수환경관리, Final Exam.,

Take Home Exam., Project Exam.

Due Date : June 18th, Sunday, 2017

강원대학교 공과대학 환경공학과 교수 김준현

Kangwon National University, School of Engineering

Environmental Engineering Dept., Professor Joon Hyun Kim

1. 반드시 문제별로 작업하는 동영상 파일 만들 것. 동영상 파일에는 반드시 본인 이름과 음성 설명이 들어가야 함. 동영상 파일 위에 삽입되어야 할 제목 : 학번 이름 문제 작성날짜

2. 모든 문제에 대한 답안은 학생들 개인별로 작성한 홈페이지에 구축되어야 함. 따라서 홈페이지에 Password를 만드는 것이 필요함. (FTP 비밀 번호와 동일하게 비밀번호는 이메일로 나에게 보낼 것.)

3. Part III의 문제가 제일 중요함. (가산점이 제일 높음)

4. 환경 모델링 장별 ppt 파일 제일 마지막에 있는 숙제 제출할 것.

(기말고사 시험 전까지)

Part I. Modeling Problems : 수환경 관리 모형

다음의 문제에 대하여 보고서 및 설명 및 운영 동영상 파일을 제출하라.

보고서에는 모형의 이론, 수치해석, 입력자료, 파라미터, 모델링 결과 및 토의, 장단점 등이 장별로 서술되어야 함.

1. QUAL2E와 QUAL2K 모형의 차이점을 설몋하라.

Explain the difference of QUAL2E and QUAL2K Model.

QUAL2K (Q2K) QUAL2E (Q2E, Brown and Barnwell 1987)의 최근 버전을 표시하기 위한 것이다.  Q2K는 다음과 같은 측면에서 Q2E 유사하다 :

• 일차원 모형으로서 수로는 수직과 횡방향으로 잘 혼합되어 있다고 가정한다.

• 본 시스템은 분류되는 지류를 가지는 본류 하천으로 구성된다.

• 정류 수리학 : 부등류 정류가 모의된다.

• 수온에 대한 모델링은 일변화 시간적 기상조건에 따라 수행된다.

• 모든 주요 수질 변수는 일변화 시간 변동적으로 계산된다.

• 열 및 물질의 입력 : 점 및 비점 부하 및 소멸이 모의된다.

QUAL2K는 다음과 같은 새로운 요소를 포함한다.

• 소프트웨어 환경 및 인터페이스 : Q2K는 Microsoft Windows 환경에서 구현된다. 수치 계산은 Fortran 90을 사용하여 프로그램밍된다. 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)로 엑셀을 사용한다. 에 대한 VBA () : 모든 인터페이스 작업은 마이크로 소프트 오피스 매크로 언어인 Visual Basic에서 응용 프로그램(VBA)로 프로그래밍된다.

• 격자망 분할 : Q2E는 일정한 격자망을 사용하나, Q2K는 지류별로 변동적 격자망을 사용하며, 한 격자망에 여러 부하와 소멸원을 입력할 수 있다.

• 탄소성 BOD 분류 : Q2K는 유기 탄소를 대표하는 탄소의 CBOD에 다음의 두 가지 형태를 사용한다. 천천히 산화하는 느린 CBOD 및 급속하게 산화하는 빠른 CBOD

• 무산소 상태 : Q2K는 무산소 상태일 경우 제로로 산화 반응을 감소시켜 산소 결핍을 수용 할 수 있다. 또한, 낮은 산소 농도에서 나타나는 탈질화를 일차 반응으로 모델링한다.

• 침전물과 물의 상호 작용 : 용존 산소와 영양염류의 침전물과 상부 물상의 물질 이동을 지정하는 것이 아니라 모델링할 수 있다. 즉, 퇴적물 산소 요구량 (SOD) 및 영양염류의 플럭스는 침전성 유기물질, 퇴적물내의 반응, 상부수체의 용존 형태의 농도의 함수로 모의된다.

• 하상 조류 : 명시적으로 부착 조류를 모의한다. 이러한 조류는 양론적 변수를 가진다.

• 빛의 소멸 : 빛의 소멸은 조류, 조각물, 무기 고형물의 함수로 계산된다.

• pH : 알칼리도와 총 무기 탄소는 모두 모의된다. 강의 pH는 이러한 두 가지 수량에 따라 계산된다.

• 병원균 : 일반 병원균이 모의된다. 병원균 제거는 온도, 빛, 침전의 함수로 결정된다.

• 지류내 반응 상수의 지정 : Q2K는 지류별로 여러 반응 상수를 지정할 수 있다.

• 웨어와 폭포 : 웨어와 폭포의 수리학뿐만 아니라 가스 전달에 대한 효과를 명시할 수 있다.

2. 다음의 개수로 수리학에 대한 기본 이론, 수리 모형의 이론, 수치해석, 입력자료, 파라미터, 장단점 등을 분석하고 실습 예제 및 실제 자료에 대하여 모형을 운영하고 보고서 제출하라.

개수로 수리학 요약 설명 및 예제 풀이 파일 및 동영상 제출

1차원수리모형 : DYNHYD5, HECRAS

3차원수리모형 : EFDC

3. 다음의 수질 관리 모형의 이론, 수치해석, 입력자료, 파라미터, 장단점 등을 분석하고 실습 예제에 대하여 모형을 운영하고 보고서 제출하라.

1차원 하천 수질관리모형 : QUAL2K

다차원 (하천, 호소, 연안) 수질관리모형 : WASP7

다차원 수질관리모형 : MFEMWASP

지하수수질관리모형 : PM5 (MOC3D, MT3D)

3. Find out information about hydraulic and water quality management facilities in Internet such as Dam, weir, gate, pump, turbine, valve, gauging (monitoring) devices etc..flow meter, velocity meter, water treatment, wastewater treatment plant, insity reclamation devices, nonpoint pollution control infrastructures, ......

4. 미국 공병단 HEC (Hydrologic Engineering Center)의 홈페이지에서 제공되는 모형들을 다운로드하고 각 모형별로 간략하게 설명하라.

6. 다음의 유역 관리 모형의 이론, 수치해석, 입력자료, 파라미터, 장단점 등을 분석하고 실습 예제에 대하여 모형을 운영하고 보고서를 제출하라.

도시 지역의 유역관리모형 : SWMM

농촌 지역의 유역관리모형 : SWAT

범용적 유역관리모형 : BASIN

Part II. Modeling Problems

관류, 상수관망, 개수로 수리학, 지표수 모형

I. 관류 수리학의 기본 이론 및 모델링

1. 유체역학 교과서(다음에 연결된 파일 참조 : 점성유동, 관류, 개수로 유동 이론 및 전산 모형)의 관류에 대한 부분 및 계산수리학의  3장(관류 수리학) 및 4장(관망 해석) 숙제. (Snagit으로 풀이 설명) : 동영상과 hwp 파일 제출

- 모든 동영상은 제출하는 hwp 파일에 대한 설명 파일임.

모델링 과정에 대한 설명 동영상 파일 제출

모형에 대한 모델링 보고서도 제출하여야 함. (설명 동영상 포함)

보고서 내용은 수리, 수질학적 이론, 수치해석 방법, 입력자료 및 파라미터 설명, 운영방법 및 운영, GIS와 연계 운영, 결과 분석

외국의 최신 모형 및 교범 사용하여야 함.

1) 내용 요약

2) 예제 풀이 : BASIC 및 Fortran 프로그램 실행하여야 함.

Compiler 사용하는 방법 숙지하여야 함.

2. 다음의 상수도 시설 관리 모형의 이론, 수치해석, 입력자료, 파라미터, 장단점 등을 분석하고 실습 예제 및 실제 자료에 대하여 모형을 운영하고(모델링 수행) 보고서를 제출하라 (동영상과 hwp 파일 제출).

(1) Pipelin.for, Pipenonlin.for

(Brebbia 교과서에 있는 문제 모델링 수행), (프로그램은 줄 것임.)

(2) EPANET, PipelineNET, GISpipe

(EPA 홈페이지에서 다운로드 모델링)

(3) 위의 모형들을 사용하여 다음의 문제 모델링 할 것.

- Pilot Study : 간단한 관망 문제

- 영월읍 모델링 자료

(위의 자료들은 주어질 것임)

(4) ArcGIS Desktop과 모형 연계 운영

(ArcMap 주어질 것임)

(5) MapWindow와 모형 연계 운영

(MapWindow 교범 프로그램 주어질 것임).

II. 개수로 수리학의 기본 이론 및 모델링

1. 수로, 하천, 호소, 하수관거 등 개수로 수리학에 관계된 이론 요약 및 예제 풀이 (파일에 나와 있음, 간단한 프로그램도 있음. 프로그램은 줄 것임) (Snagit으로 풀이 설명) : 동영상과 hwp 파일 제출

1) 내용 요약

2) 예제 풀이 : BASIC Complier 숙지.

관련된 프로그램 및 Complier는 제공함.

2. 다음의 개수로 수리학에 관계된 전산 모형의 이론, 수치해석, 입력자료, 파라미터, 장단점 등을 분석하고, 모형에서 주어진 예제 및 실제 자료(팔당호, 소양호 등, 실제 자료는 주어질 예정)에 대하여 모형을 운영하고(모델링 수행) 보고서를 제출하라 (동영상과 hwp 파일 제출)(졸업논문 및 관련 자료 주어질 것임).

하천 모형 : DYNHYD5, HEC-RAS

호소 모형 : EFDC

하수도 및 유역 관리 모형 : BASIN(SWMM)

Part III. 공간(지리) 정보 시스템

ArcGIS Desktop 9.3.1의 교범을 학습하고, 다음의 문제에 답하라.

다음의 교범 및 자료를 이용하여 문제에 답하라.

o 실습 교범 : ArcGIS Desktop 설치 및 실습 교범 1, 2, 3

o 실습 자료 : Desk 1, 2, 3

I. ArcGIS Desktop 설치 및 실습 교범 1

1. 실습3A GIS 지도의 기초

1) ArcMap을 실행하고 맵 문서 열기

2) ArcMap 인터페이스 탐색하기

3) ArcMap에 데이터 추가하기

4) 레이어 켜기/끄기 설정하기

5) ArcMap에서 레이어 심볼화하기

6) ArcMap에서 축척 탐색하기

7) ArcMap에서 피처의 정보 조회하기

8) ArcMap에서 피처 찾기

9) ArcMap에서 피처의 위치를 측정하기

10) 맵문서 저장하기

2. 실습3B GIS 지도를 이용한 실습

1) 맵 문서 열기

2) 위치 알아내기

3) 하이퍼링크를 이용해 국가명 알아내기

4) 새로운 위치 탐색하기

5) 정보조회 도구를 이용해 국가명 확인하기

6) 책갈피 이용해 이동하기

7) 이동 도구를 이용해 살펴보기

8) 또 다른 지역으로 이동하기

9) 하이퍼링크를 이용해 답 확인하기

10) 정보조회 도구를 이용하여 추가 정보 얻기

3. 실습10A 피처 중첩

1) ArcMap을 시작하고 맵 문서 열기

2) Flood 레이어의 투명도 조정하기

3) 필지와 범람 속성 살펴보기

4) ArcToolbox를 열고 교차 도구 이용하기

5) 결과를 확인하고 레이블 추가하기

4. 실습10B 버퍼 작업

1) 맵 문서 열기

2) 건물에 버퍼 도구 이용하여 버퍼 생성하기

3) 건물 버퍼 레이어 확인하기

4) 철도에 버퍼 도구 이용하여 버퍼 생성하기

5) 철도 버퍼 레이어 확인하기

5. 실습10C 버퍼와 중첩을 이용한 데이터 분석

1) 맵 문서 열기

2) 공원과 산림에 버퍼를 생성하기 위해 버퍼 도구 이용하기

3) 연구지역에서 강 클립하기

4) 강을 버퍼하기 위한 버퍼 도구를 이용하기

5) 공원 버퍼와 강 버퍼를 중첩하기

6) 보호구역과 도시지역을 중첩하기

7) 결과 저장하기

II. ArcGIS Desktop 실습 교범 2

1. 실습 5

1) 맵 문서 열고 인구 데이터 조사하기

2) 점진 색상을 사용하여 인구 값으로 심볼화

3) 점진 심볼을 사용하여 인구 값으로 심볼화

4) 면적으로 인구 값을 정규화 시키기

5) 센서스에 의한 인구 밀도 심볼화하기

6) 분류 방법 변경하기

7) 분류 히스토그램 사용하기

8) 인구조사 레이어에서 인구 밀도를 심볼화하기

9) 인구 지도 비교하기

10) 주요 도시 심볼화하기

2. 실습 10

1) 맵 문서 열기

2) 포인트 피처 생성하고 속성 업데이트하기

3) 다중 피처 속성 업데이트하기

4) 새로운 라인 피처 디지타이징하고 속성 업데이트하기

5) 스내핑 등록정보 탐색하기

6) 피처 버텍스 수정하기

7) 새로운 폴리곤 피처 디지타이징하고 속성 업데이트하기

8) 속성값 계산하기

9) 맵 토폴로지로 작업하기

III. ArcGIS Desktop 실습 교범 3

１. 실습7A 데이터 중첩 및 추출, 테이블 조인

1) 분석을 위한 데이터 추출하기

2) 다른 테이블로부터 속성 조인

3) 홍수가 일어난 블록 그룹 위치 찾기

4) 홍수가 발생한 블록의 속성 분석하기

5) 홍수가 발생한 블록 그룹의 그래프 정보보기

２. 실습7B 인접성 분석 수행

1) 허리케인 경로의 단일 거리 내의 위치한 피처 찾기

2) 허리케인 경로의 다중 거리 내의 위치한 피처 찾기

3) 피난처에서 가장 가까운 병원 찾기

4) 티센 폴리곤 생성하기

３. 실습8 모델빌더 이용하여 GIS 데이터 분석하기

1) ArcMap을 시작하고 사용자 정의 도구상자 수정하기

2) 새 모델을 생성하고 등록정보 설정하기

3) 속성으로 선택 도구 추가하고 매개변수 설정하기

4) 클립(Clip) 도구 추가하고 매개변수 설정하기

5) 피처 레이어 생성하기

6) 조인 추가(Add Join) 도구를 추가하고 매개변수 설정하기

7) 교차(Intersect) 도구를 추가하고 매개변수 설정하기

8) 추가 모델 등록정보 설정하기

9) 모델빌더에서 모델 실행하기

10) 매개변수를 변경하고 ArcToolbox에서 모델 실행하기

11) 모델 문서 편집하기

VI. 인터넷 지도 활용 기법

1. 구글맵스를 이용하여 하천의 폴리곤 SHP 파일 생성하기

1) 구글맵스에 접속하여 구글계정으로 로그인 하라.

2) 춘천시의 공지천을 확대하라.

3) 구글맵스 좌측 상단의 내장소를 클릭하여 새지도를 작성하라.

4) 새지도 제목에 Gongjicheon 입력 설명항목에도 Gongjicheon 입력하라.

5) 맵상에서 선 그리기를 클릭 도형 그리기를 선택하여 공지천교부터 공지교까지의 하천경계를 그려라.

6) 좌측상단의 완료 버튼을 눌러 생성한 파일을 저장하라.

7) 저장한 파일을 KML 파일 형식으로 내보내기 하라.

2. KML 파일을 SHP 파일로 변환하여 ArcMap에 불러오기

1) 네이버에 KML2SHP로 검색하여 2번째 블로그에 접속하여

DNRGarmin5.4.1 파일을 다운로드하라.

2) DNRGarmin5.4.1을 이용하여 KML 파일을 SHP 파일로 변환하라.

3) ArcMap을 실행하여 변환한 SHP 파일을 불러와라.