• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.212-216
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• 2011

현재 하천 건천화에 따른 수생태계 교란 및 수질악화 등의 근본적인 문제가 발생하고 있으며, 최근 정부의 저탄소 녹색성장기조에 따라 조성되고 있는 신도시, 소규모 및 대규모 택지개발사업의 경우는 환경 친화적인 단지조성 요구에 부응하기 위해 기존 도심하천의 복원 및 인공하천의 녹색성장을 고려한 친환경적 생태하천으로 조성하고자 하는 다양한 노력이 시도되고 있으나 안정적인 생태복원의 수원확보 방안을 마련하지 못해 실제 설계가 반영되지 못하고 있다. 또한, 조성하고자 하는 소하천 혹은 실개울 등의 수질보전 및 생태계 보호 등 하천이 본래의 기능을 유지할 수 있도록 생태하천유량을 확보하는 다양한 기술들이 개발되어 있지만, 공사 유형과 주변 환경에 적합한 생태하천유량 확보 방안을 선정할 수 있는 비구조적 대책마련이 부족한 실정이다. 이러한 실정과 문제점을 고려해 볼 때, 조성하고자 하는 도시 내 자연하천 및 인공하천 조성 등 수변환경을 고려한 단지조성에 맞는 생태하천유량 확보 방안 및 평가에 대한 연구가 단계적으로 이루어져야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 생태하천유량 확보와 하천수질 개선이 필요한 특정 지역 또는 다양한 유형의 공사 지구 내 하천이 정상적인 기능을 수행할 수 있도록 적용 가능한 생태하천유량 확보 방안들과 수리해석 모델인 HEC-RAS(River Analysis System), 생태하천유량 산정 모델인 PHABSIM(Physical HABitat SIMulation)을 연계한 물리서식처 평가 모듈을 개발하고, 이를 기초로 가중치부여매트릭스 평가(국토해양부, 2006) 기법을 적용한 최적의 생태하천유량 확보 방안과 수질개선 방안을 제시해 줄 수 있는 의사결정지원 시스템을 구축 하고자 한다. 본 연구에서 개발된 최적의 생태하천유량 확보 방안 도출을 위한 의사결정지원 시스템의 활용으로 필요유량은 물론, 기준을 만족하는 수질의 확보가 절실히 요구되는 중 소규모 하천에 실질적으로 적정수질의 생태하천유량을 확보함으로서 하천으로서의 역할을 위한 본 기능의 회복과 동시에 소하천, 도심하천 및 인공하천 등 중 소규모 수계의 수문순환을 정상화하여 하천의 지속 가능한 개발과 관리가 효율적으로 이루어지도록 하는데 이용될 수 있을 것으로 예상되어진다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권6호
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• pp.699-705
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• 2007

본 연구에서는, 안산정수장에 구축된 수도시설 운영정보화 시스템에 의한 처리수질개선 등 정수장 효율개선효과를 평가하였다. 분석기간 동안의 안산정수장 생활용수 유입유량은 운영정보화 시스템이 구축되기 전인 2004년도보다 구축 후인 2005년도가 약 15.6% 감소한 것으로 나타났다. 원수의 평균탁도는 2005년 12.37 NTU, 2004년 12.06 NTU로 비슷한 값을 나타내었으나, 연평균 응집제의 주입농도는 2005년도가 12.06 mg/L으로 2004년(10.31 mg/L)보다 다소 높은 것으로 나타났고, 정수탁도는 약간 개선된 처리효율을 나타내었다. 원수의 $COD_{Mn}$ 및 BOD 등의 분석결과, 2004년보다 2005년의 원수수질이 개선된 것으로 판단할 수 있었다. 정수의 $KMnO_4$ 소비량은 2004년(2.95 mg/L)보다 2005년은 1.25 mg/L로써 그 양이 줄어들었고, THMs의 농도도 2004년(0.038 mg/L)보다 2005년 0.025 mg/L로써 다소 개선되었다. 본 연구결과, 약품주입 등 정수장 운영은 운영 정보화 시스템의 구축에 의해 보다 최적의 상태를 도모할 수 있으며, 이에 따라 수질개선효과도 있음을 판단할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.641-655
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• 1998

급속한 도시화의 영향에 따른 수자원 및 환경문제를 보다 효율적으로 해결하기 위하여 전문가 시스템의 개발 및 적용방안을 제안하였다. 이에 따라 도시유역의 유출 및 수질에 영향을 미치는 주요 매개변수들을 선별하고 민감도 분석 등을 통해 그 거동특성을 제시하였으며, 이러한 특성들을 바탕으로 효과적 매개변수 결정법칙 등을 제안하였다. CLIPS 6.0을 적용하여 ‘사실’과‘규칙’을 기본으로 한 전문가 시스템 ESPE를 개발하였으며, 이를 안양천 유역에 적용하였다. 결과적으로 유출관련 매개변수들의 추정결과를 매우 적용성이 높았으나, 수질관련 매개변수들의 추정결과는 그 모의과정의 복잡성과 의사결정 규칙의 부족 등으로 인하여 제시된 방법들에 대한 개선의 필요가 있음을 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.546-546
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• 2015

현재 새만금 호 내로 유입되는 만경, 동진강 유역은 대규모 관개시스템을 통해 하천수의 대부분을 농업용수로 취수하고 있어 하천의 건천화가 심화되고 이에 따라 수질관리와 수생태계 보전에 어려움이 있다. 또한 새만금호는 방조제 완공 이후 배수갑문을 통한 해수유통이 줄어들어 호 내중 하류부에만 영향을 미치고 상류부인 만경, 동진강의 유입부는 유입되는 유량과 오염부하량의 지배적인 영향을 받는다. 이러한 새만금유역과 호에 대해 적정수질유지 및 합리적인 수질관리 대책 수립이 중요하며, 이를 위하여 상류하천 및 새만금호의 주요 지점에 대한 지속적인 모니터링 및 유역과 수역의 기작 등을 합리적으로 구현할 수 있는 수질예측 모델을 구축, 운영 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 새만금유역에 대해 SWAT모형을 적용시켜 자료를 구축하였고, 그 결과를 토대로 3차원 수리?수질모델인 EFDC를 이용하여 2020년 호 내 수질을 모의하였다. 또한 제수문 방류조건(1cms방류, 65%방류, 전량방류)에 따른 수질 변화를 모의하여 호 내 수질변화와 영향범위를 추정하였다. 제수문에서의 1cms방류조건과 전량방류조건을 모의하여 연평균 농도를 비교 한 결과 M3지점에 서 COD 1.304mg/L 감소, T-N 1.207mg/L 감소, T-P 0.08mg/L 감소, Chl-a $5.095mg/m^3$ 감소, D3지점에서 COD 0.492mg/L 감소, T-N 0.205mg/L 감소, T-P 0.009mg/L 감소, Chl-a $2.117mg/m^3$ 감소하는 것으로 예측되어 수질이 개선되는 것으로 나타났다. 이는 만경강과 동진강 제수문의 증가된 방류량으로 인해 유황이 개선되고 호 내 오염부하농도가 감소하는 것으로 판단된다. 방류조건별 영향범위를 살펴본 결과, 65%방류조건에서는 호 내 상류구간에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 전량방류조건에서는 호 내 중?상류구간이 지배적인 영향범위로 평가되었다. 따라서 유역 내 제수문 관리를 통한 방류량 조정은 새만금호의 효과적인 수질관리에 기여 할 것으로 예상되며, 향후 제수문의 체계화된 운영방안 수립대책이 필요하다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.48-48
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• 2011

우리나라는 최근 4대강 살리기 사업의 보 건설로 인하여 하천의 수리특성이 크게 변화되고 있어 새로운 하천 환경변화가 충분히 반영된 수질오염사고 대응시스템의 구축이 필요하다. 국내 하천의 오염사고는 매년 50여건 발생하고 있으며, 2008년 김천 유화공장 화재로 인한 페놀유출사고는 이동시간의 예측오류로 취 정수장의 사전대응에 상당한 혼란이 발생되어 먹는 물 공급에 상당한 어려움이 발생되었다. 이러한 시점에서 본 연구에서는 하천의 유역환경변화를 반영하고 실시간으로 오염물질의 이동시간과 확산농도를 예측하기 위한 수질오염사고대응예측시스템을 개발하였다. 본 시스템은 평상시 4대강의 본류 및 주요 지방 1 2급 하천에 대해 수리모델을 매일 업데이트하고, 3차원 수리 수질모형인 EFDC의 독성모듈을 개선하여 예측모델로 사용하고 있으며, 최적방제방법을 선정하기 위해 상류 댐, 보, 농업용저수지 방류량 등을 분석할 수 있도록 구성되어 있다. 시스템의 예측결과는 방제기관, 취 정수장 등의 사전대응 능력을 높이는 데 기여할 것이다.

• 융합신호처리학회논문지
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• 제24권4호
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• pp.236-241
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• 2023

우리나라에서도 하천, 호소 및 하구에서의 수질 문제가 심각하게 대두되고 있다. 담수호 및 하천 유역의 부영양화를 극복하기 위해서는 수질의 체계적인 관리가 필요하며 담수호 및 유역의 수질관리를 위해서는 유역에 적합한 수문 모델과 하천 및 호소 등 수질 모델을 적용하여 이러한 모델의 예측 결과를 바탕으로 수질오염 개선 대책을 제시하여야 한다. 유역에서의 적절한 수질오염 개선 대책을 적용하기 위해서는 정확한 오염원의 파악과 오염부하량을 예측하고 제시해야 한다. GIS를 기반으로 오염원 데이터베이스와 수문 및 수질 예측 모델의 연계가 공간상의 위치를 기반으로 통합적으로 이루어짐으로써 수질 모델링 과정을 종합적으로 포함하여 유역 수질을 개선할 수 있는 체계적 지원이 가능할 것이다. 본 논문에서는 담수호 및 하천 유역에서 수질오염을 정확하게 예측하기 위해서 GIS 기반의 공간정보를 활용하여 수질 모델 시스템을 구축하여 향후 담수호 유역의 종합적인 수질관리 방법을 제시하고 수질 모델링을 통해 오염원의 체계적인 관리와 자동화된 공간정보를 활용하여 수문 및 수질 모델을 용이하고 효율적으로 운용하고자 본 연구를 수행하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제44권4호
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• pp.295-304
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• 2011

효과적인 수질관리를 위해서는 수질정보의 기대수준에 맞는 신뢰성 있는 수질자료가 확보되어야 한다. 이런 점에서 볼 때 수질모니터링은 조사지점, 수질항목, 측정주기 등이 성패의 중요한 요인이 되며, 이중에서 특히 조사지점은 가장 중요한 사항으로 판단된다. 그러나 지금까지 수질조사를 위한 관측지점은 대부분 정성적 판단에 따라 정해지고 있었기 때문에 수질 대표성이 문제가 되기도 하였다. 본 논문에서는 이와같은 수질측정망 구축 시 문제점을 과학적인 통계기법을 적용하여 개선한최적수질측정망구축시스템으로제시하였다. 구축된 최적수질측정망 구축시스템은 SAS 프로그램 버전 9.2를 기반으로 만들었으며, 이용자의사용편의성을 고려하여 간단한 입력으로 측정망을 구축할 수 있는 체계로 구성하였다. 분석 데이 터형식은 자료 입출력 및 관리가 용이한 엑셀데이터를 사용하도록 하였으며, 관측지점별 데이터는 시트로만 구별하게 하였다. 시스템에서는 시계열 분석과 유사성계산을 하여, 각 수질의 변화패턴을 고려할 수 있는 상관계수를 활용한 다차원척도법을 적용하여 그 결과를 덴드로그램으로 제시하며, 그 결과를 활용하여 군집 개수를 결정한다. 이용자가 최종 산점도 출력시스템에 원하는 군집의 개수를 입력하면 수질 특성 파악이 가능한 주성분 산점도가 출력되며, 군집 내 관측지점의 중심점을 대표지점으로 선정하면 된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권9호
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• pp.643-656
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• 2021

최근 국내 상수도 관리 기술은 고도로 발달하고 있으며, 이 과정에서 상수관망 내 용수공급 현황을 파악하고 예측하기 위한 컴퓨터 수리·수질 해석 모형은 핵심적인 역할을 수행하고 있다. 그러나 대규모 네트워크의 경우 컴퓨터 해석모형의 부담을 가중하고, 특히 짧은 계산시간 간격과 긴 모의 시간이 요구되는 수질해석의 경우, 막대한 계산시간이 소요되어 다양한 수질모의 및 분석이 어려운 경우가 발생한다. 본 연구에서는 대규모 상수관망시스템의 수질해석의 계산효율을 개선하기 위해 상수도 공급계통을 2단계로 계층화한 후, 계층화된 네트워크를 대상으로 수질모의를 수행하는 계층적 수질모의 기법을 제안하였다. 제안된 모의기법은 국내 대규모 상수도 네트워크에 적용하였으며, 다양한 염소투입농도 시나리오에 따른 잔류염소농도의 시공간적 분포를 모의하고 분석한 결과를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.15-15
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• 2023

2020년 기준 국내 상수도 보급률은 99.1% 차지하고 있으며(환경부, 2019), 수도관리차원에서 수돗물은 먹는 물로 시판되어질 만큼 우수한 관리체계를 유지하고 있다. 그 반면에 지하수는 생활용수, 식품가공, 농·축산, 양어, 군부대를 비롯한 전국지역에서 연간 10억 8천만톤 용수를 소비하고 있음에도 (환겨례 신문, 2013; 환경부, 2019) 사용되는 지하수의 약 65%가 음용수 불가판정을 받았으며, 최근 지하수의 오염비율은 급격히 증가하는 추세이다. 특히, 지하수관정의 관리부주의에 의한 수질오염 및 수인성 다제내성균(슈퍼박테리아) 등에 의한 오염사례가 국내는 물론, 국제적으로 다수 보고되고 있는 실정이다 (환경부, 2013). 현재 지하수 수질관리는 공공기관 및 지자체 지정기관을 통해 진행되고 있으며, 검사기간은 수질채취로부터 통상 7~15일정도 소요되어 수질 관리 및 기준, 검사주기에 대한 애로가 많다. 현장 지하수관정에서 실시간 수질을 모니터링하고 이에 연동된 자동 수처리 시스템의 개발 및 도입은 나날이 심각해지는 환경오염 상황에서 선제적 예방과 해결방법으로 중요한 요소기술이다. 현재 지하수오염 및 부적합 음용의 수질처리는 화학약품, 필터여과, UV살균, O₃ (플라즈마)을 이용하는 것이 대표적이나, 화학약품의 경우 2차 오염이나 식품 세척 및 가공에 있어 부적합성의 한계점이 있다. 필터여과의 대표적인 RO필터의 경우 약 50% 순손실이 발생하고, UV 살균의 경우 UV에 의한 사용관리자의 위험 및 장비의 광부식 문제, O₃ 의 경우 고압전류 사용에 따른 위험성 등의 한계점이 나타나고 있다. 지하수 수질정화를 위한 광유도 활성산소(¹O₂, ·O^-₂)는 광감응제에 가시광의 빛 조사를 통해 생성되는 활성산소로의 에너지 및 전자 전이가 동시 진행되어 단일항 산소(¹O₂)와 슈퍼옥사이드 이온(·O^-₂)을 생성하게 된다. 생성된 활성산소는 유해미생물 또는 유기화학물과 개열, 제거, 치환 반응 등을 통해 미생물사멸 및 유해화학물질들이 분해 가능하다. 이를 이용한 지하수 유해미생물 사멸기술, 장비, 실시간 지하수의 분석기술 및 정수처리, 지하수 물순환 시스템 개발뿐만 아니라 지하수 음용수 및 오염개선, 지하수 기저유출에 의한 오염원 저감으로부터 지류·지천, 하천 본류 수질개선 등의 대상지역에 활용 가능하다. 또한 광유도 활성산소는 기존 상수도 수처리에 있어 오존(O₃) 처리와 이산화티탄을 이용한 AOP과정을 단일처리 공정으로, 기존 O₃ 의 특성상 확산 거리가 매우 길어 사람을 포함한 생체 내에 유입 시 다양한 부작용 발생과 O₃ 차폐시설 요구의 문제점 극복의 대안으로 환경 및 인체에 무해한 광유도 활성산소 시스템을 적극적으로 도입 및 적용해야 한다. 본 연구 목적은 정류상태 흡광분광기술을 이용한 실시간 수질 모니터링과 광유도 활성산소를 이용한 유해 미생물의 멸균효능 및 지하수 수질관리 기술로의 적용 가능성을 제시하고자 한다.