강원대학교환경시스템연구실

Web Web 기반의 환경관리를 위한 기반의 환경관리를 위한 범용적 편미분 방정식 해석모형의 범용적 편미분 방정식 해석모형의

개발개발

발표자 발표자 : : 한 영 한 영 한한

2000. 12.

강원대학교 환경생물공학과강원대학교 환경생물공학과환경시스템연구실환경시스템연구실

指導敎授 指導敎授 : : 金 俊 金 俊 賢賢

ㅇ 심사의견 조치내용ㅇ 심사의견 조치내용- - 영어 제목 변경영어 제목 변경

- - 용어 정리 및 통일용어 정리 및 통일

- - 매개 변수 정리매개 변수 정리

- - 본문 내용의 일관성 유지본문 내용의 일관성 유지

- Web - Web 기반의 기반의 GIS GIS 및 모형 운영 및 모형 운영

: Interface : Interface 및 운용성 강화및 운용성 강화

- - 인용 문헌 구분 및 첨부인용 문헌 구분 및 첨부

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I. I. 연구의 필요성연구의 필요성- - 수환경 보전 및 관리 대책의 수립 및 시행의 중요성 수환경 보전 및 관리 대책의 수립 및 시행의 중요성

증가증가

- - 환경 관리를 위한 전산모형의 개발 및 활용환경 관리를 위한 전산모형의 개발 및 활용 : : 이론적 해 및 수치해석 기법 이용이론적 해 및 수치해석 기법 이용

: : 각 해석 문제마다 새로운 프로그램 작성의 난이도 및 번거로움각 해석 문제마다 새로운 프로그램 작성의 난이도 및 번거로움

- - 상용 편미분방정식 해석 프로그램의 이용상용 편미분방정식 해석 프로그램의 이용 (CFD)(CFD) : PHOENICS, FLUENT, ABAQUS, ANSYS : PHOENICS, FLUENT, ABAQUS, ANSYS 등등

: : 기계기계 , , 항공항공 , , 원자력원자력 , , 화학화학 , , 토목 등 광범위한 분야의 유동 및 토목 등 광범위한 분야의 유동 및

파동파동

현상 문제에 적용현상 문제에 적용

: : 해석 문제에 대한 주변수해석 문제에 대한 주변수 , , 파라미터파라미터 , , 반응기작 등의 구성에 반응기작 등의 구성에

부적합부적합

- - 환경 문제 해석이 용이한 편미분 방정식 해석 환경 문제 해석이 용이한 편미분 방정식 해석

프로그램프로그램

개발이 필요개발이 필요

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II. II. 연구의 연구의 목적목적- - 유체 및 오염물 이동유체 및 오염물 이동

: : 물질물질 , , 운동운동 , , 에너지 방정식에 기초한 일반적 편미분 에너지 방정식에 기초한 일반적 편미분

방정식으로 표현방정식으로 표현

- - 다차원 유한요소모형을 이용한 편미분방정식 해석 다차원 유한요소모형을 이용한 편미분방정식 해석

프로그램 개발프로그램 개발

: : 편미분방정식의 각 미분항에 대한 수치해석 모듈 개발편미분방정식의 각 미분항에 대한 수치해석 모듈 개발

: : 객체지향적이고 독립적으로 통합될 수 있는 시스템 개발객체지향적이고 독립적으로 통합될 수 있는 시스템 개발

: : 해석 문제에 대한 주변수해석 문제에 대한 주변수 , , 파라미터파라미터 , , 반응기작 등 구성반응기작 등 구성

- - 환경 문제 해석이 용이한 편미분 방정식 해석 환경 문제 해석이 용이한 편미분 방정식 해석

프로그램프로그램

개발 개발 : : 유역유역 , , 지표수지표수 , , 지하수지하수 , , 하수관로하수관로 , , 해양 등해양 등

- Web - Web 기반의 프로그램 운용성 지향기반의 프로그램 운용성 지향

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III. III. 문헌 문헌 연구연구강원대학교환경시스템연구실

ㅇ상용 ㅇ상용 CFD CFD 프로그램프로그램

- PHOENICS, ANSYS, ABAQUS, NASTRAN, FLUENT - PHOENICS, ANSYS, ABAQUS, NASTRAN, FLUENT 등등ㅇ유역의 강우 유출 및 오염물 이동 해석 ㅇ유역의 강우 유출 및 오염물 이동 해석 모형모형

- - SWMMSWMM, STORM, RRL, ILLUDAS, HSPF, UCURM , STORM, RRL, ILLUDAS, HSPF, UCURM 등등ㅇ지표수 수리 ㅇ지표수 수리 모형모형

- - TIDE4TIDE4, HEC-2, FESWMS-2DH, RMA2, DYNHYD2 , HEC-2, FESWMS-2DH, RMA2, DYNHYD2 등등ㅇ지표수 수질 ㅇ지표수 수질 모형모형

- - MFEMWASPMFEMWASP, QUAL2E, WASP5, WQRRS, , QUAL2E, WASP5, WQRRS, CE-QUAL-W2, RMA-4 CE-QUAL-W2, RMA-4 등등

강원대학교환경시스템연구실ㅇ지하수 수리 및 수질 모형ㅇ지하수 수리 및 수질 모형

- PM5 : - PM5 : MODFLOWMODFLOW, MOC 3D, MT3D, MOC 3D, MT3D

ㅇ지하 가스 거동 모형ㅇ지하 가스 거동 모형 : : MFEMGASMFEMGAS

ㅇ지하 다중 다상 모형ㅇ지하 다중 다상 모형 : : CMGMCMGM

ㅇ하수관로 정보처리 모형ㅇ하수관로 정보처리 모형 : : TRANSPORT, EXTRANTRANSPORT, EXTRAN

ㅇ하수처리장 예측 제어 모형ㅇ하수처리장 예측 제어 모형 : : ASIM, PHOENICS ASIM, PHOENICS 활용활용ㅇ상수도 시설 관리 모형ㅇ상수도 시설 관리 모형 : : FEMCLFEMCL

강원대학교환경시스템연구실ㅇㅇ Web Web 기반의 모형 기반의 모형 운영운영

- Window2000- Window2000 의 의 Terminal Client ServiceTerminal Client Service 활용 방안활용 방안- MS-VB- MS-VB 의 의 ActiveX DocumentActiveX Document 를 활용한 를 활용한 InternetInternet 운영 방안운영 방안

ㅇㅇ GISGIS 와 연계한 통합적 와 연계한 통합적 운영운영

- GIS- GIS 와 전산 모형의 연계 운영와 전산 모형의 연계 운영

- - 해석 대상 영역의 공간 및 속성정보 구축해석 대상 영역의 공간 및 속성정보 구축 (ArcView)(ArcView)

- - 모형 입력자료 및 모델링 결과 해석모형 입력자료 및 모델링 결과 해석

- - ESRIESRI 의 의 ArcExplorerArcExplorer 및 및 MapObjectMapObject, MS-VB, MS-VB 를 활용한를 활용한

Web-GISWeb-GIS 구현 방안구현 방안

IV. IV. 범용적 편미분 방정식 범용적 편미분 방정식 해석 해석 프로그램프로그램 (WPDES)(WPDES) 의 개발의 개발

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- - 다차원 유한요소모형 개발다차원 유한요소모형 개발

: : 수치해석상 오차와 불안정성 최소화수치해석상 오차와 불안정성 최소화

: : 편미분 방정식의 각 미분항별로 모듈 조합 가능편미분 방정식의 각 미분항별로 모듈 조합 가능

: : 경계조건 해석 용이경계조건 해석 용이

: : 사각형 격자망을 사용하여 사각형 격자망을 사용하여 GISGIS 와 연계 용이와 연계 용이

: : 독립적 수치해석 논리에 기인한 객체지향적인 프로그램 구성독립적 수치해석 논리에 기인한 객체지향적인 프로그램 구성

- - 공간 및 시간 미분항 평가를 위한 요소별 적분 모듈 개발공간 및 시간 미분항 평가를 위한 요소별 적분 모듈 개발

- - 적분 모듈을 활용한 지배방정식의 이산화 및 모형 개발적분 모듈을 활용한 지배방정식의 이산화 및 모형 개발

- - 범용적 편미분 방정식 해석 모형의 알고리즘 개발범용적 편미분 방정식 해석 모형의 알고리즘 개발

강원대학교환경시스템연구실1. 1. 다차원 유한요소모듈의 개발다차원 유한요소모듈의 개발

- - 기저함수를 이용한 주요 변수기저함수를 이용한 주요 변수 , , 파라미터의 파라미터의

이산화이산화

- - 기저함수를 이용한 요소별 절점 좌표 기저함수를 이용한 요소별 절점 좌표

평가평가

- - 지배방정식의 가중잔차식 지배방정식의 가중잔차식

구성구성

강원대학교환경시스템연구실ㅇ전체좌표계의 계산좌표계로의 ㅇ전체좌표계의 계산좌표계로의 변환변환

강원대학교환경시스템연구실ㅇ유한요소법을 이용한 요소적분행렬 ㅇ유한요소법을 이용한 요소적분행렬 정의정의

- - 공간미분항이 없는 경우공간미분항이 없는 경우

- - 가중함수에 대한 미분항가중함수에 대한 미분항

- - 주변수에 대한 미분항주변수에 대한 미분항

- - 주변수에 대한 이차미분항이 있는 경우주변수에 대한 이차미분항이 있는 경우

강원대학교환경시스템연구실ㅇ유한요소법을 이용한 경계조건 ㅇ유한요소법을 이용한 경계조건 해석해석- - 제 제 1 1 경계조건경계조건

- - 제 제 2 2 경계조건경계조건11 차원 차원 : :

22 차원 차원 : :

33 차원 차원 : :

- - 제 제 3 3 경계조건경계조건

강원대학교환경시스템연구실2. 2. 지표수 수질 분야에 대한 개발 방법의 지표수 수질 분야에 대한 개발 방법의 적용적용- - 수질 해석 모형수질 해석 모형

- - 수체내 온도 변화 해석 모형수체내 온도 변화 해석 모형

강원대학교환경시스템연구실ㅇ 생화학적 반응항 및 반응식 ㅇ 생화학적 반응항 및 반응식 구성구성

강원대학교환경시스템연구실ㅇ 매개 변수의 정의 및 ㅇ 매개 변수의 정의 및 대표값대표값

강원대학교환경시스템연구실3. WPDES 3. WPDES 모형의 구성 모듈모형의 구성 모듈- - 입입출력 모듈출력 모듈

- - 공간 영역에 관련된 모듈공간 영역에 관련된 모듈

: : 기저 및 가중함수를 위한 모듈기저 및 가중함수를 위한 모듈

: : 절점 및 계수의 요소별 평가를 위한 모듈절점 및 계수의 요소별 평가를 위한 모듈

- - 요소 행렬 계산 모듈요소 행렬 계산 모듈

- - 요소 행렬 조립 모듈요소 행렬 조립 모듈

- - 비선형 시스템 해석 모듈비선형 시스템 해석 모듈

- - 반응식 및 구성식의 해석을 위한 모듈반응식 및 구성식의 해석을 위한 모듈

- - 경계조건 해석을 위한 모듈경계조건 해석을 위한 모듈

강원대학교환경시스템연구실cc********************************************** subroutine femcc**********************************************c include ’mfemwasp.cmn'cc... form the r.h.s global matrix [sk] and c the l.h.s load vector f ...c if(node.eq.2) call asem1 if(node.eq.4) call asem2 if(node.eq.8) call asem3cc... include boundary conditions for each system ...c if(indb1(nis).eq.1) call bound1 if(node.eq.2.and.indb2(nis).eq.1) call bound12 if(node.eq.4.and.indb2(nis).eq.1) call bound22 if(node.eq.8.and.indb2(nis).eq.1) call bound32 if(node.eq.2.and.indb3(nis).eq.1) call bound13 if(node.eq.4.and.indb3(nis).eq.1) call bound23 if(node.eq.8.and.indb3(nis).eq.1) call bound33c cc... solve the system of linear equations ...cc if(time.eq.dt) then call solve(1,sk,f,np,ihalfb,nis)c endif call solve(2,sk,f,np,ihalfb,nis)cc... store the solution in vector ce(i,nis) ...c... reset the variable for time domain ... c do ip=1,np ce(ip,nis)=f(ip,nis) if(ce(ip,nis).le.0) ce(ip,nis)=-0.6*ce(ip,nis) oldce(ip,nis)=ce(ip,nis) end do cc return end

ㅇ농도계산 ㅇ농도계산 모듈모듈

강원대학교환경시스템연구실cc********************************************** subroutine asem3c**********************************************c include 'femwasp.cmn' include 'elemen.cmn'c eps=ep-1.0cc... initialize global matrix [sk] and load vector fcc if(time.eq.dt) then do i=1,np f(i,nis)=0.d0 do j=1,iband sk(i,j,nis)=0.d0 end do end doc endifcc... evaluate parameters ...c call reaction call sourcecc... begin assembling process ...c do nel=1,necc... set local coordinates and point load in each element ...c do ia=1,node ijkia=ijk(ia,nel) xe(ia)=x(ijkia) ye(ia)=y(ijkia) ze(ia)=z(ijkia) rke(ia)=rk(ijkia,nis) soure(ia)=sour(ijkia,nis) end docc... set parameters in each element ...cc... velocity ...c v1x=vx(nel) v1y=vy(nel) v1z=vz(nel)cc... dispersion coefficient tensor ...c d1xx=dxx(nel)*v1x d1xy=dxy(nel)*v1x d1xz=dxz(nel)*v1x d1yx=dyx(nel)*v1y

ㅇ요소 조립 ㅇ요소 조립 모듈모듈 d1yy=dyy(nel)*v1y

d1yz=dyz(nel)*v1y d1zx=dzx(nel)*v1z d1zy=dzy(nel)*v1z d1zz=dzz(nel)*v1zcc... compute the [et], [ev], [ed], [etk], [ets] matrix ...c call element3(et,evx,evy,evz,edxx,edxy,edxz,edyx,edyy,edyz, & edzx,edzy,edzz,etk,ets,v1x,v1y,v1z,d1xx,d1xy,d1xz,d1yx,d1yy,d1yz, & d1zx,d1zy,d1zz,xe,ye,ze,rke,soure)c cc... assemble [et], [ev], [ed], [etk], [ets] and form [sk] ...cc if(time.eq.dt) then do i=1,node ijki=ijk(i,nel) do j=1,node ijkj=ijk(j,nel) ji=ijkj+(ihalfb+1)-ijki if(ji.le.0) goto 99 if(ji.gt.iband) goto 99 sk(ijki,ji,nis)=sk(ijki,ji,nis)+et(i,j)+ & ep*(evx(i,j)+evy(i,j)+evz(i,j)+edxx(i,j)+edxy(i,j)+edxz(i,j) & +edyx(i,j)+edyy(i,j)+edyz(i,j)+edzx(i,j)+edzy(i,j)+edzz(i,j) & -etk(i,j)) end do end doc endifcc... assemble [et],[ev],[ed],[etk],[ets] c and form r.h.s. vector f ...c do i=1,node fe(i,nis)=0.d0 ijki=ijk(i,nel) do j=1,node ijkj=ijk(j,nel) fe(i,nis)=fe(i,nis)+(et(i,j) &+eps*(evx(i,j)+evy(i,j)+evz(i,j)+edxx(i,j)+edxy(i,j)+edxz(i,j) & +edyx(i,j)+edyy(i,j)+edyz(i,j)+edzx(i,j)+edzy(i,j)+edzz(i,j) & -etk(i,j)))*oldce(ijkj,nis)+ets(i,j) end do f(ijki,nis)=f(ijki,nis)+fe(i,nis) end doc end do goto 999c99 write(*,*) 'computation stop due to band width'c999 return end

강원대학교환경시스템연구실ㅇ수학적 해를 활용한 모형의 ㅇ수학적 해를 활용한 모형의 검증검증- - 모형검증에 사용된 요소 격자망모형검증에 사용된 요소 격자망

- - 유속에 의한 이동이 매우 큰 경우 유속에 의한 이동이 매우 큰 경우 (( 유속 유속 V=0.369m/day, V=0.369m/day, 확산계수 확산계수 D=0.0001725m2/day, D=0.0001725m2/day, 해석해 해석해 : m116, : m116, 수치해 수치해 : fw14): fw14)- - 확산에 의한 이동이 큰 경우 확산에 의한 이동이 큰 경우 (( 유속 유속 V=0.369m/day, V=0.369m/day, 확산계수 확산계수 D=0.01725m2/day, D=0.01725m2/day, 해석해 해석해 : m136, : m136, 수치해 수치해 : fw16): fw16)- - 중간의 경우 중간의 경우 (( 유속 유속 V=0.369m/day, V=0.369m/day, 확산계수 확산계수 D=0.001725m2/day, D=0.001725m2/day, 해석해 해석해 : m126, : m126, 수치해 수치해 : fw15): fw15)

4. WPDES 4. WPDES 모형의 검증모형의 검증

강원대학교환경시스템연구실- - 유속이 지배적인 경우유속이 지배적인 경우

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

X/L

Concentration

m116

fw14

강원대학교환경시스템연구실- - 확산이 지배적인 경우확산이 지배적인 경우

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

X/L

Concentration

m136

fw16

강원대학교환경시스템연구실- - 중간의 경우중간의 경우

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

X/L

Concentration

m126

fw15

강원대학교환경시스템연구실ㅇㅇ 11 차원 문제에 대한 차원 문제에 대한 1,2,31,2,3 차원 모델링 결과 차원 모델링 결과 비교비교- - 모형검증에 사용된 요소 격자망모형검증에 사용된 요소 격자망

강원대학교환경시스템연구실강원대학교환경시스템연구실- - 모형 검증을 위한 모형 검증을 위한 1,2,31,2,3 차원 모델링 결과차원 모델링 결과

강원대학교환경시스템연구실- - 모형 검증을 위한 모형 검증을 위한 1,2,31,2,3 차원 모델링 결과차원 모델링 결과

강원대학교환경시스템연구실5. WPDES 5. WPDES 모형과 모형과 ArcViewArcView 의 의 결합결합ㅇㅇ ArcViewArcView 와 와 Fortran CompilerFortran Compiler 의 연계 의 연계 운영운영

강원대학교환경시스템연구실ㅇㅇ ArcViewArcView 상에서 상에서 WPDES WPDES 모형의 모형의 운영운영

강원대학교환경시스템연구실6. WPDES 6. WPDES 모형의 지표수질 분야 적용모형의 지표수질 분야 적용

- - 유역내 배수구역별 오염부하량 산정 유역내 배수구역별 오염부하량 산정 (( 영월호 유역영월호 유역 ))

강원대학교환경시스템연구실- - 환경질 조사지점 현황 자료 구축 환경질 조사지점 현황 자료 구축 (( 영월호 유역영월호 유역 ))

강원대학교환경시스템연구실- - 유역내 오염원 현황 자료 구축 유역내 오염원 현황 자료 구축 (( 영월호 유역영월호 유역 ))

강원대학교환경시스템연구실- - 유한요소 격자망 구성 유한요소 격자망 구성 (( 팔당호 유역팔당호 유역 ))

강원대학교환경시스템연구실- - 모형 입력 자료 분석 모형 입력 자료 분석 (( 영월호 유역영월호 유역 ))

강원대학교환경시스템연구실ㅇㅇ WPDES WPDES 모형의 적용 결과 모형의 적용 결과 해석해석

강원대학교환경시스템연구실- WPDES - WPDES 모형 적용 결과 분석 모형 적용 결과 분석 (( 영월호영월호 , BOD), BOD)

강원대학교환경시스템연구실- WPDES - WPDES 모형 적용 결과 분석 모형 적용 결과 분석 (( 팔당호팔당호 , BOD), BOD)

강원대학교환경시스템연구실- - 성층화 해석을 위한 수심별 호소 형상 분석 성층화 해석을 위한 수심별 호소 형상 분석 (( 영월호영월호 ))

강원대학교환경시스템연구실- WPDES - WPDES 모형을 이용한 영월호의 성층화 현상 예측모형을 이용한 영월호의 성층화 현상 예측

강원대학교환경시스템연구실

ㅇㅇ Web Web 기반 운영 기반 운영 개요개요V. Web V. Web 기반의 모형 기반의 모형 운영운영

강원대학교환경시스템연구실ㅇㅇ Window 2000Window 2000 의 의 TSCTSC 를 이용한 원격 를 이용한 원격 접속접속

강원대학교환경시스템연구실ㅇㅇ TSCTSC 를 이용한 모형의 원격 를 이용한 모형의 원격 운영운영

강원대학교환경시스템연구실ㅇㅇ WebWeb 기반의 기반의 GIS GIS 및 및 Model Model 운영 운영 방안방안

- - 개발 모형과 연계한 개발 모형과 연계한 GISGIS 의 의 Web Web 기반 운영기반 운영

- MapObject- MapObject 를 활용한 를 활용한 ApplicationApplication 의 확장 이용의 확장 이용

- MS-VB- MS-VB 를 이용한 를 이용한 GUI GUI 구축구축

- ActiveX Control- ActiveX Control 을 이용한 을 이용한 Web Web 운영 기능 부여운영 기능 부여

- ASP(Active Server Page)- ASP(Active Server Page) 를 활용한 를 활용한 Web Page Web Page 작성작성

- Window2000- Window2000 의 의 IIS(Internet Information Service) IIS(Internet Information Service) 및및

Active Directory Active Directory 기능을 활용한 응용 및 제어기능을 활용한 응용 및 제어

강원대학교환경시스템연구실ㅇ ㅇ ActiveX controlActiveX control 을 이용한 을 이용한 Web GWeb GISIS

강원대학교환경시스템연구실ㅇ ㅇ ArcView IMSArcView IMS 를 이용한 를 이용한 Web GISWeb GIS

강원대학교환경시스템연구실ㅇ ㅇ Web Web 기반의 모형 기반의 모형 운영운영

강원대학교환경시스템연구실ㅇㅇ VBVB 를 활용한 를 활용한 Interface Interface 구축구축

강원대학교환경시스템연구실ㅇ 유역의 강우 유출 및 오염물 이동 해석 ㅇ 유역의 강우 유출 및 오염물 이동 해석 모형모형- - 강우에 의한 강우에 의한 22 차원 지표 유출차원 지표 유출

- - 수로내 흐름수로내 흐름

VI. VI. 여러 환경분야에 대한 해석여러 환경분야에 대한 해석

강원대학교환경시스템연구실ㅇ 지표수 수리 모형ㅇ 지표수 수리 모형- 1- 1 차원 지표수유동차원 지표수유동 (( 연속방정식연속방정식 ))

- 1- 1 차원 지표수유동차원 지표수유동 (( 운동방정식운동방정식 ))

강원대학교환경시스템연구실- - 천해 해양의 천해 해양의 22 차원 유동차원 유동 (( 연속방정식연속방정식 ))

- - 천해 해양의 천해 해양의 22 차원 유동차원 유동 (( 운동방정식운동방정식 ))

강원대학교환경시스템연구실- - 호수나 하천의 호수나 하천의 22 차원 유동차원 유동 (( 연속방정식연속방정식 ))

- - 호수나 하천의 호수나 하천의 22 차원 유동차원 유동 (( 운동방정식운동방정식 ))

강원대학교환경시스템연구실

- - 연속방정식과 운동방정식의 유한요소식을 연립한 행렬의 구성연속방정식과 운동방정식의 유한요소식을 연립한 행렬의 구성

강원대학교환경시스템연구실ㅇ지하수 유동 및 오염 이동 해석 ㅇ지하수 유동 및 오염 이동 해석 모형모형- - 지하수 유동 해석 모형지하수 유동 해석 모형

- - 지하수내 오염물 이동 해석 모형지하수내 오염물 이동 해석 모형

강원대학교환경시스템연구실ㅇ다차원 지중 가스 유동 ㅇ다차원 지중 가스 유동 모형모형

- - 지중 가스 유동 해석 모형지중 가스 유동 해석 모형

- - 가스상내 복합물의 이동 해석 모형가스상내 복합물의 이동 해석 모형

강원대학교환경시스템연구실ㅇ난용성 물질 해석을 위한 다중다상 ㅇ난용성 물질 해석을 위한 다중다상 모형모형

강원대학교환경시스템연구실ㅇ하수관로내 하수 유동 및 오염 해석 ㅇ하수관로내 하수 유동 및 오염 해석 모형모형

- - 연속방정식연속방정식

- - 운동방정식운동방정식

ㅇ상수도 시설 관리 ㅇ상수도 시설 관리 모형모형

강원대학교환경시스템연구실ㅇ실험 결과와의 비교를 통한 모형 ㅇ실험 결과와의 비교를 통한 모형 검증검증- - 지중 가스 거동 확산 실험 및 모델링 결과 지중 가스 거동 확산 실험 및 모델링 결과 (( 주문진 표준사주문진 표준사 ))

Measuring Point 2 & 3 (Exp.3 : Jumunjin Standard Sand)

0 50 100 150 200 250 300 3500

5001,0001,5002,0002,5003,0003,500

Time (min.)

Gas Conc.(ppm)

Modeling (Point 2) Modeling (Point 3) Measured (Point 2) Measured (Point 3)

- WPDES - WPDES 모형의 환경 분야 모형의 환경 분야 적용적용

강원대학교환경시스템연구실

Measuring Point 2 & 3 (Exp.6 : Granite Weathered Soil)

0 100 200 300 400 500 600 7000

500

1,000

1,500

2,000

2,500

Time (min.)

Gas Conc.(ppm)

Modeling(Point 2) Modeling(Point 3) Measured (Point 2) Measured (Point 3)

- - 지중 가스 거동 확산 실험 및 모델링 결과 지중 가스 거동 확산 실험 및 모델링 결과 (( 화강풍화토화강풍화토 ))

강원대학교환경시스템연구실ㅇ다른 모형의 모델링 결과와의 ㅇ다른 모형의 모델링 결과와의 비교비교

- - 검증에 사용된 모형 및 입력 자료검증에 사용된 모형 및 입력 자료

강원대학교환경시스템연구실- - 모델링 결과 비교모델링 결과 비교

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

X/L

Concentration

fcs11

fw14

fcs12

fw15

fcs13

fw16

강원대학교환경시스템연구실ㅇ지하환경 ㅇ지하환경 관리관리

- WPDES - WPDES 모형을 이용한 모형을 이용한 TCETCE 의 지하 유동 해석의 지하 유동 해석

강원대학교환경시스템연구실- - 지중 가스 유동 해석지중 가스 유동 해석

t=10min

t=100min

t=300min

t=400min

t=200min

강원대학교환경시스템연구실- - 지하 환경질 자료 구축지하 환경질 자료 구축

강원대학교환경시스템연구실- - 지하수 유동 해석지하수 유동 해석

강원대학교환경시스템연구실ㅇ하수도 시설 ㅇ하수도 시설 관리관리

- - 누수로 인한 토양내 하수침투 현상 해석누수로 인한 토양내 하수침투 현상 해석

강원대학교환경시스템연구실- - 하수도 시설 자료 구축하수도 시설 자료 구축

강원대학교환경시스템연구실- - 하수도 시설 구축 자료 분석 하수도 시설 구축 자료 분석 (( 관경관경 , , 길이길이 , , 직경직경 , , 맨홀고도맨홀고도 ))

강원대학교환경시스템연구실- - 관거별 유동 현상 예측 결과관거별 유동 현상 예측 결과

강원대학교환경시스템연구실- - 관거별 수질 변화 현상 예측 결과관거별 수질 변화 현상 예측 결과

강원대학교환경시스템연구실ㅇ상수도 시설 ㅇ상수도 시설 관리관리- - 염소 소독 공정시 염소의 거동 변환 예측염소 소독 공정시 염소의 거동 변환 예측 (pH=6.14, Temp. =297.5)(pH=6.14, Temp. =297.5)

Modeling & Measured Concentration of pH=6.14, Temp.=297.5 in 2" Reactor

0 10 20 30 400

1

2

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7

X Distance(ft)

Conc

entr

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Mono-2

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Tri-2

Am-2

강원대학교환경시스템연구실- - 염소 소독 공정시 염소의 거동 변환 예측염소 소독 공정시 염소의 거동 변환 예측 (pH=6.05, Temp. =293)(pH=6.05, Temp. =293)

Modeling & Measured Concentration of pH=6.05, Temp.=293 in 3" Reactor

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240

1

2

3

4

5

6

7

X Distance(ft)

Conc

entr

atio

n(m

g/L)

Free-1

Mono-1

Di-1

Tri-1

Am-1

Free-2

Mono-2

Di-2

Tri-2

Am-2

VII. VII. 결론결론- - 객체지향적객체지향적 , , 독립적인 다차원 유한요소 모듈 개발독립적인 다차원 유한요소 모듈 개발

: : 해석문제별 지배방정식해석문제별 지배방정식 , , 파라미터파라미터 , , 변수의 구성 용이변수의 구성 용이

- Web - Web 기반의 범용적 편미분 방정식 해석 모형 개발기반의 범용적 편미분 방정식 해석 모형 개발

- - 개발 모형개발 모형 (WPDES)(WPDES) 의 안정성 검토의 안정성 검토

: : 수학적 해수학적 해 , 1,2,3, 1,2,3 차원 결과차원 결과 , , 실험값 등과 비교하여 안정성 실험값 등과 비교하여 안정성

입증입증

- WPDES - WPDES 모형의 환경 분야 적용성 검토모형의 환경 분야 적용성 검토

: : 지표수환경지표수환경 , , 지하수환경지하수환경 , , 지하가스 거동지하가스 거동 , , 다중다상 거동다중다상 거동 , ,

하수도 시설 관리하수도 시설 관리 , , 상수도 시설 관리 등에 적용성 검토상수도 시설 관리 등에 적용성 검토

- - 다양한 환경분야에 대한 우수한 범용성 보유다양한 환경분야에 대한 우수한 범용성 보유

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- Web - Web 상에서의 실시간 운영 방안 연구상에서의 실시간 운영 방안 연구

: Window2000: Window2000 의 의 TSCTSC 를 이용한 를 이용한 NetworkNetwork 환경에서의 활용 방안환경에서의 활용 방안

: MS-VB: MS-VB 의 의 ActiveX DocumentActiveX Document 를 활용한 를 활용한 Internet HTMLInternet HTML 에 삽입에 삽입

: Internet: Internet 상에서 활용을 위한 상에서 활용을 위한 GUI GUI 개발개발

- Web-GIS- Web-GIS 를 활용한 모형 운영를 활용한 모형 운영

: ESRI: ESRI 의 의 ArcExplorer ArcExplorer 및 및 MapObject MapObject 활용활용

: VB: VB 에 수치지도를 입력하여 에 수치지도를 입력하여 ActiveX DocumentActiveX Document 화하여 화하여 Web-GIS Web-GIS

구현구현

: : 개발된 모형 및 개발된 모형 및 GISGIS 를 를 Web Web 기반에서 운영기반에서 운영

: LINUX : LINUX 등 다른 운영체제에서의 활용 방안 연구등 다른 운영체제에서의 활용 방안 연구

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VIII. VIII. 향후 연구 향후 연구 과제과제- - 반응 인자 및 파라미터에 대한 보다 세밀한 분석반응 인자 및 파라미터에 대한 보다 세밀한 분석

- - 사용자의 이용 편이를 위한 사용자의 이용 편이를 위한 GUI GUI 체제 확장 구축체제 확장 구축 (( 도움말도움말

))

- - 전처리 및 후처리 모형 개발전처리 및 후처리 모형 개발

- Web - Web 기반 운영체제 확립기반 운영체제 확립

- - 광범위한 적용을 통해 효율적 도구로 제시광범위한 적용을 통해 효율적 도구로 제시

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