• 대한환경공학회지
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• 제33권1호
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• pp.25-31
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• 2011

본 연구에서는 하수처리공정의 유출 수질을 안정적인 유지하기 위하여, 유입수 패턴을 이용한 모델 기반 $NH_4-N$ 예측 제어 알고리즘을 개발하고 $A^2/O$ 공정을 대상으로 적용 및 평가하였다. 평가에 사용된 자료는 B 시 S 하수처리장에 위치한 pilot 규모의 $A^2/O$ 공정 운전자료를 사용하였다. 생물학적 반응조를 모사하기 위해 수정된 ASM3+bio-P 모델(Lee, 2003)을 사용하였고, 침전조 농도 거동 모사를 위해 일차원 이중 지수 함수 모델(Takacs et al., 1991)을 사용하였다. 유입수 패턴을 이용하여 하루 뒤 유출수 $NH_4-N$ 농도를 예측하고, 사전 작성된 $NH_4-N$ 제어 schedule을 사용하여 pilot plant의 호기조 DO를 조절하는 제어 로직을 적용하였다. 제어 적용성을 평가하기 위해 제어를 적용하지 않은 경우와 적용한 경우를 비교하였고, 계절적 영향을 알아보기 위해 여름철과 겨울철에 $NH_4-N$ 제어 schedule을 적용한 실험을 하였다. 여름철 및 겨울철 모두 제어를 적용하지 않은 경우 수질기준을 초과하는 사례가 발생하였지만, 제어를 적용한 경우 목표수질 이내의 안정적인 유출수질이 방출됨을 확인하였다. 제어를 적용하지 않은 경우에 비교해서, 예측 제어를 적용한 경우에는 송풍기의 RPM이 약 9.1% 증가하였고, 유출수의 $NH_4-N$ 농도는 약 45.2% 감소하였다. 이를 통해 본 연구에서 개발된 유출수 $NH_4-N$ 예측 제어 알고리즘 적용으로 인한 운영비용 증가 대비 수질 개선 효과가 크게 나타났기 때문에, 안정적인 유출수 확보를 위한 측면에서 효율적인 제어기법으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권10호
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• pp.942-948
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• 2010

폐기물을 활용한 고형연료생산 등 에너지화가 매립가스 발생량에 미치는 영향을 예측하기 위하여 2017년부터 2024년까지 수도권매립지 제3매립장을 대상으로 반입폐기물의 에너지화 방법별 $CH_4$ 발생량의 변화를 분석하였다. 분석결과 수도권매립지 제3매립장으로 반입되는 폐기물을 종래와 같이 전량 매립하는 경우 2017년부터 2024년 사이에 예상되는 $CH_4$ 발생량은 생활계 폐기물 $337{\times}10^6\;Nm^3$, 건설폐기물 $178{\times}10^6\;Nm^3$, 배출시설계 폐기물 $11{\times}10^6\;Nm^3$ 등 총 $527{\times}10^6\;Nm^3$으로 예상되었다. 이는 2002년부터 2009년까지 같은 기간 동안 제2매립장에서 발생된 $CH_4$ 발생량의 41.5% 수준이었다. 또한, 생활계 폐기물과 건설폐기물을 MT (Mechanical Treatment)방식으로 고형연료를 생산한 뒤 그 잔재물을 모두 매립할 경우 $CH_4$ 발생량은 생활계 폐기물 $127{\times}10^6\;Nm^3$, 건설폐기물 $28{\times}10^6\;Nm^3$, 배출시설계 폐기물 $4{\times}10^6\;Nm^3$ 등 총 $158{\times}10^6\;Nm^3$로 예상되었다. 한편, 생활계 폐기물을 MT방식으로 처리 후 발생되는 유기성 혼합잔재물을 생물학적으로 처리하여 자원화하는 MBT (Mechanical & Biological Treatment)방식을 도입할 경우 같은 기간 중 총 $CH_4$ 발생량은 $115{\times}10^6\;Nm^3$로 예상되었다. 이는 단순 매립방식의 21.8% 수준이었으며 2002년부터 2009년 사이의 발생량과 비교하면 9.1%에 불과하였다. 본 연구를 통해 폐기물 에너지화에 의해 매립지에서의 $CH_4$ 발생량이 큰 영향을 받게 됨을 알 수 있었다. 따라서 매립가스를 활용한 에너지사업 계획시 합리적 규모설정과, 소량발생 매립가스의 에너지화 기술에 대한 연구와 투자 등 사전대비가 필요하다고 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권4호
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• pp.333-340
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• 2010

하수나 폐수를 이용해서 조류를 배양하고 이를 통해서 획득된 조류 생체로부터 바이오디젤을 생산한다는 것은 친생태적이면서 신재생에너지 생산이라는 점에서 최근 각광받는 녹색성장기술이다. 바이오디젤 생산에 필요한 지질의 함량이 높은 조류 종에 대한 연구가 최적 인공배양액 조건에서 연구된 사례들이 있다. 하지만 실제 하수의 조건에서 고지질 함량 조류의 생체생성과 하수처리능에 대한 정보 제공이 미흡한 것이 현황이다. 본 연구에서는 바이오디젤 전구물질인 지질함량이 높다고 알려진 조류 종들을 선별해서 국내 하수조건에서 생체생성능과 하수처리능을 분석하였다. 이를 위해서 실제 하수에서 토착조류를 제거한 후 지질함량이 높다고 알려진 조류 4종(Chlorella vulgaris AG10032, Ankistrodesmus gracilis SAG278-2, Scenedesmus quadricauda, Botryococcus braunii UTEX 572)을 각각 하수에 식종한 후에 조류의 성장률과 유기물, 질소 및 인의 제거를 실험실 규모의 회분식반응조에서 분석하였다. 일정한 광반응 조건 (80 ${\mu}E$, 24시간)에서 9일간 배양하면서 시간 별로 조류의 건조 생체량과 COD, 질소 및 인을 각기 측정하였다. 그 결과 C. vulgaris, A. gracilis와 S.quadricauda는 하수의 토착조류 보다 하수에서 더 우월하게 성장하는 것을 알 수 있었다. 반면 B. braunii는 하수조건에서 성장을 할 수 없는 것으로 나타났다. 하수에서 배양가능한 조류들에 의한 질소 (Total-N, ${NH_4}^+$-N)와 인(Total-P, ${PO_4}^{3-}$-P)의 제거능이 우수하였고, 하수처리 방류수질 기준을 만족하였다. 하수에서 배양가능한 조류들에 의한 용존 COD의 제거 분석 결과, A. gracilis와 S. quadricauda는 효과적인 COD제거를 지속하였지만, C. vulgaris는 초기의 COD 제거가 지속되지 않는 불안정성을 보였다. 이러한 결과들을 종합적으로 고려해서 본 연구에서는 A. gracilis와 S. quadricauda를 실제 하수에 적응성과 처리능이 우수한 조류자원으로 선정하였다.

• 기술혁신연구
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• 제2권1호
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• pp.1-57
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• 1994

본 고는 지속적 개발 론에 입각한 적극적인 에너지수요 관리정책을 추진한다는 전제하에 2001년과 2006년의 우리 나라 가정부문 전력수요를 전망하고자 한다. 본 고는 지속적 개발 시나리오를 추정함에 있어서 기존의 계량모형보다 일종의 공학적 모형인 공정분석(process analysis)을 선호한다. 계량모형이 주로 과거 수요의 소득 및 가격 탄성 치를 바탕으로 미래의 수요를 예측하는데 비하여 공정분석모형은 기술발전에 따른 미래의 효율변화(향상)를 비교적 잘 반영할 수 있기 때문이다. 본 고는 덴마크공과대학교 Norgard 교수팀이 개발한 모형을 도입하여 분석모형(수식 (6))을 전력수요 = 기기 수 $\times$ 전력서비스$\times$ 전력집약도와 같이 설정하고 이를 사용하여 냉장고, 텔레비전, 조명 기기, 난방기기 등과 같은 전력사용 기기 별로 2001년과 2006년이 전력수요를 전망하였다. 본 고는 전력수요를 전력사용 기기의 사용용량(300리터 용량의 냉장고 등)과 사용시간을 나타내는 전력서비스와 전력 서비스당 필요 전력사용량을 나타내는 전력집약도로 나누어 구분하고 있는 모형을 이용함으로써 소득향상효과와 함께 기술발전에 따른 효율개선효과를 분석할 수 있다. 1) 생활수준 향상에 따라 전력서비스는 지금과 같이 증가한다, 2) 현실적으로 가능한 범위 내에서 전력사용 기기에 대한 최저 에너지 효율 제를 실시한다, 3) 현재 사용중인 기기 들은 원칙적으로 수명이 다한 후 고효율 기기 들로 자연 교체한다, 4) 최저 에너지 효율 제를 제외한 다른 제도 및 정책개선, 사용자의 에너지소비형태 개선에 따른 절전 잠재 량을 고려하지 않는다 등의 가정 하에 전력수요를 추정한 결과 1992년에 796 GWh(100)이었던 우리 나라 가정부문 전력수요는 2001년과 2006년에 29,237 GWh(134)와 33,118 GWh(152)로 각각 34%와 52%증가할 것으로 나타났다. 이 경우 1992년부터 2006년까지 가정용 전력수요 증가율은 연평균 3%로 추정된다. 기기의 서비스(가구수$\times$기기의 보급 율$\times$기기의 전력서비스)가 소득향상에 따라 증가하는데도 불구하고 전력수요의 증가율이 GDP(같은 기간 동안 연평균 증가율 5.7%)보다 매우 낮은 것은 기기의 대형화와 기기의 보급을 증가에 따른 전력의 추가수요가 기기의 에너지효율 개선으로 대부분 상쇄될 것이기 때문이다. 향후 10년 내에 기기에 따라 전력사용량을 25%~50%정도까지 줄일 수 있을 것으로 분석된다. 기술발전에 따른 기기의 에너지효율 개선효과는 본 고의 2006년도 가정용 전력수요의 전망치 33,118 GWh가 기존방식에 의한 한전의 전망치 61,155 GWh의 54%수준밖에 되지 않는데 서도 잘 나타나고 있다. 한편 본 고는 경제성장과 환경보존을 동시에 달성할 수 있는 지속적 개발의 실천방안으로서 에너지 수요관리를 논하고자 한다. 고효율 기기의 개발과 조기도입을 촉진시키는 에너지 수요관리 통하여 우리는 에너지효율을 대폭 개선시키며 대기오염 배출량도 대폭 줄일 수 있다. 본 고는 에너지 공급관리(공급확충)위주에서 에너지 수요관리위주로서의 에너지정책 전환은 불가피하다고 판단한다. 에너지 공급시스템보다 에너지 수요시스템위주로 전체 에너지시스템을 획기적으로 개선시키기 위해서는 최저 에너지효율제의 광범위한 실시와 함께 고효율 기기의 개발과 보급에 필요한 유인책의 도입, 고효율 기기와 에너지의 효율적 이용에 대한 정보 등이 필요시 되고 있다. 우리 나라의 경우 현재의 산업구조와 기술수준을 고려하여 에너지 효율의 기준을 미국보다 다소 낮게 설정한다면 최저 에너지효율제의 도입이 문제가 되지 않을 것으로 판단된다. 본 고는 고효율 기기의 개발과 조기도입을 지원하기 위한 가칭 대기환경보존 및 에너지 수요관리기금의 창설을 제안한다. 전력부문의 경우 기금은 1. 탄소세, 2. 전력소비에 대한 수요 관리 세의 도입 혹은 3. 한국전력공사 전력판매수입의 일정 분으로 조성될 수 있을 것으로 본다. 예를 들어 선진국들이 탄소세를 예정대로 도입한다는 전제하에 우리 나라가 2000년을 기준으로 탄소 톤당 8달러(석유 배럴 당 85센트)의 탄소세를 도입한다면 연간 7억 2,000만 달러(약5,760억 원)규모의 기금을 조성할 수 있다. 이 중 연간 2,000억 원 정도를 고효율 기기의 개발과 조기도입에 지원한다면 우리 나라 에너지 시스템 효율은 대폭 개선될 수 있을 것으로 예상된다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제8권1호
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• pp.67-72
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• 2005

복공식 시하공동내에 액화천연가스(LNG)를 저장하는 새로운 LNG 저장기술의 타당성을 검증하고 실규모 저장소 건설을 위한 기반기술의 개발을 위하여 액화질소를 저장하는 소규모 시험장을 한국지질자원연구윈 구내에 건설하였다. 액화질소를 지하공동내에 저장함에 따라 공동주변의 암반은 극저온 환경의 직접적인 영향을 받게 되므로, 공동주변에 결빙층(ice ring)의 형성은 물론 지반상태 변화를 수반할 것으로 예상되었다. 이 시험장에서는 지반상태의 변화 규명과 모니터링을 위하여 물리탐사, 수리지질조사, 암반공학 조사 등이 수행되었으며, 특히 시추공 레이다와 3 차원 전기비저항 탐사를 포함하는 물리탐사법을 적용하여 극저온 환경으로 인한 암반내 결빙층의 형성을 탐지하고 지반상태 변화를 모니터링 하였다. 특히, 3차원 전기비저항 탐사자료는 액화질소의 저장 전후에 획득하여 그 결과를 비교하였으며, 3 단계에 걸쳐 획득한 3 차원 전기비저항 영상들로부터 액화질소의 저장에 기인한 뚜렷한 전기비저항 변화 영역을 도출하였다. 저장공동의 동쪽부에서 전기비저항의 감소를 보였으며, 수리지질조사 결과와 저장소 주변의 여러 패턴을 비교, 검토하여 이와 같은 전기비저항의 변화가 지하수 흐름의 변화에 기인하는 것으로 해석하였다. 즉, 극저온의 액화질소에 의한 암반의 동결로 인하여 공동주변의 수리지질조건 및 지하수 흐름에 변화가 발생하는 등, 저장소 가동 이전의 지반상태로부터 뚜렷한 변화를 나타낸 것으로 해석되었다.

• 지질공학
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• 제31권3호
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• pp.433-445
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• 2021

고전압 아크 방전에 의한 플라즈마 발파의 유체 침투 효율을 검증하기 위해 실험실 규모의 토사 시료에 대하여 발파 시험을 실시하였다. 이 연구를 위해 대용량 축전기가 포함된 플라즈마 발파 장치와 직경 80 cm, 높이 60 cm 크기의 컬럼형 토사 시료를 제작하였다. 토사 시료로는 사질토와 실트를 7:3 비율로 섞은 A 시료 7개와 9:1 비율로 섞은 B 시료 3개가 제작되었다. A 시료에 플라즈마 발파 없이 수압만으로 유체를 주입했을 때는 시추공 주변으로 국소적인 침투만 발생되었고 침투면적비는 5% 이하로 분석되었다. 플라즈마 발파에 의한 유체 침투 시험은 1 kJ, 4 kJ 그리고 9 kJ의 방전 에너지로 실시되었다. A 시료에 대한 플라즈마 발파 시험에서 유체의 침투면적비는 1회만 발파하였을 때는 16~25%이고 5회 연속 발파 시에는 30~48%로 분석되어, 수압만으로 유체를 주입했을 때보다 침투면적이 최대 9.6배까지 넓어졌다. B 시료에 대한 5회 연속 플라즈마 발파 시험에서 유체의 침투면적비는 33~59%로 분석되어 동일 조건의 A 시료 시험에 비해 침투면적이 1.1~1.4배 정도 넓어졌다. 이러한 결과는 플라즈마 발파 시에 방전 에너지가 클수록, 발파 횟수가 증가할 수록 유체의 침투면적이 증가하며, 투수성이 큰 토양에서 플라즈마 발파가 더욱 효과적임을 보여준다. 유체 침투 효과를 삼차원적인 부피로 분석하기 위해 유체 침투반경을 계산하였다. 수압으로만 유체를 주입했을 때의 침투반경은 9 cm인 반면에, 9 kJ의 에너지로 5회 발파 시에는 침투반경이 27~30 cm로 계산되어 유체 침투 효과가 최대 333%까지 증가되었다. 이러한 연구결과는 투수성이 낮은 실제 오염토양에서 원위치 토양 세정을 실시할 때 플라즈마 발파 기술을 적용하면, 세정제의 전달범위가 증가되어 정화효율이 개선될 수 있다는 것을 보여준다.

• 한국환경생태학회지
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• 제32권6호
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• pp.686-697
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• 2018

오늘날 원격탐지기술의 발달로 인해, 산림지역과 같이 피복 분류작업이 난해한 지역을 비롯한 광범위한 지역에서의 세밀한 변화탐지를 위한 고해상도 위성영상 취득이 가능해졌다. 하지만, 고해상도 영상에 대한 시계열분석의 과정에서 많은 양의 지상 관측 데이터가 요구된다. 본 연구에서는 토지피복도를 지상 관측데이터로 활용한 위성영상 분류 방법의 가능성을 시험하였다. 연구대상지는 강원도 원주시이며, 산림지역과 시가화지역이 공존하는 공간이다. 연구 자료는 2015년 3월에 촬영된 KOMPSAT-3A 영상과 2017년도 토지피복도를 이용하여 분류를 시도하였다. 서포트벡터머신(SVM)과 랜덤포레스트(RF)의 두 가지 상이한 화소기반 분류기법을 적용하여 대상지에 대한 피복분류의 분류정확도를 비교 분석하였으며, SVM 분석의 경우 다수 분석(Majority analysis)을 후속 진행하였다. 분석대상은 산림식생만 포함한 지역과 연구대상지 전지역으로 구분하였고, 대상 면적이 협소한 습지는 분석과정에서 제외하였다. 분류 결과는 오차 행렬의 전체 정확도가 두 가지 분류대상에 대해 RF 기법이 SVM 기법보다 더 나은 것으로 나타났다. 산림지역만을 대상으로 한 경우, RF 기법이 SVM 기법에 비해 18.3% 높은 값을 나타낸 반면, 전체지역을 대상으로 한 경우는 둘 사이의 간격이 5.5%로 줄어들었다. SVM 기법에 다수 분석 (Majority analysis)을 추가로 실시한 경우, 1% 정도의 정확도 향상이 나타났다. RF 기법은 산림지역의 활엽수를 분석해 내는데 상당히 효과적이었지만, 다른 대상에 대해서는 SVM 기법이 더 나은 결과를 나타내었다. 본 연구는 고해상도 단일시기 영상에 대한 화소 기반의 분류기법을 시험한 것으로, 추후 시계열분석 및 객체기반 분류기법의 추가적인 적용으로 향상된 정확도와 신뢰도를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 이 연구의 방법론은 시공간적으로 고해상도 분석결과를 제공함으로써, 대면적의 토지계획에 유용할 것으로 기대된다.

• 한국환경생태학회지
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• 제32권6호
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• pp.639-645
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• 2018

본 연구는 제2차 국립공원 구역조정 시기(2010년~2011년) 해제된 지역의 용도지역, 건축물 조성 등 실제 건축 행위, 토지이용환경, 개별공시지가 등 사회 환경적 요인의 변화를(2011년${\rightarrow}$2018년), 같은 기간 존치지역의 사회 환경 요인과 비교를 통해 구역조정 영향을 분석하고자 하였다. 그리하여 제2차 국립공원 구역조정의 문제점을 파악하고 제3차 구역조정시의 대안적 시사점을 모색하고자 하였다. 해제지역의 용도지역은 계획 생산 보전관리지역으로의 변화가 약 80.4%로 가장 높았고, 농림지역으로 변화가 15.6%였으며 4.0%는 자연환경보전지역으로 유지되어 변화가 없었다. 건축물 조성 규모 변화는 해제지역은 2011년 이후 약 $106m^2$의 평균 건축이 이루어 진 반면 존치지역은 $91m^2$의 평균 건축이 진행된 것으로 분석되었다. 토지이용환경의 변화 요소로써 자연지역에서 인공지역으로의 변화율은 해제지역이 1.9%였고 존치지역은 0.7%로써 해제지역의 변화율이 높았다. 개별공시지가는 해제지역의 증가량은 11,911원이었고 존치지역은 4,413원으로 두 지역 모두 상승하였으며, 두 지역 간 공시지가 차이는 약 2.5배에 달했다. 국립공원내 지역주민의 사유재산권에 대한 문제는 중요한 과제이나 제2차 국립공원 구역조정으로 상당수 해소 되었으므로 이후에는 공원용도지구계획과 공원시설계획에 대한 면밀한 분석으로 합리적 대안을 제시함으로써 공원 주민의 편익을 도모할 필요가 있다. 또한 공원관리청이 주민과 상생 협력하고 국립공원내 거주민으로서 자부심을 가질 수 있도록 지원 체계 마련이 필요할 것으로 판단된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제34권6_4호
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• pp.1479-1488
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• 2018

2017년 9월 3일 북한에서 발생한 인공지진 신호가 기상청 지진관측망에 관측되었다. 진앙은 풍계리 핵실험 지역으로 지금까지의 실험 중 가장 강력한 실험이었다. 직접적 접근이 제한되는 상황에서 6차 핵실험에 의한 주변 지표변화 연구를 위해 고해상도 위성 자료를 활용하였다. 우선, 지표변위 관측을 위해 ALOS-2 위성 자료를 활용하여 레이더 간섭기법(InSAR: SAR Interferometry)을 적용하였다. 하지만 6차 핵실험 주변 지역의 대규모 지표변위와 강한 진동으로 인해 낮은 긴밀도(coherence) 값을 지니며 레이더 간섭도가 생성되지 않았다. 이는 강한 진동으로 인한 표면의 변화와 레이더 간섭도가 생성 가능한 최대 지표변위 관측 범위보다 큰 변위가 발생했기 때문으로 추정되며 이러한 한계를 극복하기 위해 오프셋 트래킹(Offset Tracking) 방법을 활용하였다. 오프셋 트래킹 방법은 6차 핵실험 전 후 위성 영상레이더의 강도 영상(Intensity)에 대한 교차상관기법(Cross-Correlation)을 이용하는 것으로 상관관계 추정을 위해 사용된 윈도우 크기에 따라 결과가 달라지는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 32부터 224까지 16단계로 윈도우 크기를 변화시키고 그 결과의 통계적 처리 후 지표변위를 생성하였다. 그 결과, 6차 핵실험 장소를 기준으로 만탑산 서쪽 지역에서 최대 3 m의 지표변위를 관측하였다. 또한, 고해상도 광학 영상을 활용하여 6차 핵실험에 의한 산사태 및 함몰지역으로 추정되는 지역을 확인하였다. 이러한 현상은 매우 강력한 지하 핵실험에 의한 것으로 판단되며 기존 음파 및 지진파를 이용한 핵실험 분석뿐만 아니라 고해상도 위성영상을 활용하여 비접근 지역에 대한 보조 분석 자료로 활용이 가능 할 것이다.

• 환경영향평가
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• 제27권6호
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• pp.695-703
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• 2018

북한의 텃밭에서는 비료사용이 매우 제한적이므로 남북한 농업분야 협력사업의 하나로 텃밭 부산물을 이용한 퇴비 제조방법의 제안은 실용적 가치가 있다. 본 연구는 북한의 실정을 고려하여 토끼 분변과 옥수수 부산물이 가장 얻기 쉬운 원재료 물질로 판단하고 이를 이용한 퇴비 제조 방법을 제안하고자 하였다. 북한의 시료를 구하기는 불가능한 일이기 때문에 남한의 여러 지역에서 옥수수 부산물 시료를 구하여 이들의 이화학적 성질을 분석하였다. 분석 결과, 주요 비료 성분인 질소의 경우 남한 정도의 공간 규모에서 유의한 차이가 없었으므로 경기도 지역의 옥수수 부산물을 퇴비화 재료로 활용하였다. 토끼 분변도 여러 지역에서 수집 분석하였는데 이를 풀만을 급이한 중국 단동의 분변 시료와 비교하였다. 이 결과 사료를 먹은 토끼 분변의 질소 함량은 풀을 먹인 토끼 분변에 비해 유의하게 낮았다. 북한 상황을 고려할 때 텃밭에서 키우는 토끼는 사료가 아닌 풀을 급이할 확률이 크지만 재료의 가용성으로 인해 경기도 연천에서 토끼의 분변을 확보하여 퇴비화 재료로 활용하였다. 퇴비화 과정은 토끼 분변과 옥수수 부산물의 혼합비를 1:1, 1:2, 1:3 로 각각 처리하여 60일 동안 진행하였다. 그 결과 1:1 혼합비를 통해 제조된 퇴비는 부숙 완료 후 총 질소 함량은 1.98%이었고 유기물/질소 비도 31.7에 달하여 시판되고 있는 상업용 퇴비와 질적으로 차이가 없음을 확인하였다.