• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2022.07a
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• pp.27-28
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• 2022

최근 우리나라에서도 인공지능 모델을 이용한 수온 예측 관련 연구가 활발히 진행되고 있으나 한반도 주변 해역의 수온 예측 연구에서는 주로 해수면 온도만을 예측하는데 중점을 두고 있다. 본 논문에서는 XBT(eXpendable Bathy-Thermograph) 데이터와 LightGBM(Light Gradient Boosting Model)을 이용하여 잠수함 작전 및 대잠전(Anti Submarine Warfare)에 있어서 군사적으로 중요한 동해의 수직 수온분포를 예측하였다. 동해 특정해역의 해수면부터 수심 200m까지 측정된 XBT 데이터를 이용하여 모델을 학습시키고 성능 평가지표(MAE, MSE, RMSE)와 수직 수온분포 그래프를 통해 예측 정확도를 평가하였다.

• Journal of the Korea Society of Computer and Information
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• v.27 no.11
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• pp.47-55
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• 2022

Recently, researches on the prediction of sea water temperature using artificial intelligence models has been actively conducted in Korea. However, most researches in the sea around the Korean peninsula mainly focus on predicting sea surface temperatures. Unlike previous researches, this research predicted the vertical sea water temperature profile of the East Sea, which is very important in submarine operations and anti-submarine warfare, using XBT(eXpendable Bathythermograph) data and machine learning models(RandomForest, XGBoost, LightGBM). The model was trained using XBT data measured from sea surface to depth of 200m in a specific area of the East Sea, and the prediction accuracy was evaluated through MAE(Mean Absolute Error) and vertical sea water temperature profile graphs.

• Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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• spring
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• pp.237-240
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• 2000

본 연구에서는 한국 동해 대륙붕 해역에서의 주요 해양현상인 수직 수온구조의 단기변동, 수온전선, 그리고 내부파의 변동을 분석하고 이들 변화에 따른 음파의 음장변화를 고찰하였다. 한국 동해항 근해에서 수온의 수직적 변화는 계절적인 변화 이외에 약 2주간의 짧은 기간에도 매우 극적인 변화가 존재함이 실측자료를 통해 밝혀졌다. 1999년 관측된 CTD 자료를 바탕으로 음장 변화를 살펴본 결과 주파수 1kHz, 음원수심 $30{\cal}m$ 인 경우 수신기 수심에 따라 최소 3dB, 최대 10dB까지 차이를 가져올 수 있음을 알 수 있었다. 한국 동해에서 연안과 외해 사이에는 수온전선이 매우 자주 발달하며 여름에 가장 강한 것으로 알려져 있다. 동해항 근해에는 대표적인 수괴인 대마난류수와 북한한류수가 공존하며 이들의 상대적인 세력 변화 때문에 수은(음속)이 거리에 따라 급격하게 변하는 수온전선이 발달할 수 있다. 저주파수 대역 (200Hz)에 대한 간단한 시뮬레이션 결과는 수온전선이 정상적인 분포에 비해서 거리에 따라 7dB 정도의 큰 전파손실을 초래할 수 있음을 보인다. 한국 동해 연안에도 내부파가 존재한다는 사실이 최근 3년간의 연구 결과 밝혀졌다. 내부파는 외해에서 발생하여 대륙단을 거쳐 대륙붕으로 진행해 오면서 내부파 군 (Packets)으로 분산된다. 수직적 변화가 전체 수층의 $14\%$를 차지하는 간단한 형태의 내부파를 가정하여 음장변화를 시물레이션 한 결과 주파수 1 kHz, 음원수심 $20{\cal}m$인 경우 내부파는 수렴구역 형성을 현저하게 방해하여 최대 5dB까지의 차이를 유발하였다. 추후 이에 대한 연구는 내부파 전체의 시,공간적 분포 특성이 구체적으로 규명되면 보다 정확한 음장변화 추정이 이뤄져야 할 것으로 보인다. 또한 내부파와 음파의 상대적인 진행 방향에 따라 음장변화가 크게 다를 것이 예상되므로 이를 규명하기 위해서는 궁극적으로 3차원적인 음장분포 연구가 필요하다. 음향센서를 해저면에 매설할 경우 수충의 수온변화와 센서 주변의 수온변화 사이에는 어느 정도의 시간지연이 존재하게 되므로 이에 대한 영향을 규명하는 것도 센서의 성능예측을 위해서 필요하리라 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.265-265
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• 2019

기후변화로 의한 기온의 상승은 가뭄, 홍수와 같은 재해를 일으킬 뿐만 아니라 깊은 호수나 저수지와 같은 수자원에도 용존 산소, 물질, 영양소 및 식물플랑크톤의 수직적 분포 등과 같은 다양한 부분에 영향을 미친다. 본 연구의 목적은 SWAT, HEC-ResSim 및 CE-QUAL-W2(이하 W2)모델을 사용하여 미래의 기후 변화에 따른 소양호의 수온, 성층강도 및 열적 안정성의 변화를 장기 예측하고 그 영향을 평가하는데 있다. W2 모델의 보정은 2005 년부터 2015 년까지의 실측 과거 데이터를 이용하여 보정하였고 기후변화 시나리오는 IPCC의 AR5 RCP 4.5 시나리오를 사용하였다. 기후자료는 GCM 모델인 HadGEM2-AO 결과를 상세화하여 모의기간의 자료를 생성하였다. SWAT모델을 이용하여 모의기간인 2016 년부터 2070 년까지 일단위로 저수지 유입을 예측했으며 HEC-ResSim모델을 이용하여 소양강댐 저수지 운영 조건에 따라 저수지 방류량 및 수위 변화를 모의하였다. 수온 해석을 위해 W2를 적용하여 저수지의 장기간의 수온 변화를 예측하였다. 결과적으로 대기 온도는 $0.0279^{\circ}C/year$(p < 0.05) 상승할 것으로 예측되었으며, 동일기간 상층(수면으로부터 5m 깊이)과 하층 (바닥으로부터 5m 높이) 수온은 각각 $0.0191^{\circ}C$/년(p < 0.05) 및 $0.008^{\circ}C$/년(p < 0.05) 상승할 것으로 예측되었다. 모의된 수온을 계절별로 분석했을 때 상층수온은 여름철 가장 큰 폭으로 상승하였으며 하층의 경우 겨울철에 가장 큰 폭으로 상승하였다. 계절별 상-하층 수온의 차는 여름이 가장 컸으며, 겨울에 온도차가 가장 작았다. 또한 미래 온도의 상승에 따라, 소양호의 성층 강도가 강해지는 경향을 보였으며 상층 및 하층의 온도차 $5^{\circ}C$를 기준으로 성층이 형성되는 기간은 큰 변동이 없었으나 소멸되는 시점이 점점 늦어지는 추세를 보여 성층 형성 기간이 길어지는 것으로 나타났다. 저수지 표면의 수온 상승은 식물플랑크톤의 계절 성장률에 영향을 미쳤는데, 특정 조건에서 규조류는 최적 성장 범위를 벗어나는 고온 조건에서 성장속도가 감소하였으나 녹조류와 남조류의 출현 시기가 빨라지며 장기화될 것으로 예측되었다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.27 no.8
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• pp.813-821
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• 2005

This paper presents a modeling study of thermal dynamics and turbid current in the Obong Lake, Kangreung. The lake formed by the artificial dam in 1983 for agricultural water supply, is currently under consideration of reconstruction in order to expand the volume of reservoir for water supply and flood control in downstream area. The US Army Corps of Engineers' CE-QUAL-W2, a two-dimensional laterally averaged hydrodynamic and water quality model, was applied to the lake after reconstruction as well as the present lake. The model calibration and verification were conducted against surface water levels and temperature of the lake measured during the years of 2001 and 2003. The model results showed a good agreement with fold measurements both in calibration and verification. Utilizing the validated model, an impact of dam reconstruction on vertical temperature and hydrodynamics were predicted. The model results showed that steep temperature gradient between epilimnion and hypolimnion would be formed during summer, along with extension of cold deep water after reconstruction. During winter and spring seasons, however, the vertical temperature profiles was predicted to be quite similar both before and after reconstruction. This results indicated that thermal stratification would become stronger during summer and stay longer after dam reconstruction. From the examination of predicted water movements, it was noticed that the upstream turbid current would infiltrate into the interface between metalimnion and hypolimnion and then suspended solids would slowly settle down to the bottom before reconstruction. After reconstruction, however, it was shown that the upstream turbid current would stay longer in metalimnion with similar density due to strong stratification. The model also predicted that dam reconstruction would make suspended solids near the dam location significantly decrease.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.253-257
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• 2010

최근 들어 이상 강우 현상으로 인한 기록적인 집중 강우와 더불어 토지 이용 변화로 인해 탁수의 발생 빈도가 증가하고 있다. 강우 유출로 유입한 탁수는 저수지 내 장기간 체류하면서 하류 하천의 수질 및 수생태계 뿐만 아니라 저수지 내부의 영양단계에도 많은 영향을 준다. 특히, 성층화된 저수지의 경우 높은 영양염류 농도를 포함한 탁수는 밀도류 거동 특성을 보이면서 수평 및 수직 혼합 과정을 거치면서 국부적인 부영양화 현상과 조류의 수화 현상의 원인이 되고 있다. 따라서 대형 저수지의 수질관리에 있어 하천 유입 탁수의 밀도류 해석, 저수지의 수온 성층 구조 변화, 부유입자의 동력학적 해석이 중요한 요소로 부각되어 왔다. 본 연구에서는 소양호를 연구 대상 지역으로 선정하여 2005년과 2007년 수문 사상을 바탕으로 2차원 횡방향 수치 모형을 구축하였다. 수치모형을 통해 수온 성층 구조의 재현성을 확인하였으며, 다양한 탁수 거동 모형을 구축하여 적용성을 평가하였다. 유입수의 SS(Suspended Solid)를 단일 입경으로 가정한 TM-1 모형, SS의 입경분포에 따라 3개의 그룹(SSi)으로 구분한 TM-2 모형, 3개 그룹을 포함하면서 저수지내 탁수 장기화로 인한 탁수 저감 효과를 1차 반응상수로 매개 변수화(유기물 함량($a_0$) ${\times}$ 분해속도(${\lambda}_a$))하여 수정된 지배방정식을 적용한 TM-3 모형을 사용하였다. 각각의 탁수 거동 모형은 2005년과 2007년 수문 조건에서 수온 성층 구조를 잘 재현하였다. TM-1 모형과 TM-2 모형을 비교해보면, 탁수 중심축의 최고 탁도에 대한 예측 성능은 TM-2 모형이 우수한 결과를 나타냈었다. 하지만, 장기 탁수 모의 시 저수지 수중 잔류 SS가 지속적으로 높게 나타나 중층 탁도를 과대평가하는 경향을 보였다. TM-3 모형이 TM-2 모형에 비해 수심별 탁도 분포에 대한 중심축 탁도가 저평가되는 경향을 보였지만 저수지 내 잔류 탁도에 대한 영향 부분에서는 개선된 결과를 나타내었다. 본 연구 결과는 저수지 탁수 밀도류 해석 및 운영 시스템에 활용 될 수 있으며, 선택 취수 설비 등의 수리 구조물의 영향 평가에 활용할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1333-1337
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• 2006

표층수를 주요 취수원으로 활용하는 우리나라의 경우 저수지 내 남조류 대발생시 주로 인공순환에 의한 제어방안을 적용하고 있다. 본 연구에서는 간헐식 폭기장치를 사용중에 있는 H호를 대상으로 식물플랑크톤 제어 효과를 평가하고, 이에 따른 식물플랑크톤의 수직적 분포와 선택 취수와의 연관성을 규명하여 정수장 유입 원수의 수질을 향상하고자 하였다. 2005년 H호의 남조류 농도는 최대 $1.2mg/m^3 $ 수준으로 낮은 분포로 조사되었다. 남조강에 대한 폭기 효과는 6월에는 워낙 그 농도가 낮아 효과 분석 자체가 무의미 하였으나, 10월에는 비영향지점 보다 영향지점의 최대 농도가 약 28% 저감되는 효과를 확인하였다. 조사 기간 중 가장 높은 농도를 보인 조류강은 Cryptophyta이었으며 6월9일에 약 $5mg/m^3$ 농도로 측정되었다. 10월6일에는 Diatom, Bluegreen, Green algae, Cryptophyta가 비슷한 농도 분포로 혼재된 양상을 보였다. 다른 조류강의 경우 조사 기간 중 $3mg/m^3$ 이하의 농도로 측정되었다. 취수탑을 중심으로 설치하여 운영하는 간헐식 폭기장치 1기의 유효 영향 범위를 조사하기 위하여 폭기 영향권에서 식물플랑크톤 분포를 submersible fluorescence probe로 현장에서 실시간으로 조사한 결과 식물플랑크톤 밀도는 감소하고 수직적인 분포층은 깊어지는 현상을 보였다. 이러한 효과를 보이는 거리는 폭기 장치로부터 약 50m로 나타났으며 pH, DO, 수온항목의 결과에서도 같은 현상을 보였다. 이 결과에 따르면 현재 설치된 총 7기의 폭기 장치의 유효영향 범위는 최대 $0.07km^2$ 면적에 그 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단되어, 남조 수화현상이 심화될 경우 인공순환에 의한 저감효과가 크지는 않을 것으로 예측된다. 조사 기간중 H호의 현존 식물플랑크톤량의 $60%{\sim}87%$가 수심 10m 이내에 분포하였고, 녹조강과 남조강이 우점하는 하절기에는 5m 이내에 주로 분포하였다. 취수탑 지점의 수심이 연중 $25{\sim}35m$를 유지하는 H호의 경우 간헐식 폭기장치를 가동하는 기간은 물론 그 외 기간에도 취수구의 심도를 표층 10m 이하로 유지 할 경우 전체 조류 유입량을 60% 이상 저감할 수 있을 것으로 조사되었다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.27 no.9
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• pp.978-988
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• 2005

A three-dimensional dynamic model was applied to Lake Paldang, Han River in this study. The model was calibrated and verified using the data measured under different ambient conditions. The model results were in reasonable agreements with the field measurements in both calibration and verification. Utilizing the validated model, we analyzed the spatial and temporal distributions of temperature, current, residence time, and spreading pattern of incoming flows within the lake. Relatively low velocity and high temperature were computed at the surface layer in the southern region of the Sonae island. The longest residence time within the lake was predicted in the southern region of the Sonae island and the downstream region of the South Branch. This can be attributed to the fact that the back currents caused by the dam blocking occur mainly in these regions. Vertical thermal profiles indicated that the thermal stratifications would be occurred feebly in early summer and winter. During early spring and fall, it appeared that there would be no discernible differences at the vertical temperature profiles in the entire lake. The vertical overturns, however, do not occur during these periods due to an influence of high discharge flows from the dam. During midsummer monsoon season with high precipitation, the thermal stratification was disrupted by high incoming flow rates and discharges from the dam and very short residence time was resulted in the entire lake. In this circulation patterns, the plume of the Kyoungan stream with smallest flow rate and higher water temperature tends to travel downstream horizontally along the eastern shore of the south island and vertically at the top surface layer. The model results suggest that the Paldang lake should be a highly hydrodynamic water body with large spatial and temporal variations.

• Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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• v.32 no.6
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• pp.737-747
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• 1999

To estimate biomass and distribution of the Antarctic krill (Euphausia superba), hydroacoustic survey was conducted on board of R/V Yuzhmorgeologiya, which was chartered by Korea Antarctic Research Program (KARP) group from 18 to 21 December 1998, in the northern part of the South Shetland Islands, Antarctic Ocean, The scientific echo sounder (towing body type) used was EK- 500 (SIMRAD, Norway) with echo integrator (BI-500) at 38 kHz frequency and recorded mean backscattering cross-section coefficient (SA) per 1 $mile^2$ of sea surface. Also, Bongo net sampling was carried out to determine the size of krill and CTD (Conductivity, Temperature and Depth) casting to understand physical structure. Water column was divided into 5 layers (22$\~$65 m, 65$\~$115 m, l15$\~$65 m, 165$\~$215 m and 215$\~$315 m) to know vertical distribution of krill biomass. The standard length of krill collected was between 30 mm and 51 mm, and adult krill had single mode (41 mm). Maximum horizontal length of krill patch was about 35 nautical mile and vertical thickness was about 275 m. High density of krill was appeared in frontal area between Circumpolar Deep Water (>$1^{\circ}C$) and very low temperature water mass (< $-0.5^{\circ}C$) that originate from Weddell Sea. According to the results calculated using target strength equation, krill density was totally higher in continental slope and open water areas than in coastal area. In the study area, krill seems to distribute in depth; density was low at first layer ($\={\rho}=17.0\;g/m^2$) and higher at fourth layer ($\={\rho}=40.19\;g/m^2$). The estimated krill biomass at total survey area and water column was about 2.77 million metric ion ($\={\rho}=151.0\;g/m^2$) and coefficient of valiance ( CV, $\%$) was 19.92. The proportions and biomass of krill biomass at each layer were as follows; layer 1 ($11.3\%$, 0.31 million metric ton, CV=16.24), layer 2 ($13.3\%$, 0.37 million metric ton, CV=34.91), layer 3 ($23.7\%$, 0.66 million metric ton, CV=41.5), layer 4 ($26.6\%$, 0.74 million metric ton, CV=27.84) and layer 5 ($25\%$, 0.69 million metric ton, CV= 26.83).

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.28 no.6
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• pp.507-524
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• 2019

The purpose of this study was to validate the EFDC model for the weir pool of Gangjeong-Goryong Weir located in Nakdong River, and evaluate the effect of flow control and phosphate loading reduction on the water quality and algae biomass by group (Diatom, Green, Cyanobacteria). As a result of model validation using 2018 experimental data,the time series of water level and vertical distribution of water temperature, DO, organic matter, nitrogen, and phosphorus time series were properly simulated. Seasonal fluctuations of algae biomass by group were adequately reproduced, but the deviations between measured and simulated values were significant in some periods. As a result of scenario simulations to control the water level and flow rate, the thermal stratification was resolved as the water level was lowered and the flow rate increased. The flow velocity at which the water temperature stratification was resolved was about 0.1 m/s, which is consistent with the previous study results of Baekje Weir in Geum River. Simulations of the 2Q flow scenario showed that Chl-a decreased by 8.7% and the cell density of diatom and green algae declined. The cell density of cyanobacteria increased, however, because the high concentrations of cyanobacteria in the upstream boundary conditions directly affected downstream due to increased flow velocity. In the scenario simulation of reducing the influent phosphate load concentration (average 0.056 mg/L) to 50%, Chl-a decreased by 13.6%.The results suggest that the upstream algae concentration and phosphorus load reduction should be considered simultaneously with hydraulic control to prevent algal overgrowth of Gangjeong-Goryong Weir.