• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.231-231
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• 2021

하천 및 하천시설물 관리 등을 위해서는 유역에서 하천으로 유출되는 유사량 파악이 필요하다. 현재 유사량측정은 하천에서 여러 개(3~7개)의 측선에서 부유사채취기를 이용하여 측정하여 농도를 분석하여 유사량을 산정하게 된다. 본 연구는 유량측정 기법 중 최근 자동유량측정기술에 활용하는 지표유속법(index velocity method)을 부유사량 측정에 적용하고 검토하였다. 지표법(index method) 적용 방법은 여러 개의 측선에서 측정된 부유사농도와 평균농도와의 관계를 분석하고, 평균농도와 가장 상관성이 높은 측선의 부유사농도를 지표 부유사농도로 설정하여 지표부유사 농도와 평균부유사농도와의 관계식을 개발하여 부유사량 산정에 활용하였다. 대상하천은 주천강에 위치한 영월군(주천교) 지점을 선정하였으며, 2020년 주요 홍수사상에서 27개의 부유사 측정성과를 확보하였다. 부유사 측정을 위하여 5개의 측선에서 부유사를 측정하였고, 부유사농도 규모는 2.20~373.20mg/ℓ이다. 평균부유사농도와 가장 상관성(상관계수 0.9988)이 높은 4번 측선의 부유사농도를 지표부유사농도로 설정하고 평균부유사농도와 지표부유사농도의 관계식을 개발하였다. 그 결과 지표관계식의 결정계수(R²)는 0.9977로 매우 높게 산정되었으며, 실측 평균부유사농도와 계산 평균부유사농도의 편차율은 평균 26.71%(0.60~103.26%)로 분석되었다. 편차율은 상대적으로 부유사농도가 낮은 성과에서 높았으며, 부유사농도가 10mg/ℓ 이상에서는 편차율이 14.81%로 1/2 가까이 줄어들었다. 즉 유량이 적은 경우 흐름 및 부유사가 하천의 일부구간으로 불규칙하게 편중되거나 흐름 전체적으로 확산되지 않아 편차율이 높게 산정되는 것으로 판단된다. 이러한 결과를 볼 때 홍수시 부유사농도의 지표법을 이용한 부유사량 산정이 가능 할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.23-23
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• 2022

하천의 유량 및 유사량 자료는 하천에서 발생하는 다양한 문제를 분석하기 위한 기초자료로 지속적인 모니터링을 통한 측정자료의 생산이 필요하다. 따라서, 국내에서는 지속적인 유량 측정을 목적으로 전국의 주요 국가하천을 대상으로 약 62개소에서 H-ADCP를 활용하여 지속적인 유량측정을 수행하고 있다. 이때, H-ADCP는 유량을 측정하기 위한 유속자료와 함께 초음파산란도 자료를 부가적으로 제공하고 있어 초음파산란도를 부유사농도의 지표로 활용하여 지속적인 부유사농도를 측정하기 위한 연구가 수행되고 있으며, 기존에 설치된 자동유량관측소의 H-ADCP를 통해서 실시간의 유량자료와 함께 유사량 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 이에 본 연구에서는 자동유량관측소를 대상으로 과거 유사량 측정을 수행한 5개 지점을 선정하여 초음파산란도를 활용한 부유사농도 측정 기술의 적용성을 검토하였고, 이를 통해 제시한 부유사농도 측정 방법을 통해 실시간 부유사농도 측정 시스템을 개발하였다. 그리고 실시간 부유사농도 측정 시스템의 적용성을 검토하기 위해 나주시(남평교) 자동유량관측소 지점에 시스템을 구축하여 초음파기반의 부유사농도 측정 기술을 통한 실시간 부유사농도 산정 방법에 대한 보완 사항과 개선방향을 도출하고자 하였다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 한국지구과학회 2010년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.136-136
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• 2010

해색원격탐사에서 해수 type을 광학적 성질에 따라 Case-I water와 Case-II water로 구분한다. Case-I water는 기본적으로 조류 세포 및 그 쇄설물 그리고 미량의 용존 유기물을 포함하며, 맑은 해수인 대양이 이에 속한다. Case-II water는 부유 무기입자, 육상 기원입자 및 높은 용존 유기물 농도, 인간이 만든 유입물을 포함한 탁한 해수이며, 연안 해역의 해수가 이에 속한다(Gordon, 1983). Case-II water에 속하는 연안 해역의 부유사 농도는 해양 연안 환경 변화를 모니터링 할 수 있는 중요한 지표 중 하나이다. 부유사가 연안 환경, 연안 양식장, 어장 환경에 어떤 영향을 주는지 파악할 수 있다. 채수를 통하여 부유사 농도를 추정하는 것은 시간적 경제적 제약이 따른다. 하지만 위성자료와 실측 자료간의 상관관계가 잘 나타나는 계수를 유도하면, 실측없이 위성영상만 있으면 연속적인 부유사 농도 분포를 볼 수 있을 것으로 기대된다. 이런 목적으로 Landsat ETM+ 자료를 이용하여 광양만의 표층 부유사 농도를 추정하였다. 위성 통과시간에 맞춰 2009년 9월 22일과 11월 25일 2차례에 걸쳐 부유사 농도와 반사도를 광양만 16개 정점에서 측정하였다. 부유사 농도는 표층의 해수를 채수하여 GF/F 필터를 이용해 측정되었고, 반사도는 Spectroradiometer를 사용하여 350nm부터 1050nm까지 1nm 간격으로 측정되었다. Landsat ETM+ 자료와 실측 반사도는 원격반사도 $R_{rs}$로 변환되었고, 두 가지 $R_{rs}$를 실측 부유사 농도와 비교하여 부유사 농도 산출 계수를 유도하였다. 경험적으로 구한 계수를 사용하여 위성영상을 부유사 농도로 계산하였으며, 이는 같은 날의 실측 부유사 농도와 비슷한 공간분포를 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.28-28
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• 2021

자동유량측정시설은 효율적으로 실시간의 유량을 측정하기 위한 수문조사시설로 전국의 주요 국가하천을 대상으로 약 62개소에서 H-ADCP를 활용하여 지속적인 유량측정을 수행하고 있다. 최근 해외에서는 국내 자동유량측정시설에 활용중인 횡방향 초음파도플러유속계(H-ADCP)의 초음파산란도를 활용하여 부유사농도를 측정하는 연구가 수행되고 있다. H-ADCP를 활용한 부유사농도 측정 기술을 자동유량관측소에 적용할 경우 실시간의 유량측정과 함께 부유사농도 자료를 획득할 수 있기 때문에 지속적인 부유사농도를 측정할 수 있는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 H-ADCP를 이용한 부유사농도 측정 기술의 개발을 목적으로 기존 자동유량장치가 설치된 지점 중 과거 유사량 측정을 수행한 5개 지점에 대해 H-ADCP를 이용한 부유사농도 측정 기술의 적용성을 검토하였다. 5개의 지점은 각각 낙동강 수계 구미시(구미대교), 함안군(계내리) 2개 지점과 영산강 수계 광주광역시(극락교), 나주시(남평교), 나주시(나주대교) 3개 지점으로 과거에 수행된 실측 부유사농도 자료와 H-ADCP 원시자료를 활용하여 분석을 수행하였다. 5개 지점에 대해 H-ADCP로부터 측정된 초음파산란도의 보정을 수행하였고, 보정된 초음파산란도와 실측 부유사 농도와의 상관관계를 분석한 결과, 결정계수는 약 0.8이상으로 높은 상관관계를 보이는 것으로 나타났다. 그리고 초음파산란도를 활용하여 지속적인 부유사농도를 추정한 결과와 실측부유사농도와 의 정확도를 비교한 결과 80%이상의 정확도를 보여 H-ADCP의 초음파산란도를 활용하여 부유사 농도를 측정하는데 사용이 가능할 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.116-116
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• 2021

자연 하천에서의 부유사 농도 계측은 주로 재래식 채집방식을 활용한 직접계측 방식에 의존하여 비용과 시간이 많이 소요되며 점 계측 방식으로 고해상도의 시공간 자료를 측정하기엔 한계가 존재한다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 위성영상과 드론을 활용하여 촬영된 다분광 혹은 초분광 영상을 통해 고해상도의 부유사 농도 시공간분포를 측정하는 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 다른 하천 물리량 계측에 비해 부유사 계측 연구는 하천에 따라 부유사가 비균질적으로 분포하여 원격탐사를 통해 정확하고 전역적인 농도 분포를 재현하기는 어려운 실정이다. 이러한 부유사의 비균질성은 부유사의 입도분포, 광물특성, 침강성 등이 하천에서 다양하게 분포하기 때문이며 이로 인해 부유사는 지역별로 다양한 분광특성을 가지게 된다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 영향을 고려한 전역적인 부유사 농도 예측 모형을 개발하기 위해 실내 실험을 통해 부유사 특성별 고유 분광 라이브러리를 구축하고 실규모 수로에서 다양한 부유사 조건에 대한 초분광 스펙트럼과 부유사 농도를 측정하는 실험을 수행하였다. 실제 부유사 농도는 광학 기반 센서인 LISST-200X와 샘플링을 통한 실험실 분석을 통해 계측되었으며, 초분광 스펙트럼 자료는 초분광 카메라를 통해 촬영한 영상에서 부유사 계측 지점에 대한 픽셀의 스펙트럼을 추출하여 구축하였다. 이렇게 생성된 자료들의 분광 다양성을 주성분 분석(Principle Component Analysis; PCA)를 통해 분석하였으며, 부유사의 입도 분포, 부유사 종류, 수온 등과의 상관관계를 통해 분광 특성과 가장 상관관계가 높은 물리적 인자를 규명하였다. 더불어 구축된 자료를 바탕으로 기계학습 기반 주요 특징 선택 알고리즘인 재귀적 특징 제거법 (Recursive Feature Elimination)과 기계학습기반 회귀 모형인 Support Vector Regression을 결합하여 초분광 영상 기반 부유사 농도 예측 모형을 개발하였으며, 이 결과를 원격탐사 계측 연구에서 일반적으로 사용되어 오던 최적 밴드비 분석 (Optimal Band Ratio Analysis; OBRA) 방법으로 도출된 회귀식과 비교하였다. 그 결과, 기존의 OBRA 기반 방법은 비선형성을 증가시켜도 좁은 영역의 파장대만을 고려하는 한계점으로 인해 부유사의 다양한 분광 특성을 반영하지 못하였으며, 본 연구에서 제시한 기계학습 기반 예측 모형은 420 nm~1000 nm에 걸쳐 폭 넓은 파장대를 고려함과 동시에 높은 정확도를 산출하였다. 최종적으로 개발된 모형을 적용해 다양한 유사 조건에 대한 부유사 시공간 분포를 매핑한 결과, 시공간적으로 고해상도의 부유사 농도 분포를 산출하는 것으로 밝혀졌다.

• 한국음향학회지
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• 제32권1호
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• pp.14-21
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• 2013

연안 및 하구지역은 퇴적물의 침식, 부유, 이동이 활발하게 이루어지며, 이로 인해 유성머드와 같은 고농도의 부유퇴적물 환경이 조성된다. 유성머드는 주로 실트, 점토와 같이 매주 작은 입자들로 이루어져 있는 10 g/l 이상의 고농도 환경으로써, 유성머드의 분포 및 특성 파악을 위해 초음파와 같이 분해능이 우수한 높은 주파수 특성을 이용한 연구가 필요하다. 음파가 부유퇴적물에 의해 산란될 때, 부유퇴적물의 농도가 높아질수록 후방산란강도의 세기가 증가하지만, 점성 및 산란에 의한 감쇠도 함께 증가하기 때문에 농도에 따른 올바른 감쇠계수 보상이 요구된다. 본 논문에서는 5 MHz 주파수 특성을 바탕으로 간이 수조에서 농도에 따른 가상의 유성머드 환경을 조성한 뒤, 후방산란강도를 측정하였다. 또한 Richards의 감쇠계수 모델을 이용하여 부유물의 특성 및 농도에 따른 감쇠계수를 계산하였고, 이를 후방산란강도를 계산하는 소나방정식에 적용하여 부유물 농도에 따른 후방산란강도를 예측하였다. 그 결과 부유물에 의한 감쇠를 보상하지 않았을 경우 부유물 농도 증가에 따라 후방산란강도 값이 함께 증가하는 경향을 보이다가 일정 농도(20 g/l) 이후부터는 부유물의 농도가 증가하여도 후방산란강도가 더 이상 증가하지 않았다. 반면, 농도에 따른 감쇠계수를 보상해 주었을 경우는 부유물 농도 증가에 따라 후방산란강도가 연속적으로 증가하였다. 이러한 결과는 고농도의 부유퇴적물 환경에서 음파에 의한 산란강도를 정확히 예측하기 위해서는 부유물 농도에 따른 감쇠효과 고려가 필요함을 보여준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.134-134
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• 2023

하천의 유사량 측정은 수량·수질 관리에 있어 유량 자료와 함께 필수적인 자료로 다지점에서 연속적으로 측정된 자료가 필요하다. 하지만 현재 부유사 측정 방법은 부유사채집기를 통해 조사가 이루어져 인력, 비용, 안전의 문제로 지점 확대와 연속 측정이 어려운 상황이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로, 센서 기반의 유사량 측정 기술이 개발되어 실용화를 위한 연구들이 수행되고 있다. 특히, 연속적인 유량측정을 목적으로 사용되고 있는 자동유량관측소에 설치된 H-ADCP의 초음파산란도를 이용한 부유사농도 측정 방법은 기 구축된 인프라를 활용하므로 경제적으로 유리하며, 유량자료를 동시에 측정하므로 실시간의 부유사량 자료를 생산할 수 있는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 국가하천에 설치되어 운영 중인 자동유량관측소 H-ADCP의 초음파산란도를 활용하여 연속적인 부유사농도 측정을 위한 기술 개발과 기술 적용을 위한 기준 및 지침을 마련하고자 하였다. 초음파산란도를 활용한 부유사농도 측정 방법의 적용성 검토를 위해 2015년부터 2022년까지 자동 관측소 기준 유사량 측정이 이루어진 지점을 대상으로 자료를 수집하여 지점별 초음파산란도-부유사농도 관계식을 개발하여 분석을 수행하였다. 그리고 테스트베드에서 실시간 운영을 통해 초음파산란도를 활용한 부유사농도 측정 방법의 기술 개선과 분석 절차 및 기준 등 실무적 고려사항을 검토하여 실용화를 위한 지침 및 표준안을 마련하고자 하였다. 본 연구결과를 통해 기존 부유사채집기와 정확도를 분석한 결과, 기존 부유사대비 약 80%의 측정정확도를 보이는 것으로 나타났으며, 10분 간격의 부유사농도의 측정을 통해 홍수기 유사의 이력현상의 분석이 가능함을 확인 할 수 있었다. 추후에는 본 연구 성과를 통해서 개발한 기술을 시범 확대 적용하여 지속적인 기술의 개선과 측정기준을 제시하고, 유지관리 등에 대한 검토를 수행할 예정이며, 실용화를 통해 유사량 조사지점의 확대와 연속적인 유사량 자료를 생산하는데 기여할 것으로 기대된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권8호
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• pp.57-63
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• 2010

본 연구에서는 준설투기장의 설계를 위하여 실내시험으로 컬럼을 이용한 준설토 침강 자중압밀시험 및 상등수에 대한 부유물 농도시험을 수행하였으며, 현장조건과 배출수의 부유물 농도를 고려한 준설투기장을 설계 검토하였다. 준설투기장 폭과 목표 부유물 농도와의 관계 검토결과, 소요면적에서는 투기장 폭이 좁고 길이가 길수록 부유물 농도가 감소함을 알 수 있었다. 또한 준설투기가 진행됨에 따라 배출되는 상등수의 부유물 농도의 변화를 예측하기 위하여 침강허용깊이의 변화에 대한 영향도 고려되어야 하며, 이는 배출수의 목표 부유물 농도가 낮을수록 더욱 중요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.203-203
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• 2011

최근 들어 기후변화에 따른 강우패턴이 바뀌고 각종 하천개발이나 토목공사, 농경지, 경작지 등의 객토 등으로 인해 매년 탁수의 발생이 크게 증가하고 있는 추세이다. 특히 여름철 집중강우의 영향에 따라 상류지역 하천에서 발생하는 부유물질은 호수로 유입되어 장기간 체류하며 심각한 오염원으로서 수중생태계에 치명적인 영향을 주고 있다. 또한 하천과 호수의 상류지역의 농경지나 경작지에서 발생된 부유물질에는 과도한 비료의 사용으로 입자표면에 많은 인을 포함하고 있어 호수 수질악화 및 부영양화의 직접적 요인이 되고 있다. 이에 따라 세계 각국에서는 부유물질은 오염원뿐 아니라 생태계에 영향을 주는 인자로서 엄격히 규제하고 있으며, 특히 농업지역이 많은 하천에 대해서는 유역전체를 대상으로 부유물질에 대한 총량관리를 적용하고 있다. 그러나 우리나라의 경우 하천 수질기준 1급수의 부유물질 농도는 25 mg/l 로서 이는 선진국과 유사한 기준이나 실질적으로 규제가 어려운 실정이다. 수환경에서의 부유물질이란 수체 내 존재하는 유기성, 무기성 물질로써 입자 지름이 2mm 이하의 물에 용해되지 않는 물질을 말하는 것으로, 물의 탁도를 유발시키는 원인이 되며 빛을 차단하여 수생태계에 악영향을 초래한다. 국내 132개 하천을 대상으로 부유물질의 농도와 어류의 종 다양성간 상관성을 조사한 결과, 부유물질의 농도가 15 ~ 20 mg/l 이상에서 종 다양도는 1.0 이하로 급감하는 경향을 보였다(최재석 등, 2004). 한편, 대청호는 1975년부터 1980년에 걸쳐 건립된 저수 면적 $72.8km^2$, 저수량 15억톤의 인공호수로 우리나라 3번째 규모의 인공호수이다. 특히, 대전 및 청주지역의 식수는 물론, 생활용수 및 공업용수를 공급하는 중요한 수자원으로서 부유물질에 대한 모니터링 및 관리가 시급하나 저수 용량이 크고 체류시간이 길어 여름철 부영양화가 매년 반복되고 있다. 따라서 본 연구에서는 부유물질의 농도 변화에 따른 분광반사 특성을 조사하고, 이를 대청호의 Landsat 위성영상에 적용하여 대청호 내 부유물질의 농도변화를 추정하였다. 이와 함께 부유물질 농도 변화에 따른 탁수 환경 모니터링에 원격탐사 기법이 효과적임을 제시하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.489-489
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• 2023

최근 유량 측정을 위해 사용되는 ADCP를 통해 부가적으로 측정되는 초음파산란도 자료를 활용하여 부유사농도를 측정하는 연구가 수행되고 있다. 이에 국내에서는 국가하천에 설치되어 있는 자동유량관측소의 초음파산란도를 활용하여 연속적인 부유사농도를 측정하는 연구가 수행되고 있다. 이를 통해 10분 단위로 연속적인 유사량 자료를 생산할 수 있을 것으로 기대되며, 현재 유사량 측정결과의 제공을 위해 사용되는 유량-유사량 관계곡선의 산포로 인한 신뢰도 문제를 개선할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 그러나, 이미 설치된 자동유량관측소의 H-ADCP 원시데이터를 활용하여 다지점에서 부유사농도를 측정에 대한 분석을 수행하기 위해서는 초음파산란도의 보정, 관계식 개발, 관계식 적용을 통한 유사량 측정 결과의 분석을 위한 소프트웨어 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 초음파산란도 자료를 이용하여 부유사농도를 분석할 수 있는 소프트웨어 개발하고자 하였다. 개발된 소프트웨어는 Microsoft Visual Studio를 이용하여 C# 언어를 사용하여 개발하였으며, ComponentOne 라이브러리를 활용하여 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 구현하였다. 소프트웨어의 구성은 H-ADCP 원시자료와 실측 부유사농도 자료와의 시간동기화를 통해 동일시간에서 측정된 자료를 획득, 초음파산란도의 보정과 지표로 활용할 초음파산란도의 측정영역 분석, 초음파산란도-부유사농도와의 다중 회귀를 통한 관계식 개발 및 통계 분석결과 도출, 관계식을 활용한 부유사농도 계산을 수행할 수 있도록 구성하였다. 본 연구를 통해 개발된 소프트웨어를 통해 추후에 시범적용 예정인 자동유량관측소의 초음파산란도를 활용 부유사농도 측정 방법에 대한 분석 효율성을 향상시키고, 지속적인 개선을 통해서 실제 실무에서 활용이 가능할 것으로 기대된다.