KR102193196B1 - Method for analysis of mixing and reaction of contaminants using a river storage zone model reflecting hydraulic and geometric characteristics of river and apparatus thereof - Google Patents

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김병욱
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Abstract

In one embodiment of the present invention, provided is a method for analyzing the mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model reflecting irrigation and topographic characteristics of the river. The method comprises: an equation design step of designing the governing equation for a numerical model in consideration of delay characteristics which delay the movement of pollutants in the river; a model construction step of constructing the numerical model based on the designed governing equation; a comparison step of simulating an analytical solution of the designed governing equation in a virtual water channel and comparing the simulated result with the constructed numerical model; and a determination step of determining the constructed numerical model as a verified numerical model when the comparison result satisfies a preset condition. Disclosed is the method for analyzing the mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model reflecting the irrigation and topographic characteristics of the river.

Description

하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 방법 및 그 장치 {Method for analysis of mixing and reaction of contaminants using a river storage zone model reflecting hydraulic and geometric characteristics of river and apparatus thereof}A method for analysis of mixing and reaction of contaminants using a river storage zone model reflecting hydraulic and geometric characteristics of river and apparatus thereof}

본 발명은 하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 방법에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는, 하천에 유입된 화학물질의 이동 및 혼합 거동을 해석하고 예측하기 위한 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing the mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model model that reflects river repair and topographic characteristics, and more specifically, analyzes the movement and mixing behavior of chemical substances introduced into the river. It relates to a method for predicting and an apparatus for implementing the method.

최근 산업 발전이 급속하게 진행됨에 따라 화학원료의 사용량도 급격히 증대되고 있으며, 화학원료의 취급, 유통 과정에서 화재, 폭발, 운반사고가 발생되어, 각종 유해화학물질이 하천으로 유입되는 사고가 빈번하게 발생되고 있다. 따라서, 이러한 사고가 발생되었을 때, 신속한 대응을 위한 수질 사고 대응 시스템 구축이 요구되고 있고, 이를 위해서 하천에 유입된 화학물질의 이동 및 혼합거동을 해석하고 예측하기 위한 추적모델이 필요하다.As the recent industrial development progresses rapidly, the use of chemical raw materials is also rapidly increasing, and fire, explosion, and transportation accidents occur during the handling and distribution of chemical raw materials, and accidents in which various hazardous chemicals are introduced into the river frequently occur. Is occurring. Therefore, when such an accident occurs, it is required to establish a water quality accident response system for rapid response, and to this end, a tracking model is required to analyze and predict the movement and mixing behavior of chemical substances introduced into the river.

하천에 유입된 화학물질의 이동 및 혼합거동을 해석하기 위해서, 국내에서는 국립환경과학원이 채택한 1차원 이송-확산 모형이 사용되고 있는데, 이 모형은 하천에서 오염물질이 평균유속에 의하여 이송되고 난류에 의하여 분산되는 혼합거동을 해석할 수 있는 기초적인 모형이다. In order to analyze the movement and mixing behavior of chemical substances introduced into the river, a one-dimensional transport-diffusion model adopted by the National Institute of Environmental Sciences is used in Korea. This model is used to transport pollutants in the river by the average flow rate and turbulent flow. It is a basic model that can analyze the dispersive mixing behavior.

하지만, 실제 하천에 유입된 물질의 거동을 살펴보면 여울 및 웅덩이, 식생, 수공 구조물, 하상재료 등에 의하여 오염물질의 일부가 지체되는 현상이 강하게 발생되며, 오염물질의 일부만 이동이 지체됨에 따라서, 오염운이 긴 꼬리를 가진 형태가 관측된다. 더불어, 오염물질의 일부에 대해서만 이동이 지체되면, 시간에 대한 농도변화 곡선도 왜곡되어 꼬리를 가진 형태가 되는데, 위와 같은 왜곡이 발생되면, 기존의 1차원 이송-확산 모형으로는 정확한 예측이 불가능한 한계점이 있다.However, if you look at the behavior of the material that actually flows into the river, there is a strong phenomenon that some of the pollutants are retarded by shoals and puddles, vegetation, hand structures, and riverbed materials, and as only some of the pollutants are delayed, the pollutant cloud This long tailed form is observed. In addition, if the movement is delayed for only a part of the pollutant, the concentration change curve over time is also distorted to form a tail. If the above distortion occurs, accurate prediction is impossible with the existing one-dimensional transfer-diffusion model. There are limitations.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0111976호 (2009.10.28. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0111976 (published on October 28, 2009)

1. Simulation of solute transport in a mountain pool-and-riffle stream: A transient storage model. Water Resources Research. 19, 718-724. (1983)1.Simulation of solute transport in a mountain pool-and-riffle stream: A transient storage model. Water Resources Research. 19, 718-724. (1983) 2. One-dimensional Transport with Inflow and Storage (OTIS): a solute transport model for streams and rivers, Water-Resources Investigation Report 98-4018, Reston, VA: US Geological Survey. (1998)2.One-dimensional Transport with Inflow and Storage (OTIS): a solute transport model for streams and rivers, Water-Resources Investigation Report 98-4018, Reston, VA: US Geological Survey. (1998) 3. Parameter uncertainty estimation of transient storage model using Bayesian inference with formal likelihood based on breakthrough curve segmentation. (2019.10.14)3.Parameter uncertainty estimation of transient storage model using Bayesian inference with formal likelihood based on breakthrough curve segmentation. (2019.10.14) 4. 하천 유해물질 유출 사고에 대비한 저장대 모형의 불확도 평가 (2019.02.21)4. Uncertainty evaluation of the storage model model in preparation for the leakage of hazardous substances in rivers (2019.02.21)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 하천에 오염물질이 유입되었을 때, 오염물질의 이동을 지연시키는 저장대 및 하상대의 특성을 고려하여, 오염물질의 거동을 종합적으로 예측할 수 있는 수치모형을 제공하는 데에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is a numerical model capable of comprehensively predicting the behavior of pollutants in consideration of the characteristics of a storage zone and a bed that delay the movement of pollutants when pollutants are introduced into a river. To provide.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 방법으로서, 상기 하천의 오염물질의 이동을 지연시키는 지연특성을 고려하여 수치모형에 대한 지배방정식을 설계하는 방정식설계단계; 상기 설계된 지배방정식를 기초로 수치모형을 구축하는 모형구축단계; 상기 설계된 지배방정식의 해석해(analytical solution)를 가상수로에서 모의하고, 상기 모의한 결과를 상기 구축된 수치모형의 모의결과와 비교하는 비교단계; 및 상기 비교한 결과가 기설정된 조건을 만족하면, 상기 구축된 수치모형을 검증된 수치모형으로 결정하는 결정단계를 포함한다.A method according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem is a method for analyzing the mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model model that reflects river repair and topographic characteristics, wherein the pollutant movement in the river Equation design step of designing a governing equation for the numerical model in consideration of the delay characteristic that delays the value; A model building step of constructing a numerical model based on the designed governing equation; A comparison step of simulating an analytical solution of the designed governing equation in a virtual channel and comparing the simulated result with the simulation result of the constructed numerical model; And a determining step of determining the constructed numerical model as a verified numerical model when the comparison result satisfies a preset condition.

상기 방법에 있어서, 상기 하천의 흐름은 본류대, 저장대 및 하상대의 흐름을 포함하고, 상기 지연특성은, 상기 저장대에 의해 상기 오염물질의 이동이 지연되는 특성일 수 있다.In the above method, the flow of the river includes the flow of the main stream zone, the storage zone, and the bottom zone, and the delay characteristic may be a characteristic in which the movement of the pollutant is delayed by the storage zone.

상기 방법에 있어서, 상기 하천의 흐름은, 본류대, 저장대 및 하상대의 흐름을 포함하고, 상기 지연특성은, 상기 하상대에 의해 상기 오염물질의 이동이 지연되는 특성일 수 있다.In the above method, the flow of the river includes the flow of the main stream zone, the storage zone, and the bottom zone, and the delay characteristic may be a characteristic in which the movement of the pollutant is delayed by the bottom zone.

상기 방법에 있어서, 상기 방정식설계단계는, 상기 하상대에서 상기 오염물질이 흡착 또는 탈착되거나, 상기 하상대에서의 상기 오염물질의 휘발 또는 생분해되는 정도를 고려하여 상기 지배방정식을 설계할 수 있다.In the above method, in the step of designing the equation, the governing equation may be designed in consideration of the degree to which the pollutant is adsorbed or desorbed in the bed, or volatilized or biodegraded in the bed.

상기 방법에 있어서, 상기 비교단계는, 유한차분법 및 크랭크-니콜슨(Crank-Nicolson) 알고리즘을 이용하여, 상기 지배방정식을 이산화하는 단계를 포함할 수 있다.In the method, the comparing step may include discretizing the governing equation using a finite difference method and a Crank-Nicolson algorithm.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 장치는, 하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 장치로서, 상기 하천의 오염물질의 이동을 지연시키는 지연특성을 고려하여 수치모형에 대한 지배방정식을 설계하는 방정식설계부; 상기 설계된 지배방정식를 기초로 수치모형을 구축하는 모형구축부; 상기 설계된 지배방정식의 해석해(analytical solution)를 가상수로에서 모의하고, 상기 모의한 결과를 상기 구축된 수치모형의 모의결과와 비교하는 비교부; 및 상기 비교한 결과가 기설정된 조건을 만족하면, 상기 구축된 수치모형을 검증된 수치모형으로 결정하는 결정부를 포함한다.An apparatus according to another embodiment of the present invention for solving the above technical problem is an apparatus for analyzing the mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage table model reflecting river repair and topographic characteristics, wherein the pollutants of the river An equation design unit for designing a governing equation for the numerical model in consideration of the delay characteristics that delay the movement; A model building unit for constructing a numerical model based on the designed governing equation; A comparison unit that simulates an analytical solution of the designed governing equation in a virtual channel and compares the simulated result with the simulation result of the constructed numerical model; And a determination unit configured to determine the constructed numerical model as a verified numerical model when the comparison result satisfies a preset condition.

상기 장치에 있어서, 상기 하천의 흐름은 본류대, 저장대 및 하상대의 흐름을 포함하고, 상기 지연특성은, 상기 저장대에 의해 상기 오염물질의 이동이 지연되는 특성일 수 있다.In the above apparatus, the flow of the river includes the flow of the main stream zone, the storage zone, and the bottom zone, and the delay characteristic may be a characteristic in which the movement of the pollutant is delayed by the storage zone.

상기 장치에 있어서, 상기 하천의 흐름은, 본류대, 저장대 및 하상대의 흐름을 포함하고, 상기 지연특성은, 상기 하상대에 의해 상기 오염물질의 이동이 지연되는 특성일 수 있다.In the above apparatus, the flow of the river includes the flow of the main stream zone, the storage zone, and the bottom zone, and the delay characteristic may be a characteristic in which the movement of the pollutant is delayed by the bottom zone.

상기 장치에 있어서, 상기 방정식설계부는, 상기 하상대에서 상기 오염물질이 흡착 또는 탈착되거나, 상기 하상대에서의 상기 오염물질의 휘발 또는 생분해되는 정도를 고려하여 상기 지배방정식을 설계할 수 있다.In the apparatus, the equation designing unit may design the governing equation in consideration of the degree to which the pollutant is adsorbed or desorbed in the bed, or volatilized or biodegraded in the bed.

상기 장치에 있어서, 상기 비교부는, 유한차분법 및 크랭크-니콜슨(Crank-Nicolson) 알고리즘을 이용하여, 상기 지배방정식을 이산화할 수 있다.In the above apparatus, the comparison unit may discretize the governing equation using a finite difference method and a Crank-Nicolson algorithm.

본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 개시한다.An embodiment of the present invention discloses a computer-readable recording medium storing a program for executing the method.

본 발명은, 수질오염사고대응을 위한 방재 분야에 효과적으로 적용되어, 하천에 오염물질이 방류되었을 때, 신속한 대처가 가능하도록 도움을 줄 수 있다.The present invention is effectively applied to the field of disaster prevention for responding to water pollution accidents, and when pollutants are discharged into a river, it can help to quickly respond.

특히, 본 발명에 따르면, 오염물질의 고유한 흡착특성에 의해, 저장대 및 하상대에 따른 오염물질의 이동지연이 발생되는 경우에도, 정확하게 오염물질의 거동을 예측할 수 있다.In particular, according to the present invention, the behavior of the pollutant can be accurately predicted even when there is a delay in movement of the pollutant according to the storage zone and the bed due to the inherent adsorption characteristic of the pollutant.

본 발명에 따른 수치모형은, 하천에서 유해화학물질 혼합해석을 위한 수치모형으로서, 하천으로의 유해화학물질 유입 사고 발생시 유입 위치와 유입량을 입력 데이터로 이용하여 하류로 이송, 확산되는 화학물질의 혼합거동을 모의하고 취수장과 같은 중요지점에서 농도곡선을 출력하여 하천관리자 및 관련 엔지니어들에게 도달시간, 체류시간 등을 정보를 제공하여 수질사고에 신속하게 대응할 수 있는 하천 수질사고 대응 시스템 구축을 가능하게 하는 효과가 있다.The numerical model according to the present invention is a numerical model for analyzing the mixing of hazardous chemicals in a river, and mixing of chemicals that are transported and diffused downstream using the inflow location and inflow amount as input data when an accident occurs It is possible to build a river water accident response system that can quickly respond to water quality accidents by simulating the behavior and outputting concentration curves at important points such as water intake stations, providing information on arrival time and residence time to river managers and related engineers. There is an effect.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 예를 블록도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 전체적인 흐름도를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 하천에 유입된 오염물질이 유하하면서 발생될 수 있는 현상을 본 발명에 따른 수치모형에서 구현하고 있는 기작을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 다른 일 실시 예에 따른 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 하천 내 유해화학물질 유입사고 발생 시 매개변수를 평가하는 과정과 모형 구동의 흐름도를 도시한 것이다.
도 6은 반응계수를 결정하기 위한 각종 공식을 나타내고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 수치모형과 해석해를 비교한 결과를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에서 추적자 실험을 수행한 구간을 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10는 4개의 저장대 매개변수 값을 수치모형에 입력하여 모의한 결과와 추적자 실험으로부터의 농도 측정 결과를 비교한 결과를 도식적으로 나타내고 있다.
도 11은 25km 길이의 감천의 시나리오 모의 구간에서의 유해화학물질의 유입지점과 낙성양수장 위치를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 감천에 유입된 오염물질 별로 농도 분포를 예측한 결과를 그래프로 나타낸 일 예이다.
도 13은 반응계수와 수리조건에 따른 농도곡선의 첨두농도값 변화율을 도식적으로 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram showing an example of an apparatus according to the present invention.
2 is a diagram schematically showing the overall flow diagram of the method according to the present invention.
3 is a view showing a mechanism for implementing a phenomenon that may occur when pollutants introduced into a river flow in a numerical model according to the present invention.
4 is a diagram illustrating a method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of evaluating parameters and driving a model when an accident of introducing hazardous chemicals into a river occurs.
6 shows various formulas for determining the reaction coefficient.
7 is a diagram schematically showing the result of comparing the numerical model and the analysis solution according to the present invention.
8 is a diagram showing a section in which a tracer experiment was performed in the present invention.
9 and 10 schematically show the result of comparing the result of the simulation by inputting the four storage table parameter values into the numerical model and the result of the concentration measurement from the tracer experiment.
11 is a diagram schematically showing the entry point of hazardous chemicals and the location of the Nakseong pumping station in the scenario simulation section of Gamcheon, which is 25 km long.
12 is an example of a graph showing a result of predicting a concentration distribution for each pollutant introduced into Gamcheon.
13 is a diagram schematically showing the rate of change of the peak concentration value of the concentration curve according to the reaction coefficient and the hydraulic conditions.

실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.As for terms used in the embodiments, general terms that are currently widely used as possible are selected while considering functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit" and "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various forms and is not limited to the embodiments described herein.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 일 예를 블록도로 나타낸 것이다.1 is a block diagram showing an example of an apparatus according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)는 데이터베이스(110), 데이터처리부(130) 및 데이터출력부(150)를 포함하는 것을 알 수 있다. 실시 예에 따라서, 데이터처리부(130)는 모형구축부(131) 및 모형검증부(133)를 더 포함할 수 있고, 후술하는 것과 같이, 데이터처리부(130)는 모형구축부(131) 및 모형검증부(133) 외에 다른 모듈을 더 포함할 수도 있다. 본 발명에 따른 장치(10)는 물리적인 장치로 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 스크립트로 구성된 프로그램과 같이 논리적인 장치로도 구현될 수 있으며, 널리 알려진 스마트장치(스마트폰, 테블릿 PC, 노트북 컴퓨터)와 연동하여, 사용자에게 가장 적절한 정보를 제공할 수 있도록 운용될 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the apparatus 10 according to the present invention includes a database 110, a data processing unit 130, and a data output unit 150. Depending on the embodiment, the data processing unit 130 may further include a model building unit 131 and a model verification unit 133, and as will be described later, the data processing unit 130 includes a model building unit 131 and a model In addition to the verification unit 133, other modules may be further included. The device 10 according to the present invention may not only be implemented as a physical device, but also may be implemented as a logical device such as a program composed of a script, and well-known smart devices (smartphone, tablet PC, notebook computer) ), it can be operated to provide the most appropriate information to the user.

이하에서는, 본 발명에 따른 장치(10)를 구성하는 각각의 구성(블록)에 대해서 포괄적으로 설명한 후에, 구체적으로 각 구성들이 하는 기능에 대해서, 도 2 내지 도 13을 통해서 설명하기로 한다.Hereinafter, after comprehensively describing each component (block) constituting the device 10 according to the present invention, a function of each component will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 13.

데이터베이스(110)는 본 발명에 따른 장치(10)가 동작하기 위한 정보를 저장하고 관리하는 기능을 수행한다. 데이터베이스(110)는 데이터처리부(130)로부터 명령을 받아서, 데이터베이스(110)에 저장된 정보를 검색하고, 검색된 정보를 데이터처리부(130)에 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 데이터베이스(110)는 미리 저장되어 있는 데이터뿐만 아니라, 데이터처리부(130)가 처리한 결과로서 새로 생성된 데이터들도 전달받아서 저장하고 관리할 수 있다.The database 110 stores and manages information for operating the device 10 according to the present invention. The database 110 may perform a function of receiving a command from the data processing unit 130, searching for information stored in the database 110, and transmitting the searched information to the data processing unit 130. The database 110 may receive, store and manage not only previously stored data, but also newly generated data as a result of processing by the data processing unit 130.

데이터처리부(130)는 데이터베이스(110)로부터 각종 데이터를 전달받아서 데이터를 처리한다. 데이터처리부(130)는 물리적인 장치로 구현될 경우, 각종 처리 기능을 수행하기에 적절한 수준의 스펙을 갖는 프로세서(processor)를 내장할 수 있다. 데이터처리부(130)는 데이터베이스(110)로부터 전달받은 데이터를 가공처리함으로써, 새로운 데이터를 산출할 수도 있으며, 산출된 데이터는 데이터베이스(110)에 전송되어 저장, 관리될 수 있다. 또한, 데이터처리부(130)는 산출된 데이터 중에서 사용자의 스마트장치의 디스플레이부를 통해서 출력이 필요한 데이터가 있을 경우, 데이터출력부(150)에 전달함으로써, 사용자가 스마트장치의 디스플레이부를 통해서 필요한 정보를 시각적으로 확인하고 특정한 입력을 할 수 있도록 한다.The data processing unit 130 receives various types of data from the database 110 and processes the data. When implemented as a physical device, the data processing unit 130 may include a processor having a specification of an appropriate level to perform various processing functions. The data processing unit 130 may calculate new data by processing the data received from the database 110, and the calculated data may be transmitted to the database 110 to be stored and managed. In addition, if there is data that needs to be output through the display unit of the user's smart device among the calculated data, the data processing unit 130 transmits the data to the data output unit 150 to visually display the necessary information through the display unit of the smart device. Check with and allow specific input.

데이터출력부(150)는 사용자가 사용하는 스마트장치(PC, 테블릿 PC, 스마트폰)와 연동되어 스마트장치의 디스플레이부에 데이터처리부(130)가 처리한 결과가 표시되도록 시각적인 정보를 처리한다.The data output unit 150 processes visual information so that the result of the data processing unit 130 is displayed on the display unit of the smart device by interlocking with the smart device (PC, tablet PC, smartphone) used by the user. .

본 발명에서 수치모형은 입력된 하천정보 및 오염물질정보를 기초로 하천의 오염물질의 거동을 예측하는 모델(model)로서, 지배방정식(governing equation)에 의해서 구축되는 모델로 간주한다. 또한, 데이터처리부(130)는 각종 데이터를 가공하여 처리하는 기능을 수행하는 모듈로서, 도 1처럼 모형구축부(131)와 모형검증부(133)를 포함할 수도 있고, 실시 예에 따라서, 후술하는 방정식설계부, 모형구축부, 비교부 및 결정부를 포함할 수도 있다. 방정식설계부, 모형구축부, 비교부 및 결정부가 수행하는 기능에 대해서는 도 3 내지 도 13을 통해 후술하기로 한다.In the present invention, the numerical model is a model that predicts the behavior of pollutants in a stream based on the input stream information and pollutant information, and is regarded as a model constructed by a governing equation. In addition, the data processing unit 130 is a module that performs a function of processing and processing various types of data, and may include a model building unit 131 and a model verification unit 133 as shown in FIG. 1, and will be described later according to embodiments. It may include an equation design section, a model building section, a comparison section, and a decision section. Functions performed by the equation design unit, the model building unit, the comparison unit, and the determination unit will be described later with reference to FIGS. 3 to 13.

도 2는 본 발명에 따른 방법의 전체적인 흐름도를 도식적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing the overall flow diagram of the method according to the present invention.

도 2에 따른 방법은 도 1의 장치에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서는, 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.Since the method according to FIG. 2 can be implemented by the apparatus of FIG. 1, it will be described below with reference to FIG. 1.

보다 구체적으로, 도 2는 본 발명에 따른 방법을 가장 포괄적으로 나타낸 것이며, 각 단계를 수행하는 주체는 실시 예에 따라서 달라질 수 있다.More specifically, FIG. 2 shows the method according to the present invention most comprehensively, and the subject performing each step may vary according to embodiments.

데이터처리부(130)는 저장대 및 하상대에서의 지연특성을 고려하여, 하천의 오염물질의 거동에 대한 지배방정식(governing equation)을 설계한다(S210). 하천의 흐름은 본류대, 저장대 및 하상대의 흐름으로 구성되고, 본류대에 있는 오염물질은 하천의 평균 유속에 따라서 이동하는 특성을 갖지만, 저장대 및 하상대에서의 오염물질의 이동은 본류대에서의 오염물질의 이동과 상이한 특성을 갖는다.The data processing unit 130 designs a governing equation for the behavior of pollutants in a stream in consideration of delay characteristics in the storage zone and the river bed (S210). The flow of the river consists of the flow of the main stream zone, storage zone, and river bed, and the pollutants in the main stream have the characteristics of moving according to the average flow velocity of the river, but the movement of pollutants in the storage zone and the river bed is It has different properties from the transport of pollutants.

도 3은 하천에 유입된 오염물질이 유하하면서 발생될 수 있는 현상을 본 발명에 따른 수치모형에서 구현하고 있는 기작을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a mechanism for implementing a phenomenon that may occur while a pollutant introduced into a river flows in a numerical model according to the present invention.

도 3을 참조하면, 하천에 유입된 오염물질은 하천의 흐름을 구성하는 본류대, 저장대 및 하상대에서의 흐름에 의해 이송 및 분산이 이루어지는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 여울이나 웅덩이와 같은 저장대에 도달한 오염물질은 저장대의 형태에 따른 저장효과에 의해서 이동이 지연되고, 하상대에 도달한 오염물질은 하상대의 굴곡특성에 의해 하상대 표면에 흡착되거나 탈착되는 과정에서 이동이 지연된다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the pollutants introduced into the river are transported and dispersed by the flow in the main stream, storage, and upper streams constituting the stream. Specifically, contaminants that reach the reservoir, such as shoals or puddles, are delayed in movement due to the storage effect according to the shape of the reservoir, and the pollutants that reach the bed are adsorbed to the bed surface due to the bending characteristics of the bed. Movement is delayed in the process of becoming or detached.

전술한 과정 외에도, 본류대의 유속이 일정 이상 빨라지거나, 본류대의 수온이 일정 온도 이상으로 증가되면, 하천에 유입된 오염물질은 휘발되거나 생화학적으로 분해되며, 오염물질의 휘발이나 생화학적 분해는 하천 상류에서 유입된 오염물질이 하천 하류에서 일부 유실되는 현상을 유발하게 된다.In addition to the above-described process, when the flow rate of the main stream increases by more than a certain level or the water temperature in the main stream increases above a certain temperature, pollutants introduced into the river are volatilized or biochemically decomposed, and volatilization or biochemical decomposition of pollutants is Contaminants introduced from the upstream are partially lost in the downstream of the river.

이어서, 데이터처리부(130)는 지배방정식을 기초로 수치모형을 구축한다(S230). 단계 S230에서 구축되는 수치모형은 단계 S210에서 설계된 지배방정식을 기초로 하며, 본 발명에서는 지배방정식을 설계하는 데에 있어서, 기존에는 고려하지 않던 저장대 및 하상의 지연특성을 반영하므로, 본 발명에 따라 구축되는 수치모형은 종래의 수치모형에 비해서 오염물질의 거동을 더 정확하게 설명할 수 있다.Subsequently, the data processing unit 130 constructs a numerical model based on the governing equation (S230). The numerical model constructed in step S230 is based on the governing equation designed in step S210, and in the present invention, in designing the governing equation, it reflects the delay characteristics of the storage zone and the bed that were not previously considered. The numerical model constructed accordingly can more accurately describe the behavior of pollutants compared to the conventional numerical model.

데이터처리부(130)는 지배방정식의 해석해(analytic solution)를 구하고, 해석해에 따른 모의결과를 수치모형의 모의결과와 비교하며(S250), 비교한 결과를 기초로 최종적으로 수치모형을 결정하게 된다(S270). 설명의 편의를 위해서, 단계 S250 내지 S270에 대해서는 도 4 내지 도 13을 통해서 도식적으로 설명하기로 한다.The data processing unit 130 obtains an analytic solution of the governing equation, compares the simulation result according to the analysis solution with the simulation result of the numerical model (S250), and finally determines the numerical model based on the comparison result ( S270). For convenience of explanation, steps S250 to S270 will be schematically described with reference to FIGS. 4 to 13.

도 4는 본 발명에 다른 일 실시 예에 따른 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram illustrating a method according to another embodiment of the present invention.

도 4는 도 2에서 설명한 방법은 더욱 구체적으로 설명하는 도면으로서, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 크게 수치모형을 모델링(구축)하고, 모델링된 수치모형을 다각도로 검증하는 두 단계로 나뉘는 것을 알 수 있다.FIG. 4 is a diagram illustrating the method described in FIG. 2 in more detail. Referring to FIG. 4, the method according to the present invention largely models (builds) a numerical model and verifies the modeled numerical model from multiple angles. It can be seen that it is divided into.

먼저, 수치모형을 모델링하는 단계(S410)는 지배방정식을 개발하는 단계(S411), 수치모델링을 하는 단계(S413), 해석해를 도출하는 단계(S415) 및 추적자실험을 하는 단계(S417)를 포함할 수 있다.First, the step of modeling a numerical model (S410) includes a step of developing a governing equation (S411), a step of numerical modeling (S413), a step of deriving an analysis solution (S415), and a step of performing a tracer experiment (S417). can do.

하천에 유입된 유해화학물질 혼합해석을 위한 1차원 하천저장대모형에서는 수체에서의 물질의 이송 및 분산뿐만 아니라, 도 4에 도시된 것처럼, 저장대효과, 하상대에의 흡착 및 탈착, 휘발, 생화학적 분해기작이 더 포함되어 있다. 이러한 복잡한 혼합 메커니즘을 모두 포함하기 위한 수치모형의 지배방정식은 수학식 1 내지 수학식 3과 같다.In the one-dimensional stream storage model for the mixing analysis of harmful chemical substances introduced into the river, not only the transport and dispersion of substances in the water body, but also the storage effect, adsorption and desorption to the river bed, volatilization, Biochemical degradation mechanisms are further included. The governing equations of the numerical model for including all of these complex mixing mechanisms are as shown in Equations 1 to 3.

Figure 112020090372210-pat00001
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Figure 112020090372210-pat00002
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Figure 112020090372210-pat00003
Figure 112020090372210-pat00003

수학식 1 내지 수학식 3은 하천의 오염물질의 거동을 예측하는 수치모형을 구축하는 데에 필요한 지배방정식을 나타내고 있다. 구체적으로, 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3은 하천의 본류대, 저장대, 하상대에 대한 방정식을 각각 의미한다. 수학식 1 내지 수학식 3에서, CF, Cs, Cb는 본류대, 저장대, 하상대에서의 오염물질의 농도를 각각 의미하고, KF, AF, As, α는 분산계수, 본류대 면적, 저장대 면적, 본류대-저장대 간의 물질교환계수를 각각 의미하며, ks, kv, λ는 반응계수로서, 각각 오염물질이 하상대에 흡탈착되는 정도, 본류대에서 휘발되는 정도, 본류대, 저장대, 하상대에서 생분해되는 정도를 각각 의미한다.Equations 1 to 3 represent the governing equations required to construct a numerical model that predicts the behavior of pollutants in a river. Specifically, Equation 1, Equation 2, and Equation 3 mean equations for the main stream zone, the storage zone, and the river bed zone, respectively. In Equations 1 to 3, C F , C s , C b denote the concentrations of contaminants in the mainstream zone, storage zone, and bed zone, respectively, and K F , A F , A s , α are dispersion coefficients, The area of the mainstream zone, the area of the storage zone, and the mass exchange coefficient between the mainstream zone and the storage zone are respectively, and k s , k v , and λ are reaction coefficients, the degree to which contaminants are adsorbed and desorbed from the bed, the degree of volatilization in the main stream, It refers to the degree of biodegradation in the mainstream, storage, and bottom, respectively.

특히, 저장대에서는, 본류대와의 농도차이에 물질교환계수 α가 적용된 속도로 선형적인 물질교환이 발생되어, 본류대에서의 높은 농도의 오염물질이 저장대로 들어가서 일정시간동안 정체되어 있다가 서서히 저장대로부터 빠져나오는 현상을 반영하기 위해 수학식 2가 추가적으로 고려된 것이며, 지배방정식에 수학식 2가 더 고려됨으로써, 본 발명에 따른 장치는 본류대에서 발생되는 농도곡선의 왜곡을 모의(simulation)할 수 있게 된다.In particular, in the storage zone, a linear mass exchange occurs at the rate at which the material exchange coefficient α is applied to the difference in concentration from the mainstream zone, and the high concentration of contaminants in the mainstream zone enters the storage zone and stagnates for a certain period of time, then gradually becomes the storage zone. Equation 2 is additionally considered in order to reflect the phenomena that escape from the equation, and since Equation 2 is further considered in the governing equation, the apparatus according to the present invention can simulate the distortion of the concentration curve generated in the mainstream. do.

위와 같이, 저장대의 저장효과, 하상대의 흡탈착효과 등을 고려한 지배방정식가 설계되고 나면, 데이터처리부(130)는 지배방정식을 유한차분법 및 크랭크-니콜슨 알고리즘(Crank-Nicolson algorithm)를 모두 이용하여, 이산화(discretization)시킨다(S413). 또한, 데이터처리부(130)는 지배방정식의 해석해(analytic solution)를 도출하여, 가상수로(virtural watercourse)에서 모의하고, 모의한 결과를 기구축된 수치모형과 비교할 수 있다(S415).As described above, after the governing equation is designed in consideration of the storage effect of the reservoir and the adsorption and desorption effect of the bottom, the data processing unit 130 converts the governing equation to the finite difference method and the Crank-Nicolson algorithm. , Discretization (S413). In addition, the data processing unit 130 may derive an analytic solution of the governing equation, simulate it in a virtual watercourse, and compare the simulated result with the constructed numerical model (S415).

또한, 데이터처리부(130)는 수치모형을 모델링하는 단계(S410)에서 추적자 실험을 하여 농도 측정 자료를 획득할 수 있고(S417), 이 과정에서 획득된 오염물질의 농도 측정 자료는 수치모형을 검증하는 단계(S430)에서 활용된다. 본 발명에서는, 추적자 실험을 대한민국 소재지인 감천 및 청미천에서 수행하였으나, 실시 예에 따라서, 다른 하천에서 추적자 실험을 수행한 결과가 본 발명에 적용될 수 있음은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.In addition, the data processing unit 130 may perform a tracer experiment in the step of modeling the numerical model (S410) to obtain concentration measurement data (S417), and the concentration measurement data of the pollutant obtained in this process verifies the numerical model. It is utilized in the step (S430). In the present invention, the tracer experiment was performed in Gamcheon and Cheongmicheon, which are the locations of the Republic of Korea, but it is obvious to those of ordinary skill in the art that the results of performing the tracer experiment in other rivers can be applied to the present invention according to the embodiment. something to do.

또한, 도 4에서 각 단계를 데이터처리부(130)가 아니라, 데이터처리부(130)에 포함되어 있는 하위모듈에 의해 각각 수행될 수도 있다. 예를 들어, 지배방정식을 설계하는 단계(S411)는 도 1에서 설명한 모형구축부 또는 방정식설계부에 의해 수행될 수 있다.In addition, each step in FIG. 4 may be performed by a lower module included in the data processing unit 130 instead of the data processing unit 130. For example, the step of designing the governing equation (S411) may be performed by the model building unit or the equation design unit described in FIG. 1.

도 5는 하천 내 유해화학물질 유입사고 발생 시 매개변수를 평가하는 과정과 모형 구동의 흐름도를 도시한 것이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of evaluating parameters and driving a model when an accident of introducing hazardous chemicals into a river occurs.

도 5는 기존의 1차원 이송-확산 수치모형에서 수행되는 과정을 본 발명에 대해서 확장한 결과를 도시한 것으로서, 기존의 1차원 이송-확산 수치모형에서 지배방정식을 설계하는 데에 고려되지 않는 요소로서, 오염물질의 하상대에 대한 흡착 및 탈착, 휘발, 생화학적 분해에 대한 요소가 더 추가되어 있다. 5 shows the results of extending the process performed in the existing one-dimensional transport-diffusion numerical model to the present invention, and elements not considered in designing the governing equation in the existing one-dimensional transport-diffusion numerical model As a result, factors for adsorption and desorption, volatilization, and biochemical degradation of pollutants on the bedside are further added.

도 5는 대상하천에서의 유량 시나리오에 대하여 1차원 동수역학모형인 HEC-RAS를 통하여 계산된 수리, 지형인자를 저장대 모형 매개변수 추정식에 입력하여 위치별 분포형 저장대 모형 매개변수를 산정하는 과정을 구체적으로 나타낸 것이다. 도 5는, 저장대 매개변수, 반응계수들을 입력자료로 결정하고, 임의의 유해화학물질의 하천유입 시나리오를 설정한 후, 한국의 감천 25km 이상 장구간을 대상으로 하천저장대 수치모형을 적용하여 현장 적용성을 평가하고, 반응계수에 따른 저장대 모형의 모의 결과값의 민감도를 분석하여, 오염물질의 흡착 및 탈착, 휘발, 생분해 반응기작의 유의성 척도를 제시하는 내용을 순차적으로 도시하고 있다.Figure 5 is a calculation of the distribution-type storage model parameters for each location by inputting hydraulic and topographic factors calculated through HEC-RAS, a one-dimensional dynamic hydrodynamic model, into the storage model parameter estimation equation for the flow scenario in the target river. It specifically shows the process of doing. 5, after determining the storage zone parameters and reaction coefficients as input data, setting a river inflow scenario of any hazardous chemicals, and applying the river storage zone numerical model for a long section of Gamcheon 25 km or more in Korea. By evaluating the field applicability, analyzing the sensitivity of the simulated result value of the storage model according to the reaction coefficient, the contents of suggesting the significance scale of adsorption and desorption, volatilization, and biodegradation of contaminants are sequentially shown.

도 6은 반응계수를 결정하기 위한 각종 공식을 나타내고 있다.6 shows various formulas for determining the reaction coefficient.

저장대의 저장효과와 유사한 메커니즘으로 하상대와의 흡탈착 기작도 지배방정식에 포함되어 있는데, 저장효과와 다르게 흡착속도에 비하여 탈착속도가 비교적 느리기 때문에, 도 6의 흡탈착 방정식 박스(610)를 참조하면, 균형상태에서의 본류대 농도와 하상대 농도의 차이를 기초로 하여, 흡탈착속도를 결정하는 것을 알 수 있다. 균형농도 Cb,eq는 본류대의 수체와 하상대의 유사(流砂)간의 분배계수 Kp로부터 결정되며, 하상대의 유사의 분배계수 Kp는 물질별 고유의 옥탄올-물 분배계수 Kow로부터 결정된다.As a mechanism similar to the storage effect of the storage bed, the mechanism of adsorption and desorption with the bed is also included in the governing equation. Unlike the storage effect, the adsorption and desorption rate is relatively slow compared to the adsorption rate. It can be seen that the adsorption and desorption rate is determined based on the difference between the concentration of the mainstream zone and the bottom zone concentration in a balanced state. The equilibrium concentration C b,eq is determined from the distribution coefficient K p between the water body in the main stream and the stream in the bottom area, and the distribution coefficient K p of the similar in the bottom area is derived from the unique octanol-water distribution coefficient K ow for each substance. Is determined.

흡탈착계수 ks는 분배계수와의 선형회귀식으로부터 결정될 수 있다. 휘발계수 kv는 물과 공기, 두 개의 상에서의 필름이론을 바탕으로 액체와 기체의 경계면에서의 산호의 물질교환을 나타내는 재폭기 계수 kr과 확산계수 Do2로부터 결정될 수 있다. 이때, 재폭기계수 kr은 개수로에서 유속과 수심으로부터 결정되므로, 휘발계수 kv도 개수로의 유속과 수심에 의존하게 된다.The adsorption and desorption coefficient k s can be determined from the linear regression equation with the partition coefficient. The volatilization coefficient k v can be determined from the reaeration coefficient k r and the diffusion coefficient D o2 representing the mass exchange of coral at the interface between liquid and gas based on the film theory of two phases, water and air. At this time, since the number of re-detonation machines k r is determined from the flow velocity and depth in the open channel, the volatilization coefficient k v also depends on the flow velocity and depth in the open channel.

도 6에서 생분해계수 λ는 물질의 농도가 50%로 감소하기 위해 소요되는 기간인 반감기로부터 결정되고, 생분해계수의 단위는 시간의 역수이다. 도 5에서 설명한 것처럼, 본 발명에서는, 수치모형을 검증하고 평가하는 과정에서, 반응계수에 대한 민감도 분석을 실시하게 되고, 반응계수에 따른 모의 결과의 변화율을 평가하여 임계치 이상의 계수에서 반응기작이 유의한지를 평가한다.In FIG. 6, the biodegradation coefficient λ is determined from the half-life, which is the period required to reduce the concentration of a substance to 50%, and the unit of the biodegradation coefficient is the reciprocal of time. As described in FIG. 5, in the present invention, in the process of verifying and evaluating the numerical model, sensitivity analysis on the reaction coefficient is performed, and the rate of change of the simulation result according to the reaction coefficient is evaluated, so that the reaction factor is significant at the coefficient above the threshold. Evaluate Hanji.

도 7은 본 발명에 따른 수치모형과 해석해를 비교한 결과를 도식적으로 나타낸 도면이다.7 is a diagram schematically showing the result of comparing the numerical model and the analysis solution according to the present invention.

도 7은 데이터처리부(130)가 하천의 본류대, 저장대, 하상대에 대해서 설계한 지배방정식에 라플라스 변환을 적용하여 해석해를 구하고, 수치모형과 해석해를 비교한 결과이다.7 is a result of obtaining an analysis solution by applying the Laplace transform to the governing equation designed by the data processing unit 130 for the main stream zone, storage zone, and river bed zone, and comparing the numerical model with the analysis solution.

저장대 농도, 하상대 농도에 대한 지배방정식을 시간변수에 대하여 라플라스 변수로 변환하면, 그 변환결과는 본류대 농도와 선형적인 관계를 갖는다. 위와 같은 사실을 기초로, 수학식 1 내지 수학식 3을 본류대 농도에 대한 하나의 식으로 정리하면, 후술하는 수학식 4와 같고, 수학식 4에서 사용된 미지수들의 수학적 정의는 후술하는 수학식 5 내지 수학식 7과 같다.When the governing equations for the storage zone concentration and the bottom zone concentration are converted to the Laplace variable for the time variable, the conversion result has a linear relationship with the mainstream concentration. Based on the above fact, if Equations 1 to 3 are summarized as one equation for the concentration in the mainstream, it is the same as Equation 4 to be described later, and the mathematical definition of the unknowns used in Equation 4 is Equation 5 to be described later. To Equation 7.

Figure 112020090372210-pat00004
Figure 112020090372210-pat00004

Figure 112020090372210-pat00005
Figure 112020090372210-pat00005

Figure 112020090372210-pat00006
Figure 112020090372210-pat00006

Figure 112020090372210-pat00007
Figure 112020090372210-pat00007

수학식 4와 같은, 본류대 농도에 대한 2계 선형 제2차 상미분방정식의 해는 지수함수 형태이며, 본류대 농도에 대해서 수학식 4를 풀면, 수학식 8과 같은 해가 얻어질 수 있다.The solution of the second-order linear second-order ordinary differential equation for the concentration in the main stream, such as Equation 4, is in the form of an exponential function, and when Equation 4 is solved for the concentration in the main stream, the same solution as in Equation 8 can be obtained.

Figure 112020090372210-pat00008
Figure 112020090372210-pat00008

수학식 4에서는 경계조건으로서 상류단에서 농도 주입조건을 설정하였는데, 일정시간 동안 일정 농도를 주입하기 위하여 헤비사이드 계산 함수로 설정하고, 설정한 결과를 라플라스 변환시켜서 해석해에 탑재하면 수학식 9와 같은 결과가 도출된다.In Equation 4, the concentration injection condition at the upstream end is set as the boundary condition.If the set result is set as a heavyside calculation function to inject a certain concentration for a certain period of time, and the set result is converted to Laplace and loaded into the analysis solution, the same as Equation 9 The result is derived.

Figure 112020090372210-pat00009
Figure 112020090372210-pat00009

수학식 9와 같은 해석해를 이용하여 모의(simulation)한 결과와 수치모형을 통하여 모의한 결과를 같은 조건에서 비교하기 위하여, 도 7과 같이 임의의 가상수로를 가정하였고, 두 가지 경계조건에서 모의결과를 비교한 결과 모두 결정계수 0.99이상의 정확도가 관측되었으며, 이러한 결과는 도 7의 Case 1 및 Case 2의 그래프에 도식적으로 나타나 있다.In order to compare the simulated results using the analysis solution as shown in Equation 9 and the simulated results through the numerical model under the same conditions, an arbitrary virtual channel was assumed as shown in FIG. 7 and the simulation results under two boundary conditions. As a result of comparing with, an accuracy of 0.99 or more was observed for all of the determination coefficients, and these results are schematically shown in the graphs of Case 1 and Case 2 of FIG.

데이터처리부(130)는 위와 같이, 수치모형과 지배방정식의 해석해를 비교한 결과, 그 결과가 일정한 결정계수를 초과하는 등의 기설정된 조건이 만족되면, 추적자 실험으로 저장대 모형을 검증하게 된다.As described above, as a result of comparing the numerical model and the analysis solution of the governing equation, the data processing unit 130 verifies the storage model through a tracer experiment if a predetermined condition such as a result exceeding a certain coefficient of determination is satisfied.

도 8은 본 발명에서 추적자 실험을 수행한 구간을 나타낸 도면이다.8 is a diagram showing a section in which a tracer experiment was performed in the present invention.

도 8에서, 추적자 실험은 2019년 한국 소재의 청미천과 2019년 및 2020년에 한국 소재의 감천에서 실시되었으며, 추적자로는 형광물질인 로다민 WT 20%용액이 사용되었다. 또한, 농도측정센서로는 YSI 로다민센서(YSI-6130)가 사용되었다.In Figure 8, the tracer experiment was conducted in Cheongmicheon, Korea in 2019, and Gamcheon, Korea in 2019 and 2020, and as a tracer, a 20% solution of rhodamine WT, a fluorescent substance, was used. In addition, a YSI rhodamine sensor (YSI-6130) was used as the concentration measuring sensor.

도 8의 (a) 및 (b)에는, 실험구간 내에서의 주입지점(injection point)과 측선이 표시되어 있고, 측선을 기준으로 3~5개의 소구간이 구분되어 있다. 실험구간에 포함된 각 소구간 별로 역산모델링을 수행하여 최적화된 저장대 매개변수는 표 1와 같다.In (a) and (b) of Fig. 8, injection points and lateral lines within the experimental section are indicated, and 3 to 5 sub-sections are divided based on the lateral line. Table 1 shows the storage parameters optimized by performing inverse modeling for each sub-section included in the experimental section.

Figure 112020090372210-pat00010
Figure 112020090372210-pat00010

도 9 및 도 10는 4개의 저장대 매개변수 값을 수치모형에 입력하여 모의한 결과와 추적자 실험으로부터의 농도 측정 결과를 비교한 결과를 도식적으로 나타내고 있다.9 and 10 schematically show the result of comparing the result of the simulation by inputting the four storage parameter values into the numerical model and the result of the concentration measurement from the tracer experiment.

도 9 및 도 10에 따르면, 세 가지 경우 모두 결정계수 0.9 이상의 정확도(2019년의 청미천, 감천 순서로 0.91, 0.94, 2020년의 감천은 미도시)가 산출되며, 지배방정식으로부터 도출된 저장대 모형이 실제 하천에서의 오염물질 혼합거동을 정확히 재현하고 있다는 것을 알 수 있다.According to FIGS. 9 and 10, in all three cases, an accuracy of 0.9 or more of the determination coefficient (in order of Cheongmicheon in 2019, Gamcheon in order of 0.91, 0.94, Gamcheon in 2020 is not shown) is calculated, and the storage zone model derived from the governing equation It can be seen that it accurately reproduces the pollutant mixing behavior in the actual river.

도 11은 25km 길이의 감천의 시나리오 모의 구간에서의 유해화학물질의 유입지점과 낙성양수장 위치를 도식적으로 나타낸 도면이다.11 is a diagram schematically showing the entry point of hazardous chemicals and the location of the Nakseong pumping station in the scenario simulation section of Gamcheon, which is 25 km long.

도 11에서는, 수계 반응성 유해화학물질 유입 시나리오를 설정하고, 그 과정에서 검증된 저장대 모형을 감천의 장구간(약 25km 길이)에 적용한 결과가 도시되어 있다. 도 11에서, 유해화학물질이 유입된 위치는 김천산업단지와 인접한 감천과 대광천의 합류부 지점이고, 유입된 유해화학물질은 톨루엔, 브롬, 메틸에틸케톤으로, 김천산업단지에서 실제 취급하는 물질들로 선정된 것이다.In FIG. 11, a result of setting a scenario for introducing hazardous chemical substances into a water system and applying the verified storage model to the long section of Gamcheon (about 25 km long) is shown. In FIG. 11, the location where hazardous chemicals were introduced is the junction of Gamcheon and Daegwangcheon adjacent to the Gimcheon Industrial Complex, and the introduced hazardous chemicals are toluene, bromine, and methyl ethyl ketone, and substances actually handled in the Gimcheon Industrial Complex It was selected as

도 11은 시나리오 모의를 위한 대상 유역과 주요 구조물을 나타내고 있고, 감천은 저장대 모형을 위하여 40개의 소구간으로 분할되었으며 그 중 일부 소구간만이 도 11에 표시되어 있다. 시나리오 모의에서는 저장대모형 매개변수 추정식을 이용하여 각각의 소구간마다 매개변수를 결정하였으며, 매개변수의 값을 얻기 위한 수학식은 다음과 같다.Fig. 11 shows the target watershed and main structures for scenario simulation, and Gamcheon is divided into 40 sub-sections for the storage model, and only some of them are shown in Fig. 11. In the scenario simulation, parameters were determined for each sub-section by using the storage-large model parameter estimation equation, and the equation for obtaining the parameter value is as follows.

Figure 112020090372210-pat00011
Figure 112020090372210-pat00011

Figure 112020090372210-pat00012
Figure 112020090372210-pat00012

Figure 112020090372210-pat00013
Figure 112020090372210-pat00013

Figure 112020090372210-pat00014
Figure 112020090372210-pat00014

수학식 10 내지 수학식 13은, 도 11에서의 감천의 분산계수 KF, 본류대 면적 AF, 저장대 면적 As 및 본류대-저장대간의 물질교환계수 α를 각각 산출하기 위해 이용되는 수학식이며, 수학식 10 내지 수학식 13을 통해서 산출된 매개변수들을 정리하면, 표 2와 같다.Equations 10 to 13 are equations used to calculate the dispersion coefficient K F of Gamcheon, the main stream area A F , the storage area A s, and the mass exchange coefficient α between the main stream and storage areas, respectively, The parameters calculated through Equations 10 to 13 are summarized in Table 2.

Figure 112020090372210-pat00015
Figure 112020090372210-pat00015

또한, 모의 대상인 세 종류의 유해화학물질의 반응성을 결정하는 반응계수는 표 3과 같다.In addition, the reaction coefficients that determine the reactivity of the three types of hazardous chemicals to be simulated are shown in Table 3.

Figure 112020090372210-pat00016
Figure 112020090372210-pat00016

표 2 및 표 3에서의 매개변수와 반응계수를 입력조건으로 하여, 하천저장대 모형을 모의하고, 유입지점으로부터 약 20km 하류에 위치한 낙성양수장 지점에서의 농도곡선을 출력한 결과는 도 12와 같다.Using the parameters and reaction coefficients in Tables 2 and 3 as input conditions, the stream storage model was simulated, and the result of outputting the concentration curve at the Nakseong pumping station located about 20 km downstream from the inflow point is shown in FIG. .

도 12는 감천에 유입된 오염물질 별로 농도 분포를 예측한 결과를 그래프로 나타낸 일 예이다.12 is an example of a graph showing a result of predicting a concentration distribution for each pollutant introduced into Gamcheon.

도 12를 참조하면, 화학물질의 종류에 따라 오염물질의 농도 변화가 서로 다르다는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 도 12를 참조하면, 흡탈착 기작을 대표하는 옥탄올-물 분배계수 값이 가장 큰 톨루엔(Toluene)의 첨두농도 도달시간이 가장 늦으며, 휘발의 영향이 가장 적은 톨루엔의 질량 감쇠가 가장 적고, 확산계수와 생분해계수가 모두 가장 큰 브롬(Bromine)의 질량 감쇠가 가장 크다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that the change in the concentration of the pollutant is different according to the type of the chemical. More specifically, referring to FIG. 12, the time to reach the peak concentration of toluene, which has the largest octanol-water partition coefficient value representing the adsorption and desorption mechanism, is the latest, and the mass attenuation of toluene has the least effect of volatilization. It can be seen that the mass attenuation of bromine is the least, and the diffusion coefficient and biodegradation coefficient are the largest.

또한, 브롬과 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone)의 모의 결과를 비교해보면 전구간에서 메틸에틸케톤의 농도가 더 높은 것으로 관측되므로, 생화학적 반응보다 휘발의 영향이 더 크게 작용함을 알 수 있다. 도 12로부터, 반응 계수에 따른 모의 결과의 차이가 타당한 의미를 보인다고 평가할 수 있다.In addition, when comparing the simulation results of bromine and methyl ethyl ketone, it was observed that the concentration of methyl ethyl ketone was higher in the whole region, so that the effect of volatilization was greater than that of the biochemical reaction. From FIG. 12, it can be evaluated that the difference in the simulation result according to the response coefficient shows a reasonable meaning.

도 13은 반응계수와 수리조건에 따른 농도곡선의 첨두농도값 변화율을 도식적으로 나타낸 도면이다.13 is a diagram schematically showing the rate of change of the peak concentration value of the concentration curve according to the reaction coefficient and the hydraulic conditions.

도 13은 반응계수에 따른 저장대 모형 모의 결과의 민감도 분석을 실시한 결과로서, 화학물질 고유의 반응계수의 유의성 척도를 제시하기 위한 도면이다.13 is a view for presenting a measure of significance of a reaction coefficient specific to a chemical substance as a result of a sensitivity analysis of the simulation result of a storage zone model according to the reaction coefficient.

반응 계수의 영향으로 감소하는 모의 결과 농도곡선의 첨두농두값이 10%이하라면 해당 반응계수에 모의 결과가 민감하지 않다고 판단하고, 도 13과 같은 평가를 실시한 것이며, 그 결과, 도 13의 (a) 및 (b)처럼, 생화학적 반감기가 18.98시간보다 길고, 옥탄올-물 분배계수가 102 이하인 물질은 생분해, 흡착 및 탈착 반응에 둔감한 것으로 나타났다. 또한, 도 13의 (c)를 참조하면, 1m 수심 기준 0.1 m/s이하의 유속에서의 하천 수리조건에서는 수계확산계수의 달라지더라도 첨두농도 변화율이 거의 없다는 것이 관측되므로, 이 관측결과를 통해서, 1m 수심 기준 0.1 m/s이하의 유속에서는, 화학물질의 휘발성 또한 무시할 수 있는 것으로 밝혀졌다.If the result of the simulation that decreases due to the effect of the response coefficient is less than 10%, the simulation result is determined to be insensitive to the corresponding response coefficient, and the evaluation as shown in FIG. 13 was performed. As a result, (a As shown in) and (b), materials with a biochemical half-life longer than 18.98 hours and an octanol-water partition coefficient of 10 2 or less were found to be insensitive to biodegradation, adsorption and desorption reactions. In addition, referring to FIG. 13(c), it is observed that there is little change in peak concentration even if the diffusion coefficient of the water system is changed in the river hydraulic condition at a flow rate of 0.1 m/s or less based on a depth of 1 m. However, at flow rates below 0.1 m/s at a depth of 1 m, the volatility of chemicals was also found to be negligible.

본 발명은, 수질오염사고대응을 위한 방재 분야에 효과적으로 적용되어, 하천에 오염물질이 방류되었을 때, 신속한 대처가 가능하도록 도움을 줄 수 있다.The present invention is effectively applied to the field of disaster prevention for responding to water pollution accidents, and when pollutants are discharged into a river, it can help to quickly respond.

특히, 본 발명에 따르면, 하천의 바닥이 균일하지 않아서, 저장대 및 하상대에 따른 오염물질의 이동지연이 발생되는 경우에도, 정확하게 오염물질의 거동을 예측할 수 있다.Particularly, according to the present invention, even when the floor of the river is not uniform and there is a delay in the movement of the pollutant according to the storage zone and the river bed, the behavior of the pollutant can be accurately predicted.

본 발명에 따른 수치모형은, 하천에서 유해화학물질 혼합해석을 위한 수치모형으로서, 하천으로의 유해화학물질 유입 사고 발생시 유입 위치와 유입량을 입력 데이터로 이용하여 하류로 이송, 확산되는 화학물질의 혼합거동을 모의하고 취수장과 같은 중요지점에서 농도곡선을 출력하여 하천관리자 및 관련 엔지니어들에게 도달시간, 체류시간 등을 정보를 제공하여 수질사고에 신속하게 대응할 수 있는 하천 수질사고 대응 시스템 구축을 가능하게 하는 효과가 있다.The numerical model according to the present invention is a numerical model for analyzing the mixing of hazardous chemicals in a river, and mixing of chemicals that are transported and diffused downstream using the inflow location and inflow amount as input data when an accident occurs It is possible to build a river water accident response system that can quickly respond to water quality accidents by simulating the behavior and outputting concentration curves at important points such as water intake stations, providing information on arrival time and residence time to river managers and related engineers. There is an effect.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.The embodiment according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program may be recorded in a computer-readable medium. In this case, the medium is a magnetic medium such as a hard disk, a floppy disk, and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and a DVD, a magneto-optical medium such as a floptical disk, and a ROM. A hardware device specially configured to store and execute program instructions, such as, RAM, flash memory, and the like.

한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in the computer software field. Examples of the computer program may include not only machine language codes produced by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific implementations described in the present invention are examples and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings exemplarily represent functional connections and/or physical or circuit connections, and in an actual device, various functional connections that can be replaced or additionally It may be referred to as a connection, or circuit connections. In addition, if there is no specific mention such as “essential” or “importantly”, it may not be an essential component for the application of the present invention.

본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.In the specification of the present invention (especially in the claims), the use of the term “above” and a similar reference term may correspond to both the singular and the plural. In addition, when a range is described in the present invention, the invention to which an individual value falling within the range is applied (unless otherwise stated), and each individual value constituting the range is described in the detailed description of the invention. Same as Finally, unless explicitly stated or contradictory to the steps constituting the method according to the present invention, the steps may be performed in an appropriate order. The present invention is not necessarily limited according to the order of description of the steps. The use of all examples or illustrative terms (for example, etc.) in the present invention is merely for describing the present invention in detail, and the scope of the present invention is limited by the above examples or illustrative terms unless limited by the claims. It does not become. In addition, those skilled in the art can recognize that various modifications, combinations, and changes may be configured according to design conditions and factors within the scope of the appended claims or their equivalents.

10: 하천의 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 장치
110: 데이터베이스
130: 데이터처리부
131: 모형구축부
133: 모형검증부
150: 데이터출력부
10: Mixing and reaction behavior analysis device for pollutants in river
110: database
130: data processing unit
131: model building section
133: model verification department
150: data output unit

Claims (11)

하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 방법으로서,
방정식설계부가, 상기 하천의 오염물질의 이동을 지연시키는 지연특성을 고려하여 수치모형에 대한 지배방정식을 설계하는 방정식설계단계;
모형구축부가, 상기 설계된 지배방정식를 기초로 수치모형을 구축하는 모형구축단계;
비교부가, 상기 설계된 지배방정식의 해석해(analytical solution)를 가상수로에서 모의하고, 상기 모의한 결과를 상기 구축된 수치모형의 모의결과와 비교하는 비교단계; 및
결정부가, 상기 비교한 결과가 기설정된 조건을 만족하면, 상기 구축된 수치모형을 검증된 수치모형으로 결정하는 결정단계를 포함하고,
상기 하천의 흐름은, 본류대, 저장대 및 하상대의 흐름을 포함하고,
상기 지연특성은, 상기 하상대에 의해 상기 오염물질의 이동이 지연되는 특성이고,
상기 하천저장대모형은, 1차원 하천저장대모형이고,
상기 지배방정식은 상기 1차원 하천저장대모형을 고려하여, 하천의 본류대, 저장대 및 하상대에 대한 방정식을 포함하며,
상기 본류대의 방정식은,
Figure 112020122494479-pat00030
이고,
상기 저장대의 방정식은,
Figure 112020122494479-pat00031
이고,
상기 하상대의 방정식은,
Figure 112020122494479-pat00032
인(단, CF, Cs, Cb는 각각 본류대, 저장대, 하상대에서의 오염물질의 농도, KF, AF, As, α는 각각 분산계수, 본류대 면적, 저장대 면적, 본류대-저장대 간의 물질교환계수, ks, kv, λ는 반응계수로서, 각각 오염물질이 하상대에 흡탈착되는 정도, 본류대에서 휘발되는 정도, 본류대, 저장대, 하상대에서 생분해되는 정도), 하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 방법.
As a method for analyzing the mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model model that reflects river repair and topographic characteristics,
An equation design step of designing a governing equation for the numerical model in consideration of the delay characteristic of delaying the movement of the pollutant in the river by the equation design unit;
A model building step of constructing a numerical model based on the designed governing equation;
A comparison step of simulating an analysis solution of the designed governing equation in a virtual channel and comparing the simulated result with the simulation result of the constructed numerical model; And
A determination step of determining the constructed numerical model as a verified numerical model when the result of the comparison satisfies a preset condition,
The flow of the river includes flows of the main stream zone, the storage zone, and the river bed,
The delay characteristic is a characteristic in which the movement of the pollutant is delayed by the bottom zone,
The river storage zone model is a one-dimensional river storage zone model,
The governing equation includes equations for the main stream zone, storage zone and river bed in consideration of the one-dimensional stream storage zone model,
The mainstream equation is,
Figure 112020122494479-pat00030
ego,
The equation of the storage zone is,
Figure 112020122494479-pat00031
ego,
The lower relative equation is,
Figure 112020122494479-pat00032
Phosphorus (however, C F , C s , C b are the concentrations of pollutants in the mainstream, storage and riverbeds, respectively, and K F , A F , A s , and α are the dispersion coefficients, the area of the mainstream, and the storage area, respectively, The mass exchange coefficients between the mainstream and storage zones, k s , k v , and λ are reaction coefficients, and the degree to which contaminants are adsorbed and desorbed in the bed, the degree of volatilization in the main stream, the degree of biodegradation in the main stream, storage and bottom ), stream repair, and analysis method for mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model that reflects topographic characteristics.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 비교단계는,
유한차분법 및 크랭크-니콜슨(Crank-Nicolson) 알고리즘을 이용하여, 상기 지배방정식을 이산화하는 단계를 포함하는, 하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 방법.
The method of claim 1,
The comparison step,
Analysis of mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model reflecting river repair and topographic characteristics, including discretizing the governing equation using finite difference method and Crank-Nicolson algorithm Way.
제1항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체.A computer-readable recording medium storing a program for executing the method according to any one of claims 1 and 5. 하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 장치로서,
상기 하천의 오염물질의 이동을 지연시키는 지연특성을 고려하여 수치모형에 대한 지배방정식을 설계하는 방정식설계부;
상기 설계된 지배방정식를 기초로 수치모형을 구축하는 모형구축부;
상기 설계된 지배방정식의 해석해(analytical solution)를 가상수로에서 모의하고, 상기 모의한 결과를 상기 구축된 수치모형의 모의결과와 비교하는 비교부; 및
상기 비교한 결과가 기설정된 조건을 만족하면, 상기 구축된 수치모형을 검증된 수치모형으로 결정하는 결정부를 포함하고,
상기 하천의 흐름은, 본류대, 저장대 및 하상대의 흐름을 포함하고,
상기 지연특성은, 상기 하상대에 의해 상기 오염물질의 이동이 지연되는 특성이고,
상기 하천저장대모형은, 1차원 하천저장대모형이고,
상기 지배방정식은 상기 1차원 하천저장대모형을 고려하여, 하천의 본류대, 저장대 및 하상대에 대한 방정식을 포함하며,
상기 본류대의 방정식은,
Figure 112020122494479-pat00033
이고,
상기 저장대의 방정식은,
Figure 112020122494479-pat00034
이고,
상기 하상대의 방정식은,
Figure 112020122494479-pat00035
인(단, CF, Cs, Cb는 각각 본류대, 저장대, 하상대에서의 오염물질의 농도, KF, AF, As, α는 각각 분산계수, 본류대 면적, 저장대 면적, 본류대-저장대 간의 물질교환계수, ks, kv, λ는 반응계수로서, 각각 오염물질이 하상대에 흡탈착되는 정도, 본류대에서 휘발되는 정도, 본류대, 저장대, 하상대에서 생분해되는 정도), 하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 장치.
As a device for analyzing the mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model model that reflects river repair and topographic characteristics,
An equation design unit for designing a governing equation for a numerical model in consideration of a delay characteristic of delaying the movement of pollutants in the river;
A model building unit for constructing a numerical model based on the designed governing equation;
A comparison unit that simulates an analytical solution of the designed governing equation in a virtual channel and compares the simulated result with the simulation result of the constructed numerical model; And
When the comparison result satisfies a preset condition, comprising a determination unit for determining the constructed numerical model as a verified numerical model,
The flow of the river includes the flow of the main stream zone, the storage zone, and the river bed,
The delay characteristic is a characteristic in which the movement of the pollutant is delayed by the bottom zone,
The river storage zone model is a one-dimensional river storage zone model,
The governing equation includes equations for the main stream zone, storage zone and river bed in consideration of the one-dimensional stream storage zone model,
The mainstream equation is,
Figure 112020122494479-pat00033
ego,
The equation of the storage zone is,
Figure 112020122494479-pat00034
ego,
The lower relative equation is,
Figure 112020122494479-pat00035
Phosphorus (however, C F , C s , C b are the concentrations of pollutants in the mainstream, storage and riverbeds, respectively, and K F , A F , A s , and α are the dispersion coefficients, the area of the mainstream, and the storage area, respectively, The mass exchange coefficients between the mainstream and storage zones, k s , k v , and λ are reaction coefficients, and the degree to which contaminants are adsorbed and desorbed in the bed, the degree of volatilization in the mainstream, the degree of biodegradation in the mainstream, storage, and bottom. ), stream repair, and analysis device for mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model that reflects topographic characteristics.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 비교부는,
유한차분법 및 크랭크-니콜슨(Crank-Nicolson) 알고리즘을 이용하여, 상기 지배방정식을 이산화하는, 하천의 수리, 지형 특성을 반영한 하천저장대모형을 이용한 오염물질의 혼합 및 반응 거동 해석 장치.
The method of claim 7,
The comparison unit,
A device for analyzing mixing and reaction behavior of pollutants using a river storage model that reflects river repair and topographic characteristics, discretizing the governing equation using a finite difference method and a Crank-Nicolson algorithm.
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