KR20040104008A - 담수호 관리를 위한 지아이에스 기반의 수질모델링 방법 - Google Patents

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.

Description

담수호 관리를 위한 지아이에스 기반의 수질모델링 방법{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.

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.

국내의 경우 농업기반공사의 "농업용수 수질정보종합관리시스템"은 농업용수의 효율적이고, 체계적인 수질관리를 위하여 수질조사 및 수리조사를 실시하고 GIS 소프트웨어인 ArcView를 이용하여 QUAL2E와 WASP5의 연계를 구현하였다.

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.

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.

<표 > 기존 개발기술 분석

개발기술내용	농업용수 수질정보종합관리시스템	BASINS
제작사	농업기반공사	미국 환경청(EPA)
장점	오염부하량 산정 및 조회 기능.하천 및 호소수질예측 모델링 지원.수질개선 대안수립을 위한 의사결정지원 기능.	점 및 비점오염원의 수계단위 통합관리 기능.수질예측을 위한 점 및 비점오염 모델링 제공.
단점	국내 유역 환경에 적합한 모델 적용 필요.DOS 기반의 모델링 환경으로 사용자 편리성 미고려.DDE 통신으로 시스템의 안전성 미흡.	국내 유역에 적용하기 다소 어려움.비전문가의 모델링 구현의 어려움.호소수질 예측을 위한 추가 설계 요구.DDE 통신으로 시스템의 안전성 미흡.

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.

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.

도 1은 본 발명에 따른 수질모델링시스템의 주요 자료 흐름도

도 2는 본 발명에 따른 배출부하량 및 유달부하량 산정 세부자료 흐름도

도 3은 본 발명에 따른 하천 및 호소 수질모델링 세부자료 흐름도

도 4는 본 발명에 따른 오염부하량 산정과정도

도 5는 본 발명에 따른 점 및 비점오염원 배출부하량 산정모듈 흐름도

도 6은 본 발명에 따른 축산계 배출부하량 산정 모듈 흐름도

도 7은 본 발명에 따른 세부소유역별 배출부하 계산 절차도

도 8은 본 발명에 따른 배출부하계산 초기화면 예시도

도 9는 본 발명에 따른 생활계 오염부하량 산정공식 등을 도시하는 화면의 예시도

도 10은 본 발명에 따른 산업계 배출부하량 산정공식 등을 도시하는 화면의 예시도

도 11은 본 발명에 따른 유달부하량 산정모듈

도 12는 본 발명에 따른 유달부하량 계산을 위한 인터페이스의 예시도

도 13은 본 발명에 따른 수질모델링 연구절차 및 흐름도

도 14는 본 발명에 따른 수질모델링 수행을 위한 순서도

도 15는 본 발명에 따른 모듈 내부의 자료 처리과정도

도 16은 본 발명에 따른 입력자료 편집 모듈

도 17은 본 발명에 따른 모델링 결과 도형 및 속성자료

도 18은 본 발명에 따른 모델의 실행화면 예시도

도 19는 본 발명에 따른 호소모델링 조회결과화면 예시도

도 20은 본 발명에 따른 일괄처리시스템의 구성도

도 21은 본 발명에 따른 일괄처리시스템의 흐름도

도 22는 본 발명에 따른 유달농도와 QUALKO 모델의 연계를 보여주는 화면 예시도

도 23은 QUALKO 모델과 WASP5 모델의 연계를 보여주는 화면 예시도

상기한 목적을 달성하기 위하여 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.

또한, 본 발명은 상기 GIS 기반의 수질모델링방법을 구성하는 하천수지 모델의 수행에 있어 QUALKO 모델이 이용됨을 특징으로 하는 수질모델링방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 GIS 기반의 수질모델링방법을 구성하는 호소수지 모델의 수행에 있어 WASP5 모델이 이용됨을 특징으로 하는 수질모델링방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 상기 QUALKO 모델의 수행단계가 GIS 자료 형태로 저장된 유입농도값을 QUALKO 모델에 적합한 입력파일 형태로 변환하는 단계; QUALKO 모델을수행하여 출력파일을 생성하는 단계; 및 상기 출력파일을 GIS 자료 형태로 변환하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 GIS 기반의 수질모델링방법을 제공한다.

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.

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.

수질모델링시스템 구조 설계

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.

1. 자료 흐름도

(1) 주요 자료 흐름도

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.

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.

(2) 세부 자료 흐름도

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.

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.

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.

2. 용어정의

(1) 오염부하량 및 유달부하량

오염부하량 및 유달부하량에 사용되는 각각의 용어의 정의는 하기에 예시되어 있다.

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 + 환경기초시설

2) 유달부하량 = 배출부하량 ×유달율 = 월별 BOD 유달부하량 + 월별 TN 유달부하량 + 월별 TP 유달부하량, 상기에서, 유달율 = EXP(-kℓ), 단 k는 자정계수이며, ℓ은 유달거리를 나타낸다.

(2) 하천 및 호소 수질모델링

1) 유입농도 = 소유역별 유달부하량 ÷유출량 = BOD + TN + TP + 수온 + DO + Org-N + NH₄-N + NO₃-N + Org-P + PO₄-P

2) 수질 모델링 = QUALKO 수질모델링 +WASP5 수질모델링,

상기 QUALKO 수질 모델링 = A강 모델링 + B강 모델링 + C천 모델링,

상기 A강 모델링 = A강 입력파일 + A강 출력파일 + A강 그래프파일,

상기 A강 입력파일 = A강 reach + A강 element + 모델수행을 위한 기본자료 + 경계조건 및 오염부하량 자료 + 환경매개변수 + 초기조건,

상기 A강 출력파일 = 수질항목들,

상기 WASP5 수질 모델링 = DYNHYD5 입력파일 + DYNHYD5 출력파일 + EUTRO5 입력파일 + EUTRO5 출력파일 + EUTRO5 그래프 및 도표,

상기 DYNHYD5 입력파일 = 모의 및 출력통제 + 강의 합류점 및 수로 데이터 + 기상 데이터 + 해협 경계데이터 + 강우 및 증발산 데이터 + 정류 및 부정류 데이터.

오염부하산정시스템

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.

1. 배출부하량 산정모듈

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.

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.

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.

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.

2. 배출오염부하량 산정공식

(1) 점오염부하량

가. 생활계

① 발생부하량 산정공식

생활계의 발생부하량은 오염원 규모와 발생원 단위에 의하여 산정된다.

생활계 발생부하량 = Σ(인구수×발생원단위)

② 배출부하량 산정공식

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.

가) 하수처리지역내 인구의 배출부하량 = [(분류식하수도 인구×발생원단위)+{합류식하수도 인구×발생원단위×(1-분뇨부하비)}+{합류식하수도 인구×발생원단위×분뇨부하비×(1-정화시설처리율/100)}-하수종말처리장 유입하수부하량]+하수종말처리장 방류량×방류농도

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.

나) 하수미처리지역의 수세식인구중 정화시설을 거쳐 직접 방류되는 경우의 배출부하량 - 정화시설 실측치가 있는 경우 = 정화시설 방류량×방류농도- 정화시설 실측치가 없는 경우

◎ 단독정화조의 경우 = {단독정화조인구×발생원단위×분뇨부하비×(1-기준처리율/100)} + {단독정화조인구×발생원단위×(1-분뇨부하비)}

◎ 오수처리시설의 경우 = 오수처리시설인구 ×발생원단위 ×(1-기준처리율/100)

다) 하수미처리지역의 수거식 인구 중 오수의 배출부하량 = 수거식인구 ×인구 발생원단위 ×(1-분뇨부하비)

라) 무처리 인구에 의한 배출부하량 = 무처리인구 ×발생원단위

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 투입량

바) 분뇨처리시설의 배출부하량 = 분뇨처리시설 방류량 ×방류농도

단, 하수종말처리장으로 연계처리되는 경우 연계처리량은 배출부하량에서 제외한다.

③ 배출부하량 산정 모듈

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.

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.

나. 산업계

① 발생부하량 산정공식

산업계의 발생부하량은 오염원 규모와 발생원 단위에 의해 산정 된다.

◎ 산업계 발생부하량 = Σ(폐수발생량×발생원단위)

② 배출부하량 산정공식

산업계 배출부하량은 폐수배출시설에서 직접 방류하는 경우, 폐수종말처리시설을 거친 방류의 경우, 매립시설 침출수 처리시설에 의한 경우의 배출부하량의 총합에 의해 산정된다.

가) 폐수배출시설에서 직접 방류하는 경우

◎ 처리시설 실측치가 있는 경우 = 폐수배출시설 방류량 ×방류농도

◎ 처리시설 실측치가 없는 경우 = 폐수배출시설 방류량 ×폐수배출시설 배출허용기준

나) 폐수종말처리시설을 거친 방류의 경우 = 폐수종말처리시설 방류량 ×방류농도

다) 매립시설 침출수 처리시설에 의한 경우 = 침출수 처리시설 방류량 ×방류농도

③ 배출부하량 산정모듈

다음은 산업계 오염부하량 산정화면으로 계산된 배출부하량은 자동적으로 세부소유역 및 소유역단위로 갱신되도록 하였다(도 10참조).

다. 축산계 배출부하량

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.

① 발생부하량 산정공식

◎ 축산분뇨 발생량 = 축종별 사육두수 ×축종별 발생원단위

◎ 축산폐수 발생량 = 축종별 사육두수 ×축산폐수 발생원단위

◎ 축산분뇨 발생부하량 = 축종별 사육두수 ×축산분뇨 발생부하원단위

② 배출부하량 산정공식

가) 점원 및 비점원 배출부하량

◎ 점원 배출부하량 = 축종별, 분뇨처리형태별 사육두수 ×점원 배출원단위

◎ 비점원 배출부하량 = 축종별, 분뇨처리형태별 사육두수 ×비점원배출원단위

나) 월별 배출부하량

월별 배출부하량은 처리 및 미처리구역으로 분류하여 산정하였다.

◎ 처리구역내 월별 배출부하량 = 월별 비점원배출량 + 점원배출량 - 축산폐수처리장 유입부하량

◎ 미처리구역내 월별 배출부하량 = 월별 비점원 배출량 + 점원 배출량

다). 월별 총 배출부하량

◎ 월별 총 배출부하량 = 처리구역내 배출부하량 + 미처리구역내 배출부하량 + 축산폐수처리장 방류부하량

라. 양식장 배출부하량

양식장 오염부하량은 양식형태에 따라 가두리, 유수식, 도전양식 등 세가지 형태로 구분하여 산정하며, 오염 발생지와 배출지가 동일하므로 발생 부하량 전량이 배출되는 것으로 가정하도록 한다.

◎ 발생부하량(월별) = 양식장 면적 ×양식형태별 발생원단위

◎ 배출부하량 = 발생부하량

(2) 비점오염부하량

가. 토지이용 배출부하량

토지이용의 배출부하량은 토지의 이용형태에 따라 전, 답, 임야, 대지, 기타와 같이 다섯가지의 지목으로 분류하여 각 지목별 면적과 유출율을 곱하여 배출부하량을 계산한다.

◎ 발생부하량 = 발생원단위 ×지목별 면적

◎ 배출부하량(월별) = 발생부하량 ×월별, 지목별 유출율

나. 월별 유출율 산정

◎ 논의 월별 유출율

논의 유출율은 비료의 사용 유무에 따라 그 값이 다르다. 이를 고려하여 비료의 사용이 많은 시비기와 비료의 사용이 적은 비시비기로 구분하여 계산한다.

(식 1)

(식 2)

여기서,A _i 와B _i 는 시비기 및 비시비기의 i월에 대한 토지부하유출율,P _ai 및P _bi 는 시비기 및 비시비기의i월에 대한 유효강우량,P _a 와P _b 는 시비기(5∼8월) 및 비시비기(9∼4월)에 대한 총유효강우량이며, α는 시비기의 부하가중치로 그 값은 0.8로 한다.

◎ 전, 임야, 대지, 기타의 월별 유출율

(식 3)

여기서,R _i 는i월의 토지부하유출율이며,P _i 는i월의 월강우량,P는 년간 총강우량을 의미한다.

(3) 유달부하량 및 유입농도 산정 모듈

유달부하량은 오염배출부하량에 자정계수와 유달거리를 이용하여 소유역 및 리 및 동 단위로 산정되며, 유입농도는 유달부하량을 유출량으로 나누어 산정한다 (도 11).

세부소유역별 오염부하가 자동 계산되면 유출율을 이용하여 월별 유달부하량을 산정할 수 있다. 도 12는 세부소유역별 월별 유달부하량의 계산을 위한 인터페이스를 보여주고 있다.

1) 유달부하량 산정

가. 유달율 산정

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.

(식 4)

여기서,f는유달율,k는자정계수를 나타내며,x는 유달거리이다. 유달거리는 소유역내 각 리동의 중심부에서 출구까지의 거리를 의미한다.

나. 자정계수 산정

① 자정계수의 정의

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.

② 자정계수 산정식

자정계수 산정식은 식 5 ∼ 식 7과 같다.

◎ BOD 자정계수 :(식 5)

◎ T-N 자정계수 :(식 6)

◎ T-P 자정계수 :(식 7)

여기서k_BOD, k_TN, k_TP는 각 수질항목별 자정계수이며,A는 소유역 면적(ha),Q는 소유역 유출량(㎥/sec),F는 소유역 형상계수이다.

③ 유역 형상계수

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 값을Horton의 유역 형상계수라 하며, 이는 유역의 특성을 표시하는 요소로 사용된다. 유역 형상계수는 식 8을 이용하여 산정할 수 있다.

(식 8)

여기서,F는 유역 형상계수이며,A는 소유역 면적(㎞),T는 소유역 주하천의 연장(㎞)이다.

④ 유달율을 이용한 유달부하량 산정

원단위법에 의한 발생 및 배출부하량에 유달거리를 고려한 유달율을 곱하여 해당 수역에서의 유달부하량을 추정하며, 수질 실측치가 있는 소유역과 수질 실측치가 없는 소유역으로 구분하여 산정하도록 한다.

(가) 수질 실측치가 있는 소유역

수질실측치가 있는 소유역의 경우에는 각 소유역별 유출량에 실측수질값을 곱하여 산정하도록 한다.

◎ 유달부하량 = 소유역별 유출량 ×실측수질(BOD, T-N, T-P)

(나) 수질 실측치가 없는 소유역

수질실측치가 없는 소유역의 경우에는 다음과 같은 절차를 거쳐 유달부하량을 산정하도록 한다.

◎ 소유역별 자정계수를 수질항목별 월별로 산정한다.

◎ 소유역 리별 유달거리를 고려한 유달율을 이용하여 소유역 리별 유달부하량을 산정한다(식 9).

(식 9)

여기서,L은 유달부하량(㎏/day)이며,L ₀ 는 배출부하량(㎏/day),는 유달율이며,k는 수질항목별, 월별 자정계수이며, ℓ은 유달거리이다.

◎ 유달부하량을 다시 소유역별로 환산한다.

2) 유입농도 산정

하천의 유입농도는 유달부하량을 유출량으로 나누어 구할 수 있다.

◎ 수질실측치가 없는 소유역의 산정

수질실측치가 없는 소유역의 경우에는 다음 계산절차를 사용하였다.

- 소유역별 유달부하량을 유출량으로 나눈 유입농도를 구한다.

- 실측치가 있는 소유역의 수질실측치를 이용하여 태별 비율을 구한다.

- BOD, T-N, T-P의 유달농도와 태별비율을 이용하여 질소와 인의 태별농도를 구한다.

- DO의 산정은 계산식에 의한다.

(식 10)

- 수온은 실측치를 이용하여 적절히 가정한다.

<GIS 기반의 수질모델링 지원시스템의 시스템>

1. 수질모델과 GIS의 연계

본 발명에서는 유역의 수질을 파악하기 위하여 하천 수질예측모델로서 QUAL2E의 수정모델인 QUALKO 모델을 사용하였으며, 호소 수질예측모델로서 WASP5 모델의 부프로그램인 DYNHYD5 모델과 EUTRO5 모델을 사용하였다.

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.

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.

(1) QUALKO 하천수질모델링 구축

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.

가. 전처리 단계

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.

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).

<표 2> 모델 입력자료 그룹

NO.	데이터 그룹	No.	데이터 그룹
123456789101112	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)	131415161718192021222324	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 Data

나. 모델링 실행 단계

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, algae성장-소멸율, 침강속도, NH₃선호도, 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.

다. 후처리단계

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.

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.

(2) WASP5 호소수질모델링 구축

WASP5는 전처리(Pre-processor)와 후처리(Post-Processor)의 2단계로 나누어수행된다. 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.

가. 전처리 단계

전처리단계에서 입력한 수질항목은 다음과 같다.

① 데이타셋(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.

◎ 대상유역 설정 : 대상유역 및 소유역 면적

◎ 하천 단면적(B), 특성길이(B), 구획부피(C)

◎ 유속, 수심계수(C) : 수심, 유속, 유량 관측자료

◎ 유량 및 유속(D) : 일별 또는 월평균 자료

◎ 수질항목별 농도(E) : 일별 또는 월평균자료

◎ 오염부하량(F) : 일별 또는 월별 평균오염부하량

◎ 반응계수(H) : EPA 제시값 또는 실측값, 타 연구자의 계수

◎ 환경자료(I) : 일별 또는 월별 수온, 일사량, 일조율. 풍속, 광소멸계수, 동물성 플랑크톤량, 염분농도, 기온, 수면피복율

② 시스템(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.

③ 세그먼트(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 나타낸다

④ 파라미터

파라미터는 수체에 대하여 공간적으로 변화하는 특성을 가진 매개변수이다.총 14개의 매개변수 중에 사용하고자 하는 변수를 선택하고 스케일 팩터는 전 수체에 적용된다.

⑤ 컨스턴트(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.

⑥ 엑스체인지(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.

⑦ 플로우(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.

⑧ 기타

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.

나. 모델실행 단계

모델의 입력데이터 오류를 검사한 후 문제가 없을 경우 모델을 실행하게 된다. 모델의 실행은 입력데이터의 상호작용에 의해 수질항목이 모의된다(도 18).

다. 후처리 단계

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.

<오염부하 및 수질모델의 연계시스템 구현>

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.

1. 일괄처리시스템의 구성

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.

2. 일괄처리시스템의 흐름도

모델링의 일괄처리를 위해 각 입·출력 파일을 분석하여 각 모델링 과정에 필요한 항목을 세부적으로 정리하여 연계 과정을 도식한 결과는 도 21과 같다.

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.

3. 연계시스템에 의한 모델링 통합 구동

(1) 오염부하량 산정을 통한 QUALKO 모델과의 연계

1) GIS 오염원 DB를 이용한 오염부하량 및 유달농도 산정

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.

2) 유달농도와 QUALKO 모델과의 연계

가. 연계를 위한 자료그룹 구분

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).

나. 연계 알고리즘

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.

◎ 유달농도 산정 결과 파일을 읽는다.

◎ 월별 유달농도 값을 저장한다.

◎ QUALKO 모델의 입력자료를 읽는다.

◎ QUALKO의 HYDRULICS 자료그룹을 제외한 모든 자료 그룹은 버퍼에 저장한다.

◎ 저장된 월별 유달농도 값을 포인트로드 자료그룹의 REACH별 입력자료의 유달농도 자료 입력 위치에 저장한다.

◎ QUALKO 모델의 입력파일을 저장한다.

3) QUALKO와 WASP5 모델의 연계

가. 연계를 위한 자료그룹 구분

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 경계농도자료그룹은 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).

나. 연계 알고리즘

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.

◎ QUALKO 모델링 결과 파일을 읽는다.

◎ 경계농도 자료의 수질항목별 자료를 저장한다.

◎ WASP5 모델의 입력자료를 읽는다.

◎ WASP5 모델의 자료그룹E를 제외한 모든 자료그룹은 버퍼에 저장한다.

◎ 저장된 경계농도 자료를 자료그룹E의 세그먼트별 입력자료의 경계농도 자료 입력 위치에 저장한다.

◎ WASP5 모델의 입력파일을 저장한다.

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.

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.

Claims (5)

1. 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 수질모델링방법
2. 제 2항에 있어서, 하천수지 모델의 수행에는 QUALKO 모델이 이용됨을 특징으로 하는 수질모델링방법
3. 제 1항에 있어서, 상기 호소수질 모델은 WASP5 모델이 이용됨을 특징으로 하는 수질모델링방법
4. 제 2항에 있어서, 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 포함함을 특징으로 하는 수질모델링방법
5. 제 3항에 있어서, WASP5 모델의 수행단계는 모델수행에 요구되는 조건들과 인자들을 입력하는 단계, 및 모델을 수행한 후 사용자의 요구에 따라 요구된 정보만을 선택하여 출력시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 수질모델링방법