환경시스템 분석

환경시스템 분석 200911609 한선희 5월10일

1. WWQTSC (Watershed & Water Quality Modeling Technology Support Center)의 홈페이지에서 제공되는 EFDC 모형을 다운로드하여 주어진 예제를 실행하고 본 모형의 특징을 서술하라. 2. Dynamic Solution의 홈페이지에서 제공되는 EFDC-Explorer 모형을 다운로드하여 주어진 예제를 실행하고 본 모형의 특징을 서술하라.

실행결과

8.1 EFDC 모형의 개요 EFDC(Enviromental Fluid Dynamics Code) 모형은 Virginia Institute of Marine Science에서 개발된 모형으로 2․3차원 해수유동과 물질이동을 재현할 수 있는 다변수 유한차분 모형이다(Hamrick, 1992). 또한 수직․수평적으로 2차원 및 3차원화가 용이하며, 수질 모형과 퇴적물 이동 모형 접합이 용이하다는 장점을 가지고 있다. EFDC 모형은 이론적인 면과 수치해석적인 면에서 Blumberg and Mellor(1987)의 모형과 많은 공통점을 가지며, 해수와 담수체계에 모두 적용할 수 있도록 다양한 밀도장에서의 3차원 수직 정역학, 자유표면, 와동 평균된 경압과 순압 방정식의 해를 구하게 된다. 수직방향에서의 와동 점성과 확산은 Mellor and Yamada(1982) 의 level 2.5 turbulent closure scheme을 변형한 Galperin's et al.(1998)의 방법에 기초한다. 마찰에 대한 저층응력은 퇴적층과 수층간의 경계층에서의 운동량 상실로 묘사되고, 바닥부근 속도에 대한 2차 함수를 이용한 와류 경계층 방정식을 사용하여 표현된다. 특히, EFDC 모형은 mass-conserving scheme을 이용하여 천해역에서 3차원의 조간대 처리가 가능하도록 설계되어져 있어 조간대가 넓게 분포하는 우리나라 연안에 용이하게 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

<그림 8.1.1> EFDC 모형의 주요 기능 <그림 8.1.2> EFDC 수리학적 모형의 구조

EFDC 모형은 Hydrodynamics, Water Quality, Sediment Transport, Toxis 총 4개의 모듈로 구성되며, Dynamics 모듈의 모형링 결과인 수심, 유속, 혼합 등의 자료들은 수질모의(Water Quality), 부유사 이동(Sediment transport), 독성물질(Toxics) 모의를 위한 입력 자료로 사용된다. 또한 EFDC는 내부의 수질 모형 모듈 외에도 수질 모형링을 위해 광범위하게 사용되고 있는 WASP 수질 모형과 연계 사용이 가능하도록 구성되어 있어 WASP모의를 위한 소구간의 구성 유동 및 확산에 관한 입력 자료를 제공하고 있다. <그림 8.1.3> 수직 좌표 변환

EFDC 모형의 수리학적 계산에 필요한 입력자료 및 출력자료에 대하여 <그림 8.1.3>에 나타나 있다. 기본적으로 유입유량자료, 기상자료, 지형자료, 기타 수리학적 매개변수 자료가 입력 자료로 사용되며, 모형에서 수리학적 처리를 거친 후에는 자유수면, 유속, 난류혼합, 염분, 수온 등의 출력자료가 생성되게 된다. <그림 8.1.4> 모형격자상의 변수의 위치

EFDC 모형은 <그림 8.1.4>와 같이 수직적으로 같은 수의 층을 가지는 시그마(sigma, σ) 좌표계를 사용하며, 엇갈림 격자(staggered or c-grid) 상에서 공간적으로 2차 정확도를 가지는 수치해법을 사용하고, 시간적으로는 2차 정확도의 3단계 시간 계산(three time level)의 내부모드와 외부모드로 모드를 분리하는 모드 분리법을 사용한다. 또한, 외부모드에서는 음해법을 사용하여 계산함으로써 비선형항을 포함한 이류항의 양해법에 의한 안정조건이 만족되는 한 계산시간을 크게 사용할 수 있다. 이류수송항의 차분법은 시간과 공간에 대하여 중앙차분법, 시간에 대한 전방차분법, 공간에 대한 상방차분법을 선택적으로 사용할 수 있으며, 필요에 따라서는 시간에 대하여 수평 확산은 양해법, 수직 확산은 음해법을 적용할 수 있다. 그림. 2-5에 EFDC를 이용한 계산시 모드분리에 의한 계산 흐름도를 나타내었다. EFDC 모형의 지배방정식과 수치 기법에 대한 자세한 설명은 Hamrick(1992), Hamrick and Wu(1997) 그리고 Jin et al.(2001)애서 찾아볼 수 있다.

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