BASINS/HSPF 모형을 이용한 수질오염총량관리 유달율 산정방법 연구

박주현 ( Ju Hyun Park ),황하선 ( Ha Sun Hwang ),류덕희 ( Doug Hee Rhew ),권오상 ( Oh Sang Kwon ) 한국물환경학회 2012 한국물환경학회지 Vol.28 No.6

In this study Window interface to Hydrological Simulation Program-FORTRAN (HSPF) developed by the United States Environmental Protection Agency (EPA) was applied to the upstream of Namgang watershed to estimate its applicability for estimating Delivery Ratio (DR) of water pollutants for Total Maximum Daily load (TMDL). BASINS/HSPF which is selected in this study, is found to be appropriate for simulation of daily flow and water quality in target basins. DR was estimated utilizing discharge loads of unobserved sub-basin and delivery load of unobserved locations obtained not by actual evaluation but by simulation through validation and verification. Annual average DR of BOD, TN and TP were 0.97~1.50, 2.23~3.21, and 0.81~1.09 respectively. NET DR of dependent basins excluding influence of upstream basin was 1.50~1.70, 0.55~0.69, and 0.24~0.31, all of which are lower than those of independent basins area. Utilizing the model selected by this research, DR and Net DR of unobserved basins will be estimated, which will help determine priorities in management of basin area.

BASINS/HSPF 모델을 이용한 화성호 수질조전을 위한 상류 유역 수질개선방안 연구

강형식 ( Hyeongsik Kang ),장재호 ( Jae Ho Jang ) 한국물환경학회 2013 한국물환경학회지 Vol.29 No.1

HSPF model based on BASINS was applied to analyze effects of watershed management measures for water quality conservation in the Hwaseong Reservoir watershed. The model was calibratcd against the field measurements of meteorological data streamflow and water qualities (BOD_5 T-N T-P) at each observatory for 4years (2007-2010). The water quality characteristics of inflow streams were evaluated. The 4 scenarios for the water quality improvement were applied to inflow streams and critical area from water pollution based on previous researches. The reduction efficiency of point and non-point sources in inflow streams was evaluated with each scenario. The results demonstrate that the expansion of advanced treatment system within wastewater treatment plants and construction of pond-wetlands would be great effective management measures. In order to satisfactory the target water quality of reservoir the measures which can control both point source and non-point source pollutants should be implemented in the watershed.

BASINS/HSPF를 이용한 화성유역 오염부하량의 정량적 평가

정광욱,윤춘경,장재호,김형철,Jung, Kwang-Wook,Yoon, Chun-G.,Jang, Jae-Ho,Kim, Hyung-Chul 한국농공학회 2007 한국농공학회논문집 Vol.49 No.2

A mathematical modeling program called Hydrological Simulation Program-FORTRAN (HSPF) developed by the United States Environmental Protection Agency (EPA) was applied to Hwaseong watershed. It was run under BASINS (Better Assessment Science for Integrating Point and Nonpoint Sources) program, and the model was validated using monitoring data of $2002{\sim}2005$. The model efficiency of runoff ranged from good to fair in comparison between simulated and observed data, while it was from very good to poor in the water quality parameters. But its reliability and performance were within the expectation considering complexity of the watershed and pollutant sources. The nonpoint source (NPS) loading for T-N and T-P during the monsoon rainy season (June to September) was about 80% of total NPS loading, and runoff volume was also in a similar range. However, NPS loading for BOD ($55{\sim}60%$) didn't depend on rainfall because BOD was mostly discharged from point source (more than 70%). And water quality was not necessarily high during the rainy season, and showed a decreasing trend with increasing water flow. BASINS/HSPF was applied to the Hwaseong watershed successfully without difficulty, and it was found that the model could be used conveniently to assess watershed characteristics and to estimate pollutant loading including point and nonpoint sources in watershed scale.

새만금 상류유역의 유출량 추정을 위한 HSPF 모형의 적용성 평가

정재운 ( Jaewoon Jung ),엄명철 ( Myungchul Eom ),최인규 ( Inkyu Choi ),조진훈 ( Jinhoon Jo ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

새만금 수역의 수자원 보존 및 목표수질 달성을 위해서는 상류유역으로부터 유출되는 장기적인 유출분석이 매우 중요하다. 이를 위해서는 장기적인 조사를 바탕으로 유출량의 정량화가 되어야하지만 시간과 비용 등의 경제성을 고려했을 때 유출모형을 이용하는 것이 효율적이다. 국내에서 주로 사용되고 있는 장기유출모형은 TANK, PRMS, SWAT, HSPF 등이 있으며, 본 연구에서는 HSPF 모형을 선정하여 새만금 상류유역의 유출량을 산정 하였다. 새만금 상류유역의 크게 만경강 유역과 동진강 유역으로 구분되어지며, 만경강 유역의 토지이용현황은 논, 밭, 임야, 기타가 각각 23, 9, 50, 18%의 비율로 구성되어 있으며, 동진강 유역은 각각 33, 12, 38, 17%로 구성되어 있다. 모형의 검ㆍ보정을 위해서 2005년과 2006년의 대천지점(만경강 유역)과 신태인지점(동진강 유역) 유출량 자료를 이용하였으며, 기상자료는 대천지점은 전주기상대, 신태인지점은 부안기상대의 자료를 이용하였다. HSPF 모형의 유출량 보정을 위한 주요 매개변수는 LZSN(Model range : 0.01~100.0), INFILT(0.0001~100.0), AGWRC(0.001~0.999), UZSN(0.01~10.0), DEEPFR(0.0~1.0), INTFW(0.0~none) 등이 있으며, 모형의 보정을 위한 최적화 기법으로는 단순시행착오법을 사용하였고, 모형의 추정 오차를 평가하기 위해 결정계수 R²(Coefficient of Determination)을 사용하였으며 목적함수로서 RMSE(Root Mean Square Error)와 모형의 효율지수인 EI(Efficient Index)를 사용하였다. 모형의 유출량 모의 결과 보정기간(2005년) 동안 대천지점의 실측 및 모의 유출량은 각각 1793.1 mm와 1238.5 mm로 나타났고, 신태인지점의 실측 및 모의 유출량은 각각 1951.4 mm, 2609.5 mm로 나타났다. 모형의 효율지표를 평가한 결과 대천지점의 R², RMSE, EI는 각각 0.84, 4.69 mm/day, 0.75로 나타났고 신태인지점의 R², RMSE, EI는 각각 0.76, 4.74 mm/day, 0.72로 비교적 모의치가 실측치의 경향을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 모형의 검증기간(2006년) 동안 대천지점의 실측 및 모의 유출량은 731.4 mm와 699.0 mm로 나타났으며, 신태인지점의 실측 및 모의 유출량은 1321.6 mm와 1209.5 mm로 나타났다. 검증기간 동안 모형의 효율지표는 대천지점의 경우 R², RMSE, EI가 각각 0.58, 3.92 mm/day, 0.57로 나타났고, 신태인 지점의 R², RMSE, EI는 각각 0.39, 5.08 mm/day, 0.24로 나타나 BASINS/HSPF 모형은 새만금 상류유역의 유출량 산정에 적용 가능한 것으로 나타났다.

BASINS/HSPF를 이용한 화성유역에 대한 E.coli의 위해성평가

김준식 ( Joon-sik Kim ),윤춘경 ( Chun-gyeong Yoon ),이한필 ( Han-pil Rhee ),정광욱 ( Kwang-wook Jung ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

최근 국민생활수준의 향상과 여가시간의 확대는 물 환경에 대한 여가 및 생태체험의 공간으로서의 욕구를 증가시키고 있다. 하지만 하천의 생활환경기준에 대한 평가는 pH, BOD, SS, DO, 총대장균군, 분원성대장균군을 이용하여 평가되고 있으나, 물 환경에 대한 환경적인 여건은 미비하여 대장균을 포함한 미생물에 대한 평가 및 관리는 미흡한 실정이다. 일반적인 지표대장균군에는 총대장균군, 분원성대장균군, E.coli가 있지만 생활환경기준에서는 총대장균군과 분원성대장균군에 대한 평가에 그치고 있다. E.coli는 인간과 온혈동물의 분뇨에서만 나타나 수인성 질병과 더 밀접한 관계에 있으며, 많은 연구에서 분원성 대장균군을 대체할 수 있는 항목으로 제안되고 있다. 본 연구에서는 경기도 화성시에 위치한 화옹호 유역을 대상으로 BASINS와 HSPF를 이용하여 E.coli의 농도를 모의하였으며, E.coli의 농도 분석은 최적확수시험법을 이용하였다. 미생물의 위해도 분석은 Beta-poisson모형과 Best-fit parameter를 적용하여 용량-반응 평가를 실시하였다. 또한 Monte-Carlo analysis를 통해 불확실성에 대해 고려하여 위해도를 결정하여 유역내의 미생물 위해도의 변화를 예측하여 시간적, 공간적인 보건위생상의 안전성을 검토하였다. 그 결과 E.coli는 계절별로 다른 농도를 나타내었으며, 위해도는 다른 기간과 비교하여 봄철 갈수기와 여름철 강우기에 높은 농도를 나타내었다. 이를 통해 봄철 갈수기와 여름철 강우기에는 하천변 활동에 대한 주의가 필요하다고 판단된다.

HSPF-Paddy모형을 이용한 새만금 유역의 수문/수질 모델링

정광욱 ( Jung Kwang-wook ),윤춘경 ( Chun-gyeong Yoon ),전지홍 ( Ji-hong Jeon ),장재호 ( Jae-ho Jang ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-

Computer simulation models are the most powerful tools for this purpose and can be applied to answer a variety of questions, support watershed planning analysis, and develop TMDL (total maximum daily load). Applicability of a widely accepted watershed-based water quality assessment tool (BASINS) and its associated watershed model Hydrologic Simulation Program - Fortran (HSPF-Paddy) was evaluated on the Saemangeum watershed. Calibration result of HSPF-Paddy was satisfactory water quality and flow also reasonably matched the observed data. It was demonstrated that calibration with dry-day data in relatively long period might be adequate to simulate hydrologic characteristic and water quality of the watershed in HSPF, and using parameters generated in BASINS for nonpoint source pollution simulation is suggested when enough wet-day monitoring data are not available. Overall, BASINS/HSPF-Paddy was applicable and found to be a powerful tool in pollutant loading estimate form watershed, and its use in TMDL is recommended.

BASINS/HSPF 모형을 활용한 비점오염부하의 정량적 평가

이재운 ( Jae Woon Lee ),권헌각 ( Hun Gak Kwon ),이윤정 ( Youn Jeong Yi ),윤종수 ( Jong Su Yoon ),한건연 ( Kun Yeun Han ),천세억 ( Se Uk Cheon ) 한국환경과학회 2012 한국환경과학회지 Vol.21 No.8

Loading of NPS pollutant was valued through simulation by using BASINS/HSPF model which can simulate runoff volume in rainfall by time. For the verification of the model, it was analyzed the scatter diagram of the simulation value and measure value of water quality and runoff volume in Dongcheon estuary. Using the built model, a study on the time-variant characteristics of runoff and water quality was simulated by being classified into four cases. The result showed the simulation value was nearly same as that of the measured runoff, In the result of fit level test for measured value and simulated value, correlation of runoff volume was computed high by average 0.86 and in the water quality items, fit level of simulation and measurements was high by BOD 0.82, T-N 0.85 and T-P 0.79.

연구논문 : HSPF를 이용한 비점오염원 삭감에 따른 효과 분석

배다혜 ( Dae Hye Bae ),하성룡 ( Sung Ryong Ha ) 한국환경영향평가학회 2011 환경영향평가 Vol.20 No.1

This paper aims to assessing impact of reduction of non-point source pollution in the Bokha Stream watershed. The BASINS/HSPF model was calibrated and verified for water flow and water qualities using Total Maximum Daily Load 8days data from 2006 to 2007. Accuracy of the BASINS/HSPF models in simulating hydrology and water quality was compared and there were somewhat differences of statistical results, but water flow and water quality were simulated in good conditions over the study period. The applicability of models was tested to evaluate non-point source control scenarios to response hydrology and water quality in the Bokha stream using various measures which include BMPs approach and change of landuse. The evaluation of reduction of non-point source pollution was developed using load-duration curve. Despite strong reduction of non-point source, there are not satiated target quality at low flow season.

BASINS/HSPF를 이용한 용담댐 유역의 오염부하량 산정

장재호 ( Jae Ho Jang ),윤춘경 ( Chun Gyeong Yoon ),정광욱 ( Kwang Wook Jung ),전지홍 ( Ji Hong Jeon ) 한국하천호수학회 2006 생태와 환경 Vol.39 No.2

설마천유역 혼효림 실측 증발산과 유출량을 이용한 HSPF모형의 적용성 평가

임형일 ( Hyungil Lim ),권형중 ( Hyungjoong Kwon ),박민지 ( Minji Park ),김성준 ( Seongjoon Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

본 연구에서는 전형적인 산지유역인 설마천 유역(8.54 km²)을 대상으로 HSPF 모형을 이용하여 유출량을 모의하고 증발산 관측값과 비교, 분석한 뒤 모형의 적용성 평가를 실시하였다. HSPF 적용을 위해서는 기상자료가 Watershed Data Management (WDM) 파일형태로 저장되어야 하기 때문에, 설마천 유역에 해당되는 기상관측소인 동두천의 2002년부터 2011년까지 시간별 기상자료(강수량, 최대, 최소, 평균 기온, 절대습도, 풍속, 일사량)를 제공받아 WDM util. 에서WDM 파일형태로 변환하여 입력자료를 구축하였다. HSPF 모형의 보정을 위해 유출량과 증발산 자료가 동시에 측정된 2007년을 보정하였으며 2002년부터 2006년 및 2008년부터 2011년을 검정하였다. 모형의 보정 및 검정 결과에 대한 적용성 평가를 위해 유출량만을 이용한 검·보정 결과와 증발산량을 이용한 검·보정 결과를 비교하였으며 적용성 평가는 결정계수 (coefficient of determination; R²)을 산정하여 검토하였다. 그 결과, 유출량만을 이용한 모의 결과의 결정계수 R²는 0.72으로 나타났으며, 실측자료인 증발산량을 이용한 결정계수 R²은 0.76으로 신뢰성이 더 높게 나타났다. 유역에서 현실적인 상황과 근접하게 모의하기 위해서는 다른 수문성분의 정확하고 신뢰성 있는 자료의 구축과 적용이 매우 중요하며 이를 이용하여 검·보정을 실시하였을 때 물수지를 구성하는 수문성분에 대한 불확실성이 감소하는 것으로 분석되었다.