WASP 및 MFEMWASP 모형의 원리, 수치해석방법, 파라미터, 입력자료 등을 설명하고 프로그램을 예제문제를 이용하여 운영한 다음 결과를 분석하라 환경공학과 20041495 황규필.

Presentation on theme: "WASP 및 MFEMWASP 모형의 원리, 수치해석방법, 파라미터, 입력자료 등을 설명하고 프로그램을 예제문제를 이용하여 운영한 다음 결과를 분석하라 환경공학과 20041495 황규필."— Presentation transcript:

1 WASP 및 MFEMWASP 모형의 원리, 수치해석방법, 파라미터, 입력자료 등을 설명하고 프로그램을 예제문제를 이용하여 운영한 다음 결과를 분석하라
환경공학과 황규필

2 WASP WASP은 미국 EPA의 Great Lake Program의 일부로서 DI Toro등에 의해서 1983년 처음으로 개발되었으며 1988년에는 WASP4로 발전하였고, 1993년 WASP5가 만들어지면서 하천, 호수, 하천의 하구 및 해안에서 광범위하게 적용되고 있음 2001년에는 기존의 DOS 환경의 WASP5를 윈도우환경에서 사용할 수 있도록 한 WASP6가 개발 WASP6 모델은 자연현상과 인간의 활동으로 발생하는 다양한 오염물질에 대한 수질의 예측 및 해석이 가능하며, 수체와 전이층의 수질을 모의할 수 있는 유동구획모형이며 유동, 확산, 점오염과 경계조건의 시간에 따른 변화를 고려 할 수 있음

3 WASP WASP6는 두 개의 독자적인 프로그램인 DYNHYD5와 WASP6로 이루어져있으며 두 개의 프로그램을 연결하거나 분리해서 모의를 할 수 있음 WASP는 다시 부영양화를 모의할 수 있는 EUTRO5와 독성물질 등 보존성 물질을 모의하는 TOXI5로 구성되어 있음 EUTRO5 모델에서 고려되는 수질인자는 그림에 나타난바와 같이 모두 8개 항목으로 등으로 구성

4 WASP WASP6는 수체를 4개의 종류, 즉표층, 저층, 전이상층, 전이하층으로 나누어 모의함
수체내의 수질항목에 대한 물질 수지식은 확산 유동생화학적 변환, 외부로부터의 부하등이 고려되어지며 3차원에 대한 물질수지식은 다음과 같음

5 WASP TOXI5 모델은 수층 영역과 전이층 영역에서 화학물질의 분해와 고형물질에의 흡착을 모의함으로써 독성물질의 이동과 경향예측을 위해 사용될 수 있으며, 모의항목은 총 6개 항목으로 3종의 화학물질에 대한 변화와 3종의 고형물질에 대한 이동현상을 모의할 수 있으며, 각각의 항목은 모델 사용자가 정의하여 사용할 수 있음 WASP6의 입력 자료는 총 10개의 그룹으로 나누어져 있으며, 각 그룹에 대한 입력자료는 다음과 같음

6 WASP TOXI5 모델은 수층 영역과 전이층 영역에서 화학물질의 분해와 고형물질에의 흡착을 모의함으로써 독성물질의 이동과 경향예측을 위해 사용될 수 있으며, 모의항목은 총 6개 항목으로 3종의 화학물질에 대한 변화와 3종의 고형물질에 대한 이동현상을 모의할 수 있으며, 각각의 항목은 모델 사용자가 정의하여 사용할 수 있음

7 WASP WASP6의 입력 자료는 총 10개의 그룹으로 나누어져 있으며, 각 그룹에 대한 입력자료는 다음과 같음
Data Group A(Model Identification and Simulation Control) : 모델의 설명과 소구간의 개수, 모의 수질항목의 개수, 모의 시간간격 및 출력시간 간격에 대한 정보를 입력한다. Data Group B(Exchange Coefficients) : 소구간별 수직 및 수평확산에 대한 정보를 입력한다. Data Group C(Volumes) : 소구간의 초기부피와 형태를 입력한다. Data Group D(Flows) : 소구간의 유량흐름 및 물질 이동정보를 입력한다. Data Group E(Boundary Conditons) : 모의하는 각 수질항목에 대한 경계농도를 입력한다. Data Group F(Waste Loads) : 점오염원 및 비점오염원의 유입에 대한 정보를 입력한다.

8 WASP WASP6 수질모형에 대한 모의 항목을 나타내는 구성도

9 WASP 다음은 WASP6 수질모형을 이용하여 시범 연구수체인 대청 호수계에 적용한 소구간 구분도를 나타내고 있음
본 모형은 유럽의 여타수계에 대해서도 적용이 가능하며, TEIN을 통하여 입력 자료를 전송 받은 후 모델링 과정이 수행되며, 모델링 결과 파일이 덴마크에 전송하는 방법으로 운영

10 WASP 다음의 화면은 시범 모형으로 선정되어 네트워크 모델에 적용된 도수 기반의 WASP6의 초기화면 및 실행과정을 나타냄

11 WASP

12 WASP7 1차년도에는도스기반의 WASP6에 대한 네트워크 모델처리만을 수행하였으나, 당해년도에는WASP7의 입력자료에 대한 모델 처리가 가능토록 TEIN응용 애플리케이션을 보완하였으며, 좀 더 상세한 제어가 가능하도록 작업을 수행

13 WASP7 위그림은WASP7수질모형을 이용하여 대청호 수계에적용한측정항목에 대한 예측값을나타내고 있으며 WASP7수질 모델 또한유럽의여타 수계에 대해서도 적용이 가능하며, TEIN을 통하여 입력자료를 전송 받은 후 모델링 과정이 수행

14 MFEMWASP 기존에 사용되었던 수질관리모형인 FEMWASP 모형을 전면 수정하여 만들어진 예측모형이다. 성층화 현상을 해석할 수 있는 기능이 추가되었고 필요에 따라 1,2,3 차원으로 선택하여해석할 수 있는 3차원 모형으로 개발 또한 여러 기종의 컴퓨터에서 전산모형의 효용성 및 운반성을 증대하기 위하여, 프로그램의 구성은 다음과 같은 점을 고려하여 유한요소법을 채택하였으며 프로그램의 구조를 고도로 모듈화하여 시스템간의 이식성을 높임 웹 기반에서 실행되는 MFEMWASP 모형은 40개 이상의 입력변수가 필요하지만 많은 사용가 비모형전문가인 업무담당자나 환경단체, 일반국민일 것으로 판단되어 모형입력자의 요소와 격자점, 유속 및 모델링 항목에 대한 반응계수는 미리 디폴트로 제공하였으며, 사용자는 기간과 모의실험 조절자료, 수질항목, 신규 오염원에 대한 점 오염원 부하량 등의 최소 입력자료만을 입력시키도록 하였음

15 MFEMWASP 모형은 수치해석상 보다 발전된 다차원 유한요소법을 이용하였으며, 여타 수질 예측모형의 수질 및 수치이론을 해석하고, 정확도 및 적용성 여부를 판단하여 개발된 모형 또한 사각형 유한요소법을 사용함으로서 국내의 수계와 같이 복잡한 형상을 지니는 경우에도 가변격자망을 상용하여 복잡한 지형을 표현할 수 있음 GIS의 Polygon 자료 형태와 일치하므로 GIS와 연계시에도 유리하다는 장점을 지니고 있음

16 MFEMWASP MFEWASP 는 WASP 모형과 마찬가지로 본 모형에 선택적으로 다음의 4가지 반응기작에 대한 모델링을 수행할 수 있음 ① Streeter-Phelps 모형 ② 수정된 streeter-Phelps 모형 ③ 완전 선형 DO 평형 모형 ④ 단순 부영양화 반응 모형