• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.338-338
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• 2015

하천으로 유입되어 수질 오염을 야기하는 오염원은 오염 배출원이 명확하여 하나의 점으로 나타낼 수 있는 점오염원(Point Source)과 오염원이 명확치 않은 비점오염원(Non-point)으로 구분된다. 생활하수, 축산폐수와 같이 오염원이 명확한 점오염원은 하천 유입 이전에 처리장을 거쳐 정화작업이 가능한 반면, 비점오염원은 오염원이 명확치 않아 처리에 어려움이 따른다. 또, 오염물의 양과 이동 경로가 예측이 불가능하고 강우시에는 특별한 처리 없이 하천으로 바로 유입된다. 비점 오염원의 종류는 토사, 영양물질, 유기물질, 농약, 바이러스 등 다양하다. 이 중에서 토양에 흡착되어 이동하는 질소와 인은 하천으로 유입되어 부영양화를 야기하는 특성이 있어 더욱 처리가 필수적이다. 이러한 비점오염원으로 인한 수질 오염을 줄이기 위해 여러 최적관리기법(Best Management Practices, BMPs)이 제시되어 있으며 오염 물질의 하천 유입을 차단하는 것에 중점을 둔다. 가장 널리 이용되는 방법으로는 비점오염원 저감시설 중 하천변에 식물체를 설치하여 토양의 유실을 막는 식생대(Vegetative Filter Strip, VFS)가 있다. 식생 밀집 지역의 설치를 통해 표면 유출을 차단하고 토양 유실 감소와 수체로의 오염물질 확산을 막을 수 있다. 이에 VFSMOD-w를 이용하여 강우시 식생대를 통한 토양 유실 감소 효율에 대한 연구를 수행하였다. 연구 대상 지역으로 비교적 수문 및 토양 자료가 풍부한 청미천 유역을 선정하였다. 그 결과, 식생대의 길이와 식생대 내 식물체의 파종간격이 가장 지배적인 영향을 미치는 것이 확인된다. 이때, 식물체의 종류는 식물체 파종으로 인해 변화되는 토양의 수정된 Manning의 조도계수로 구분한다. 모든 강우 및 식물체 조건이 동일할 때, 식생대 내 식물의 파종 간격이 좁고 식생대의 길이가 길수록 토사 저감 효율이 증가하는 결과가 도출되었다. 식물체의 높이, 식물체의 종류 및 식물의 파종간격이 입력 자료로 요구되나 이 중 식물체의 높이는 토사 저감 효율에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또, 동일한 강우 조건에서 식생대의 길이가 0.5 m에서 1.0 m로 2배 증가하였을 때 토사 저감 효율이 두 경우 모두 95% 이상의 효율을 보이는 것이 나타났다. 이는 식생대의 길이가 증가할수록 토사 저감 효율이 증가하나 일정 길이 이상이 되면 대부분의 토사가 저감되는 것을 의미한다. 결론적으로 식생의 파종 간격이 좁을수록 토사 저감 효율이 증가하더라도 식물체의 성장을 고려한 적절한 파종 간격을 선정하여야 한다. 즉, 식생대의 설치는 적절한 파종 간격 및 식생대 길이를 식생대 설치지역의 강우 특성에 따라 결정지어야 한다고 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.499-499
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• 2016

본 연구는 오염된 농업용 저수지에 대하여 수층에 따른 수질 변화 특성을 조사하고, 저수지 저부의 퇴적물에 대한 용출 실험을 통해 수층별 수질 특성이 퇴적물의 용출에 미치는 영향을 분석하고자 수행되었다. 연구 대상 저수지의 선정은 설치년도 1960년대를 기준으로 이전과 이후로 분류하였으며, 주요 오염원을 축산계와 생활계 오염원으로 분류하여 각 다른 특성을 가진 저수지를 선정하여 조사하였다. 내부 오염 부하량이 수체에 미치는 영향을 평가하기 위해 실시한 용출량 실험 결과, 호기 조건에서 축산계오염원 저수지의 T-P가 미미하게 용출이 일어난 것을 제외하고는 생활계, 축산계오염원 저수지에서 용출이 일어나지 않았다. 반면에 혐기 조건의 경우에는 생활계오염원 보다는 축산계오염원 저수지에서, 1960년대 이후 설치된 저수지에서 보다는 1960년대 이전에 설치된 저수지에서 용출이 크게 일어나는 것으로 조사 되었다. 혐기 조건에서 T-N의 경우 생활계오염원과 1960년대 이후 설치된 저수지에서는 용출이 일어나지 않았으나, 그 외의 항목에서는 모두 용출이 일어나는 것으로 분석되었다. 특히 혐기조건에서는 모든 연구대상 저수지에서 T-P의 용출이 크게 일어나는 것으로 조사되었는데, 이는 부영양화의 주요 영향인자로 작용할 수 있으므로 저수지 저부의 혐기조건이 형성되는 것을 제어?관리해야 할 필요성이 있다고 하겠다. 연구 저수지에 대한 현장 조사 결과, 가뭄의 영향으로 수위가 평년에 비해 상당히 낮았으며, 저수량의 부족으로 저수지 주변의 바닥이 드러나거나 유출이 없는 등의 특징을 보였다. 수심이 낮은 5~7월의 조사 시기에는 표층의 DO 농도가 높음에도 저층부의 DO 농도는 1.2~2.2 mg/L를 나타내 약혐기조건이 형성됨을 확인하였다. 또한 현장측정기(HYDROLAB_Quanta)를 이용한 DO측정시, 저층부 퇴적물의 재부유를 막기 위해 저층경계면에서 30~50cm 윗부분을 측정했다는 점에서 저층부 바닥면의 DO 농도가 더 낮을 수 있다고 추정할 수 있다. 이는 이 시기에 퇴적층에 존재하는 오염물질의 용출이 충분히 일어날 수 있으며, 이후 8~11월에 수계 내 환란 및 순환에 의해 오염물질이 수중으로 이동하게 되고, 수질을 악화시키는 원인으로 작용할 수 있음을 추론할 수 있다. 이와 같이 퇴적되어 있던 오염물질이 계속적으로 용출 및 순환을 해마다 반복한다면 해당 저수지는 장기간 수질 오염 저수지가 될 수밖에 없을 것이다. 따라서 이러한 내부오염부하가 크다고 판단되는 저수지에 대하여 오염퇴적물의 관리가 필요하다고 하겠다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.72-72
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• 2016

최근 발생하고 있는 기후변화로 인하여 하천 및 저수지의 수질문제가 커지고 있다. 특히 여름철 부영양화로 인해 발생하는 녹조현상은 사회적인 문제로 과학적인 수질사고에 대한 예측과 관리가 필요한 실정이다. 수질예보는 정기적으로 하천 및 저수지의 수질을 예측하여 사용자에게 제공하는 분석기법으로 수질현황을 파악하고 수질을 관리하고 의사결정을 하는데 도움을 줄 수 있다. 수질예보에 사용되는 모형은 유역모형, 하천모형, 저수지모형이 있으며, 이중 하천 및 저수지에 주로 적용되고 있는 3차원 수리수질모형의 경우 격자의 개수가 많아 모의시간이 길어지게 되고 이로 인해 일일 수질 예보가 어렵게 된다. 3차원 수리수질모형의 모의속도를 개선하는 방법에는 하드웨어의 성능을 높이는 방법과 병렬화를 이용한 소프트웨어적인 방법이 있다. 이중 하드웨어의 성능을 높이는 방법은 컴퓨터의 사양을 높이는 방법으로 높은 비용이 소요된다. 하지만 병렬화 방법은 컴퓨팅 기술의 발전으로 멀티코어가 대중화가 된 최근에 코드의 적용만으로 모의속도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서 사용된 모형은 서호주대학에서 개발한 3차원 수리 수질모형인 ELCOM-CAEDYM 모형으로 적용된 병렬화 기법은 OpenMP(Open Multi-Processing)방법이다. 기존 직렬 컴퓨팅 방식으로 구성되어 한번에 한 개의 명령어 밖에 처리할 수 없었던 작업방법을 동시에 여러 개의 처리요소를 이용하여 명령을 실행할 수 있게 하는 방식이다. 하지만 CPU의 개수는 제한되어 있으며, Amdahl's law에 따르면 OpenMP방식의 병렬화시 속도개선효과는 95% 병렬화 프로그램에서 최대 CPU 개수의 제한이 없다면 20배 까지 속도향상이 가능하다고 하였다. 본 연구에서는 3차원 수리 수질예측 모형인 ELCOM-CAEDYM에 적용된 병렬화 기법을 적용하는데 있어 최적 CPU사용 개수를 파악 하고자 하였으며, 이를 통해 수질예보시스템을 운영하는데 가장 효율적인 방법을 찾아 적용하고자 하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.357-357
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• 2018

기후변화의 영향으로 기온과 강수량의 증가가 나타나고 있으며, 이러한 변화는 수문 순환 및 강우-유출의 변화로 인해 하천의 수질에도 영향을 미치게 된다. 수질 오염원 중 배출원의 형태가 명확하지 않은 비점오염원은 강우의 유출과 함께 발생하는 특징을 띤다. 비점오염원은 지표면에 존재하던 오염 물질이 지표면에서 유출이 발생함에 따라 하천으로 유입되는 오염물이다. 이에 따라 강우량에 비례하는 특성을 띠며 점 오염원과 달리 변동 폭이 크다. 대표적인 비점오염물로 알려진 질소, 인과 같은 영양물질은 하천으로 유입 시 부영양화를 야기하는 물질로 우리나라와 같이 계절별 강수량의 차이가 큰 환경에서 비점오염물의 지속적인 관리는 필수적이라 할 수 있다. 비점오염원은 오염원을 특정할 수 없기 때문에 하천으로의 유입을 최소화하는 최적관리기법(Best Management Practices)을 통해 관리한다. 국내외에서 가장 널리 이용되는 비점오염원 최적관리기법은 식생형 시설로, 나지에 식물체를 파종함으로써 토양의 유실을 방지하여 비점오염물의 하천 유입을 저감시키고, 자연경관으로써 기능한다. 미래 수자원의 효과적인 이용을 위해서는 기후변화에 따른 수문 변화, 그로 인한 수질 변화 특성을 파악하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 기후변화 시나리오를 통해 기온, 강수, 습도와 같은 기후 조건의 변화를 고려하여 예측되는 비점오염물의 유출 저감 대책의 영향을 분석하고자 한다. 이 때, 기후변화 시나리오는 그 자체로 불확실성을 포함하는 자료이기 때문에 특정 시나리오를 분석하기 보다는 기후변화 진행 정도에 따른 비점오염물 유출을 산정하고 저감 대책의 영향을 분석한다. 연구를 수행하기 위해 장기간의 강우-유출 특성의 모의가 가능하고 저감 대책을 제공하는 SWAT 모형을 이용한다. SWAT 모형에서는 여러 최적관리기법을 제공하는데, 가장 널리 이용되는 것이 식생형 시설인 것에 기초하여 적용할 저감 대책으로 계단식 산비탈(Terracing)을 선정하였다. 저감 대책의 적용으로 비점오염물질이 적게는 약 30%에서 많게는 60%까지 변화하며 매우 효율적으로 저감되는 것이 확인되었다. 저감 시설의 적용을 통해 총 량 뿐만 아니라 시간에 따른 비점오염물 유출의 변동성 또한 감소시킬 수 있음이 확인되었다.

• Membrane Journal
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• v.29 no.5
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• pp.237-245
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• 2019

Ammonia nitrogen is well known as a substance that causes the eutrophication with a phosphorus in the water, because it is contained in the industrial wastewater, agricultural and the stockbreeding wastewater. In addition, manganese (Mn) and arsenic (As) are included in the mine treated water, etc., and are known as a source of water pollution. Natural zeolites are used to remove ammonia nitrogen in water but it have a low adsorption capacity. In order to improve the low adsorption capacity of the natural zeolite, ion substitution was carried out with $Na^+$, $Ca^{2+}$, $K^+$ and $Mg^{2+}$. The adsorption capacity and removal rate of ammonia nitrogen ($NH_4-N$) were the highest at 0.66 mg/g and 89.8% in $Na^+$ ion exchanged zeolite. Adsorption experiments of Mn and As were performed using ion exchanged zeolites. Ion exchanged zeolite with $Mg^{2+}$ showed high adsorption capacity and removal rates of Mn and As.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.400-400
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• 2023

급격한 기후변화로 인해 일사량, 지표면 온도 및 이산화탄소 농도가 꾸준히 상승함에 따라 수문 순환의 불균형을 초래함과 하천 및 호소 내 수질 또한 악화되고 있는 추세이다. 특히, 국내의 경우, 기후변화 및 인위적 요인에 의해 하천 및 호소에서의 수위 감소 및 수온 증가로 인해 부영양화가 증가되고 있고, 이로 인한 유해 녹조의 발생빈도를 높이는 결과를 초래한다. 현재 국내에서는 유인 수질 관측 및 자동 수질관측 시스템을 통해 주요 수질인자를 모니터링 하고 있으나 시·공간적인 변동성을 파악하는데 제한점이 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 국·내외에서 광학위성을 이용한 수질인자 추정 알고리즘 개발과 관련된 연구들이 진행되고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 NASA에서 제공하는 Landsat-8 위성과 ESA에서 제공하는 Sentinel-2자료가 동화된 Harmonized Landsat Sentinel-2 위성자료를 활용한 클로로필-a (Chl-a)를 추정하고자 한다. 이를 위해, 본 연구에서는 1) 단순 회귀 분석, 2) Akaike information criteria (AIC) 기반 최적화 회귀 분석 및 3) Random forest (RF)를 활용하였다. 또한, HLS 위성 자료의 적용성을 평가하기 위해 미국 오하이오 주에 위치하고 있는 130여개의 중규모 및 대규모 호소에서 2000년부터 2021년까지 수집된 클로로필-a 관측치를 활용하였다. 두 가지 수질 추정 모형에 대한 정확도 검증에 앞서 오하이오 주 내에서의 클로로필-a의 시계열적 변동성에 대하여 분석하였다. 전반적으로, 2000년부터 2016년까지는 Chl-a가 꾸준히 증가하는 경향성을 나타내었으나, 그 이후로는 감소하는 추세를 나타내었다. 이를 기반으로, 각 방법론을 통해서 나온 Chl-a 추정치에 대해서 통계적 검증을 수행하였다. 결과, 단순 회귀 분석을 통해 추청된 Chl-a값의 결정계수는 0.34였지만, AIC 기반 모델과 RF모형을 사용한 결과 결정계수가 각각 0.82와 0.92로 향상된 것을 확인할 수 있었다. 이와 더불어, spatial 및 temporal window와 더불어 호소의 크기에 따른 정확도 분석 또한 수행하였다. 그 결과, temporal window 가 정확도에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 호소의 크기가 작을수록 정확도가 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구의 결과를 토대로 추후 국내 호소에 대해 상기 모형들의 적용성 평가를 수행하여 효율적인 수질 모니터링 시스템 구축으로 이어질 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.436-436
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• 2021

강원도 춘천시에 위치한 소양호는 북한강 상류수계로서 1973년에 준공된 우리나라 최대의 인공호이다. 소양호는 준공 이후 주변 유역의 인구밀집도가 낮고 오염물질 유입원이 적어 빈영양호의 수질을 보였다. 준공 후 소양호 수질에 영향을 미친 주요 환경요인으로는 1980-90년대 가두리 양식, 1990년대 후반부터 현재까지 지속되는 문제는 상류에서 강우시 발생된 탁수유입이 있다. 이러한 환경 문제로, 소양호에서는 식물플랑크톤 일차생산력, 동물플랑크톤 및 식물플랑크톤 장기변동, 용존산소 일주기 변동, 호수 내 유기물 분포 등의 연구가 이루어져 왔다. 그러나 가두리 양식장의 철거로 한 가지 요인은 해결되었으나 상류 탁수 유입 문제는 현재까지 진행 중이다. 소양호에서는 매해 여름철 탁수 유입이 지속적으로 발생하고 있으며 부영양화를 초래할 수 있는 주요한 문제이다. 이에 본 연구는 소양호에서의 장기적인 생태계 변동성 연구를 위해 1982년부터 현재까지 월 1-4회 수질 모니터링을 실시 중이며, 수질항목은 SS(Suspended Solids), TN(Total Nitrogen), TP(Total Phosphorus), BOD(Biochemical Oxygen Demands), TOC(Total Organic Carbon), Chl-a(Chlorophyll-a)에 대해 분석을 진행하고 있다. 기존 연구에서는 주-월 단위로 모니터링을 실시하여 강우에 의한 탁수 유입, 타 오염원에 의한 오염물질 및 유기물 유입으로 인한 실시간 수질 변동을 파악할 수 없었으며, 이벤트 발생 이후의 경과만 관찰할 수 있는 한계점이 있었다. 그러나 앞으로의 진행될 연구는 고빈도 센서를 이용하여 실시간 짧은 간격으로 모니터링하여 소양호 수질의 일주기 변동 분석과 오염원 유입과 같은 이벤트 발생 전·후 비교 및 실시간 수질변동에 대해 연구하는 것이며, 기존 데이터와 함께 진행될 연구의 데이터를 활용하게 된다면 소양호에서의 장기적인 수질 변화를 분석하는 데 효과적일 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.52-52
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• 2021

안동호는 상류지역의 휴·폐광산과 비점오염원으로부터 발생하는 각종 오염물질이 유입되고 있어, 호소 부영양화에 대한 문제가 계속 제기되고 있다. 이러한 안동호의 수환경은 댐 하류 유역과 같은 수계의 임하호의 수환경에도 영향을 미치기 때문에, 안동호 수질 및 수생태 건강성 평가가 계속 수행되고 있다. 본 연구에서는 SWAT-WET(Soil ad Water Assessment Tool-Water Ecosystems Tool)을 이용하여, 안동호의 수질 및 수생태 건강성을 평가하고자 한다. 이를 위해 안동댐 유역(1,584 km²)을 대상으로 SWAT 모형을 구축하였으며(2010~2019년), 댐의 운영을 고려하여 도산 관측소(안동댐 유입지점)와 안동1 관측소(안동댐 하류지점)의 실측 유량 및 수질(SS, T-N, T-P)에 대한 검보정을 수행하였다. SWAT 검보정 결과, 유유출량의 R², NSE(Nash sutcliffe efficiency)는 각각 0.76, 0.74 이상, SS, T-N, T-P의 R²는 각각 0.71, 0.81, 0.62 이상으로 분석되어 적용성을 확인하였다. 그리고 검보정한 SWAT의 유출량 및 수질 결과를 1차원 수생태계 모델인 WET에서 안동호의 유입자료로 적용하여, 안동호의 수심에 따른 수온, 수질, 저서동물 등의 수환경 결과를 모의할 예정이다. SWAT-WET 모의 결과는 수온, 수질, 저서동물 관측값과 비교하여 SWAT-WET 모델의 적용성을 평가하고, 안동댐의 상류 유출 특성 변화에 따른 안동호의 수질 및 수생태 건강성을 평가할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.175-175
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• 2021

농업용 저수지는 양질의 농업용수를 저장하여 알맞은 시기에 적절하게 급수하기 위한 필수적인 시설로 사용되고 있다. 근래에 농업용수의 용도가 점차 확장되면서 농산물의 품질에 필요한 관개용수의 수질뿐만 아니라 인근 하천과 생태계의 환경유지용량 대한 연구의 필요성이 제시되고 있다. 그러나 규모가 작거나 환경적 보전가치가 없어 조사 대상에서 제외되는 소규모 농업용 저수지는 측정 및 조사자료가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 여름철 소규모 농업용 저수지의 모니터링을 통해 시공간적인 수질특성을 파악하고자 한다. 조사유역은 강원도 횡성군 횡성읍에 위치한 반곡저수지로 선정하였고, 2020년 7월에서 10월까지 8회에 걸쳐 상부와 하부지점에서 총 7개의 수질항목 간의 특성을 분석하였다. 공간적인 특성분포 파악을 위해 총 13지점에서 수질 관측 지점별로 7개의 수질항목에 대해 Spearman 상관분석을 실시하였다. 측정결과, 반곡저수지는 호소 생활환경기준과 OECD 부영양화 기준으로 과영양상태에 도달하였다. 집중적 강우로 인해 희석효과가 발생하여 수질항목 간의 경향성이 저하되어 정확한 분석은 어려웠지만 Chl-a와 T-P, DO와 pH 간의 유의함이 나타났으며, Chl-a와 T-P의 TSIKO 상호편차가 양의 값을 나타내며 다량의 인과 함께 조류가 성장할 수 있는 조건이 형성되고 있었다. 공간적 특성분포는 저수지의 상부지점에서 농도가 높은 경향이 나타났으며 강우 시 인근 농경지와 축산시설에 적치된 축산분뇨의 호 내 유입과 얕은 수심으로 바람에 의한 수직혼합이 영양물질을 용출시켜 부영양화를 악화시키는 것으로 판단된다. 반곡저수지 상부에 녹조제거제 투입 및 저감시설이 필요하며, 향후 지속적인 모니터링을 통해 소규모 농업용 저수지 수질 연구를 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.57 no.1
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• pp.9-19
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• 2024

As using public monitoring data, analysing a trends of water quality change, establishing a criteria to determine abnormal status and constructing a regression model that can predict Chlorophyll-a, an indicator of eutrophication, was studied. Accordingly, the three freshwater lakes were selected, approximately 20 years of water quality monitoring data were analyzed for periodic changes in water quality each year using regression analysis, and a method for determining abnormalities was presented by the standard deviation at confidence level 95%. By calculating the temporal change rate of Chlorophyll-a from irregular observed data, analyzing correlations between the rate and other water quality items, and constructing regression models, a method to predict changes in Chlorophyll-a was presented. The results of this study are expected to contribute to freshwater lake water quality management as an approximate water quality prediction method using the statistical model.