새만금호 3차원 수리ㆍ수질모델(EFDC)의 수치격자 민감도 분석 = Sensitivity Analysis of Numerical Grid of the Three-Dimensional Hydrodynamic and Water Quality Model(EFDC) for Saemangeum Reservoir
저자
발행기관
학술지명
한국농공학회 학술대회초록집(Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference)
권호사항
발행연도
2011
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
162-162(1쪽)
제공처
수치모델은 모델의 이론적 구조, 입력자료, 매개변수의 구성 과정에서 모의 결과에 영향을 미치는 다양한 형태의 불확실성 요소를 내포할 수 있으므로 주요한 입력자료에 대한 민감도 분석이 필요하다. 특히, 해석하고자 하는 수체의 연속된(continuous) 공간적 영역을 이산된(discretized) 형태의 수치 격자로 구성하는 일은 전체 모델링 과정에서 가장 중요한 과정 중 하나이다. 수치격자의 구성은 해석하고자 하는 수체의 지형과 모의 영역에서 일어나는 물리적 및 생지 화학적 현상을 적절히 반영할 수 있어야 한다. 특히, 수리, 수온, 염분도, 수질농도 등의 급격한 변화를 재현 할 수 있어야 한다. 그리고, 계산시간 간격과 수치 해의 안정성, 모의 시간의 효율성, 그리고 복잡한 지형과 수리 구조물, 국부적 취수 및 방류 등도 고려할 필요가 있다. 본 연구는 새만금호 수질관리를 위해 구축한 3차원 수리ㆍ수질 모델인 EFDC(Environmental Fluid Dynamic Code)의 수치격자 해상도가 수리해석, 물질 수송 및 혼합, 그리고 수질 모의결과에 미치는 민감도를 분석하고, 적정한 모델 격자를 결정하는데 있다.
수치해석을 위한 격자의 해상도는 SMS8.0 프로그램을 이용하여 총 활성화된 셀 개수가 406, 1556, 3640개로 나누어 3개의 시나리오를 구성하였으며, 수층은 3개의 Layer로 나누어주었다. 수평방향으로는 직교곡선좌표계, 수직방향으로는 Sigma Stretching좌표계를 사용하였다. 직교곡선 좌표계의 직교성 판별결과 11.42~12.80로 나타나 격자구성이 적절히 이루어졌음을 확인하였다. 상류 유량 경계조건은 HSPF를 이용하여 모의한 만경대교와 동진대교 지점에서의 시 유량을 사용하였고, 배수갑문을 통한 해수와 담수의 유ㆍ출입량은 내측 수위자료로부터 산정한 저수용량을 이용하여 저류함수식으로 산정하였다. 염도자료는 상, 중, 하층에서 측정한 월간 자료로 수직격자 3개에 층별로 입력해주었다. 주요연구 결과는 다음과 같다.
첫째, 수치 추적자 모의결과 격자의 해상도가 높을수록 상류에서 유입하는 담수는 최심하도를 따라 수류가 형성되는 현상을 보였으며, 이로 인해 갑문쪽으로 더 넓게 확산이 일어났다. 또한 하류까지의 도달시간을 비교한 결과 해상도가 높을수록 도달시간이 더 짧게 나타났다.
둘째, 새만금호 내 각 지점별 염도 실측치와 모의치를 시계열로 비교한 결과, 격자의 해상도가 높을수록 만경수역에서 실측치와 유사하게 나타났으며 오차도 감소하였다. 이는 해상도가 높을수록 실제 지형을 잘 반영하기 때문에 염분도의 확산이 더 자세히 모의되는 것으로 판단된다.
셋째, 높은 수치 격자 해상도에서도 해수와 담수가 혼합되는 영역에서 모델은 실측 염분도를 과소 평가하는 경향을 보였는데, 그 원인은 바닥 퇴적층 탈염과 같은 고려되지 않은 염분도 생성 항에 있을 것으로 유추된다. 따라서 염분도 모의결과의 신뢰도를 높이기 위해서는 퇴적층-수체 간 염분 전달 기작에 대한 상세한 조사와 해석이 필요할 것으로 판단된다.
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