• 한국재난정보학회:학술대회논문집
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• 한국재난정보학회 2015년 정기학술대회
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• pp.186-188
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• 2015

본 연구에서는 Matlab GUI언어로 개발한 수질관리모형(water quality model)을 소개한다. Matlab GUI언어는 사용자 편의에 중점을 둔 프로그램으로 다양한 계산용 함수의 포함 및 데이터의 입출력이 쉽고 조작이 용이하다. 본 모형은 기존의 복잡한 수질관리모형을 단순화 및 간소화하여 비전문가들 또한 사용이 가능하도록 데이터의 입력 과정과 변수 지정이 쉽도록 제작하였으며 서울특별시 수질오염총량관리 단위유역 내 한강수계에 적용하여 분석하였다. 이는 기존의 사용법이 어려운 수질관리모형의 한계를 깨고 사용가능 계층의 확대 및 예측 모형의 단순화에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1074-1078
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• 2010

도시화, 산업화의 진전으로 토지개발이 가속화되고 대지, 도로, 주차장 등 불투수층 면적이 늘어남에 따라 비점오염원에 의한 하천, 호소의 수질영향도가 커지고 있다. 특히 낙동강유역에서의 오염원관리, 특히 비점오염원의 정량화는 삭감시설의 삭감량 평가 및 배출오염원 평가에 더욱 절실한 문제로 부각되고 있다. 삭감시설의 삭감량 평가 시에는 실험실 규모로 이상적인 유량 상태를 가정하여 삭감효율을 산정하고 있으나 자연강우에 의하여 나타나는 삭감효율 평가는 이상적인 유량 평가 해석시 와는 사뭇 다른 경향을 나타낸다. 또한 유역 말단 지점에서의 3년 평균 수질이 목표수질을 상회하였을 경우 오염총량 기본계획 지역에서 오염총량 이행평가 지역으로 포함시켜 오염부하량 관리를 실시하고 있다. 그러나 배출부하량과 수질의 연계가 쉽지 않고, 그 원인이 되는 지역 및 시기를 찾아 특별 관리하는 것이 난해하여 하천 수질 관리가 어려운 실정이다. 이러한 이유들로 인하여 최근 비점오염원 영향의 심각성에 대한 인식이 커지고 있으며, 점오염원의 관리뿐만 아니라 비점오염원 관리의 필요성이 대두됨에 따라 두 오염원 형태를 통합적으로 관리하고 각각의 오염원에 의한 수질 영향에 관심과 필요성이 강조되고 있다. 또한, 최근까지 유역 모델과 수질 모형을 이용해 각각의 유역이나 하천에 적용하고, 수행한 예는 국내와 국외에 많이 있다. 하지만 수량과 수질을 함께 통합적으로 연계하고, 그 적용성을 평가한 연구는 그 수가 상대적으로 적다. 하지만, 최근 들어 수질의 통합하천관리의 중요성을 인식하고 각각의 모형의 장단점을 고려하여 다양한 모형들을 연계하는 연구가 진행 되고 있다. 본 연구에서는 이러한 통합적 수질관리의 필요성 증대에 따라, 유역 내 수문 순환 및 비점오염원의 발생 거동을 정량적으로 분석할 수 있는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형을 통해 비점오염원으로 인한 유역 내 수질 영향을 파악하고, 이를 바탕으로 QUALKO 모형과 연계하여 하천 수질 모델링을 수행할 것이다. 또한, 이를 바탕으로 비점오염원에 의한 유역 내 하천 수질 영향도를 파악함으로써, 추후 비점오염원에 대한 인식 제고에 활용될 것이며, 모니터링 기법 및 GIS기반 유역관리모델 개발, 4대강 비점오염원 최적관리기법 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1641-1645
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• 2006

수문순환과 수질오염과정의 제반 기작들이 완벽하게 규명되지 않은 상황에서 인위적 또는 자연적 조건에 따른 수질의 평가는 수질모형으로서 추정하는 것이 유일한 대안이며, 다양한 관리대안에 따른 수질환경변화를 예측함으로서 합리적인 관리방안을 도출하는데 유용한 수단이 되고 있다. 현재 시행 중인 수질오염총량관리제에서 또한 수질모형은 핵심적인 역할을 담당하고 있으며, 보다 구체적으로는 단위유역의 목표수질을 결정하는 것에서부터 기본계획 또는 시행계획에 따른 오염부하량 등 환경요인의 변화와 이에 따른 목표수질 설정지점의 수질 변화 등을 모의하는데 이용되고 있다. 그러나 모형에 사용되는 입력 매개변수의 불확실성과 이에 관련된 수질 모형 자체의 불확실성은 수질오염총량관리제와 같이 많은 이해당사자가 관여된 정책의 결정 시에는 공학적으로 많은 부담으로 작용하고 있는 것 또한 현실이다. 실제로 미국의 오염총량관리제의 경우를 살펴보면 모형의 불확실성 분석이 전체 과정의 진행에서 가장 핵심적인 지위를 차지하고 있다고 볼 수 있다. 많은 연구들이 수질모형에 있어서의 불확실성을 정량화하기 위하여 수행되어 왔으며, 특히 미국의 오염총량관리계획의 수립 시에는 이러한 불확실성 분석을 토대로 하여 안전율을 산정하도록 되어있다. 그러나 이러한 연구들의 대부분은 수질모형의 매개변수 중 수질기작에 관련된 매개변수들(예를 들어, DO, BOD, N, P 등에 대한 반응계수)에 대한 연구에 집중되어 있다. 하천의 수질을 적절하게 모델링하기 위해서는 이러한 수질에 직접적으로 관련한 매개변수들 이외에 하천의 수리특성에 관한 올바른 이해를 바탕으로 그와 관련된 수리학적 매개변수들에 대한 연구가 뒷받침되어야 한다. 그동안 수행되어온 수질 모델링의 적용 사례를 살펴본 바에 따르면 하천을 모델링하기 위해서는 현장 특성 자료의 중요성, 특히 하천수리특성에 관련된 기초 자료의 가용성 여부가 모형의 성패에 매우 중요한 역할을 함을 알 수 있다. 이는 유량, 유속 및 폭과 깊이로 대변되는 하천 지형은 물질 이송에 대한 주요 외력 함수이며, 다른 모든 예측치들은 이들에 의존적일 수밖에 없기 때문이다. 따라서 이들의 정확한 표현은 올바른 수질 예측에 있어서 필수적일 수밖에 없다. 많은 모형매개변수들이 유속과 깊이에 의존적이나, 이들에 관한 정보는 종종 현장관측에서 조차 무시되는 경우가 많다. 이에 본 연구에서는 수질모형의 매개변수 중 특히 수리특성에 관련된 매개변수들이 수질에 미치는 영향을 파악하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 적용된 수질모형은 QualKo를 사용하였으며, 대상 하천은 낙동강 본류 경남구간 시점 부근인 회천 합류 전부터 낙동강 본류 경남구간 종점 부근인 밀양강 합류 전까지의 경남 오염총량관리 기본계획 시 구축된 모형 매개변수를 바탕으로 분석을 수행하였다. 일차오차분석을 이용하여 수리매개변수와 수질매개변수의 수질항목별 상대적 기여도를 파악해 본 결과, 수리매개변수는 DO, BOD, 유기질소, 유기인 모든 항목에 일정 정도의 상대적 기여도를 가지고 있는 것을 알 수 있었다. 이로부터 수질 모형의 적용 시 수리 매개변수 또한 수질 매개변수의 추정 시와 같이 보다 세심한 주의를 기울여 추정할 필요가 있을 것으로 판단된다.

• 한국해안해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해안해양공학회 2000년도 한국해안해양공학발표논문집 Proceedings of Coastal and Ocean Engineering in Korea
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• pp.71-76
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• 2000

상류의 만경강과 동진강을 포함하여 공사가 진행 중에 있는 새만금 사업의 결과로 조성될 새만금 담수호 그리고 호소 외해역에 대한 총체적인 수질관리를 위하여 일차적으로 하천수계의 수질 연속관측과 부영양화 평가를 위하여 해역에서 수질분석이 실시되었다. 수치모형의 적용성을 평가하기 위하여 기존에 만경강에 대해 적용한 정적 수질모형인 QUAL2E 의 검토도 있었다. 종합적인 수질관리에는 하천에서뿐만 아니라 하구에서 공히 이용될 동적인 모형의 필요성이 대두되었다. 연속관측 자료를 통하여 분석된 자료는 감조구간에 적용된 1차원 동적수질모형 거동과 유사성을 보여, 향후 새만금 수계의 수질관리에는 동적모형의 확장이 필연적임을 재확인할 수 있었다. 인근해역에서 분석된 수질 분포는 특히 만경강 하구에서 부영양화가 매우 강하게 나타나 현재 일대 해역에서뿐만 아니라 만경강 상류의 유입 영향으로 향후 조성되는 새만금 담수호의 부영양화의 가능성도 배제할 수 없는 것으로 나타나 수질저하를 예방하기 위한 지속적인 수질관리 연구가 필요한 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.996-1000
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• 2010

본 연구에서는 장기유역모형인 SWAT 모형의 국내 적용의 한계를 인식하여 유출해석모듈과 하도수질모듈 등을 개선한 SWAT-K(Korea) 모형을 통해 수질 모형을 사용하는 의사 결정에 있어 하도추적법이 미치는 영향을 분석하고자 현재 우리나라에서 시행중인 오염총량관리제 개념에 적용하였다. 기준 유량 개념을 도입하여 모의된 수질항목을 평가하기 위하여 장기간의 유황곡선을 작성하고 유황곡선의 초과확률분포를 기준으로 오염부하곡선을 작성하여 하도추적법의 변화가 수질 모의에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 이를 바탕으로 수질항목 초과확률분포에 따른 오염부하곡선을 작성하여 모형의 선택에 따라 동일 기준유량시 모의되는 부하량 값의 변화를 분석하였다. 분석 결과 수질 항목은 유황의 변화를 매우 유사하게 재현하며, 수질 매개변수 보정에도 불구하고 하도추적법이 수질 항목의 모의에 있어 매우 중요한 요소임을 확인할 수 있었다. 따라서 본 모형은 정교한 유출 모의와 더불어 오염물질의 신뢰도 높은 모의를 통해 향후 수질오염총량관리제 시행에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.292-292
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• 2019

하구에 조성된 담수호 (estuarine reservoir)는 하천 출구점이 해양과 만나는 지점에 방조제 건설을 통해 형성되는 인공 호수이다. 방조제 건설과 함께 간척을 실시함에 따라 생성되는 토지를 농업용지로 활용하는 경우, 담수호는 농업수자원으로서 활용될 수 있으며 담수호의 수질 문제는 영농 활동에 중요한 요소로 작용하게 된다. 담수호의 수질을 관리는 크게 유역 대책과 호내 대책으로 나누어 이루어지고 있으며, 담수호 수질 관리 계획 수립에 앞서 담수호 수질 관리 방안에 따른 담수호 수질의 영향을 분석하는 것이 중요하다. 실제 다양한 유역 대책과 호내 대책을 적용하면서 그 효과를 검증하기에는 시간 및 경제적 한계성을 지니고 있으므로, 유역 및 호소 수질 모델링을 통한 수질 관리 시나리오별 담수호 수질 모의가 효율적이라 할 수 있다. 본 연구에서는 농업용수 목표수질인 IV등급을 상회하여 수질 관리를 위한 대책이 시급한 담수호를 대상으로 유역 및 호소 모의 모델을 연계하여 다양한 수질 관리 시나리오에 따른 호내 수질 모의 결과를 비교 검토하였다. 본 연구에서 사용한 유역 모델은 최근에 개발된 SWAT Plus 모델로 기존의 SWAT 모델의 수문 해석 요소 중 일부를 알고리즘 개선한 것이 특징이다. 호소 모의 모델로는 3차원 수리 및 수질 해석에 많이 활용되고 있는 EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code) 모형을 이용하였다. 또한 두 모형을 연계 운영하여 모의의 정확도를 높이기 위한 매개변수 최적화를 수행하였다. 본 연구를 통해 수질 개선대책의 평가 및 추진가능성에 대한 분석을 수행하여, 정량적인 농업용수 수질 기준을 만족하기 위한 담수호 수질 최적관리방안을 도출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.462-462
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• 2023

최근 낙동강 하구는 35년만에 기수 생태 복원을 본격화하는 다양한 노력과 연구가 진행되고 있다. 또한, 하구에 접해 있는 낙동강 1지류인 서낙동강 수질개선을 위한 물순환 연구도 진행되고 있다. 하지만 하구에 다양한 물관리기관이 혼재하여 유기적인 물관리가 미흡하고, 이해관계자(농민, 어민, 시민단체, 지자체 등)간에 이견도 다양하다. 서낙동강의 "수량-수질-생태" 관리의 효율성을 확보하기 위한 다양한 물관리기관의 물정보 통합관리가 필요하며, 시스템과 수치모형을 구성하여 예측 분석후 수질 및 수질특성을 실측기반을 통해 검보정으로 모형의 정확성을 높이고, 지속적인 유역내 수리적 흐름과 수질개선할 필요가 있다. 본 연구는 서낙동강유역 소유역(33개)로 강우-유출 HSPF 모형으로 유량과 오염부하량을 소유역 15개의 하천에 수리·수질 EFDC 모형 입력자료로 반영되어 계산된다. 모형의 검증을 위해 본류 대저수문 15km 지점(서낙동강 유입부)에 수문개방을 통해 서낙동강 농업용수와 수질개선 유량공급시에 ADCP를 활용하여 대저수문을 포함하여 4개소에 유속과 측정 유량을 산정하여 모형 검보정에 활용하였다. 본 연구결과는 복잡한 하천구성(서낙동강, 평강천, 맥도강, 조만강, 지류하천 등) 및 수리구조물 운영과 수리-수질(염분 포함) 분석 필요성 등을 고려하여 기 구축된 낙동강 하구 통합물관리시스템 수문데이터와 연동되어 향후 서낙동강 물순환 연구에 활용이 될 것으로 기대가 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.385-385
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• 2015

정부는 1998년부터 4대강 물관리종합대책을 세워 하천의 수질보전을 위한 대책을 시행하고 있다. 그 중 대유역 중심의 수질개선대책은 전체적인 큰 목표를 제시하는 것이며, 이러한 대유역의 목표수질을 달성하기 위해서는 먼저 소유역의 수질개선이 이루어져야 한다. 현재 영산강유역에서는 도시하수종말처리장, 산업폐수처리장과 같은 점오염원 관리시설은 대폭 확충되었으나 하천과 호소의 수질은 크게 향상되지 못하고 있다. 이는 중 소유역에 대한 효율적인 수질개선대책이 없기 때문이며, 특히 중 소유역 내 비점오염원 물질이 대량으로 하천 및 호소에 유입되기 때문이다 따라서 효율적인 유역관리를 위해서는 소유역중심의 관리가 필요하며, 소유역 중심의 수질보전 대책을 수립하기 위해서는 대상 소유역에 대한 조사분석이 선행되어야 하는데, 여기에는 관거(우수관, 오수관) 시스템 조사와 하수의 차집조사가 관계되며, 또한 소유역내의 오염원(점오염원과 비점오염원) 및 잠재적인 오염원조사 등과 같은 광범위한 조사 작업이 필요하다. 한편 유역모형 중 HSPF모형은 모형의 적용에 필요한 방대한 자료와 노력을 최소화 되도록 개발되어 왔으며, HSPF는 광범위한 수문 수질과정을 장기 모의가 가능하도록 일련의 구조화된 모듈로 구성되어 있다. 복잡한 모형일수록 자료관리에 많은 노력이 요구되나 HSPF는 자료를 직접적으로 접근할 수 있는 Time Series Management System에 가깝도록 개발되었다. 또한, HSPF 모델은 유역내의 토지이용에 따른 특정 오염물질의 비점오염 부하를 계산하며, 강우에 따른 물의 흐름을 하천의 수질오염모의와 연결시키는데, 광범위한 유역조건에 적용이 가능하고, 각 소유역을 구분하여 비교가 가능하므로 소유역별 관리방안을 비교하는데 가장 적합한 모델이다. 따라서 본 연구는 유역모형(HSPF)을 이용하여 영산강 유역을 대표할 수 있는 중 소유역을 선정하고, 선정된 중 소유역에 대한 기초적인 자료를 조사 분석하여 종합적이고 구체적인 유역 관리계획을 수립해 봄으로써 중 소유역 수질관리에 지침서로서 역할을 하는데 목적이 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.161-161
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• 2016

본 연구는 Matlab GUI 언어를 기반으로 제작된 수질관리모형(WAQUMURIN; Water QUality Management program for Urban RIver Networks)의 개발 및 적용, 검증을 통한 수질분석을 목적으로 둔다. 서울한강수계를 대상지역으로 한강 상류의 팔당댐부터 한강 하류에 위치한 가양대교까지의 오염원 이동에 따른 BOD, T-P 농도를 분석하였다. 한강의 본류를 따라 분류되는 지천들과 한강서울수계 관할 하 4곳의 물재생센터(탄천, 중랑, 서남, 난지)의 배출부하량, 유량, 반응속도상수는 본 모형의 main factor로 설정되었으며 격자화된 데이터의 입출력이 가능토록 하였다. 6곳의 수질측정망(암사, 구의, 잠실, 똑도, 보광, 노량진, 영등포, 가양) 지점을 기준으로 실측치와 모형의 모의결과를 비교함으로써 정확도를 검토하였다. 이는 기존의 사용법이 어려운 수질모형의 한계를 깬 간단한 입출력 방식으로 비전문가들 또한 사용이 가능하며 예측 모형의 단순화라는 점의 연구 목적에 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.41-41
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• 2018

하천과 저수지의 수질을 예측하고 관리하는데 수리 수질예측모형이 널리 활용되고 있다. 수질예측모형은 유역이나 수체 내의 오염물질 이동경로나 농도를 수치해석 방법으로 계산하여 사용자가 필요로 하는 지점과 시점에서의 수질자료 생산하는데 활용되고 있다. 수질예측모형은 검 보정을 통해 정확도를 확보하며, 정확도의 확보를 위해서는 높은 수준의 전문성을 필요로 한다. 특히 시행착오법으로 모형을 보정하는 경우 많은 시간과 노력을 필요로 하게 되며, 보정계수를 과대 혹은 과소로 모형에 적용하는 오류를 범하기 쉽고 모델러의 주관이 관여되기 쉽다. 그래서 본 연구에서는 CE-QUAL-W2모형의 조류항목에 대한 모형 보정을 위하여 Chl-a와 남조류세포수에서 주로 활용되고 있는 보정계수에 대한 민감도 분석 결과를 토대로 매개변수별 모의결과 변화율을 산정하였으며, 시기적 경향성을 재현하기 위해 Ensemble-Bagging 기법과 머신 러닝 기법을 적용하여 모형 구동횟수를 최소화 할 수 있는 방법으로 구성하였다. Chl-a를 보정하기 위한 매개변수는 9개를 선정하였으며, 규조류, 남조류, 녹조류에 총 27개 매개 변수를 민감도 분석으로 도출 한 후 예상 변화율 대비 이벤트별 모의치와 실측치 간 %difference가 유사하도록 매개변수를 조정하였다. 또한 각 이벤트 조합의 매개변수 빈도수와 매개변수별 예상변화율, 시기적 조류특성을 고려하여 가중치를 도출하였으며, 1회 보정에 맞춰 Chl-a 모델 실행결과를 %difference로 평가한 후 "good"등급을 만족할 때까지 반복 적용하였다. 남조류세포수의 경우 Chl-a에 맞춰 매개변수 최적화 이후 남조류세포수 농도를 세포수로 환산하기 위한 CACEL에 대해 머신러닝 기법을 적용하였으며, CACEL 추정변화율 회귀식에 따라 평가 한 후 %difference "good"등급 이상을 만족할 때까지 반복 수행하는 방법을 적용하였다. 본 연구에서는 수질예측모형의 정확도를 확보하기 위하여 최적화 기법을 적용하였으며, 이를 통해 모형을 보정하는 과정에서 요구되는 시간과 노력을 줄일 수 있도록 하였으며, Ensemble기법과 머신러닝 기법을 적용하여 모형보정계수 적용에 객관성을 확보할 수 있도록 하였다.