• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.453-453
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• 2021

도시지역 비점오염원관리, 물순환 회복, 침투 및 증발산량 증가, 열섬현상 저감을 위한 주요한 방안으로 저영향개발(low impact development, LID)과 그린인프라 기법의 적용되고 있다. LID 시설은 소규모 분산형 시설로써 넓은 지역에 많고 다양한 시설들이 적용되어 시설의 개수가 많으며, 수질 및 토양 내 기성제품에 대한 센서들의 가격은 고가로 형성되어 있어 기기의 경제성 및 유지관리 등 적용하는데 제한적이다. 따라서 과거 모니터링 자료를 기반으로 오염물질들과의 상관성 분석을 통하여 계측이 어려운 항목들을 계측가능한 항목들로부터 예측 가능하며, 선정된 항목들에 대한 비용효율적인 센서를 개발하여 실시간 LID 모니터링이 가능한 비용효율적 모니터링을 개발하였다. 공주대학교 천안캠퍼스의 LID 시설들은 2013년에 조성되어 현재까지 시설이 운영되고 있으며, 5년이상의 과거 강우시 모니터링 자료들을 이용하여 오염물질 상관성 분석을 수행가능 하기에 대상지로 선정하였다. 오염물질 상관성 분석은 2013년부터 2017년도에 침투도랑에서 수행된 강우시 모니터링 자료를 활용하여 각 오염물질들의 상관성을 분석을 수행하였다. 침투도랑 내 유입되는 평균 유입수는 TSS 286.1±318.3 mg/L, BOD 22.6±39.5 mg/L, TN 8.96±5.85 mg/L, TP 1.01±1.11 mg/L로 나타났다. 겨울철에 비해 여름철에서의 오염물질의 유입농도가 높은 것으로 분석되었다. 이는 여름철 고온건조로 인한 노면 내 차량의 주행으로 인한 중금속, 폐타이어 등과 장마철 강우 시 유출된 토사로 인하여 유입수의 농도가 높은 것으로 분석되었다. 오염물질 부하량은 TSS와 COD 0.66으로 유의성이 높은 것으로 나왔으며, COD와 TSS, TP, TN 등 유의성이 높은 것으로 분석되었다. Arduino와 Raspberry PI를 활용하여 저비용 센서와 LTE 모뎀통신과 데이터 베이스 연결하여 개발된 프로그램을 통해서 무선으로 LID 시설에 대한 모니터링을 침투화분2와 식생체류지에 조성하였다. 전력공급이 어려운 식생체류지의 경우 태양열(Solar system) 시스템과 보조 전력 배터리를 조성하여 장마철이나 장기적인 악천후로 인한 전력을 생산하지 못할 경우 보조전력배터리에서 전력을 제공하여 지속적인 모니터링이 이루어지도록 설계하였다. 토양함수량, 토양온도와 Conductivity 등 3종류의 센서를 적용하였으며, 프로그램은 현재 2단계를 통한 2차수정을 통하여 프로그램을 구축하였다. 오차, 오작동, 계측값에 대한 검·보정 작업이 필요하다. 또한 대기자료의 구축을 통해 보다 토양과 LID 시설에 대한 영향분석이 필요한 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1258-1262
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• 2010

현재 비점오염원의 정량화를 위하여 정부에서는 지목별 모니터링을 통하여 원단위를 산정하고 있으며, 이를 이용해 수질개선을 위한 수질오염총량관리제를 더욱 효과적으로 운영 평가하기 위한 노력을 하고 있다. 특히, 전 국토의 70% 이상을 차지하고 있는 산림에서 발생되는 유출수에 대한 특성을 파악하는 것이 중요하다. 보통 산림 유출 특성은 모니터링을 수행하여 파악하는 것이 가장 정확한 방법이지만, 지형 작물 시간 강우 패턴 등의 다양한 조건에서 모니터링을 수행하는 것이 어렵다. 또한 지점선정 장비구입 인건비 등 많은 비용이 요구되어 모델링을 통해 시 공간적으로 유출 특성을 평가하고자 하는 연구들이 활발히 진행 중이다. 본 연구는 GIS에서 WEPP 모형의 구동이 가능하게 된 GeoWEPP 모형을 이용하여 활엽수림 침엽수림 혼효림에서 강우시 발생하는 유출량을 모의하여 실측 유출량과의 비교 평가를 통해서 GeoWEPP 모형의 정확성을 평가하는데 있다. 모델 평가를 위해 $R^2$와 Nash-Sutcliffe model Efficiency (NSE)를 사용하였다. 활엽수림 지점은 2009년 총 10개의 강우 발생으로부터 유출량이 산정되었는데, $R^2$와 NSE는 각각 0.98와 0.87로 나타났다. 침엽수림 지점은 14개의 강우 발생시 산정된 유출을 이용하여 모델을 평가하였는데, $R^2$와 NSE가 각각 0.91와 0.90으로 나타났다. 혼효림 지점은 총 10개의 강우 발생시 산정된 유출을 이용하여 모델을 평가한 결과 $R^2$와 NSE가 각각 0.98와 0.94로 나타나 GeoWEPP 모델이 임상별 유출량을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과에서 보이는 바와 같이 GeoWEPP 모형이 임상별 유출특성을 매우 정확하게 예측할 수 있다고 판단된다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.9 no.4
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• pp.129-134
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• 2009

As a result of improved wastewater treatment facilities, the point source pollution emitted from human and municipal wastes is greatly decreasing. Conversely, the non-point source (NPS) pollution emanated from city streets, rural homes, suburban development, animal feedlot, croplands, and forestry is rapidly increasing. Practically, the main concern of the government is to control NPS pollutants by means of establishing a long term plan in order to protect the aqua-ecosystem. Studies have been conducted to assess the intensity of NPS from various landuses. In Korea, the data on NPS pollutant loadings are limited to few and broadly categorized landuses unlike in USA wherein specific landuses are available. This research aims to characterize the wash-off characteristics of NPS pollutants from forest landuse. Two sites were monitored during 15 storm events from 04/2008 to 10/2008. Mean $BOD_5$ EMCs are 1.13 mg/L and 0.91 mg/L for the two sites, respectively. The results of this research will be a helpful contribution for the assessment of total NPS pollutant loadings.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.414-414
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• 2019

농업으로부터의 비점오염은 지표수와 지하수 모두의 수질에 영향을 미친다. 특히, 비료, 퇴비, 농약 등의 인공적 질소가 살포된 토양은 강우시 화학 침출로 인한 수질오염이 발생되고 있다. 강우시 강우유출수와 함께 지표 수역으로 흘러들어오는 영양물질(질소, 인)은 저수지로 유입되어 침수시 작물이 죽게 되어 저수지의 부영양화 등의 수질 오염문제를 야기시킨다. 국내에서는 홍수조절용지에서의 영농활동의 전면 금지하고 있는 실정이지만, 불법적으로 경작활동이 진행되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 다목적댐 홍수조절지 내 경작지 토양 및 양분 특성 평가를 수행하였다. 홍수조절지 내 경작지 토양 특성 및 양분 조사를 위하여 경작이 집중적으로 이루어지고 있는 대청호 지역을 모니터링 지점으로 선정하였다. 모니터링은 경작지 내 토양 시료 및 주변 토양을 채취하여 분석을 수행하였다. 채취한 토양은 토양표준분석법(농촌진흥청, 2012) 및 농업토양분석방법(국립산림과학원, 2014) 기준을 바탕으로 물리 화학적 분석을 수행하였다. 모니터링은 2018년 5월부터 수행되었으며 현재까지 월 1회씩 모니터링을 진행하고 있다. 연구 결과, 밭 경작지 토양은 논에 비해 실트질 함량이 절반으로 침투성이 높은 토양으로 분석되었으며, 영양염류의 침투를 통한 이동 가능(기저유출)이 높게 나타나는 것으로 조사되었다. 이는 중간유출 및 기저유출 저감방안 도입이 필요한 것으로 평가되었다. 작물별 토양 양분분석 결과 고추, 마늘, 담배 경작지에서 화학비료사용량이 타 작물에 비해 높은 것을 분석되었으며, 경작지에 화학비료 및 퇴비의 과다 사용으로 염류농도가 증가할 경우 전기전도도가 높아지며 토양의 삼투압을 증가시켜 물의 흡수와 각종 양분 흡수를 방해하는 것으로 평가되었다. 인의 존재 형태별 비교시 대부분의 경작지에서 높은 값을 보였으며, 특히 경작지 토양의 Residual-P의 농도가 원지반 보다 2~5배 정도 높게 나타났다. 이러한 원인은 퇴비의 사용으로 인한 Residual-P의 누적으로 평가되며, 환경변화에 따라 수층으로 인의 용출이 쉽게 발생하므로 향후 수질에 미치는 영향이 더 클 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1063-1067
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• 2009

강원도 홍천군에 위치한 기타광물질 지역의 유출과 수질농도의 특성을 파악하기 위하여 연구를 수행하였다. 연구기간동안 13회의 강우사상에 대하여 모니터링을 실시하였다. 13회의 강우모니터링 기간동안 발생한 강우량은 6.5 ${\sim}$ 149.0 mm의 범위를 나타냈고, 유출계수는 0.28${\sim}$0.98의 범위를 나타냈다. 유출률은 수리, 수문,지형 및 지질학적 특성 등 여러 가지 요인에 의하여 변화할 수 있다. 어느 한 지역의 강우사상에서 강우량과 강우강도 그리고 선행무강우일수 등의 수리, 수문학적 특성은 유출량과 유출율의 크기에 큰 영향을 준다. 강우량과 선행무강우일수 그리고 강우강도와 유출율의 상관관계에서 유출률은 강우량과 강우강도가 증가할수록 선행무강우일수가 감소할수록 증가하는 경향을 나타냈다. 또한 유출율과 강우량, 선행무강우일수, 평균강우강도 그리고 최대강우강도의 Pearson 상관계수는 0.75857, -0.36346, 0.68323 그리고 0.74594로 나타났으며, 강우량, 평균강우강도, 최대강우강도는 유의수준 0.05에서 통계적으로 유의하며 유출율과 강우량의 관계가 가장 큰 것으로 나타났다. 기타광물질 지역의 수질농도들 사이의 상관관계는 $COD_{Cr}$과 $COD_{Mn}$에서 0.81097로 가장 큰 상관계수가 나타났으며, 유기물질인 $COD_{Cr}$, $COD_{mn}$, BOD 그리고 TOC는 통계적으로 유의한 상관 계수를 갖는 것으로 나타났다. 하지만 유기물을 제외한 다른 수질항목은 큰 관계가 없는 것으로 나타났다. 기타광물질 지역의 유출수와 수질농도의 특성을 더 신뢰성있고 과학적으로 검증하기 위한 장기적인 연구와 노력이 더욱 필요할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.399-399
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• 2015

밭에서의 비점오염은 경사에 따른 토양유실과 높은 비료 시용량으로 부하가 상대적으로 높아 이에 대한 관리의 필요성이 증대되고 있다. 따라서 본 연구에서는 4개의 강우 사상에 대하여 경사지 밭에서 유출되는 오염물질의 농도와 특성을 파악하여 밭에서의 비점오염 관리의 기초 자료로 제공하고자 한다. 본 연구의 조사 지구는 충청북도 청주시 상당구 미원면 옥화리에 위치한 경사지 밭으로 면적은 0.77 ha이며, 중앙에 위치한 배수로 말단에 삼각위어를 설치하여 4개의 강우사상에 대해 모니터링을 수행하였다. 연구결과 강우사상의 강우량은 17.0~33.6 mm의 범위로 나타났으며, 평균 강우강도는 1.0~4.8 mm/h로 나타났다. 유출률은 3.1~26.8 %로 나타났는데, 선행강우가 높은 강우사상에서 가장 높은 값을 보였다. 오염물질 유량가중평균농도(Event Mean Concentration; EMC)는 TN 5.6~13.1 mg/L(평균 10.8 mg/L), $NO_3-N$ 4.1~12.9 mg/L(평균 9.3 mg/L), TP 0.46~1.34 mg/L(평균 0.8 mg/L), $PO_4-P$ 0.3~0.8 mg/L(평균 0.5 mg/L), SS 1,099~6,547 mg/L(평균 3,438 mg/L) 및 COD 27.1~38.6 mg/L(평균 33.1 mg/L)의 범위를 보였다. TN과 TP의 유량가중평균농도 평균값은 강우시 농촌유역 유출수의 유량가중평균농도인 3.1, 0.3 mg/L보다 높게 나타나 밭으로부터의 유출수가 유역 유출수의 농도를 높이는 것으로 판단된다. 또한 TN 농도는 시비의 영향을 받고, TP 농도는 강우강도와 작물 부분 토양 피복도의 영향을 받는 것으로 나타났다. SS 농도는 평균 강우강도에 비례하는 것으로 나타났다. 강우에 따른 오염물질 농도변화를 보면 TN의 농도는 강우 초기에 높게 나타났으며, 유량이 증가함에 따라 감소하고, 유량이 감소하면서 다시 증가하는 경향을 보였다. TP, SS 및 COD의 농도는 유량이 증가함에 따라 증가하고, 유량이 감소하면서 다시 감소하는 경향을 보였다. 또한, SS의 경우 최대농도가 첨두유량 앞에서 나타나는 초기 세척현상(First flush)을 보였다. 향후 보다 많은 강우사상을 대상으로 밭 유출수의 농도 및 오염부하에 대한 추가적인 모니터링을 통해 오염물질의 유출특성을 파악해야 할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.295-295
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• 2012

영농기간 동안 논에서의 유출량을 정량적으로 파악하기 위해서는 강우와 관개를 고려하여 논에서의 물수지를 파악하여야 한다. 효율적인 물수지를 분석하기 위해서는 관개량과 지표 유출량의 기작을 모니터링하는 것이 중요하지만, 지표 유출량의 경우 현장 관리나 영농 조건 변화 등에 따라 정확한 현장 자료 수집에 어려움이 있다. 따라서, 본 연구에서는 서울대학교 지역시스템공학과에서 운영하고 있는 평택의 논 포장을 연구 대상지로 선정하여 영농기간 동안 모니터링을 실시한 뒤 논에서의 물수지에 요구되는 현장자료를 수집하였다. 모니터링을 통해 수집된 기초 수문 자료를 활용하여 물수지식에 적용한 뒤 논 포장에서의 지표 유출량을 산정하였다. 본 연구에서는 현장 모니터링을 통하여 수집된 담수심, 강우량, 관개량 자료와 증발산량 산정에 있어 보다 큰 영향을 미치는 기상자료를 활용하여 입력자료를 구축한 뒤, 인공신경망 모형을 이용한 지표 유출량 추정 모형을 구성하였다. 모형의 적용성을 평가하기 위하여, 구축된 학습 자료를 이용하여 학습을 수행하여 매개변수를 결정하였고, 그 결과를 바탕으로 유출량의 모의치와 물수지식을 통하여 산정된 유출량 값을 비교하여 모형을 검증하고, 그 결과를 평가하였다. 본 연구에서 제시된 모형은 지속적인 현장 모니터링과 이를 통하여 축적된 장기간의 수문자료를 활용하여 그 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.460-460
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• 2012

영농기간 동안 논에서의 유출량을 정량적으로 파악하기 위해서는 강우와 관개를 고려하여 논에서의 물수지를 파악하여야 한다. 효율적인 물수지를 분석하기 위해서는 관개량과 지표 유출량의 기작을 모니터링하는 것이 중요하지만, 지표 유출량의 경우 현장 관리나 영농 조건 변화 등에 따라 정확한 현장 자료 수집에 어려움이 있다. 따라서, 본 연구에서는 서울대학교 지역시스템공학과에서 운영하고 있는 평택의 논 포장을 연구 대상지로 선정하여 영농기간 동안 모니터링을 실시한 뒤 논에서의 물수지에 요구되는 현장자료를 수집하였다. 모니터링을 통해 수집된 기초 수문 자료를 활용하여 물수지식에 적용한 뒤 논 포장에서의 지표 유출량을 산정하였다. 본 연구에서는 현장 모니터링을 통하여 수집된 담수심, 강우량, 관개량 자료와 증발산량 산정에 있어 보다 큰 영향을 미치는 기상자료를 활용하여 입력자료를 구축한 뒤, 인공신경망 모형을 이용한 지표 유출량 추정모형을 구성하였다. 모형의 적용성을 평가하기 위하여, 구축된 학습 자료를 이용하여 학습을 수행하여 매개변수를 결정하였고, 그 결과를 바탕으로 유출량의 모의치와 물수지식을 통하여 산정된 유출량 값을 비교하여 모형을 검증하고, 그 결과를 평가하였다. 본 연구에서 제시된 모형은 지속적인 현장 모니터링과 이를 통하여 축적된 장기간의 수문자료를 활용하여 그 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.24 no.5
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• pp.291-298
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• 2015

There are many landslides occurred by typhoons and intense rainfall during the summer seasons in Korea. To predict a landslide triggering it is important to understand mechanisms and potential areas of landslides by the geological approaches. However, recent climate changes make difficult to predict landslide based on only conventional prediction methods. Therefore, the importance of a real-time monitoring of landslide using various sensors is emphasized in recent. Many researchers have studied monitoring techniques of landslides and suggested several monitoring systems which can be applicable to the natural terrain. Most sensors of landslide monitoring measure slope displacement, hydrogeologic properties of soils and rocks, changes of stress in soil and rock fractures, and rainfall amount and intensity. The measured values of each sensor are transmitted to a monitoring server in real-time. The ultimate goal of landslide monitoring is to warn landslide occurrence in advance and to reduce damages induced by landslides. This study introduces the current situation of landslide monitoring techniques in each country.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.567-567
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• 2016

비점오염원은 강우시 토지이용형태에 따라 유출특성이 다양하게 나타나며, 특히 강우 초기에 고농도의 유출수가 수계로 유입하게 된다. 또한 강우량, 강우강도, 선행건기일수 등은 비점오염물질의 농도에 영향을 미치며, 특히 선행건기일수가 길고 강우강도가 강한 강우사상일 경우 고농도의 오염물질이 배출되는 것으로 나타나고 있다(안태웅 등, 2012). 이에 본 연구에서는 3년간(2010년 ~ 2012년)의 모니터링을 통해 고랭지 밭에서 발생하는 비점오염물질의 초기세척효과를 분석하고자 하였다. 초기세척효과의 판단은 Geiger(1987)이 제시한 누적오염부하량과 누적유출량과의 그래프를 비교하여 기울기가 45도 기울기보다 상향하여 분포하였을 경우 양분선과 최대로 벌어진 부분의 시간까지에서 초기세척효과가 발생한다고 판단하였다. 연구결과, 고랭지 밭 지역의 경우 뚜렷한 초기세척효과 현상이 나타나지 않았다. 하지만 CODCr의 경우 3차 강우사상에서 초기세척 효과가 나타난 것으로 분석되었다. 3차 강우사상은 선행건기일수가 0.9일로 매우 짧고 발생강우량이 27.3 mm로 연구기간 동안 가장 적은 강우량이 관측되었지만, 유출발생시점 전후 3시간 동안 강우강도가 4.0 ~ 6.2 mm/hr로 높게 나타났기 때문에 유출초기에 고농도의 오염물질이 발생된 것으로 판단된다. 그동안 선행된 초기세척효과에 대한 연구를 살펴본 결과 이병수 등(2008)은 경안천 유역 농업지역에 대해 초기세척효과를 분석한 결과 일부 강우에서는 초기세척현상이 나타나지만 대부분의 강우에서는 초기세척현상이 나타나지 않아 농촌지역의 경우 초기세척현상의 접근방법은 적절치 않다고 보고하고 있다. 정성민 등(2009)은 고랭지 농업지역에서 SS와 TP는 뚜렷한 초기세척현상이 나타나는 반면, TN과 DOC는 경향을 보이지 않는다고 하였다. 하지만 윤영삼 등(2011)은 강우시 포도밭에서 초기세척효과를 분석한 결과 모든 수질항목에서 약한 초기세척효과가 나타났고 특히 SS의 경우 초기세척효과가 강하게 나타났다고 보고하고 있다. 이처럼 투수지역에서의 초기세척효과에 대한 판단은 연구자에 따라 차이를 보이는데 이러한 이유는 투수지역의 토양의 특성, 강우조건, 지형적 특징 등이 영향을 미치는 것으로 판단된다.