하천 수질모형에 의한 비점 오염 부하량과 모형 매개변수의 동시 추정

Abstract

하천을 따라 분포된 비점 오염원을 하천 수질모형의 매개변수들과 동시에 추정하는 체계적인 방법을 제안하였다. 수립된 방법을 QUAL2E 모형과 함께 충주댐 하류의 남한강 구간에 적용하여 모형의 반응계수와 비점 오염 부하량에 대한 최적 추정을 수행하였다. 민감도 분석 결과로부터 선정된 반응계수들에 대한 초기 추정 결과에 따르면 하천 시스템에 대한 질량수지가 만족되기 위해서는 질소와 인의 비점 오염 부하량의 입력이 필요한 것으로 나타났다. 이에 따라 총질소와 총인에 대한 비점 오염 부하를 포함하여 확장된 추정 문제의 해로써 비점 오염 부하량을 추정하였다. 비점 오염 부하량과 동시에 추정된 반응계수들과 비점 오염원을 고려하지 않고 추정된 반응계수의 비친 결과, 그 자체에 대한 추정을 위해서 뿐만 아니라 수질모형의 적절한 보정을 위하여 비점 오염 부하량이 최적 추정 과정에 포함될 필요가 있음을 알 수 있었다. 하천수질 의형에 대한 최적추정 방법의 적용성을 민감도계수 행렬 구조의 관점에서 논하였다. A systematic method using an optimal estimation algorithm is presented for simultaneous estimation of diffuse pollution distributed along a stream reach and model parameters for a stream water quality model. It was applied with the QVAL2E model to the South Han River for optimal estimation of kinetic constants and diffuse loads along the river. Initial calibration results for kinetic constants selected from a sensitivity analysis reveal that diffuse source inputs for nitrogen and phosphorus are essential to satisfy the system mass balance. Diffuse loads for total nitrogen and total phosphorus were estimated solving the expanded inverse problem. Comparison of kinetic constants estimated simultaneously with diffuse sources to those estimated without diffuse loads, suggests that diffuse sources must be included in the optimization not only for its own estimation but also for adequate estimation of the model parameters. Application of optimization method to river water quality modeling is discussed in terms of the sensitivity coefficient matrix structure.