×

◎ 비점원 배출부하량 = 축종별, 분뇨처리형태별 사육두수 ×비점원배출원단위◎ Non-point source discharge load = Breeding head by type of livestock and manure treatment × Non-point source discharge unit

나) 월별 배출부하량B) Monthly discharge load

월별 배출부하량은 처리 및 미처리구역으로 분류하여 산정하였다.Monthly discharge loads were calculated by classifying the treated and untreated areas.

◎ 처리구역내 월별 배출부하량 = 월별 비점원배출량 + 점원배출량 - 축산폐수처리장 유입부하량◎ Monthly discharge load in treatment zone = monthly non-point source discharge + store source discharge-livestock wastewater treatment plant inflow load

◎ 미처리구역내 월별 배출부하량 = 월별 비점원 배출량 + 점원 배출량◎ Monthly discharge load in untreated zone = Monthly non-sales staff emissions + Sales staff emissions

다). 월별 총 배출부하량All). Monthly total discharge load

◎ 월별 총 배출부하량 = 처리구역내 배출부하량 + 미처리구역내 배출부하량 + 축산폐수처리장 방류부하량◎ Monthly total discharge load = discharge load in treatment zone + discharge load in untreated zone + discharge load in livestock wastewater treatment plant

라. 양식장 배출부하량la. Farm discharge load

양식장 오염부하량은 양식형태에 따라 가두리, 유수식, 도전양식 등 세가지 형태로 구분하여 산정하며, 오염 발생지와 배출지가 동일하므로 발생 부하량 전량이 배출되는 것으로 가정하도록 한다.The pollutant loads of farms are calculated and classified into three types according to the form, such as cages, run-off meals, and challenge farms.

◎ 발생부하량(월별) = 양식장 면적 ×양식형태별 발생원단위◎ Generation load (monthly) = farm area × source unit by farm type

◎ 배출부하량 = 발생부하량◎ discharge load = generated load

(2) 비점오염부하량(2) Nonpoint Pollution Load

가. 토지이용 배출부하량end. Land use discharge load

토지이용의 배출부하량은 토지의 이용형태에 따라 전, 답, 임야, 대지, 기타와 같이 다섯가지의 지목으로 분류하여 각 지목별 면적과 유출율을 곱하여 배출부하량을 계산한다.Emission load of land use is classified into five categories such as full, answer, forest, land, and others according to the land use type, and the emission load is calculated by multiplying the area and runoff rate for each category.

◎ 발생부하량 = 발생원단위 ×지목별 면적◎ Generated load = area of origin × area by category

◎ 배출부하량(월별) = 발생부하량 ×월별, 지목별 유출율◎ Discharge Load (Monthly) = Discharge Load × Monthly, Land Runoff Rate

나. 월별 유출율 산정I. Calculate Monthly Runoff Rate

◎ 논의 월별 유출율◎ Monthly monthly outflow rate

논의 유출율은 비료의 사용 유무에 따라 그 값이 다르다. 이를 고려하여 비료의 사용이 많은 시비기와 비료의 사용이 적은 비시비기로 구분하여 계산한다.Discussion The outflow rate depends on the use of fertilizer. In consideration of this, the calculation is divided into fertilizers with high fertilizer use and fertilizers with low fertilizer use.

(식 1) (Equation 1)

(식 2) (Equation 2)

여기서, A i B i 는 시비기 및 비시비기의 i월에 대한 토지부하유출율, P ai P bi 는 시비기 및 비시비기의 i월에 대한 유효강우량, P a P b 는 시비기(5∼8월) 및 비시비기(9∼4월)에 대한 총유효강우량이며, α는 시비기의 부하가중치로 그 값은 0.8로 한다.Here, A i and B i is the effective rain for i month of land load outflow facility, P ai and P bi is fertilizing group and a bicyclic non for i month of fertilization group and a bicyclic non, P a and P b are fertilizing group ( May-August) and non-fertilizer (September-April) are the total effective rainfall, with α being the load weight of the fertilizer, the value being 0.8.

◎ 전, 임야, 대지, 기타의 월별 유출율 ◎ Monthly outflow rate of before, forest, land and other

(식 3) (Equation 3)

여기서, R i i월의 토지부하유출율이며, P i i월의 월강우량, P는 년간 총강우량을 의미한다.Here, R i is a land load outflow facility of i January, P i is the month of rainfall in May i, P refers to the year the total rainfall.

(3) 유달부하량 및 유입농도 산정 모듈(3) Estimation of delivered load and inflow concentration module

유달부하량은 오염배출부하량에 자정계수와 유달거리를 이용하여 소유역 및 리 및 동 단위로 산정되며, 유입농도는 유달부하량을 유출량으로 나누어 산정한다 (도 11).The delivery load is calculated by subwatershed, li and copper units using the midnight coefficient and the delivery distance to the pollutant discharge load, and the inflow concentration is calculated by dividing the delivery load by the flow rate (Fig. 11).

세부소유역별 오염부하가 자동 계산되면 유출율을 이용하여 월별 유달부하량을 산정할 수 있다. 도 12는 세부소유역별 월별 유달부하량의 계산을 위한 인터페이스를 보여주고 있다.If the pollutant load for each subwatershed is automatically calculated, the monthly delivery load can be estimated using the runoff rate. Figure 12 shows the interface for the calculation of the monthly delivery load for each subwatershed.

1) 유달부하량 산정1) Estimation of delivered load

가. 유달율 산정end. Calculation of the rate of delivery

유달율에 대한 정의는 오염부하량의 개념부분에서 이미 설명하였으므로 여기서는 생략하기로 한다. 유달율은 유역의 규모, 하상의 상황, 유달시간, 유량 등의 함수이며, 이 중 유역규모의 영향에 대해서는, 유달율을 거리의 지수함수로 나타내어 비교적 쉬운 평가가 가능하다. 유달율 산정방법은 다음 식 4와 같다. The definition of delivery rate has already been described in the concept of pollution loads, and will be omitted here. The rate of delivery is a function of watershed size, bed situation, delivery time, and flow rate. Among the effects of watershed scale, the rate of delivery is represented by the exponential function of distance, which makes it relatively easy to evaluate. The method of calculating the delivery rate is shown in Equation 4 below.

(식 4) (Equation 4)

여기서, f는 유달율, k는 자정계수를 나타내며, x는 유달거리이다. 유달거리는 소유역내 각 리동의 중심부에서 출구까지의 거리를 의미한다.Where f is the delivery rate, k is the midnight coefficient, and x is the delivery distance. Judging distance means the distance from the center of each Redong to the exit.

나. 자정계수 산정I. Calculating Midnight Coefficient

① 자정계수의 정의① Definition of the midnight coefficient

하천에 유입된 오염원은 자정작용을 거쳐 오염량이 감소되어진다. 자정작용이란 하천수중에 포함된 오염물질의 유하 과정에서 그 양이 감소되는 현상을 의미한다. 하천ㆍ호소ㆍ해역 등의 수역에서 생물학적 분해ㆍ침전ㆍ흡착 등의 작용에 의해 오염물질이 시간적으로 감소하지만, 자정작용을 대표하는 척도로서 이용되는 자정계수는 그 감소의 속도계수를 가리키며, 지수함수 분포로 나타난다.Pollutants introduced into the river are self-cleaning, reducing the amount of pollution. Self-cleaning means a decrease in the amount of pollutants contained in river water. Although pollutants decrease in time due to biological degradation, sedimentation, and adsorption in rivers, lakes, and waters, the midnight coefficient used as a measure of self-cleaning indicates the rate coefficient of the decrease. It appears as a distribution.

② 자정계수 산정식② Midnight coefficient calculation formula

자정계수 산정식은 식 5 ∼ 식 7과 같다.The midnight coefficient calculation formula is the same as Equation 5-7.

◎ BOD 자정계수 : (식 5)◎ BOD Midnight Coefficient: (Eq. 5)

◎ T-N 자정계수 : (식 6)◎ TN midnight coefficient: (Equation 6)

◎ T-P 자정계수 : (식 7)TP Midnight Coefficient: (Eq. 7)

여기서kBOD, kTN, kTP 는 각 수질항목별 자정계수이며, A는 소유역 면적(ha), Q는 소유역 유출량(㎥/sec), F는 소유역 형상계수이다.Where k BOD , k TN , and k TP are midnight coefficients for each water quality item, A is subwatershed area (ha), Q is subwatershed runoff (㎥ / sec), and F is subwatershed shape factor.

③ 유역 형상계수③ watershed shape factor

유역면적을 그 유역의 주천의 유로연장으로 나눈 것을 그 유역의 평균 폭이라고 한다. 같은 평균 폭이라도 유역으로서 세장(細長)한 하천형태도 있고 폭이 넓은 형태도 있다. 이 유역의 평균 폭을 주하천의 연장으로 나눈 값을 Horton의 유역 형상계수라 하며, 이는 유역의 특성을 표시하는 요소로 사용된다. 유역 형상계수는 식 8을 이용하여 산정할 수 있다.Dividing the basin area by the euro extension of the basin is called the average width of the basin. Even in the same average width, there are elongated rivers and wider rivers. The average width of this watershed divided by the extension of the main stream is called Horton 's watershed shape factor, which is used as an indicator of watershed characteristics. The watershed shape factor can be estimated using Equation 8.

(식 8) (Eq. 8)

여기서, F는 유역 형상계수이며, A는 소유역 면적(㎞), T는 소유역 주하천의 연장(㎞)이다.Where F is the basin shape factor, A is the subwatershed area (km), and T is the extension of the subwatershed main stream (km).

④ 유달율을 이용한 유달부하량 산정④ Estimation of the delivery load using the delivery rate

원단위법에 의한 발생 및 배출부하량에 유달거리를 고려한 유달율을 곱하여 해당 수역에서의 유달부하량을 추정하며, 수질 실측치가 있는 소유역과 수질 실측치가 없는 소유역으로 구분하여 산정하도록 한다. Estimating the delivered load in the relevant water area by multiplying the generation and discharge load by the original unit method considering the delivery distance, and calculating it by dividing it into subwatershed with water quality and subwatershed without water quality.

(가) 수질 실측치가 있는 소유역(A) Subwatershed with water quality measurement

수질실측치가 있는 소유역의 경우에는 각 소유역별 유출량에 실측수질값을 곱하여 산정하도록 한다.For subwatersheds with water quality measurements, the runoff for each subwatershed is multiplied by the measured water quality.

◎ 유달부하량 = 소유역별 유출량 ×실측수질(BOD, T-N, T-P)◎ Deliver Load = Runoff by Subwatershed × Actual Water Quality (BOD, T-N, T-P)

(나) 수질 실측치가 없는 소유역(B) Subwatersheds without water quality measurements

수질실측치가 없는 소유역의 경우에는 다음과 같은 절차를 거쳐 유달부하량을 산정하도록 한다.For subwatersheds without water quality measurements, the delivered load should be estimated using the following procedure.

◎ 소유역별 자정계수를 수질항목별 월별로 산정한다.◎ Calculate the midnight coefficient by subwatershed month by water quality item.

◎ 소유역 리별 유달거리를 고려한 유달율을 이용하여 소유역 리별 유달부하량을 산정한다(식 9).◎ Calculate the overload load by subwatershed by using the rate of delivery considering the distance by subwatershed (Equation 9).

(식 9) (Eq. 9)

여기서, L은 유달부하량(㎏/day)이며, L 0 는 배출부하량(㎏/day),는 유달율이며, k는 수질항목별, 월별 자정계수이며, ℓ은 유달거리이다.Where L is the delivered load (kg / day), L 0 is the discharge load (kg / day), Is the rate of delivery, k is the monthly coefficient for water quality and monthly, and ℓ is the distance of delivery.

◎ 유달부하량을 다시 소유역별로 환산한다.◎ Convert the delivered load by subwatershed again.

2) 유입농도 산정2) Inflow concentration calculation

하천의 유입농도는 유달부하량을 유출량으로 나누어 구할 수 있다. The inflow concentration of the stream can be obtained by dividing the delivered load by the outflow.

◎ 수질실측치가 없는 소유역의 산정◎ Calculation of subwatershed without water quality measurement

수질실측치가 없는 소유역의 경우에는 다음 계산절차를 사용하였다.For subwatersheds without water quality measurements, the following calculation procedure was used.

- 소유역별 유달부하량을 유출량으로 나눈 유입농도를 구한다.-Inflow concentration is obtained by dividing the delivered load by subwatershed by outflow.

- 실측치가 있는 소유역의 수질실측치를 이용하여 태별 비율을 구한다.-Use the water quality measurements of subwatersheds with actual values to determine the ratios.

- BOD, T-N, T-P의 유달농도와 태별비율을 이용하여 질소와 인의 태별농도를 구한다.-Determine the concentrations of nitrogen and phosphorus by using the concentrations of BOD, T-N, and T-P and the rate of death.

- DO의 산정은 계산식에 의한다.-The calculation of DO is based on the formula.

10) 10)

- 수온은 실측치를 이용하여 적절히 가정한다.-Water temperature is properly assumed using actual measurements.

<GIS 기반의 수질모델링 지원시스템의 시스템><GIS-based water quality modeling support system>

1. 수질모델과 GIS의 연계1. Linkage between water quality model and GIS

본 발명에서는 유역의 수질을 파악하기 위하여 하천 수질예측모델로서 QUAL2E의 수정모델인 QUALKO 모델을 사용하였으며, 호소 수질예측모델로서 WASP5 모델의 부프로그램인 DYNHYD5 모델과 EUTRO5 모델을 사용하였다. In the present invention, the QUALKO model, which is a modified model of QUAL2E, was used as a river water quality prediction model, and the DYNHYD5 model and the EUTRO5 model, which are subprograms of the WASP5 model, were used as the water quality prediction model.

이들 모델은 GIS와 연계되어 모델링 수행을 위한 입력파일 등을 시스템 내부적으로 생성하며, 수질예측결과는 다시 GIS 자료 형태로 변환하여 사용자의 요구에 따라 도식할 수 있도록 한다. 본 발명에서 사용된 수질모델링 지원과정은 크게 3단계 즉, GIS를 이용한 전처리 및 후처리과정, 하천 및 호소수질모델링 수행과정으로 구분할 수 있다(도 13). 전처리단계에서는 세부소유역별 오염 및 유달부하량 산정과 하천 및 호소의 모델링 수행시 필요한 계산 가능한 구획으로의 분할, 그리고 각 구획별로 유입되는 경계농도를 산출하여 모델입력자료를 생성한다. 수질모델링 수행단계에서는 각 하천 및 호소수질모델링을 수행한다. 마지막으로 후처리단계에서는 모델링 결과를 GIS 형태의 자료로 변환하고, 그래프나 도표 등으로 처리 및 표현한다.These models generate input files for system modeling in connection with GIS, and the water quality prediction results are converted into GIS data format so that they can be plotted according to user's requirements. Water quality modeling support process used in the present invention can be largely divided into three steps, that is, pre- and post-treatment process using GIS, river and lake water quality modeling process (Fig. 13). In the pretreatment stage, model input data are generated by calculating the pollutant and flow loads by subwatersheds, the division into calculable compartments required for modeling streams and lakes, and the boundary concentrations that flow into each compartment. In the water quality modeling step, each river and lake water quality modeling is performed. Finally, in the post-processing step, the modeling results are converted into GIS data and processed and expressed in graphs or charts.

도 14는 본 발명에서 담수호의 효율적인 수질관리를 위하여 개발한 수질모델링지원시스템의 순서도이다. 수질모델링지원시스템은 점오염원 및 비점오염원으로부터 유출된 오염부하량이 최종적으로 하천 및 호소수질에 미치는 영향을 파악하여, 환경전문가에게 수계의 수질관리계획 수립을 위한 정보를 제공함으로써, 환경목표인 수질기준을 달성하기 위한 각종 오염원의 배출허용부하량 등을 결정하는데 도움을 줄 수 있다.14 is a flow chart of a water quality modeling support system developed for efficient water quality management of freshwater lakes in the present invention. The water quality modeling support system identifies the effects of pollutant loads spilled from point sources and nonpoint sources on the stream and lake water quality, and provides environmental experts with information to establish water quality management plans. It can help in determining the allowable load of various pollutant sources to achieve this.

(1) QUALKO 하천수질모델링 구축(1) QUALKO River Water Quality Modeling

하천수질의 효과적인 관리와 하천수질 모델의 효율적인 활용을 위한 방안으로 GIS를 이용하여 하천수질 모델을 유기적으로 통합한 하천수질 모델링 시스템을 구현할 수 있다. 하천수질 모델은 국립환경연구원에서 국내 하천 및 호소에 적합하도록 QUAL2E(미국EPA, 1985) 모델을 수정한 QUALKO(공동수외, 1999) 모델을 이용하였다. 대상유역의 입력자료는 조사된 점오염원, 비점오염원으로부터 오염부하량과 유입농도의 산정에 의해 자동 생성된다. 개발된 하천수질모델링 시스템의 구현 단계는 전처리단계, 모델실행단계, 후처리단계로 크게 세 단계로 구분된다. 첫째 전처리단계에서는 생성된 입력자료를 복수개로 그룹화하여 자료의 생성, 편집, 저장이 편리하게 수행될 수 있도록 한다. 둘째, 모델실행단계에서는 QUALKO 모델이 실행된다. QUALKO 모델은 유량, 오염부하량, 수온 등의 평균치를 사용하여 일평균 수질을 예측한다. 셋째, 후처리단계에서는 GIS를 이용하여 모델실행 결과를 그래프와 속성자료로 확인할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 하천수질모델링 시스템은 기존 DOS 기반의 모델링의 복잡성을 제거시켜 줌으로써 하천 수질을 보다 효율적으로 관리, 개선할 수 있도록 지원하여 호소 내의 수질관리에 있어서 보다 개선된 효과를 가져올 수 있도록 한다.The GIS can be used to implement a river water quality modeling system in which river water quality models are organically integrated, for effective management of river water quality and efficient use of river water quality models. The river water quality model was used by the National Institute of Environmental Research (QUALKO (Joe Soo et al., 1999)), which modified the QUAL2E (US EPA, 1985) model to suit domestic streams and appeals. Input data for the target watershed are automatically generated by estimating contaminant loads and inflow concentrations from the investigated point and nonpoint sources. The implementation stage of the developed river water quality modeling system is divided into three stages: pre-treatment stage, model execution stage, and post-treatment stage. First, in the preprocessing step, the generated input data is grouped into a plurality so that the data can be conveniently created, edited, and stored. Second, the QUALKO model is executed at the model execution stage. The QUALKO model predicts daily average water quality using average values such as flow rate, pollutant load and water temperature. Third, in the post-processing step, the results of model execution can be confirmed with graphs and attribute data using GIS. The river water quality modeling system according to the present invention removes the complexity of the existing DOS-based modeling so that the river water quality can be more efficiently managed and improved to bring more improved effects in water quality management in the appeal.

가. 전처리 단계end. Pretreatment stage

수질모의에 필요한 입출력파일의 생성과정을 자동화함으로써 사용자가 모델링을 수행할 때 보다 편리한 환경을 제공받을 수 있도록 한다. 이를 위해 모델수행 입력파일을 자동으로 생성하는 모듈과 GIS 자료 형태로 저장된 유입농도 값을 QUALKO 모델에 적합한 입력파일형태로 변환하도록 한다. 도 15는 모듈 내부의 자료 처리과정을 보여주고 있다.By automating the generation of I / O files necessary for water quality simulation, users can be provided with a more convenient environment when modeling. To do this, the module automatically generates the model execution input file and converts the inflow concentration value stored in the GIS data format into an input file suitable for the QUALKO model. 15 shows data processing in the module.

QUALKO 모델 입력자료는 예를 들어, 24개(하기 표 2참조)로 그룹화하여 입력자료를 생성 및 편집할 수 있으며, 각 자료그룹에 대한 상세 정보를 확인할 수 있다. 모델 입력자료는 자료그룹별로 관리되며, 입력자료의 생성과 편집은 사용자 인터페이스를 고려하여 모델실행에 필요한 요소를 보다 편리하게 가공할 수 있도록 모듈을 설계한다(도 16).QUALKO model inputs can be grouped into 24 (see Table 2 below), for example, to create and edit input data. Detailed information for each data group can be obtained. Model input data is managed for each data group, and the generation and editing of input data design a module to more conveniently process the elements necessary for model execution in consideration of the user interface (FIG. 16).

<표 2> 모델 입력자료 그룹<Table 2> Model Input Data Group

NO.NO. 데이터 그룹Data group No.No. 데이터 그룹Data group 123456789101112123456789101112 Title DataProgram ControlAlgae,N,P,Light FactorTemp. Correction FactorDATA TYPE2Flow DataComp, Element DataHydraulics DataCOEF of BOD and DOCOEF of N and PCOEF of ALG/OTHERInitial Condition(1)Title Data Program Control Algae, N, P, Light Factor Temp. Correction Factor DATA TYPE2Flow DataComp, Element DataHydraulics DataCOEF of BOD and DOCOEF of N and PCOEF of ALG / OTHERInitial Condition (1) 131415161718192021222324131415161718192021222324 Initial Condition(2)Increment Inflow(1)Increment Inflow(2)Stream Junction DataHeadwater Data(1)Headwater Data(2)Point Load(1)Point Load(2)DAM ReaerationDownstream Boundary(1)Downstream Boundary(2)Climatology DataInitial Condition (2) Increment Inflow (1) Increment Inflow (2) Stream Junction DataHeadwater Data (1) Headwater Data (2) Point Load (1) Point Load (2) DAM ReaerationDownstream Boundary (1) Downstream Boundary (2) Climatology Data

나. 모델링 실행 단계I. Modeling run phase

전처리 단계에서 생성된 모델 입력자료를 이용하여 모델링 실행을 위한 순서는 다음과 같다. 첫번째 단계로 QUALKO 모델을 실행하기 위해서는 출력될 결과파일을 입력한다. 입력되는 파일은 출력파일(*.out), 도식파일(*.plt)이며, 모델 실행결과는 두 파일에 나누어져 결과가 저장된다. 출력파일(*.out)에는 크게 8개 부분으로 나누어져 출력된다. 첫째, 입력자료와 본격적인 수질 시뮬레이션을 시작하기 전에 결정되었거나 계산된 자료인 일조량, 기상자료 등이 출력된다. 둘째, 모델링 대상 수질항목별로 예측된 수질 결과가 출력된다. 셋째, 수학적 계산결과인 유량, 유속, 유하시간, 수심, 하폭, 체적, 하상면적, 하로단면, 확산계수 등이 출력된다. 넷째, 반응계수의 값이 요약 제시된다. 다섯째, 수질예측결과인 15가지 수질항목에 대한 시뮬레이션 결과가 요약 제시된다. 여섯째, Algae 데이터인 Chl-a농도, algae 성장-소멸율, 침강속도, NH3 선호도, algae 자체로 인한 일조차단과 algae 성장률(μ)을 결정하는 FL, FN, FP 등이 출력된다. 일곱째, 용존산소 데이터인 수온, 포화용존산소농도, DO농도, DO불포화 농도, DAM에 의한 재포기(㎎/ℓ), 저농도 DO로 인한 질화작용(nitrification) 억제계수(KNITRIF)의 산정치 등이 출력다. 여덟째, BOD-DO플로트가 출력된다. 두번째 단계에서는 실제 모델을 실행하는 단계로 입력된 출력, 도식 파일을 이용하여 QUALKO 모델을 실행한다.The procedure for modeling using the model input data generated in the preprocessing step is as follows. The first step is to enter the output file to run the QUALKO model. Input file is output file (* .out), schematic file (* .plt), and model execution result is divided into two files and the result is saved. The output file (* .out) is divided into eight parts. First, the input data and the amount of sunshine and meteorological data that are determined or calculated before starting the full-scale water quality simulation are output. Second, the predicted water quality results for each water quality item to be modeled are output. Third, the results of mathematical calculations such as flow rate, flow velocity, flow time, depth of water, lower width, volume, lower bed area, cross section, and diffusion coefficient are output. Fourth, the values of the response coefficients are summarized. Fifth, the simulation results for the 15 water quality items that are the water quality prediction results are summarized. Sixth, the algae data such as Chl-a concentration, algae growth-dissipation rate, sedimentation rate, NH 3 preference, algae itself and algae growth rate (μ) are determined. Seventh, estimates of dissolved oxygen data such as water temperature, saturated dissolved oxygen concentration, DO concentration, DO unsaturation concentration, DAM reaeration (mg / L), and nitrification inhibition coefficient (KNITRIF) due to low concentration DO Output. Eighth, a BOD-DO float is output. The second step is to run the actual model. The QUALKO model is executed using the inputted output and schematic file.

다. 후처리단계All. Post-Processing Step

모델링 실행 후 결과파일은 *.out과 *.plt파일이 출력되는데 이중 *.out 파일은 모델실행 결과에 대한 문서형태의 파일로 구성되어있으며, *.plt 파일은 모델실행 결과가 결과항목별로 기록된다. 파일 헤더에는 파일 서술자가 기록되며, 내용 부분에는 순차적으로 결과 내용이 출력된다.After modeling, the result file is outputted * .out and * .plt file. Of these, * .out file consists of document type file about model execution result, and * .plt file records model execution result by result item. do. The file descriptor is recorded in the file header, and the result contents are sequentially output in the content part.

모델링 결과를 도식처리하기 위해서 출력파일의 구성 항목에서 모델컨트롤 요소와 하천의 기하학적 요소, 기상요소를 제외한 하천의 수질에 관계되는 요소를 추출하였다. 추출된 수질항목을 각 Reach별로 직관적으로 확인할 수 있도록 GIS와 완전통합하여 그래프와 속성자료 형태로 도식 처리하였다. 도 17은 모델을 실행한 유역의 도형자료와 모델실행 결과 그래프 및 속성자료이다.In order to process the modeling results, we extracted the elements related to the water quality of the stream, excluding the model control elements, the geometrical elements of the stream, and the meteorological elements from the configuration items of the output file. In order to check the extracted water quality items intuitively for each reach, it is integrated with GIS and processed in the form of graph and attribute data. 17 is graph data, model execution result graph, and attribute data of a watershed in which a model is executed.

(2) WASP5 호소수질모델링 구축(2) WASP5 Lake Water Modeling

WASP5는 전처리(Pre-processor)와 후처리(Post-Processor)의 2단계로 나누어 수행된다. 전처리 단계는 모델에 필요한 여러 가지 조건들과 인자들을 입력하는 것이고, 후처리 단계는 모델을 실행시킨 후 사용자의 요구에 따라 필요한 정보만을 선택하여 볼 수 있다. WASP5에서 전처리 단계는 바람직하게는 13개의 입력창으로 구성되어 있다(데이타셋, 시스템, 세그먼트, 파라미터, 컨스턴트, 엑스체인지, 플로우, 로드, 바운더리, 타임펑션, 프린트인터벌, 타임스텝, 벨리데이트 입력). 각각의 입력창에 필요한 값을 입력하여 모델을 실행시키고 난 뒤 출력할 내용을 선정하기 위해 후처리 단계에서 수질항목, 세그먼트의 수리학적 정보, 세그먼트 등을 선택한다.WASP5 is implemented in two stages: pre-processor and post-processor. The preprocessing step is to input various conditions and factors required for the model, and the postprocessing step can select and view only necessary information according to the user's request after executing the model. The preprocessing step in WASP5 is preferably composed of 13 input windows (dataset, system, segment, parameter, constant, Xchange, flow, load, boundary, time function, print interval, time step, validate input). ). After running the model by inputting the required values in each input window, select water quality items, hydraulic information of segments, segments, etc. in the post-processing step to select the output contents.

가. 전처리 단계end. Pretreatment stage

전처리단계에서 입력한 수질항목은 다음과 같다.The water quality items entered at the pretreatment stage are as follows.

① 데이타셋(Data Set)① Data Set

데이타셋은 모델 수행의 형태, 모의기간, 다른 프로그램과의 연계 등 전반적인 모델의 시스템을 제어한다. 디스크립션(Description)에서 입력파일(input file)을 정의하고 모델타입(Model Type)에 EUTRO5를 선택한다. 코멘트(Comments)에서는 이 데이터에 대한 중요한 정보를 입력할 수 있으며, 데이터 및 시간(Data and Times)에서 모델의 모의기간을 입력한다. 여기서 사용되는 EUTRO5 모델의 실행을 위한 인자는 다음과 같이 필요하다.The dataset controls the overall model system, including the type of model execution, simulation period, and linkage with other programs. In the description, define an input file and select EUTRO5 for the Model Type. In Comments, you can enter important information about this data, and enter the model's simulation period in Data and Times. The arguments for the execution of the EUTRO5 model used here are as follows:

◎ 대상유역 설정 : 대상유역 및 소유역 면적◎ Target Basin Setting: Target Basin and Subwatershed Area

◎ 하천 단면적(B), 특성길이(B), 구획부피(C)◎ River cross section (B), characteristic length (B), partition volume (C)

◎ 유속, 수심계수(C) : 수심, 유속, 유량 관측자료◎ Velocity, depth coefficient (C): water depth, flow rate, flow rate observation data

◎ 유량 및 유속(D) : 일별 또는 월평균 자료◎ Flow rate and flow rate (D): Daily or monthly average data

◎ 수질항목별 농도(E) : 일별 또는 월평균자료◎ Concentration by water quality item (E): Daily or monthly average data

◎ 오염부하량(F) : 일별 또는 월별 평균오염부하량◎ Pollution Load (F): Daily or monthly average pollution load

◎ 반응계수(H) : EPA 제시값 또는 실측값, 타 연구자의 계수◎ Response coefficient (H): EPA suggested or measured value, coefficient of other researcher

◎ 환경자료(I) : 일별 또는 월별 수온, 일사량, 일조율. 풍속, 광소멸계수, 동물성 플랑크톤량, 염분농도, 기온, 수면피복율◎ Environmental Data (I): Daily or monthly water temperature, insolation, sunshine rate. Wind speed, photodissipation factor, zooplankton, salinity, temperature, surface coverage

② 시스템(Systems)② Systems

모의하고자 하는 수질항목은 8개의 수질항목이 있으며, 옵션에서 시뮬레이티드(simulated)를 선택한다. 밀도항목에서 각 수질항목에 대한 밀도를 입력하고 그 옆의 최대·최소농도는 모델자체 내에서 제공하는 값을 그대로 두어도 무방하다.There are 8 water quality items to simulate, and select Simulated from the options. In the density section, enter the density for each water quality item, and the maximum and minimum concentrations next to it can be left as they are within the model itself.

③ 세그먼트(Segments)③ Segments

세그먼트에 대한 물리적 지형자료의 내용이다. 먼저 세그먼트에서 인서트(Insert)를 이용하여 전체 세그먼트 수만큼의 세그먼트를 생성하고 각 세그먼트의 부피, 유속과 수심을 입력한다. 파라미터는 수체에 대하여 공간적으로 변화하는 특성을 가지는 매개변수들을 선택하여 각각의 세그먼트에 입력한다. 초기 농도는 각 세그먼트의 초기 농도를 나타내며, 모의를 시작하는 시점의 농도를 입력한다. 프랫션 디졸브드(Fraction Dissolved)는 각 수질항목에 대한 수중의 용존율을 나타낸다The content of the physical terrain data for the segment. First, create segments of the total number of segments using inserts in the segments, and input the volume, flow rate, and depth of each segment. The parameters are input to each segment by selecting parameters having spatially varying characteristics with respect to the water body. Initial concentration represents the initial concentration of each segment and enters the concentration at the start of the simulation. Fraction Dissolved represents the dissolution rate in water for each water quality item

④ 파라미터④ Parameter

파라미터는 수체에 대하여 공간적으로 변화하는 특성을 가진 매개변수이다. 총 14개의 매개변수 중에 사용하고자 하는 변수를 선택하고 스케일 팩터는 전 수체에 적용된다.A parameter is a parameter whose characteristics change spatially with respect to a water body. Select the variable you want to use from the total of 14 parameters and the scale factor is applied to the whole body.

⑤ 컨스턴트(Constants)⑤ Constants

칸스턴트는 모델에 사용되는 반응계수이다. 8개의 수질 항목에 대하여 각각의 반응계수를 선택하여 입력한다. 온도보정 반응계수는 초기값으로 둔다. 반응계수의 최대/최소값은 모델에서 자동적으로 입력되어 있으며, 밸유(Value)에 반응계수를 입력한다. 각 수질항목들의 반응계수를 매뉴얼의 범위에서 벗어나지 않도록 조절하여 실측치에 접근하도록 보정한다.Constant is the response coefficient used in the model. Select and enter each response coefficient for eight water quality items. The temperature correction reaction coefficient is left at the initial value. The maximum and minimum values of the response coefficient are automatically entered in the model, and the response coefficient is entered in the value. Adjust the response coefficients of each water quality item so that it is within the scope of the manual so that the actual value is approached.

⑥ 엑스체인지(Exchanges)⑥ Exchanges

엑스체인지는 수체에서의 교환을 말하며 수층간의 확산과 간극수간의 확산으로 나누어진다. 수층간의 확산은 다시 수평확산과 수직확산으로 나누어지며 확산계수도 다르게 입력된다. 엑스체인지 필드(Exchange Fields)에서 모의하고자 하는 교환 필드를 선택하고 펑션(Function)에서 인서트를 이용하여 교환이 일어나는 서로 인접한 세그먼트의 수만큼의 평션을 생성한다. 세그먼트 페어는 교환이 일어나는 세그먼트를 선택하여 각 세그먼트 사이의 단면적과 특성길이를 입력한다. 타임/밸유 페어(Time/value pair)에서는 교환이 일어나는 세그먼트 사이의 확산계수를 시간별 입력한다. 확산계수는 구분적인 선형 시간함수에서 시간에 따라 변화한다.X-change refers to exchange in a water body and is divided into diffusion between water layers and diffusion between pore waters. Diffusion between layers is divided into horizontal diffusion and vertical diffusion, and diffusion coefficients are input differently. Select the exchange fields you want to simulate in the Exchange Fields and use the inserts in the Function to create as many functions as the number of adjacent segments where the exchange takes place. Segment pairs select the segments in which the exchange takes place and enter the cross-sectional area and characteristic length between each segment. In time / value pairs, the diffusion coefficients between segments in which exchange takes place are entered over time. The diffusion coefficient changes with time in a distinct linear time function.

⑦ 플로우(Flows)⑦ Flows

플로우는 수체의 유량을 나타내는 것으로 6개의 유동장이 있으며 플로우 필드에서 모의하고자하는 유동장을 선택한다. 펑션은 인서트를 사용하여 수체에서 유량의 유입·유출이 있는 모든 경계면의 수만큼 생성시킨다. 세그먼트 페어는 유량이 유입해서 유출하는 경로를 나타내는 것으로 유출입이 있는 경계면은 바운더리(Boundary)로 선택하고 수체에서 유량의 흐름순서대로 세그먼트를 선택한다. 반드시 바운더리에서 시작하여 바운더리로 끝나야 한다. 타임/벨유 페어는 각 경계면에서 유량이 유입해서 나가는 동안의 시간에 따른 변화를 고려하여 입력할 수 있다.The flow represents the flow of water and there are six flow fields. In the flow field, select the flow field you want to simulate. The function uses inserts to generate the number of all interfaces with flow inflow and outflow in the body of water. Segment pairs represent the paths through which the flow rate flows in and out. The boundary with outflow and inflow is selected as the boundary and the segments are selected in the flow order of the flow rate in the water body. Must start with a boundary and end with a boundary. The time / belu pair can be entered in consideration of the change over time during the flow in and out of each interface.

⑧ 기타⑧ Other

그밖에 모델의 입력자료로 프린트 인터벌(Print Interval), 타임스텝(Time Step) 등이 있다. 프린트 인터벌은 모의기간 동안의 출력시간을 정하여 출력시간 만큼씩 모든 출력데이터가 출력되도록 정할 수 있으며, 타입스텝은 모의기간 동안 모델이 수행하는 모의 시간 간격을 입력하게 된다.Other inputs to the model include the Print Interval and Time Step. The print interval may determine the output time during the simulation period so that all the output data is output by the output time, and the type step inputs the simulation time interval performed by the model during the simulation period.

나. 모델실행 단계I. Model execution step

모델의 입력데이터 오류를 검사한 후 문제가 없을 경우 모델을 실행하게 된다. 모델의 실행은 입력데이터의 상호작용에 의해 수질항목이 모의된다(도 18).After checking the input data error of the model, if there is no problem, the model is executed. The execution of the model simulates water quality items by interaction of input data (FIG. 18).

다. 후처리 단계All. Post Processing Step

호소모델링의 결과를 조회하기 위해서도 수질 항목 그리고 원하는 월의 2가지의 조건을 선택하면 해당 유역이 세그멘트 별로 보여지고 그래프가 나타나게 된다(도 19). 도형으로 검색을 원하는 경우도 사용자가 선택할 수 있도록 구성하였다.In order to query the results of the appeal modeling, if you select two conditions of water quality items and the desired month, the watershed will be shown by segment and a graph will be shown (FIG. 19). If you want to search by figure, you can select it.

<오염부하 및 수질모델의 연계시스템 구현><Implementation system of pollution load and water quality model>

담수호의 체계적인 수질관리를 위해서는 GIS와 오염부하산정시스템 및 수질모델이 유기적으로 연계되어 유역의 오염량 관리 및 수질예측이 용이하도록 하여야 한다. 본 발명에서는 오염부하산정시스템과 수질모델의 유기적인 연계를 위하여 모델의 입력항목 및 결과항목을 분석하여 상호 연결고리를 설정함으로서 모델링 전체적인 과정이 일괄처리가 되도록 하였다.For systematic water quality management of freshwater lakes, GIS, pollution load estimation system and water quality model should be organically linked to facilitate the management of watershed pollution and water quality prediction. In the present invention, for the organic linkage between the pollution load estimation system and the water quality model, the modeling process is performed by analyzing the input items and the result items of the model and establishing the interconnection loop.

1. 일괄처리시스템의 구성1. Composition of batch processing system

오염부하산정시스템 및 수질모델의 일괄처리 시스템은 GIS, 오염원 데이터베이스, 오염부하산정시스템, 수질모델로 구성된다(도 20). 이러한 구성요소들은 상호 연계를 위하여 입·출력 파일의 공유파일을 이용하여 각 항목간의 연계성을 통하여 모델링이 구현되게 된다. 일괄처리시스템은 전반적인 모델링 과정을 편리하고 효율적으로 수행할 수 있도록 사용자 인터페이스 기반을 제공하여 내부적으로는 공유파일에 의한 접근 방법과 외부적으로 GUI 기반의 편리성을 제공한다. 이에 따라 모델링에 대한 전문적인 지식이 부족한 사용자에게 보다 편리한 모델링 환경을 제공할 수 있도록 한다.The batch processing system of the pollution load estimation system and the water quality model is composed of a GIS, a pollution source database, a pollution load estimation system, and a water quality model (FIG. 20). These components are modeled through the linkage of each item using shared files of input and output files for mutual linkage. The batch processing system provides a user interface base so that the overall modeling process can be performed conveniently and efficiently, thereby providing access by shared files internally and GUI-based convenience externally. As a result, it is possible to provide a more convenient modeling environment for users who lack expertise in modeling.

2. 일괄처리시스템의 흐름도2. Flowchart of batch processing system

모델링의 일괄처리를 위해 각 입·출력 파일을 분석하여 각 모델링 과정에 필요한 항목을 세부적으로 정리하여 연계 과정을 도식한 결과는 도 21과 같다. As a result of analyzing the input / output files for batch processing of the modeling, the necessary items for each modeling process are summarized in detail, and the linking process is illustrated in FIG. 21.

GIS에서는 유역의 특성자료인 경사, 면적, 표고, 위치 등에 대한 자료를 수질 및 수문 모델에 제공하고, 수문모델은 유역특성자료를 기반으로 모델링이 실행이 되고 수문모델의 결과인 유출량과 취수량이 하천모델(QUALKO)에 연계된다. 하천모델은 유출량, 취수량과 오염부하량자료 등을 기반으로 모델링이 실행되어 경계농도 값이 계산된다. 계산된 경계농도 값은 호소모델(WASP5)에 입력됨으로서 최종적인 호소 수질예측이 실행된다.The GIS provides data on water quality and hydrologic models such as slope, area, elevation, and location, which are the characteristics of the watershed, and the hydrological model is modeled based on the watershed characteristics, and the runoff and water intake resulting from the hydrologic model Linked to the model (QUALKO). The stream model is modeled based on runoff, intake and pollutant load data to calculate the boundary concentration. The calculated boundary concentration values are input to the appeal model WASP5, so that final water quality prediction is performed.

3. 연계시스템에 의한 모델링 통합 구동3. Integration of modeling by linked system

(1) 오염부하량 산정을 통한 QUALKO 모델과의 연계(1) Linkage with QUALKO model through pollution load calculation

1) GIS 오염원 DB를 이용한 오염부하량 및 유달농도 산정1) Estimation of Pollutant Load and Judging Concentration Using GIS Pollution Source DB

오염부하량은 GIS 오염원 DB를 이용하여 원단위 산정 방식에 의해 계산된 오염배출부하량에 자정계수와 유달거리를 이용하여 소유역 및 리·동 단위로 산정하였다. 이를 하천수질모델인 QUALKO 모델의 입력자료로 변환하기 위하여 유달부하량을 유출량으로 나눈 유달농도를 사용하였다.Pollutant loads were calculated in subwatersheds and re-dong units using the midnight coefficient and the dead distance to the pollutant discharge loads calculated by the raw unit calculation method using the GIS source database. In order to convert this data into the input data of the QUALKO model, which is a river water quality model, the flow concentration was obtained by dividing the flow load by the runoff.

2) 유달농도와 QUALKO 모델과의 연계2) The link between the flow rate and the QUALKO model

가. 연계를 위한 자료그룹 구분end. Data group division for linkage

유달농도 산정 모듈에 의해 계산된 유달농도 값은 각 소유역별 월별 결과 값이 출력된다. 이러한 유달농도 값을 QUALKO 모델의 입력 파일에 연계하기 위해서는 QUALKO 모델의 입력자료의 분석을 통해 입력되어져야 하는 파일의 위치를 정확히 파악하여야 한다. 계산된 유달농도 값은 QUALKO 모델의 입력자료 그룹 중 포인트로드(Point Load) 자료 그룹에 입력된다. 다음은 유달농도 값이 QUALKO 모델 입력 파일에 연계되는 파일 입·출력 화면이다(도 22).The monthly concentration values for each subwatershed are outputted for each concentration level calculated by the module. In order to link these concentration values to the input file of the QUALKO model, the location of the file to be input must be accurately determined by analyzing the input data of the QUALKO model. The calculated concentration values are entered in the Point Load data group of the QUALKO model's input data group. The following is a file input / output screen in which a concentration value is associated with a QUALKO model input file (FIG. 22).

나. 연계 알고리즘I. Linkage algorithm

유달농도 산정 결과인 유달농도 값을 QUALKO 모델의 입력자료의 포인트로드 자료그룹에 연계를 위한 프로그램밍 연계 알고리즘은 유달농도 산정 결과 파일을 읽음으로부터 QUALKO 모델의 입력자료 그룹에 자료를 제공함으로써 완료된다. 유달농도와 QUALKO 모델의 연계 과정을 정리하면 다음과 같다.The programmatic linkage algorithm for linking the concentration value, which is the result of the concentration calculation, to the point load data group of the input data of the QUALKO model, is completed by providing data to the input data group of the QUALKO model from reading the result of the concentration calculation result. The process of linking crude concentration and QUALKO model is as follows.

◎ 유달농도 산정 결과 파일을 읽는다.◎ Read the result of the concentration calculation.

◎ 월별 유달농도 값을 저장한다.◎ Store monthly lunar concentration value.

◎ QUALKO 모델의 입력자료를 읽는다.◎ Read input data of QUALKO model.

◎ QUALKO의 HYDRULICS 자료그룹을 제외한 모든 자료 그룹은 버퍼에 저장한다.All data groups except QUALKO's HYDRULICS data groups are stored in a buffer.

◎ 저장된 월별 유달농도 값을 포인트로드 자료그룹의 REACH별 입력자료의 유달농도 자료 입력 위치에 저장한다.◎ Save the stored monthly flow concentration value in the data entry position of REACH input data of Point Load data group.

◎ QUALKO 모델의 입력파일을 저장한다.◎ Save the input file of QUALKO model.

3) QUALKO와 WASP5 모델의 연계3) QUALKO and WASP5 model linkage

가. 연계를 위한 자료그룹 구분end. Data group division for linkage

QUALKO 모델링 결과인 경계농도(NH3, NO3, CHL-A, DO, PO4, NON, NOP, CBOD 등) 값이 각 REACH별로 출력된다. 이러한 경계농도 결과 값을 WASP5 모델의 입력 파일에 연계하기 위해서는 QUALKO 모델의 결과 자료 위치와 WASP5 입력자료의 입력될 경계농도 위치를 정확히 파악하여야 한다. QUALKO 모델링 결과 값인 경계농도 자료그룹은 WASP5 모델의 입력자료 그룹 중 자료그룹E에 입력된다. 다음은 QUALKO 모델링 결과 경계농도 자료그룹 파일이 WASP5 모델 입력 파일에 연계되는 파일 입.출력 화면이다(도 23).Boundary concentrations (NH3, NO3, CHL-A, DO, PO4, NON, NOP, CBOD, etc.), which are QUALKO modeling results, are output for each REACH. In order to link these boundary concentration results to the input file of the WASP5 model, the position of the result data of the QUALKO model and the position of the boundary concentration to be input of the WASP5 input data must be accurately identified. The boundary concentration data group, which is a QUALKO modeling result, is entered in data group E of the input data group of the WASP5 model. The following is a file input / output screen in which a QUALKO modeling result boundary concentration data group file is linked to a WASP5 model input file (FIG. 23).

나. 연계 알고리즘I. Linkage algorithm

QUALKO 모델링 결과인 경계농도 값을 WASP5 모델의 입력자료의 자료그룹 E에 연계를 위한 프로그램밍 연계 알고리즘은 QUALKO 모델 결과 파일을 읽음으로부터 WASP5 모델의 입력자료 그룹에 자료를 제공함으로써 완료된다. 수문모델과 QUALKO 모델의 연계 과정을 정리하면 다음과 같다.The programming linkage algorithm for linking the QUALKO modeling result to the data group E of the input data of the WASP5 model is completed by providing data to the input data group of the WASP5 model from reading the QUALKO model result file. The linkage process between the hydrological model and the QUALKO model is as follows.

◎ QUALKO 모델링 결과 파일을 읽는다.◎ Read QUALKO modeling result file.

◎ 경계농도 자료의 수질항목별 자료를 저장한다.◎ Store data by water quality items of boundary concentration data.

◎ WASP5 모델의 입력자료를 읽는다.Read the input data of the WASP5 model.

◎ WASP5 모델의 자료그룹E를 제외한 모든 자료그룹은 버퍼에 저장한다.◎ All data groups except data group E of WASP5 model are stored in buffer.

◎ 저장된 경계농도 자료를 자료그룹E의 세그먼트별 입력자료의 경계농도 자료 입력 위치에 저장한다.◎ Save the saved boundary concentration data in the boundary concentration data input position of the input data by segment of data group E.

◎ WASP5 모델의 입력파일을 저장한다. ◎ Save input file of WASP5 model.

본 발명에 따른 수질모델링방법은 담수호 수질오염의 정확한 예측을 위하여 원단위를 이용함으로써 유역내 오염부하량을 예측하여 담수호 관리에 있어 체계적이고 효율적인 관리방안을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 수질모델링방법은 GIS와 수질예측모델을 통합함으로써 수질예측에 편리성을 제공할 수 있다. The water quality modeling method according to the present invention can provide a systematic and efficient management method for freshwater lake management by predicting the pollutant load in the watershed by using raw units for accurate prediction of freshwater lake water pollution. In addition, the water quality modeling method according to the present invention can provide convenience to the water quality prediction by integrating the GIS and the water quality prediction model.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

도 1은 본 발명에 따른 수질모델링시스템의 주요 자료 흐름도1 is a flow chart of the main data of the water quality modeling system according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 배출부하량 및 유달부하량 산정 세부자료 흐름도Figure 2 is a detailed flow chart of the discharge load and the dead load calculation according to the present invention

도 3은 본 발명에 따른 하천 및 호소 수질모델링 세부자료 흐름도Figure 3 is a flow chart of river and lake water quality modeling according to the present invention

도 4는 본 발명에 따른 오염부하량 산정과정도Figure 4 is a process of calculating the pollution load according to the present invention

도 5는 본 발명에 따른 점 및 비점오염원 배출부하량 산정모듈 흐름도5 is a flow chart of the point and non-point source discharge load calculation module according to the present invention

도 6은 본 발명에 따른 축산계 배출부하량 산정 모듈 흐름도Figure 6 is a livestock system discharge load calculation module flow chart according to the present invention

도 7은 본 발명에 따른 세부소유역별 배출부하 계산 절차도7 is a flow chart of the discharge load calculation for each sub-basin according to the present invention

도 8은 본 발명에 따른 배출부하계산 초기화면 예시도8 is an exemplary view of the discharge load calculation initial screen according to the present invention

도 9는 본 발명에 따른 생활계 오염부하량 산정공식 등을 도시하는 화면의 예시도Figure 9 is an illustration of a screen showing a formula for calculating the pollution load of the living system according to the present invention

도 10은 본 발명에 따른 산업계 배출부하량 산정공식 등을 도시하는 화면의 예시도10 is an exemplary view showing a screen showing an industrial discharge load calculation formula and the like according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 유달부하량 산정모듈11 is a calculation module for delivering load according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 유달부하량 계산을 위한 인터페이스의 예시도12 is an exemplary view of an interface for calculating the dead load according to the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 수질모델링 연구절차 및 흐름도13 is a water quality modeling research procedure and flow chart according to the present invention

도 14는 본 발명에 따른 수질모델링 수행을 위한 순서도14 is a flow chart for performing water quality modeling according to the present invention

도 15는 본 발명에 따른 모듈 내부의 자료 처리과정도15 is a process diagram of data processing inside a module according to the present invention.

도 16은 본 발명에 따른 입력자료 편집 모듈16 is an input data editing module according to the present invention

도 17은 본 발명에 따른 모델링 결과 도형 및 속성자료Figure 17 is a modeling result figure and attribute data according to the present invention

도 18은 본 발명에 따른 모델의 실행화면 예시도18 is a view illustrating an execution screen of a model according to the present invention.

도 19는 본 발명에 따른 호소모델링 조회결과화면 예시도19 is an exemplary view of the appeal modeling query result screen according to the present invention

도 20은 본 발명에 따른 일괄처리시스템의 구성도20 is a block diagram of a batch processing system according to the present invention.

도 21은 본 발명에 따른 일괄처리시스템의 흐름도21 is a flowchart of a batch processing system according to the present invention.

도 22는 본 발명에 따른 유달농도와 QUALKO 모델의 연계를 보여주는 화면 예시도22 is an exemplary view showing the link between the flow rate and the QUALKO model according to the present invention

도 23은 QUALKO 모델과 WASP5 모델의 연계를 보여주는 화면 예시도23 is an exemplary view showing the linkage between the QUALKO model and the WASP5 model.

Claims (5)

오염원 규모와 발생원단위정보를 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 발생부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 상기 산출된 발생부하량과 배출율을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 배출부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계: 상기 산출된 배출부하량과 유달율을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 유달부하량을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 유역물수지 모형의 결과인 유출량과 상기 산출된 유달부하량을 입력정보로 하여 소정의 연산과정을 거쳐 유입농도를 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계: 상기 유입농도를 입력정보로 하천수질 모델을 수행하여 경계농도값을 산출하고 해당 결과값을 저장하는 단계; 및 상기 경계농도값을 입력정보로 호소수질 모델을 수행하는 단계를 포함하되,Calculating the generation load through a predetermined calculation process using the source size and source unit information as input information and storing the resultant value; Calculating a discharge load through a predetermined calculation process using the calculated generated load and discharge rate as input information and storing a corresponding result value: passing through a predetermined calculation process using the calculated discharge load and a delivery rate as input information Calculating the overload load and storing a corresponding result; Calculating the inflow concentration through a predetermined calculation process using the outflow amount and the calculated overload load as a result of the watershed balance model and storing the corresponding result value: Performing the stream quality model using the inflow concentration as input information Calculating a boundary concentration value and storing a corresponding result value; And performing an appeal water quality model using the boundary concentration value as input information. 상기 하천수지 모델의 수행에는 유량, 오염부하량, 수온의 평균치를 사용하여 일평균 수질을 예측하는 QUALKO 모델을 사용하고 상기 호소수질 모델에는 WASP5 모델을 사용하며,The QUALKO model is used to predict the daily average water quality using the average value of the flow rate, the pollutant load and the water temperature for the execution of the stream balance model, and the WASP5 model is used for the lake water quality model. 상기 QUALKO 모델의 수행단계는 GIS 자료 형태로 저장된 유입농도값을 QUALKO 모델에 적합한 입력파일 형태로 변환하는 단계; QUALKO 모델을 수행하여 출력파일을 생성하는 단계; 및 상기 출력파일을 GIS 자료 형태로 변환하는 단계를 포함하며,The performing of the QUALKO model may include converting an inflow concentration value stored in a GIS data format into an input file suitable for the QUALKO model; Generating an output file by performing a QUALKO model; And converting the output file into a GIS data format. 상기 WASP5 모델의 수행단계는 모델수행에 요구되는 조건들과 인자들을 입력하는 단계, 및 모델을 수행한 후 사용자의 요구에 따라 요구된 정보만을 선택하여 출력시키는 단계를 포함하고, 월별 유출율 산정을 A i B i 는 시비기 및 비시비기의 i월에 대한 토지부하유출율, P ai P bi 는 시비기 및 비시비기의 i월에 대한 유효강우량, P a P b 는 시비기 및 비시비기에 대한 총유효강우량이며, α는 시비기의 부하가중치라 할 때,The execution step of the WASP5 model includes inputting conditions and factors required for model execution, and after performing the model, selecting and outputting only the required information according to the user's request, and calculating the monthly outflow rate A i and B i are the land load runoff rates for fertilizers and fertilizers in January, P ai and P bi are effective rainfall for fertilizers and fertilizers for i- months, and P a and P b are fertilizers and fertilizers. Is the total effective rainfall, and α is the load weight of the fertilizer, 에 따라 구함으로써 논의 월별 유출율은 비료의 사용 유무에 따라 그 값이 다름을 고려하여 비료의 사용이 많은 시비기와 비료의 사용이 적은 비시비기로 구분하여 계산하는 것을 특징으로 하는 담수호 관리를 위한 지아이에스 기반의 수질모델링 방법.The monthly runoff rate is calculated according to the difference between the use of fertilizer and the fertilizer used for fertilizer management. Based water quality modeling method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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