• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.162-162
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• 2021

현재 하천의 조사 및 분석에서는 다양한 장비들을 통한 현장계측 및 모니터링을 수행하고 있다. 특히 여러 하천이 만나는 합류부에서는 복잡한 혼합양상이 발생하며 다양한 조사 및 연구들이 진행되고 있다. 현장계측 및 모니터링은 제한된 여건으로 인한 지속적인 조사, 다양한 지점에 대한 조사의 어려움이 있으며 따라서 EFDC 모형을 활용한 모델링을 통하여 하천의 혼합거동을 재현하고자 한다. 이를 위하여 강정고령보~달성보 구간을 대상으로 현장계측 및 모니터링 자료와 환경부, 낙동강홍수통제소 등에서 고시하고 있는 수리, 수질, 기상자료를 활용하여 모델을 구축하고 수리, 수질에 대한 모의 및 분석을 수행하였다. 제한된 현장계측자료만으로는 모형의 구축에 어려움이 존재하기 때문에 대상구간에 존재하는 수위, 수질관측소의 자료를 활용하고 모형의 검·보정 단계에서는 특정지점의 수위, 평균유속, 다양한 수질인자들에 대한 모델링 결과와 실측자료의 비교, 분석을 수행하게 되며 추가적으로 단면에 대한 검·보정을 하고 이후 수리, 수질 결과자료의 비교를 통한 통계지표 산정을 통해 모형의 재현성을 평가하고 대상구간인 합류부에서 나타나는 유황곡선을 통한 다양한 유량규모, 유량비에 대한 시나리오를 구축하여 다양한 수리적, 환경적 현상과 변화를 파악하고 분석하였다. 대상구간에 대한 유황곡선을 통한 재현을 함으로써 다양한 유량규모, 유량비에 따라 나타나는 현상을 파악하고 향후 모델링, 합류부의 분석 및 연구에 있어 본 연구 성과의 활용성이 뛰어나다고 판단된다.

• 생태와환경
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• 제55권2호
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• pp.120-131
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• 2022

Microcystins (MCs)는 남조류독소로 Microcystis, Anabaena, Oscillatoria 속 남조류에 의해 주로 생산된다. 4대강에 있는 4개의 보 (이포보, 강정고령보, 백제보, 죽산보)에서 채집된 수 시료 및 어류 조직에서 MCs의 종류별 농도를 분석하고, 독소가 검출된 어류의 섭취로 인한 인체 위해성을 검토하였다. 수 시료에서 MCs 농도의 최대값은 죽산보(3.261 ㎍ L^-1), 강정고령보(1.014 ㎍ L^-1), 백 제보 (0.759 ㎍ L^-1), 이포보 (0.266 ㎍ L^-1)의 순이었으며, MC-RR의 농도가 가장 높았고 MC-YR은 검출되지 않았다. 대상 지역에서 채집된 16종 215개체의 어류 중 3개체의 간에서 0.222~9.808 ㎍ g^-1 건조중량의 독소가 검출되 었으며, 나머지 어류의 근육과 간에서는 검출한계 이하였다. 어류의 섭식 특성과 수체 및 어류 조직의 독소 농도를 비교한 결과, MC가 먹이 사슬을 통한 생물증폭은 일어나지 않는 것으로 판단되었다. 한국인의 어류 섭취량과 MCs의 일일 섭취 허용량을 근거로 위해성을 검토한 결과, 독소가 검출된 어류의 섭취로 인한 위해성은 없는 것으로 판단되었다. 하지만 MCs에 의한 위해도를 줄이기 위하여, 추가 연구를 통하여 유해남조류가 우점하는 지역에서 다양한 시기에 채집된 어류의 조직에서 MCs 농도를 분석함으로써 어류 섭취로 인한 MCs의 노출 정도에 대한 자료를 확보하고, 이를 근거로 어류 중 MCs에 대한 관리 기준을 설정하는 것이 필요하다고 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권4호
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• pp.637-644
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• 2016

본 연구에서는 낙동강수계 다목적댐의 용수공급능력을 재평가해보고, 감소된 공급능력을 보완하기 위한 방안으로 '보'를 포함한 용수공급능력과 연계운영 방안을 검토하였다. 연구 대상은 낙동강 5개 다목적댐(안동, 임하, 합천, 남강, 밀양)과 8개 보(상주, 낙단, 구미, 칠곡, 강정고령, 달성, 합천창녕, 창녕함안)로 하였다. 먼저, 기존댐의 용수공급능력 재평가는 각 댐의 설계당시 평가 기준을 준용하여 HEC-5로 모의하였으며, 입력 자료는 준공 이후 각 댐별로 축적된 유입량 자료를 활용하였다. 모의 결과, 3개 댐의 공급능력이 73~87% 수준으로 감소했음을 확인할 수 있었다. 보를 포함한 용수공급능력의 효과를 확인하기 위해서, 각 댐별 모의, 댐간 연계운영 모의, 댐-보 연계운영 모의 등 세가지 case에 대해 HEC-ResSim 모형을 활용하여 비교 검토하였다. 이수안전도 95%를 적용하기 위해 20개년(1992~2011년) 중 1회 물부족을 허용하는 것으로 하였으며, 보는 축적된 유입량 자료가 없어, 전국유역조사(국토교통부)의 장기유출 모의자료(PRMS)에 댐 방류량 자료를 결합하여 활용하였다. 연계운영 모의시 왜관 수위표 지점을 기준으로 낙동강 상 하류를 구분하여 연계운영 네트워크를 구성하였다. 3가지 case에 대한 모의 결과, 댐별 운영시 24억$m^3$/년, 댐간 연계운영시 26억$m^3$, 댐-보 연계운영시 27억$m^3$/년의 용수공급이 가능한 것으로 평가되었다. 즉, 보를 포함하여 용수공급을 할 경우 연간 1.2억$m^3$ 가량의 추가 공급이 가능하여, 댐 설계당시 용수공급 계획량(27억$m^3$/년)과 같은 수준의 공급이 가능할 것으로 판단된다.

• 생태와환경
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• 제53권1호
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• pp.55-62
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• 2020

오염지표생물로서 널리 활용되고 있는 깔따구는 잡식, 초식, 육식성 등 종에 따라 다양한 섭식형태를 보이는 것으로 알려져 있다. 그중 잡식성으로 알려져 있는 삼지창무늬깔따구 (P. scalaenum)는 국내의 다양한 하천 생태계에서 우점하기 때문에 하천 생태계 내 먹이 사슬에 있어 중요한 역할을 담당하고 있다. 그럼에도 불구하고 먹이원에 대한 자세한 정보가 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 4대강의 대표적인 보(이포보, 세종보, 죽산보, 강정고령보, 달성보) 구간에 서식하는 삼지창무늬깔따구를 대상으로 소화관 내용물을 분석하여 먹이원을 파악하고자 하였다. 이포보에서 채집된 깔따구 소화관에서 동물플랑크톤의 사체(부속지, 강모 등)가 다수 포함된 반면, 다른 4개보의 깔따구 소화관에서는 식물플랑크톤이 주를 이루고 있었다. 깔따구의 소화관 내용물과 환경에 식물플랑크톤 종 조성은 매우 유사하였으며, 정점 간 종 조성의 차이가 뚜렷하게 나타났다. 본 연구에서 수행된 삼지창무늬깔따구의 소화관 분석은 잡식성 깔따구의 섭식 특성을 파악할 수 있었으며, 특히 깔따구의 소화관 내용물 분석을 통한 주변 수환경 내 기초생산자의 종 조성 파악 연구의 가능성을 보였다.

• 생태와환경
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• 제53권1호
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• pp.46-54
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• 2020

국내 하천에서 발생하는 준설 및 보 건설은 하천 연속성 차단과 교란을 유도하여 수서 생물서식환경에 변화를 가져온다. 본 연구에서는 4대강 보(이포보, IP; 세종보, SJ; 죽산보, JS; 강정고령보, GG; 달성보, DS)에 서식하는 깔따구 군집 분포를 조사하고 서식환경에 영향을 주는 여러 환경인자를 측정하였다. 조사 지역 중 IP, SJ은 다른 조사 지역에 비해 WT, pH, TOC, Chl-a가 낮은 수준을 보였으며, 깔따구 개체수 결과에서는 Chironominae, Orthocladinae, Tanypodinae가 비교적 균등한 수준으로 관찰되었다. 반면, JS, GG, DS는 Chironominae가 높은 비율로 우점하며, TOC와 Chl-a의 농도가 높게 나타났다. 각 조사 정점에 대한 깔따구 군집 조성의 특징과 환경요인을 반영한 집괴분석 결과 4대강 보는 3개의 그룹으로 구분되었으며, 이는 정점별 환경 차이와 깔따구의 대악 및 하순기절의 구조에 따른 먹이원 선호도 차이와 일치하였다. 따라서 본 연구에서는 연구 정점 간 먹이원의 차이에 의해 깔따구의 군집 구조의 차이가 나타나는 것을 확인하였으며, 향후 각 깔따구 과 별 주 먹이원에 대한 연구에 대한 필요성을 제시한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.488-488
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• 2018

본 연구는 보 구간에서 조류와 조류 발생원인 물질의 거동해석 및 조류예측모델의 입력 자료로 활용하기 위하여 부유물질의 침강량과 침강속도를 조사하였다. 낙동강 수계 4개보(달성보, 강정고령보, 합천창녕보, 창녕함안보)를 대상으로 2017년 6월, 7월, 11월, 12월에 조사하였으며, Sediment trap을 이용하여 포집한 침강물질에 대해 seston, POC, PON, POP, Chl-a, Pheo-a의 침강량, 침강속도 및 물질의 함량비를 분석하였다. 조사기간 동안 낙동강수계 4개보 지점에서 seston, POC, PON, POP, Chl-a, Pheo-a 의 침강량은 각각 $322.7{\sim}58,011.5mg/m^2/day$, $33.8{\sim}1,127.2mg/m^2/day$, $4.2{\sim}150.6mg/m^2/day$, $0.667{\sim}10.634mg/m^2/day$, $0.3{\sim}18.7mg/m^2/day$, $0.3{\sim}14.7mg/m^2/day$의 범위로 나타났으며, seston, POC, PN, PP, Chl-a의 침강속도는 각각 0.02~1.46m/day, 0.02~1.36m/day, 0.03~3.18m/day, 0.01~1.18m/day, 0.02~0.60 m/day의 범위로 나타났다. 조사기간 동안 4개보 지점의 평균 침강속도는 seston 0.94m/day, POC 0.44m/day, PON 0.52m/day, POP 0.21m/day, Chl-a 0.22m/day로 보 건설 전인 2004년도 낙동강 본류 지점에서의 침강속도(seston 14.54 m/day, POC 18.32m/day, PON 1.64m/day, POP 5.96m/day, Chl-a 0.29m/day)에 비해 적은 것으로 나타났다. 한편 활성을 잃은 식물플랑크톤을 나타내는 Pheo-a의 농도와 살아있는 식물플랑크톤의 현존량의 지표 Chl-a의 농도 비교결과 죽거나 활성을 잃은 식물플랑크톤의 양이 평균 1.5배 많은 것으로 나타났다. 조사기간 동안 4개 보 지점의 Sediment trap 포집된 침강물 내 C:N비는 2.0~7.4 범위로, N;P비는 14.2~52.5 범위로, C/Chl-a비는 14.4~253.3의 범위로 나타났다. 일반적으로 조류의 C/Chl-a 비가 40으로 볼 때 본 연구에서 조사된 보 지점에서의 침강물은 외부로부터 유입된 유기물이 많은 것으로 판단된다. 본 연구에서는 조류의 침강속도는 조류의 종을 구분하지 않은 총 조류에 대한 것으로, 향후 보 구간에서 종 조성을 고려한 조류예측 모델을 향상시키기 위해서는 조류 종별에 대한 침강속도에 대한 연구할 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.413-413
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• 2019

하천과 호수에서 남조류의 이상 과잉증식 문제(이하 녹조문제)는 담수생태계의 생물다양성을 감소시키며, 음용수의 이취미 원인물질을 발생시켜 물 이용에 장해가 된다. 또한 독소를 생산하는 유해남조류가 대량 증식할 경우에는 가축이나 인간의 건강에 치명적 해를 끼치기도 한다. 그 동안 국내에서 녹조문제는 댐 저수지와 하구호와 같은 정체수역에서 간헐적으로 문제를 일으켰으나, 4대강사업(2010-2011)으로 16개의 보가 설치된 이후 낙동강, 금강, 영산강 등 대하천에서도 광범위하게 발생되고 있어 중요한 사회적 환경적 이슈로 대두되었다. 한편, 대하천에 설치된 보 구간에서 빈번히 발생하는 녹조현상의 원인에 대해서는 전 지구적 기온상승에 따른 기후변화의 영향이라는 주장과 유역으로부터 영양염류의 과도한 유입, 가뭄에 따른 유량감소, 보 설치에 따른 체류시간 증가 등 다양한 의견이 제시되고 있으나, 대상 유역과 수체의 특성에 따라 녹조 발생의 원인이 상이하거나 또는 다양한 요인이 복합적으로 작용하기 때문에 보편적 해석(universal interpretation)이 어려운 것이 현실이다. 따라서 각 수계별, 보별 녹조현상에 대한 정확한 원인분석과 효과적인 대책 마련을 위해서는 집중된 실험자료와 데이터마이닝 기법에 근거로 한 보다 과학적이고 객관적인 접근이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 2012년 보 설치 이후 남조류에 의한 녹조현상이 빈번히 발생하고 있는 낙동강 4개보(강정고령보, 달성보, 합천창녕보, 창녕함안보)를 대상으로 집중적인 현장조사와 실험분석을 수행하고, 수집된 기상, 수문, 수질, 조류 자료에 대해 통계분석과 다양한 데이터모델링 기법을 적용하여 보별 남조류 우점 환경조건과 이를 제어하기 위한 주요 조절변수를 규명하는데 있다. 연구대상 보 별 수질과 식물플랑크톤의 정성 및 정량 실험은 2017년 5월부터 2018년 11월까지 2년에 걸쳐 실시하였으며, 남조류 세포수 밀도와 환경요인과의 상관성 분석을 실시하고, 단계적 다중회귀모델(Step-wise Multiple Linear Regressions, SMLR), 랜덤포레스트(Random Forests, RF) 모델과 재귀적 변수 제거 기법(Recursive Feature Elimination using Random Forest, RFE-RF)을 이용한 변수중요도 평가, 의사결정나무(Decision Tree, DT), 주성분분석(Principal Component Analysis, PCA) 기법 등 다양한 모수적 및 비모수적 데이터마이닝 결과를 바탕으로 각 보별 남 조류 우점 환경요인을 종합적으로 해석하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권4호
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• pp.314-327
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• 2019

본 연구에서는 본 연구에서는 2차원 수치모형을 적용하여 수제설치에 의한 흐름특성을 분석하고, 하도의 안정성을 평가할 수 있는 평가방법을 개발하였다. 2차원 수치모형의 결과는 관측자료와 1차원 모형의 결과와 비교하여, 그 적용성을 검토하였다. 평가 지표는 대상구간의 수리 및 지형학적 특성을 고려하여 하폭 대 수심의 비, 사행도, 하상경사, 하안 부근에서 유속, Shields number 등 5가지 항목으로 구성하였다. 낙동강의 달성보~강정고령보 구간의 수제 설치 전·후에 대해 평가지표를 적용하여 하도 안정성을 평가하였다. 평가 항목 중에서 하폭 대 수심의 비, 사행도, 하상경사는 하도의 안정성에 영향을 크게 주지 않는 것으로 평가되었다. 양안 부근에서 유속과 유사의 이동 특성을 결정하는 무차원 소류력인 Shields Number는 수제에 의하여 영향을 받으며, 수제의 수가 증가할수록 평가 값은 감소하고, 하안의 안정성은 증가하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권2호
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• pp.89-96
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• 2017

본 연구는 보가 건설된 이후 분석되는 시기인 2012년 1월부터 2016년 10월까지의 낙동강 중 하류에 위치한 4개 보구간의 수질인자의 특성을 분석하고 다양한 통계분석 기법을 이용하여 Chlorophyll-a(Chl-a)와 수질인자간의 상관관계를 분석하였다. 연구결과, 달성보(DS)부터 창녕함안보(CH)까지의 영양염류와 Chl-a 농도가 강정고령보(GG)에 비해 높게 분석이 되었으며, 이는 DS 지점 상류에 위치한 금호강의 유입으로 인한 영향으로 판단된다. 수집한 전 시기의 상관분석결과, Chl-a와 대부분의 수질인자와 유의한 상관관계를 보였고, 각 연도별 하절기인 6월부터 9월까지 상관분석하여 비교한 결과, $PO_4-P$와 $NH_3-N$와의 상관성이 크게 증가하였다. 또한 비교적 적은 강수량과 높은 조류발생량이 기록된 2015년 하절기를 상관분석하여 비교한 결과, 모든 지점에서 $PO_4-P$와의 상관성이 증가하여 하절기에 인의 영향이 큰 것으로 판단된다. 전 시기를 요인분석한 결과, 공통적으로 제 1요인이 질소계열로 나타났으며, 각 연도별 하절기를 요인분석 결과 공통적으로 제 1요인은 인 계열이 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 중 하류 구간은 영양염류의 영향을 가장 많이 받는 것으로 판단되며, 하절기는 질소계열의 오염물질보다 인 계열의 오염물질에 영향을 받는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.416-416
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• 2019

육상 담수는 대기중 이산화탄소($CO_2$) 배출의 중요한 발생원으로 주목되고 있다. 하천 및 강에서 대기중으로 배출되는 $CO_2$는 전 세계 탄소순환의 핵심요소이며, 대부분의 하천과 강은 $CO_2$로 과포화 되어있다. 세계적으로 하천 및 강의 $CO_2$ 배출량은 호수 및 저수지의 배출량보다 약 5배 많은 것으로 보고되고 있으나, 국내연구에서는 연구사례가 드물다. 따라서 본 연구의 목적은 낙동강 중하류에 위치해있는 강정고령보(GGW), 달성보(DSW), 합천창녕보(HCW), 창녕함안보(CHW)에서 발생되는 순 대기 배출 플럭스(Net Atmospheric Flux, NAF)의 동적 변동 특성을 분석하고, 데이터마이닝 기법을 적용하여 쉽게 수집할 수 있는 물리적 및 수질 변수로 $CO_2$ NAF를 추정하는데 사용할 수 있는 간략한 예측 모델을 개발하는데 있다. $CO_2$ NAF는 대기-수면 경계면에서의 $CO_2$ 부분압($pCO_2$)의 차에 기체전달속도를 곱하여 산정하였으며, 기체전달속도는 Cole and Caraco(1998)가 제안한 식을 사용하였다. 담수와 해수의 탄산염 시스템에서 열역학적 화학평형을 모두 고려한 $CO_2$SYS 프로그램을 사용하여 수중의 $pCO_2$를 산정하였고, $CO_2$ NAF는 Henry의 법칙과 Fick의 1차 확산법칙을 사용하여 계산하였다. $CO_2$ NAF의 시간적 변동성에 영향을 미치는 환경요인을 평가하기 위해서 상관분석, 주성분분석(Principal Component Analysis; PCA), 단계적다중회귀모델(Step-wise Multiple Linear Regression; SMLR), 랜덤포레스트(Random Forest; RF)방법을 사용하였다. SMLR 모델은 R package인 olsrr, RF 모델은 R package인 caret, randomForest를 이용하여 분석하였다. 연구 결과, 4개 보 상류 하천구간은 조류의 성장이 활발한 일부 기간을 제외한 대부분의 기간에서 $CO_2$를 대기로 배출하는 종속영양시스템(Heterotrophic system)을 보였다. $CO_2$ NAF의 중위값은 HCW에서 최소 $391.5mg-CO_2/m^2day$, DSW에서 최대 $1472.7mg-CO_2/m^2day$였다. 모든 보에서 NAF는 pH와 강한 음의 상관관계를 보였으며, $pCO_2$와 Chl-a도 음의 상관관계를 보였다. 이는 조류가 수중에서 $CO_2$를 소비하고 pH를 증가시키기 때문이다. PCA 분석 결과, NAF와 $pCO_2$가 높은 공분산을 보였으며, pH와 Chl-a는 반대 방향으로 군집되어 상관분석과 동일한 결과를 보였다. 이 연구를 통해 개발된 SMLR 모델과 RF 모델의 Adj. $R^2$ 값은 모든 보에서 0.77 이상으로 나왔으며, $pCO_2$ 측정 데이터가 없더라도 하천의 $CO_2$ NAF를 추정하는 방법으로 사용될 수 있을 것으로 평가된다.